一种在顶颞区三维均匀分布的脑电极阵列及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种在顶颞区三维均匀分布的脑电极阵列及其制备方法。其中所述的在顶颞头皮表面三维均匀分布是指脑电极阵列中相邻脑电极三维空间上的距离相等，在脑电极阵列覆盖的头皮范围内所有的脑电极是均匀分布的。其中所述的二维高密度脑电极阵列是指本发明专利技术的脑电极阵列是通过二维平面的微纳加工方法制作的，这些以特定坐标排列的二维脑电极佩戴到三维的头部时，则会三维变形在头皮表面实现脑电极的均匀分布。本发明专利技术形成的二维高密度脑电极阵列，在二维平面不是均匀分布，只有佩戴在顶颞头皮表面才会均匀分布，以均匀的距离对运动想象脑区的脑电信号进行记录，以便实现脑电信号记录均匀的空间分辨率。信号记录均匀的空间分辨率。信号记录均匀的空间分辨率。

【技术实现步骤摘要】
一种在顶颞区三维均匀分布的脑电极阵列及其制备方法


[0001]本专利技术属于医用器械
、生物医学工程领域、人工智能领域和微纳加工
，涉及高密度脑电极阵列，更具体涉及一种在顶颞区三维均匀分布的脑电极阵列及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，基于表面脑电信号的脑机接口已发展成可靠的人机交互、脑机交互、医疗诊断和辅助治疗手段，然而该技术依赖于从头皮上将脑部的自发性生物电位加以放大记录，是通过脑电极记录下来的脑细胞群的自发性、节律性电活动。人体特定部位(如：左手、右手、左脚、右脚、舌头)运动和运动想象时在新皮质功能区域的第4区域及第6区域所触发的脑电信号是研究运动想象的关键。高质量的获取这些区域的脑电信号，是成功实现运动想象的基础。因而基于脑机接口的运动想象性能受到脑电极阵列的重大影响。
[0003]然而，当前的脑电帽或脑电极阵列的密度与空间分辨率较低，没有针对顶颞区第4区初级运动皮质与第6区运动前区皮质和辅助运动区皮质进行优化，因而获取这些区域的脑电信号能力相对较差。值得注意的是，多数脑电帽或脑电极阵列的形态是直接的三维形状，加工难度相对较大，存在较多的辅助佩戴结构。因而需要一种能在顶颞头皮表面三维均匀分布的二维高密度脑电极阵列，用来以均匀的距离对运动想象脑区的脑电信号进行记录，以便实现脑电信号记录均匀的空间分辨率。
[0004]根据对现有技术的检索发现，Limei Tian,Benjamin Zimmerman,Aadeel Akhtar等人在Nature Biomedical Engineering volume 3,pages194
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205(2019)撰文“Large
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area MRI
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compatible epidermal electronic interfaces for prosthetic control and cognitive monitoring”(用于假肢控制和认知监测的大面积磁共振成像兼容的电子接口)，该研究指出大面积表皮电极能够用来记录头皮表面的脑电信号，相对于传统的脑电极帽，获取到的信号质量明显提高，同时也能获取到更多的细节。但该研究中并没有针对脑电极阵列的分布进行优化设计，也没有考虑二维阵列电极在三维空间的变形，在实际应用中受到限制。
[0005]综上所述，虽然对脑电极阵列的研究得到了一定的进展，但是文献中未见报道能够实现在顶颞头皮表面三维均匀分布的二维高密度脑电极阵列。

