[发明专利]利用干电极进行生物电势感测的设备、系统和方法

说明书

相关专利申请的交叉引用

在本申请中描述的主题涉及在2011年10月19日提交(现待决)的Chi的美国专利申请No. 61/548,988中描述的主题,该专利申请以全文引用的方式合并到本文中。

联邦政府赞助的研究或开发声明

不适用。

引用序列表、表格或计算机程序列表致密盘附录

不适用。

技术领域

所要求保护的主题的实施例涉及用来改进来自干生物电势传感器的信号品质的设备和方法。

背景技术

记录生物电势信号诸如心电图（EGG）、脑电图（EEG）或肌电图（EMG）常规地需要使用通过粘合剂固定到身体上的导电“湿”电极。“湿”指以下现实：流体（通常为液体或凝胶）提供在身体与记录装置之间安全/牢固、低电阻的电连接，确保了良好的信号。这些导电湿电极也通常需要使用粘合剂来保持电极固定在身体上。

然而，使用电解质凝胶和皮肤粘合剂较脏，施加起来可能较为耗时，并且对于长期监视而言，常常会令人非常不舒服。从皮肤刺激到电极凝胶变干以及从日常使用掉落等问题导致较差的患者顺应性和数据损失。

响应于湿粘合剂电极的这些局限性，近来已经开发了不需要湿或凝胶介质的干电极作为替代。在继续描述之前，有益地清楚定义常用的两种类型的生物电势电极。在本发明的主题和一般领域的情形下，皮肤-接触生物电势电极可以被归类为由“湿”和“干”组成的两种类型。如先前所提到的那样，湿型电极通常见于临床和科学应用中并且具体地需要采用在使用中暴露于电极表面和受检者皮肤上的导电流体。流体可以是电极封装的整体部分（例如，一次性ECG电极）或者单独地施加（例如，标准可再用的EEG杯形电极）。在所有情况下，导电流体的目的是为了降低在电极与皮肤之间的接触阻抗并且便于信号传递。多种流体是可能的，从盐水（例如，皮肤汗液）到具有高导电性的特殊配方的凝胶（例如，EEG头皮膏）。其它湿电极并非明确地呈液体形式并且可以利用水凝胶，而水凝胶主要包括水并且使皮肤表面保湿。也能使用简单的自来水，自来水由于其杂质本身是导电的。

然而，干电极免除了明显施加导电流体的需要。以其最简单形式，干电极为裸露的金属板。电极与干皮肤接触时立即工作。重要的是指出在固有量的‘湿润’的情况下，干电极仍操作。在简单金属板的情况下，来自大气的周围湿气与皮肤上的水分组合仍帮助便利于/促成信号传递。当汗液随着时间积聚时，这特别显著，改进了信号品质。即使在更复杂的设计中，‘水分’的存在是显然的。作为示例，微针干电极穿透皮肤并且利用在皮肤下方的水含量来来导电。

然而在湿电极与干电极之间的差异在于流体源、其应用和其受检者的感觉。与湿电极相比，干电极无需具体地施加流体或者将‘湿’介质暴露于皮肤上。即使在皮肤和电极表面较干（例如，无汗液）的情况下，干电极也能操作并且可以再使用许多次，因为并无流体用尽。最后，干电极简单地使得使用者感觉到‘干’，因为其并未引入在休息的受检者上不常见的任何额外水分。因此，干电极在舒适度和寿命方面具有许多优点，使得它们特别适用于长期监视应用。主要缺陷在于由于较差的信号传递，信号品质的明显降低，这是所描述的本发明的主题的实施例要解决的问题。

干电极，通过感测相同的生物电势信号但通过高得多的电极阻抗而操作，因为不存在导电凝胶。与标准湿粘合剂电极相比，干电极倾向于具有多种信号品质问题，包括不稳定的偏移、高漂移、长设置时间和当在不存在粘合剂的情况下使用时的移动假象。干电极的大部分信号品质问题由于干皮肤-金属电化学界面较差的品质造成。由于Ag/AgCl半电池电势（在接触皮肤之前，其由湿/凝胶电解质缓冲）的稳定性，标准湿Ag/AgCl电极能允许实现一致地较高的信号品质。因此，在身体中的离子电荷易于通过湿凝胶的低接触阻抗而转换为电子信号。通常包括暴露金属‘圆盘’的干电极在接触时由于不存在明显的缓冲电解质而与皮肤形成不稳定的界面。除了寄生电容之外，它们必须依靠周围水分和汗液，以便从身体传导电势。缺少缓冲电解质表现为漂移噪音、高接触阻抗和易于出现移动假象。因此，与湿电极相比，干电极由于较差的信号品质而尚未被广泛地接受用于医疗用途。