[发明专利]用于可靠的EEG监测和易于头皮清洁的形成可注射水凝胶的聚合物溶液

说明书

描述了一种可注射组合物，其能够形成用于脑电图(EEG)记录的水凝胶。本发明的另一个目的是所得到的水凝胶及其制备方法，以及所述可注射组合物用于EEG记录的用途。所述可注射组合物包括∶天然或合成聚合物，优选海藻酸盐藻酸盐；聚合引发体系或交联剂，优选钙盐；和至少一种离子化盐。所述可注射组合物可以应用到常用商业EEG帽的电极腔内，并在应用之后不久形成固体水凝胶。当脱去所述帽时，水凝胶保留在电极腔的内部，或者其破裂成易于用梳子从头发上除去的多个部分。因此，其可以如同任何其他商业电解质凝胶一样处理和应用，但是能够更快且更容易地清洁，其减少了运动伪像以及由于凝胶流动引起的电极短路的风险，因而提高了EEG数据可靠性。

发明领域

本发明涉及用于接合银/氯化银(Ag/AgCl)电极与皮肤的电解质凝胶。形成可注射水凝胶的组合物能够在应用之后不久胶凝，确保了用于电生理学信号采集的可靠的电接触。更特别地，本发明的电解质凝胶特别地用于EEG记录领域中。

发明背景

通过监测头皮表面上的生物电位波动的大脑研究可追溯到二十世纪的上半叶。从技术观点来看，所谓的EEG信号的记录包括在生物电极和电解质凝胶之间的界面发生的离子向电子信号转导，其允许通过电子装置获得和加工信号。Ag/AgCl电极，通常用电解质凝胶应用以降低接触阻抗，多年来由于其可靠性、固有噪声水平低和电位稳定性已成为EEG的金标准[1,2]。EEG已经系统用于研究人大脑的生理条件和病理，例如中风[3]和癫痫[4]。在最近十年，该技术的应用已经延伸到在非临床应用比如运动科学[5]和脑机界面(braincomputer interfaces)[6]中研究人大脑功能。

在另一方面，实际的Ag/AgCl/电解质凝胶组合已经是许多问题的来源。实际上，存在由于凝胶流动和扩散引起电极短路的不可忽略的风险，特别是在高密度EEG中(128至256个电极)。进一步，凝胶很强地粘着头发和头皮，迫使患者在检查之后充分地洗头以除去凝胶残渣。

对于一种更迅速有效的EEG系统(其结合了实际的Ag/AgCl电极电解质凝胶组合的性能与更快和更容易应用/除去的方案)的需要已经转化为大量的技术方案[7-12]。接下来，将分析所公开发明的框架中最相关的技术方法。

用于替代Ag/AgCl电极的长期候选者是所谓的“干”电极。干电极使用机械地偶联皮肤的惰性导电材料进行信号传递，无需使用电解质凝胶，因此形成了理想的即插即用系统(plug-and-play system)[7,13,14]。然而，界面阻抗实质上较高，必须整合电极上的前置扩增步骤[13,14]或使用主动屏蔽进行信号传输[15]。干电极被证明对于运动伪像(movement artefacts)更敏感，并且接触阻抗很大程度上取决于电极内收压力(electrodeadduction pressure)[16]。

一种在不存在凝胶接触下实现低电极/头皮接触阻抗的不同方法是使用基于微针阵列的电极，其穿透角质层(SC)高度绝缘的皮层[8]。由于SC被短路，这些电极的性能接近于用商业Ag/AgCl电极和凝胶得到的。然而，报道5％的尖状物(spikes)在检查期间断裂，保留嵌入表皮中，因而增加了感染和炎症反应的风险。

一种获得低阻抗(湿)头皮接触的进一步的替代方式包括使用触摸笔的工作原理。在该情况下，电极由芯材料(触摸笔尖端)形成且在背侧具有贮液器。所述材料可以是聚合物[17]、金属[18]或陶瓷[19]，其毛细管作用性质能够使其分配保湿液，因此保持湿电极/皮肤界面而不会弄脏头皮。结果证实了所述概念的可行性和所述装置的长期自主性(至多8小时)，但是存在液体，并且事实上这些通常是相当复杂的多部件装置，可增加成本和在反复应用期间产生关于清洁和机械稳定性的功能性问题。

水凝胶也已经成功地用于产生生物相容性、兼容性和离子传导性电极/头皮界面，其在ECG和EMG一次性电极中的应用非常普遍[2]。