[发明专利]一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法及其结构

说明书

本申请实施例所公开的一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法及其结构，根据大脑皮层的各功能区在头皮表面的位置映射以及各功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，确定头皮脑电极中电极区的数量和形状以划分和设计头皮脑电极，进而使得头皮脑电极可以按照不同信号探测部位的需求，进行电极区的拆分和组合使用，可以优化电极制造，覆盖大范围的头皮面积。此外，使用改性后的丝蛋白水凝胶作为电极的外部衬底，可以使得电极具有高柔性和高贴附性，具有良好的操作性，使得佩戴更加舒适，能够实现高空间采样率和高精度的脑电信号无创探测。

技术领域

本发明涉及脑机接口技术领域，尤其涉及一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法及其结构。

背景技术

脑电监测对于脑类疾病的诊断和手术定位具有不可替代的作用，近年来，随着全世界范围内“脑计划”的推出，有效高质的脑电信号采集显得愈发重要，不仅可以有助于脑功能解码，而且能够促进一系列以此为基础的高新技术发展，例如：脑机接口、神经调控等。

针对脑电极信号采集的方法主要依靠脑部电极，目前应用较为广泛的脑部电极主要包括头皮脑电EEG、皮层脑电ECoG、皮层微电极Microelectrode 和深度脑电极SEEG四种。在医疗和科技的临床使用中，头皮脑电EEG的应用最为广泛，不仅可以辅助进行脑科疾病的检测(例如癫痫、脑肿瘤、老年痴呆等)，也可以根据人脑电信号波形、幅值、节律与心理特征的吻合性，检测人在不同环境不同状态下的脑电特征，从而监测人的心理状态，还可以作为一种高效的人工智能脑机接口，其采集的脑电信号能够为外围系统提供控制指令。头皮脑电EEG相较于皮层电极和深部脑电极，其无需手术植入，无创使用非常方便，并且能够检测到脑部大面积范围内的脑电信号。现阶段，头皮电极从形状设计上可以分为如图1a所示的网状电极帽、如图 1b所示的环状电极帽和如图1c所示的帽型电极帽，其中电极帽的电极触点包括图2a-i多种结构，其中，2a示例了一种金属弹簧探针电极，2b示例了一种刷毛电极，2c示例了一种聚氨酯电极，2d示例了一种金属指状电极， 2e示例了一种橡胶电极，2f示例了一种纯银电极，2g示例了一种弹簧探针电极，2h示例了一种PLA电极，2i示例了一种尼龙电极。从使用方法上可以分为均由硬质材料制成的湿电极、半干电极和干电极，电极密度包括32 导联、64导联，128导联和256导联多重规格。

然而，由于电极材料等限制，目前应用的头皮电极存在如下不足之处：

(1)电极系统整体材料质地硬，生物相容性差，与头皮的贴服性差，使用过程中电极帽与头皮之间容易产生微移动，直接导致信号采集的丢失并会产生运动伪影；

(2)难以直观确定电极所处脑部功能区位置，无法明确检测信号所属功能区以及可能代表的病变范围；

(3)头皮电极只可作为整体使用，位置相对固定，无法针对不同使用情况的特定需求做拆分移动；

(4)使用头皮电极透气性较差，在电极-皮肤接触面的汗液将刺激皮肤产生瘙痒，使用舒适感较差，且对健康具有影响；

(5)湿电极帽使用时需涂覆导电膏以保持头皮与电极间的良好接触，干电极使用时需施加预紧压力以增强接触效果，不利于长时间佩戴；

(6)当头皮电极数量增加时，且后端接线交错繁杂，不具美观性；

(7)电极位点密度提高时存在短路风险；

(8)无法采集精细的信号以反映大脑皮层的电活动，也无法探及电活动的传导通路。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法及其结构，可以根据大脑皮层的各功能区在头皮表面的位置映射以及各功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，确定头皮脑电极中电极区的数量和形状以划分和设计头皮脑电极，进而使得头皮脑电极可以按照不同信号探测部位的需求，进行电极区的拆分和组合使用，可以优化电极制造，覆盖大范围的头皮面积。