干电极产品及应用方案

2022-3-22

 　　随着脑科学，人工智能、芯片、算法等技术的快速发展，无创脑机接口（BCI）在近些年来也取得诸多进步，因其具有实时交互，准确性高等优势，在诸多领域已展示了其独特的应用价值，如医疗康复，睡眠检测，驾驶，脑控打字等。

 

 　　无创脑机接口电极一般分为湿电极和干电极两大类。传统的湿电极技术方案，需要使用带针头的注射器对受试者进行凝胶注射过程，以降低电极和头皮之间的接触阻抗。佩戴过程繁琐，需要耗费大量时间，且随着导电膏的蒸发，信号质量也会受到影响，无法实现长时间的稳定采集。

 

 　　干电极技术则不依赖于导电膏，使用方便，持续采集时间长。常见的干电极有皮肤贴片式干电极，微针干电极，与金属柱状干电极等。尽管通过材料与工艺的创新，皮肤贴片式干电极与微针干电极在性能上已提升非常大，但因无法克服头发的阻隔，在应用场景上仍有一些限制。而金属柱型干电极，质地较为坚硬，使用时压迫感、疼痛感较强，往往需要通过复杂的机械结构设计如头盔、弹片等，去兼顾使用的舒适性与接触的稳定性。

 

 　　Greentek 干电极旨在提高佩戴舒适度。电极由柔软的导电弹性体材料制成，这样在紧密按压时会自身产生形变，而减少对头皮的压迫感。接触的爪式前端区域修饰有银/氯化银材料，借助银氯化银材料天然的低极化和低噪音特点，最大程度的保留了记录电极记录的信噪比。同时电极采用三种不同爪子长度，可以更好地穿过头发，并贴合不同形状的人体头部。

 

图1 干电极在电解质中的一对电极电位差

 

 

图2 干电极在电解质中一对电极胶的交流阻抗谱（10mV扰动，1-10k Hz带宽）

 

 

表3 干电极指标参数

 

 　　经测试，在BP放大器（V-amp 16通道）可基本满足采集脑电的功能性要求。所述干电极配合蓝色三角帽，电极-头皮阻抗>100 kΩ，采集脑电波信号波形平稳，信号质量好，眨眼，闭眼状态下 能观测到明显的特征波形。电极舒适性良好。所述干电极采用柔性材料，硬度适中，舒适性良好，佩戴 1hr 无明显不适。

 

 

 　　需说明的是，尽管目前干电极可以在一定程度上采集相应范围内的脑电，但由于是电子导体直接接触皮肤，无导电膏、盐水等离子导体界面，相较于湿电极仍有非常高的接触阻抗，这也容易带来更高的脑电采集噪声，降低了脑电信号的质量。通常需要借助主动电极技术或者算法，以弥补干电极采集过程中的高噪音与信号干扰问题。