企业软件开发外包 中科院半导体所裴为华护士团队尽头迷惑者在脑电电极领域赢得蹙迫护士进展
发布日期：2024-08-09 06:09 点击次数：134
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脑电图（EEG）由于其非侵入性的特色，在临床医学和脑机接口（BCI）中得到了庸俗的护士。其中，用于索取脑电信号的脑电传感器是神经响应和脑机接口的要道元件。然而，当今市面常见的商用干电极和湿电极仍然存在一定错误，举例干电极的高斗争阻抗以及爪式面目陪同的痛感、湿电极过于复杂的准备和清洗进程，这些问题的存在极地面适度了BCI系统的实施提高。
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近期，半导体所裴为华护士团队尽头迷惑者设置了一种预置式的水凝胶（PreG）电极，联系护士效果发表于神经科学领域TOP期刊IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering（2022, 30, 834）。PreG电极与传统湿式电极比较，优点是指导肤浅快捷，使用后无需清洁头发和电极，清闲性好。在指导EEG头带之前，水凝胶电极是被提前舍弃在Ag/AgCl电极之上，而不是在指导头带后进行耗时的导电膏打针。这种PreG电极的阻抗不错申斥到50 kΩ以致更低。与湿电极为对照组进行的BCI专揽施行终结标明，在基于稳态视觉诱发电位（SSVEP）的40目的打字系统中，使用PreG电极和湿电极的分类精度和信息传输率（ITR）莫得显赫相反。这款水凝胶电极当今如故终结范围化的分娩与生意化销售专揽，配套使用的脑电头带和脑电帽均已设置完成。
这种水凝胶电极组分和分娩工艺精辟。水凝胶主要由以下要素构成：卡拉胶、保水剂、导电盐和去离子水。该工艺主要包括以下步地：率先，将原料按比例称量，将保水剂加入卡拉胶中，充分搅动羼杂均匀，得到羼杂物A；其次，将NaCl导电盐加入去离子水中，加热至搅动熔解，得到羼杂物B；第三，将羼杂物A加入羼杂物B中，加热搅动羼杂均匀，得到液态水凝胶材料；终末，将水凝胶材料倒入模具中。冷却后，得到无数目制备的柔性弹性水凝胶锥体。
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图1：PreG电极暗示和什物图
如图1(a)所示，PreG电极主要由两部分构成：第一部分Ag/AgCl电极和第二部分水凝胶电极。3D打印碗状外壳和盖子主淌若用于封装水凝胶电极和Ag/AgCl电极，其中，烧结的Ag/AgCl电极灌封在盖子上。电极盖子和外壳不错重迭大开和拧紧以更换水凝胶电极，制作的水凝胶电极和PreG电极如图1(b)所示。通过在外壳周围预留了一个特别的环形槽，不错将PreG电极毛糙地装配在 EEG头带上，如图1(c)所示。
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图2：PreG电极与湿电极阻抗性能对比
尽管PreG电极的平均阻抗高于湿电极，然而其最高阻抗不跳跃100kΩ，如图2(a)中十名受试者的PreG电极和湿电极的平均阻抗所示。此外，APP开发业务PreG电极的阻抗在一定时安分呈着落趋势，讲解PreG电极润湿头发和头皮的时分比湿电极长。此外，长发或浓密的头发比短发需要更多的时分来润湿。因此，最佳在舍弃 PreG 电极之前将头发拨开，以申斥阻抗和裁汰稳按时。阻抗随时分的进一步变化标明，PreG电极不错保合手低阻抗至少4小时，温顺基本的BCI专揽场景，如图2(b)。
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图3：水凝胶电极与干电极对比
与硬质干电极比较，水凝胶电极具有细致的弹性和柔韧性情，赋予了被试更清闲的指导嗅觉。如图3(a)所示，左侧水凝胶电极处于1N压力下，中间是重迭按压（1N，6s按压，6s谗谄）30次后的水凝胶电极，与右侧的原始水凝胶电极比较，莫得不雅察到赫然的变形。图3(c)和图3(d)展示了猪皮和水凝胶电极在0.25N的力下2小时后的变形。尽管干电极和水凝胶电极王人会在猪皮上留住压痕，关联词成绩于水凝胶电极的柔韧性，当它被压在猪皮上时会发生形变增大斗争面积，从而灵验申斥电极受压给头皮带来的压力强度。
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图4：施行中所用的基于40个目的刺激接口的SSVEP的BCI系统
为了进一步表征PreG电极的脑电信号索取性能，护士者还对比了PreG电极和湿电极在图4展示的基于40个目的刺激接口的SSVEP的BCI系统中的推崇。
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图5：PreG电极和湿电极的准确率对比
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图6：PreG电极和湿电极功率密度和信噪比对比
SSVEP的施行终结标明PreG电极和湿电极的平平分类正确率和ITR趋势疏通，两个电极之间的平平分类正确率 (p = 0.0744) 和ITR (p = 0.066) 莫得赫然相反。
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图7：受试对PreG电极和湿电极的评价对比
通过对受试的问卷走访标明：尽管90%的受试者以为湿电极比PreG电极更清闲， 然而70%的受试者以为PreG电极也很清闲。在笼统探求清闲性和便利性的情况下，80%的受试者倾向于遴荐PreG电极，因为PreG电极在头发上基本莫得残留，问卷终结如图7所示。
东说念主物简介：
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裴为华博士，中国科学院半导体护士所护士员，博士生导师。2005年毕业于中科院半导体所，2005-2008年在清华大学生物医学工程系和德国马普微结构与物理护士所作念博士后护士。比年来主要通过微纳加和名义功能修饰，护士高贤达、高信噪比的植入式神经微电极传感阵列器件及脑电电极器件，护士温顺生物在体环境下使用的传感器件的制备工艺，探索和设置新的电生理信号传感结构和微加工手艺。在国表里发表联系论文50余篇，授权发明专利11项。
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