[发明专利]脑电与血氧信号同步采集的光-电电极

说明书

技术领域

本发明涉及脑科学信息获取领域，特别是脑电采集系统与近红外光谱脑功能成像系统的数据同步采集。 

背景技术

脑电信号是监测神经元电活动的主要技术手段，在临床和科研领域都有广泛的应用。近红外光谱脑功能成像是一种新兴的成像技术，它能够无损检测到组织中大脑活动引起的血氧浓度的变化。由于生物组织在该近红外光波段的吸收较小，近红外光可以穿透头皮、头骨而达到大脑皮层约1.5cm深度，获得能够反映脑组织代谢和血流动力学信息的氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白浓度的变化量。 

大脑皮层神经元的自发电活动会引起血流动力学变化，反之，血氧浓度的变化也会引发神经元电活动变化，这种现象被称为神经血管耦合(Neurovascular coupling)。大规模神经活动与大脑皮层中血流的局部变化之间具有强相关性，某种类型的参数变化会引起其它参数的相应改变。因此在系统中同步记录两种模态的数据将有助于研究功能性大脑活动以及神经血管耦合问题，进而深入揭示脑功能在网络层面的工作机理，为研究提供科学数据。 

脑电电极主要由导电的铜、金、银等金属材料制成，其中使用最多的是银-氯化银(Ag/AgCl)电极，通过导电膏降低皮肤输入阻抗，在临床和科研领域应用广泛。近红外光谱脑功能成像系统中的光强信号通常采用光纤进行传输，置于头部的光纤探头成为光极，光极中光纤的方向与头皮的接触面垂直。光极分为发射端与接收端，近红外光经过发射端光极在头部发生散射，并在一定距离的位置经过接收端光极接收。由于不同浓度的氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白对近红外波段的光吸收程度不同，因此接收到的光强信号中携带了大脑皮层血氧浓度的变化信息。所接收到的近红外光在大脑中呈现香蕉状的传播路径，为了获得1.5cm深度的大脑皮层内血氧浓度变化信息，发射端与接收端光极之间距离需要固定在3-4cm之间。脑电信号与近红外光学信号采集时需要尽可能覆盖到感兴趣区域甚至全脑来实现数据融合分析，而将现有的电极与光极无法有效地同时排布在有限的头皮表面上，因此必须实现电极与光极的集成才能实现两种模态的数据在同一脑区同步采集。 

发明内容

本发明提供了一个用于同步采集脑电信号与血氧信号的光-电电极，解决现有脑电采集系统与近红外光谱脑功能成像系统无法进行信号同步同区采集的问题。 

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种光-电电极。该光-电电极是由头套与光-电电极组成。头套由具有弹性的材料制成，在相应光-电电极所在位置预留了圆孔，光-电电极可稳固地安装在帽子上并与头皮接触位置垂直。光-电电极由两部分组成，分别为电极部分与光极部分，电极部分可脱离光极单独用于记录脑电图。电极部分是银-氯化银材料的盘状电极，为了与光极部分进行集成，在盘状电极外部设计一底座，可将光极直接插入到该底座上，组成光-电电极，用于同时记录神经元电活动与血氧含量的变化值。 

电极部分为管状结构，其中外直径为10mm，内直径为5mm。光极部分内部为传导光纤束，接头处封装为圆柱形。光极部分可直接插入到电极部分底座中，使光纤束与头皮保持最短距离，确保接收光的强度满足系统测量需求。 

被试者在进行脑电图及近红外光谱成像信息记录时，可能会出现头部晃动而使光-电电极的光极部分与电极部分发生松动，导致光极部分与头皮距离加大而降低发射端辐射光功率，或使接收端光信号强度变弱。本发明在光-电电极部分环形底座内侧设计一L型凹槽，同时在光-电电极的光极部分圆形探头外侧设计一正方形凸起。光极部分插入电极部分底座时，只能将该凸起沿底座上L型凹槽向下插入，光极部分与电极部分贴合后，将光极部分沿顺时针方向旋转15度角，使光极无法相对电极底座上下移动，确保两者的紧密结合。 

光-电电极的全脑分布以国际标准64通道10-20系统为基础，共有62个光-电电极，以及2个参考电极连接在两侧耳垂。脑电电极的通道数量即为光-电电极的数量，而近红外光谱成像的通道数量根据相邻的光发射端光极与光接收端光极组合进行统计，可实现42个通道近红外数据的采集。 

附图说明

图1是检测到的近红外光在头部组织中的传播路径； 

图2(a)是光-电电极的光极部分； 

图2(b)是光-电电极的电极部分； 

图2(c)是光-电电极的电极部分横切面； 

图2(d)是光-电电极的光极部分； 

图3是光-电电极在头部的分布位置。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。