半干脑电电极解决方案

 　　半干电极技术是介于干电极和湿电极间的一种新型电极技术，也称无胶电极。半干电极的工作原理是:电极可以缓慢释放少量的电解质(如 NaCl 溶液)到皮肤表面，形成稳定的离子导电通路，从而达到相对低且稳定的电极-皮肤阻抗。与湿电极相比，由于无需使用导电胶和皮肤预处理，具有快速装配、清洁、舒适优点;与干电极相比，电极-皮肤间具有少量的电解质，电极-皮肤阻抗相对低且稳定，EEG信号质量高。总之，半干电极兼具干、湿电极的优点，同时又弥补了他们的缺陷。

 

 　　格林泰克团队创始人段晏文教授所在的武汉大学神经电极课题组，创新提出了半干电极概念，发展了一种基于多孔陶瓷被动式半干电极。多孔陶瓷半干设有一个容纳 NaCl 溶液的“水库”， Ag/AgCl 粉末电极置于“水库”中。“水库”中的 NaCl 溶液可以缓慢释放到皮肤表面，润湿 头皮，形成良好离子导电通路。研究结果表明，这种半干电极具有较低且稳定的电极-皮肤 阻抗，一对电极 10 Hz 阻抗为 44.4±16.9 kΩ(n=10)，8h 阻抗增加 20 kΩ。即单个电极的阻 抗为 22.2±8.5 kΩ(n=10)，8 h 阻抗增加 10 kΩ。为了验证了半干电极的信号质量，同时采 集了半干电极和湿电极睁闭眼 EEG 信号。10 名被试睁闭眼任务和稳态视觉诱发电位(SSVEP) 任务半干电极、湿电极的相关性分别为 0.938±0.037、0.927±0.027。

 

 

图1. 与清华大学研发基于多孔陶瓷半干电极的实物图(A)和电极结构示意图(B) [1]。

 

 　　本项目与清华大学心理学系张丹老师合作，运用了睁-闭眼、稳态视觉诱发电位、P300 speller、N200 speller、运动想象 5 种经典 BCI 范式，验证其在脑-机接口(BCI)的应用的可行性[2]。试验结果表明，所有 20 名被试 9 个电极位点的半干电极、湿电极总平均互相关性 为 0.95±0.07。所有频段的半干、湿电极的相干系数(coherence)大于 0.8，10 Hz 以上频段 则大于 0.9(除了 50 Hz 的工频干扰除外)。更为重要的是，半干电极 5 个 BCI 范式的分类准确率与湿电极相当。这些结果表明，半干电极能有效捕获电生理响应，能替代传统的湿电 极应用于脑-机接口研究和应用。

 

 

图2 半干电极和湿电极信号的总体相似性。(A)电极间的时间相关性;(B)9 个不同位点，半干电极、湿电极的互相关性;(C)总平均谱;(D)两种电极的频谱相干性 。

 

 

图3 无胶S3电极帽及其在康复BCI上的应用

 

 

图4 水凝胶半干电极及头盔装置在EEG采集上的应用

 

 　　本团队多年来专注半干电极的的理论研究基础及产品转化，格林泰克科技有限公司联合武汉大学神经电极实验室，已发展有基于灵克棉技术的无胶盐水电极产品，水凝胶半干电极等系列产品，我们始终致力于为国内国际客户提供更加舒适、可靠、便捷的脑电采集电极方案。

 

 

参考文献 

1. [1] G. Li, D. Zhang, S. Wang, Y.Y. Duan, Novel passive ceramic based semi-dry electrodes for recording electroencephalography signals from the hairy scalp, Sens. Actuators B, 237(2016) 167- 78.
2. [2] W. Fei, L. Guangli, C. Jingjing, D. Yanwen, Z. Dan, Novel semi-dry electrodes for brain– computer interface applications, J. Neural Eng., 13(2016) 046021.
3. [3] L. Guangli, W. Jing-Tao, Review of semi-dry electrodes for EEG recording , J. Neural Eng., 17(2020) 051004.
4. [4] L. Guangli, W. Sizhe, D. Yanwen, Z. Dan, Towards gel-free electrodes: A systematic study of electrode-skin impedance, Sensors and Actuators B:Chemical, 241(2017) 1244-1255.