◎?qū)O東姣 張馨雨 黃瑤 姚換旭 張騰

引言：現(xiàn)如今微結(jié)構(gòu)陣列電極在各個(gè)領(lǐng)域都有十分不錯(cuò)的表現(xiàn)，而生物電是人體最基本的生理現(xiàn)象，通過(guò)檢測(cè)生物電的特征可以對(duì)人體內(nèi)部狀況進(jìn)行診斷。微結(jié)構(gòu)陣列電極在生物電方面有著不一樣的作用，生物醫(yī)用電極作為生物電采集系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件，很大程度決定了生物電的深入研究。因此，微結(jié)構(gòu)陣列電極在腦電信號(hào)的研發(fā)具有重要的研究意義和市場(chǎng)價(jià)值。

一、發(fā)展歷史

1924年，Jena大學(xué)的Hans Berger發(fā)現(xiàn)人腦電活動(dòng)，并命名為EEG，十九世紀(jì)八十年代，英國(guó)外科醫(yī)生卡頓通過(guò)電極記錄了猴子腦內(nèi)的電活動(dòng)現(xiàn)象，這是人類歷史上第一次記錄腦電活動(dòng)以此檢測(cè)腦電工作情況，直到二十世紀(jì)發(fā)展到現(xiàn)在為止，德國(guó)醫(yī)學(xué)家用針狀電極記錄了人類大腦的電流活動(dòng)，將其記錄方法命名為腦電圖記錄術(shù)，從此開啟了腦電圖的應(yīng)用時(shí)代，而到了1930年左右，因?yàn)槟M電子技術(shù)的趨于成熟化，而基于電子管的技術(shù)的腦電采集系統(tǒng)開始應(yīng)用。二十世紀(jì)五十年代時(shí)，腦電信號(hào)的研究又進(jìn)入的新的境界，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)得到應(yīng)用，時(shí)間一直走到七十年代，得以重用的分別是共模技術(shù)和集成電路技術(shù)，這使得腦電系統(tǒng)的體積大大的削減，而如今已是走向了穩(wěn)定。微結(jié)構(gòu)陣列電極在腦電信號(hào)中的應(yīng)用是隨著發(fā)展而走向應(yīng)用的新型的技術(shù)。

二、微結(jié)構(gòu)陣列電極在腦電信號(hào)采集中的原理

腦電信號(hào)是腦神經(jīng)細(xì)胞在大腦皮層電信號(hào)的反映，可以映射出人的身體狀況及心理活動(dòng)，對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)可以診斷并預(yù)防精神性疾病、癲癇、腦腫瘤、病毒性腦炎等疾病。微結(jié)構(gòu)陣列電極在腦電信號(hào)采集系統(tǒng)主要由4部分組成：微結(jié)構(gòu)陣列電極、放大器、信號(hào)傳輸部分、電源。將微結(jié)構(gòu)陣列電極置于被測(cè)者頭皮上采集腦電信號(hào)，將采集到的腦電信號(hào)傳輸給放大器，放大器對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理，由信號(hào)傳輸部分進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換等處理，再進(jìn)行后續(xù)處理。腦電信號(hào)采集導(dǎo)聯(lián)方式分為單極導(dǎo)聯(lián)和雙極導(dǎo)聯(lián)，單極導(dǎo)聯(lián)將作用電極放置在被測(cè)者的頭皮上，參考電極放在被測(cè)者的耳垂處，耳垂處的電位接近于零，作用電極的電位即腦電信號(hào)的大??；雙極導(dǎo)聯(lián)則將兩個(gè)電極放置在被測(cè)者的頭皮上，兩個(gè)電極的電位差即腦電信號(hào)。

經(jīng)過(guò)大量測(cè)試，要獲取高質(zhì)量的腦電信號(hào)，微結(jié)構(gòu)陣電極大小在3 mm*3 mm、長(zhǎng)度在170-200 μm之間、阻抗在0.65～16 kΩ之間較為合適。雖然目前利用微結(jié)構(gòu)陣列電極采集腦電信號(hào)的研究已有很大進(jìn)展，但仍存在一些問(wèn)題需要深人研究：微結(jié)構(gòu)陣列電極刺入大腦皮層的深度與力度的關(guān)系還需做大量實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證；由于腦電信號(hào)非常微弱（大小在5～150 μV之間），所以電極與頭皮之間的阻抗大小是直接影響采集質(zhì)量的重要因素。微結(jié)構(gòu)陣列電極腦電信號(hào)的采集不僅應(yīng)用于臨床上大腦疾病的診斷、監(jiān)測(cè)，還將向腦機(jī)接口方向發(fā)展，用于輔助正常人通過(guò)大腦直接控制外部設(shè)備。

三、未來(lái)展望

微結(jié)構(gòu)陣列電極在腦電信號(hào)采集中的應(yīng)用該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)應(yīng)用多年，早在20世紀(jì)70年代，國(guó)外便有學(xué)者運(yùn)用該技術(shù)記錄神經(jīng)元細(xì)胞的電生理學(xué)變化。近年來(lái)隨著微電級(jí)技術(shù)的發(fā)展，微結(jié)構(gòu)陣列電極在神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)研究中的應(yīng)用不斷取得發(fā)展。綜上所述，微電極陣列技術(shù)迅速發(fā)展，制作材料也有半導(dǎo)體為主，逐漸發(fā)展高相容性生物材料，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展其成本幾經(jīng)有所降低，而其性能越來(lái)越強(qiáng)大，使其遍及在各個(gè)領(lǐng)域。例如電極控制、消費(fèi)類電子等。