技术实现思路

[0006]针对脑电极阵列的实际需求与现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种应用于运动想象中脑电信号记录的，能在顶颞区头皮表面三维均匀分布的二维高密度脑电极阵列。其中所述的在顶颞头皮表面三维均匀分布是指脑电极阵列中相邻脑电极三维空间上的距离相等，在脑电极阵列覆盖的头皮范围内所有的脑电极是均匀分布的。其中所述的二维高密度脑电极阵列是指本专利技术的脑电极阵列是通过二维平面的微纳加工方法制作的，这些以特定坐标排列的二维脑电极佩戴到三维的头部时，则会三维变形在头皮表面实现脑电极
的均匀分布。
[0007]本专利技术提供一种在顶颞区头皮表面三维均匀分布的高密度脑电极阵列的制备方法，：包括以下步骤：
[0008](1)基于三维坐标到二维的投影展开方法，获得脑电极阵列佩戴在顶颞区时头皮表面三维均匀分布的二维脑电极的特定坐标排列；所述在顶颞区头皮表面三维均匀分布是指脑电极阵列中相邻脑电极三维空间上的距离相等；
[0009](2)通过二维平面的微纳加工方法制作特定坐标排列的二维脑电极阵列；
[0010](3)将制作好的以特定坐标排列的二维脑电极阵列佩戴到三维的头部，得到三维变形在顶颞区头皮表面实现脑电极的三维均匀分布的高密度脑电极阵列。
[0011]本专利技术中，步骤(1)中，脑电极佩戴在顶颞区时相邻脑电极在三维空间上的距离为0.1
‑
12毫米。
[0012]本专利技术中，步骤(2)中，二维高密度脑电极阵列是由导电材料与绝缘材料构成的，其中导电材料构成电极，用来传输脑电信号；绝缘材料构成脑电极阵列的结构，用来对导电材料进行选择性的绝缘，防止信号串扰；二维高密度脑电极阵列中脑电极的直径为0.02
‑
8毫米。
[0013]本专利技术中，步骤(2)中，二维高密度脑电极阵列的相邻脑电极在二维平面上的距离为0.05
‑
15毫米。
[0014]本专利技术中，步骤(2)中，二维高密度脑电极阵列中的脑电极通道数量为64
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10240个。
[0015]本专利技术中，步骤(2)中，二维高密度脑电极阵列的厚度为0.01
‑
1毫米，
[0016]本专利技术中，步骤(2)中，二维脑电极阵列中的单个脑电极周围与其它脑电极是割裂开来的，连接的角度为1
‑
60度，以便于二维高密度脑电极在三维空间上变形，从而适应头部的三维形状。
[0017]本专利技术中，步骤(3)中，二维脑电极阵列佩戴后，相邻脑电极在三维空间上的距离为0.1
‑
12毫米。
[0018]本专利技术提供一种根据上述的制备方法制得的在顶颞区头皮表面三维均匀分布的高密度脑电极阵列。优选的，电极阵列中脑电极的直径为0.02
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8毫米；脑电极通道数量为64
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10240个；脑电极阵列的相邻脑电极在二维平面上的距离为0.05
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15毫米，单个脑电极周围与其它脑电极是割裂开来的，连接的角度为1
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60度；相邻脑电极在三维空间上的距离为0.1
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12毫米。传统脑电帽的相邻脑电极在三维空间上的中心距离一般不小于16毫米。本专利技术所述的高密度脑电极，相邻脑电极在三维空间上的距离为0.1
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12毫米，显著提升了顶颞区头皮表面脑电信号记录的空间分辨率。
[0019]本专利技术进一步提供上述的高密度脑电极阵列在记录运动想象中脑电信号方面的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0021]本专利技术利用二维高密度脑电极在三维空间上的变形，通过优化，精确控制单个脑电极的二维坐标、电极厚度、电极直径、二维距离等参数，从而实现高密度脑电极阵列在顶颞头皮表面三维均匀分布。以均匀的距离对运动想象脑区的脑电信号进行记录，以便实现脑电信号记录均匀的空间分辨率。
[0022]本专利技术使用特定组合的参数，使原本需要三维空间加工的高密度脑电极阵列降低了加工难度，使加工相对复杂的三维脑电极阵列转化为加工相对较为简便的二维脑电极阵列。利用该二维高密度脑电极阵列实现顶颞头皮表面脑电极的三维均匀分布，简化了三维结构，更方便佩戴脑电极阵列。
附图说明
[0023]图1为在顶颞区头皮表面三维均匀分布的高密度脑电极阵列的侧视图，包括电极头皮表面位置侧视图与电极皮质位置侧视图。
[0024]图2为在顶颞区头皮本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在顶颞区头皮表面三维均匀分布的高密度脑电极阵列的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）基于三维坐标到二维的投影展开方法，获得脑电极阵列佩戴在顶颞区时头皮表面三维均匀分布的二维脑电极的特定坐标排列；所述在顶颞区头皮表面三维均匀分布是指脑电极阵列中相邻脑电极三维空间上的距离相等；（2）通过二维平面的微纳加工方法制作特定坐标排列的二维脑电极阵列；（3）将制作好的以特定坐标排列的二维脑电极阵列佩戴到三维的头部，得到三维变形在顶颞区头皮表面实现脑电极的三维均匀分布的高密度脑电极阵列。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，首先通过在Magnetic Resonance Imaging (MRI)模板头皮表面上排列电极阵列，再通过三维坐标到二维的投影展开方法将三维坐标转化为二维坐标；三维坐标到二维的投影展开方法采用Azimuthal Equidistant Projection AEP方位等距离投影方法。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，脑电极佩戴在顶颞区时相邻脑电极在三维空间上的距离为0.1
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12毫米。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，二维脑电极阵列是由导电材料与绝缘材料构成的，其中导电材料构成脑电极，用来传输脑电信号；绝缘材料构成脑电极阵列的结构，用来对导电材料进行选择性的绝缘，防止信号串扰；二维高密度脑...

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓洋，方涛，宋左婷，穆伟，展格格，汪鹏超，王君孔帅，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：