[发明专利]刺入深度可控的异平面微针阵列脑电干电极

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种生物医学领域的装置，具体是一种刺入深度可控的异平面微针阵列脑电干电极。

背景技术

近年来，随着微机电系统（MEMS：Micro-Electro-Mechanical Systems)技术的不断发展和成熟，使得微电子设备和微传感器等微型系统应用范围不断扩大，已广泛应用于民用、医学、军事等领域。基于微加工工艺的针型微电极的研究得到了迅速发展。

微电极结构主要有平面微电极和异平面微电极以及将平面微电极组装成阵列形状的微电极，这些不同结构的微电极都具有各自的特点。

传统的脑电信号采集设备是基于湿电极的。使用者在使用脑电信号采集设备前，必须要涂导电膏，以减少角质层对采集到的脑电信号的影响。但是涂抹导电膏需要在外人辅助下进行，需要花费较长时间，而且湿的导电膏干后不能有效采集脑电，不利于长期采集脑电。近些年来，随着微电极技术的发展，出现了干电极脑电信号采集设备。该设备通常采用微针结构。微针的长度刚穿透角质层，有效的获取脑电信号，又可以无痛。这种方式不仅能够克服角质层的电阻性，还可以避免涂抹导电膏的不便，而且由于采集到的信号是直接从生发层提取的，其采集到的信号甚至比湿电极脑电信号采集设备采集到的信号效果要好。

目前针对采集脑电信号的干电极如何突破头发的障碍是一个迫在眉睫的问题。一方面，由于MEMS制造工艺的限制，难以制造出高刚度微电极，微电极过长刚度不够，过短则无法穿透头发；另一方面，由于头发的干扰，加上脑电信号的微弱，微电极穿过头发采集脑电信号很困难。

经对现有技术文献的检索发现，W.C. Ng，H. L. See等人在《Journal　of Materials Processing Technology》209 (2009)4434-4438撰文“Micro-spike EEG electrode and the vacuum-casting technology for mass production”(“使用真空微铸造技术批量生产的微针脑电极”《材料工艺技术》)，该文提及采用铸造技术形成一个柱子和针尖，柱子在一个圆柱形基座上，基座上按照直径不同形成阵列，柱子的作用是作为一个障碍来控制针尖刺入头皮的深度，避免电极刺入头皮太深。但是，该文中并未对微针电极的刚性作出充分考虑，由于从微针电极的制作工艺上来讲，微针过长则刚性不足，不利于突破头发障碍并刺穿头皮，而且，无法控制穿过头发刺入头皮的深度。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提出一种刺入深度可控的异平面微针阵列脑电干电极，该电极能都快速获得可靠稳定的脑电信号，以解决一直以来在采集脑电的时候受到头发干扰的问题。本发明可以插入头发，异平面微针电极阵列可以通过控制电路控制其在框架内作上下运动，调整合适位置避免头发障碍刺穿头皮达到皮肤的生发层进行脑电信号的采集。

本发明通过以下技术方案实现，本发明包括：微针电极，微针电极载体，微针电极框架和控制装置。其中：所述微针电极框架上设有小圆柱阵列，所述小圆柱上设有通孔，所述微针电极通过微针电极载体组装成异平面微针电极阵列，组装后的异平面微针电极阵列通过微针电极框架上的通孔插入微针电极框架中，控制装置设置在微针电极框架上，所述微针电极位置可以通过控制装置的控制在微针电极框架内上下调节。在采集时，利用微针电极框架上小圆柱穿过头发抵触头皮，再控制异平面微针电极阵列在微针电极框架内的压缩运动刺穿头皮达到相应位置。

所述的微针电极通过MEMS技术制作的平面电极，长度可以根据头发的厚度来确定，针尖长度为0.05~0.15mm，利用MEMS技术制作出具有合适长度的微针和载体，通过框架上开出的通孔将微针插入其中组装成异平面微针电极阵列，此电极的阵列数可以根据需要制作出相应的阵列数，阵列轨迹也可以灵活设计。

所述的框架结构为直径、高度不等的三个圆柱体叠加而成，最上面的圆柱直径最大，往下依次减小，最下面的小圆柱直径需根据微针电极以及头发之间的间隙来确定。三个圆柱的高度根据电极的固定位置、头发细密进行设计。最下面的小圆柱需要根据异平面微针电极阵列的个数和轨迹来确定其个数以及轨迹，二者在数量和轨迹上相同即可。同时，需要在框架上开通孔，孔径根据微针的直径确定，只需要比微针直径略大一点，能够让微针电极穿过即可。