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技术

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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及脑机接口
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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。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，该方法包括：获取头皮曲面拓版图；头皮曲面拓版图中含有多个功能区；基于每个功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，对多个功能区中的部分功能区进行分割处理，得到分割后的多个功能区；根据分割后的多个功能区确定电极区的数量，以及根据分割后的多个功能区中每个功能区的形状确定每个电极区的形状；基于电极区的数量和每个电极区的形状制备头皮脑电极；头皮脑电极包含多个可拆分的电极区，且每个电极区的衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶。进一步地，该制备方法还包括制备头皮脑电极的步骤；制备头皮脑电极，包括：获取第一基底层；在第一基底层上生长牺牲层，且在牺牲层上旋涂固化第二基底层；对第二基底层进行光刻，使得第二基底层被划分为多个间隔分布的待沉积区域；在多个待沉积区域上沉积第一金属层，且在第一金属层上沉积第二金属层；在沉积有第一金属层和第二金属层的第二基底层上旋涂固化绝缘层；在绝缘层上第二金属层对应的区域制备掩膜层，使得绝缘层被划分为多个间隔分布的待刻蚀区域；掩膜层的面积大于第二金属层的面积；对待刻蚀区域和第二基底层中待刻蚀区域对应的区域进行刻蚀，得到网状结构；对掩膜层中第二金属层对应的区域和绝缘层中第二金属层对应的区域进行刻蚀，使得第二金属层的部分区域暴露于空气中，得到电极触点；去除牺牲层，得到电极区；将电极区固化在衬底上，得到头皮脑电极；衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶。进一步地，该制备方法还包括制备衬底的步骤；制备衬底，包括：将家蚕茧纤维置于碳酸钠溶液中煮沸，去除丝胶蛋白，得到丝蛋白纤维；利用蒸馏水冲洗丝蛋白纤维，且对冲洗后的丝蛋白纤维进行干燥处理；将干燥处理后的丝蛋白纤维溶解于预配置的混合溶液中，得到丝蛋白溶液；预配置的混合溶液为氯化钙和醇类的二元混合溶液；将丝蛋白溶液置于基板上进行干燥处理，得到改性后的丝素蛋白水凝胶衬底。进一步地，将干燥后的丝蛋白纤维溶解于预配置的混合溶液中，得到丝蛋白溶液，包括：将氯化钙溶解于甲酸溶液或者过氧化氢水溶液中，得到第一混合溶液；将丝蛋白纤维溶解于第一混合溶液中，得到第二混合溶液；向第二混合溶液中加入预设比例的醇类溶剂，得到丝蛋白溶液；醇类溶剂包括但不限于乙二醇、甘油和六氟异丙醇。进一步地，第一基底层的材料包括硅。进一步地，牺牲层的材料包括二氧化硅。进一步地，第二基底层的材料和绝缘层的材料均包括聚酰亚胺。进一步地，第一金属层的材料包括铬；第二金属层的材料包括金。进一步地，掩膜层的材料包括铝。相应地，本申请实施例还提供了一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的结构，该结构包括：衬底；衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶衬底；部分区域被衬底包覆的第二基底层；第二基底层被划分为多个间隔分布的待沉积区域；位于第二基底层上的待沉积区域上的第一金属层；第一金属的下表面与第二基底层贴附；位于第一金属层上的第二金属层；第二金属层包括第一区域和第二区域，第一区域位于第二区域的内侧，第一金属层的上表面与第二金属层的下表面贴附，第二金属层的第一区域的上表面暴露于空气中；位于第二基底层上的绝缘层，且绝缘层的部分区域位于第二金属层的第二区域上。本申请实施例具有如下有益效果：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，具体制备方法包括获取头皮曲面拓版图，其中，头皮曲面拓版图中含有多个功能区，基于每个功能区在大脑颅骨上对应区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法，其特征在于，包括：/n获取头皮曲面拓版图；所述头皮曲面拓版图中含有多个功能区；/n基于所述每个功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，对所述多个功能区中的部分功能区进行分割处理，得到分割后的多个功能区；/n根据所述分割后的多个功能区确定电极区的数量，以及根据所述分割后的多个功能区中每个功能区的形状确定每个电极区的形状；/n基于所述电极区的数量和所述每个电极区的形状制备头皮脑电极；所述头皮脑电极包含多个可拆分的电极区，且所述每个电极区的衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于脑功能分区的柔性可拆分头皮脑电极的制备方法，其特征在于，包括：
获取头皮曲面拓版图；所述头皮曲面拓版图中含有多个功能区；
基于所述每个功能区在大脑颅骨上对应区域的弧度，对所述多个功能区中的部分功能区进行分割处理，得到分割后的多个功能区；
根据所述分割后的多个功能区确定电极区的数量，以及根据所述分割后的多个功能区中每个功能区的形状确定每个电极区的形状；
基于所述电极区的数量和所述每个电极区的形状制备头皮脑电极；所述头皮脑电极包含多个可拆分的电极区，且所述每个电极区的衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括制备所述头皮脑电极的步骤；
所述制备所述头皮脑电极，包括：
获取第一基底层；
在所述第一基底层上生长牺牲层，且在所述牺牲层上旋涂固化第二基底层；
对所述第二基底层进行光刻，使得所述第二基底层被划分为多个间隔分布的待沉积区域；
在所述多个待沉积区域上沉积第一金属层，且在所述第一金属层上沉积第二金属层；
在沉积有所述第一金属层和所述第二金属层的第二基底层上旋涂固化绝缘层；
在所述绝缘层上所述第二金属层对应的区域制备掩膜层，使得所述绝缘层被划分为多个间隔分布的待刻蚀区域；所述掩膜层的面积大于所述第二金属层的面积；
对所述待刻蚀区域和所述第二基底层中所述待刻蚀区域对应的区域进行刻蚀，得到网状结构；
对所述掩膜层中所述第二金属层对应的区域和所述绝缘层中所述第二金属层对应的区域进行刻蚀，使得第二金属层的部分区域暴露于空气中，得到电极触点；
去除所述牺牲层，得到电极区；
将所述电极区固化在衬底上，得到头皮脑电极；所述衬底为改性后的丝素蛋白水凝胶。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括制备所述衬底的步骤；
所述制备所述衬底，包括：
将家蚕茧纤维置于碳酸钠溶液中煮沸，去除丝胶蛋白，得到丝蛋白纤维；
利用蒸馏水冲洗所述丝蛋白纤维，且对冲洗后的丝蛋白纤维进行干...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶虎，徐飞鸿，周志涛，魏晓玲，梁佶智，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31