Electrodo para registro de señales bioeléctricas y su procedimiento de fabricación.

Electrodo (1) para el registro de las señales bioleléctricas de un paciente, que comprende: una matriz plana (2), que tiene una cara interior (2a) y una cara exterior(2b); al menos un soporte metálico (3) unido a la cara interior (2a) de la matriz plana (2); al menos una pieza elástica porosa (4), impregnada por una dispersión inorgánica conductora de la electricidad, que tiene una superficie de fijación (4b) fijada al soporte metálico (3) y una superficie de contacto (4a) para establecer contacto eléctrico con el cráneo del paciente

Electrodo para registro de señales bioeléctricas y su procedimiento de fabricación.

Objeto de la invención

La presente invención forma parte del área de la Electrónica-Química, en el sector de la captación de señales bioeléctricas. En concreto, el objeto del electrodo de la invención es registrar señales bioeléctricas de un paciente sin utilizar geles de contacto.

Antecedentes de la invención

Normalmente, un dispositivo de registro de la actividad bioleléctrica comprende fundamentalmente un conjunto de electrodos que se disponen en contacto con el cráneo del paciente en determinados puntos, y que son los responsables de la adquisición de las señales. A continuación, las señales son filtradas para su interpretación y/o almacenamiento. Desde su invención en 1929, los avances tecnológicos han logrado principalmente, por un lado transformar la señal analógica en digital, y por otro aumentar el número de electrodos que es posible utilizar simultáneamente. En los últimos años, gracias a métodos de análisis de señal, se emplean cada vez más registros electroencefalográficos (EEG) en el diagnóstico de enfermedades neurológicas, para el estudio de las funciones cerebrales y para el control externo de aparatos.

A lo largo de los últimos años se han obtenido grandes avances en el análisis de señales EEG: métodos de estimación espectral estacionaria para identificar los principales ritmos cerebrales; técnicas de estimación espectral dinámica para correlacionar los diferentes ritmos EEG con la ejecución de tareas sensitivo-motoras y cognitivas; técnicas estimación de la sincronización y de direccionalidad entre diferentes canales para caracterizar la transmisión de actividad entre áreas distintas del cerebro; métodos de filtrado espacial laplaciano para minimizar la distorsión debida a los tejidos que separan los electrodos del cerebro; métodos de separación de generadores para localizar las áreas cerebrales donde se origina la actividad neuronal; etc.

Sin embargo, se han producido muy pocos cambios en la forma y en el material de los electrodos utilizados, siendo todavía la mayoría de oro o Ag/Cl y con necesidad de conductores salinos (gel) en el punto de contacto con la piel del paciente.

Descripción de la invención

En general, un electrodo adecuado para estas aplicaciones debe presentar una alta conductividad eléctrica, así como buena estabilidad química, alta resistencia mecánica, alta flexibilidad y buena estabilidad dimensional. Otras dos características fundamentales son un bajo coste y la facilidad de reciclarlo para evitar daños al medio ambiente.

La presente invención describe un electrodo que presenta una elevada conductividad electrónica, con buena estabilidad térmica y química (en las condiciones de operación). Se trata de un electrodo de carácter híbrido orgánico-metálico que emplea una matriz polimérica de látex de caucho natural entrecruzado. Esto le confiere unas excelentes propiedades mecánicas, sobretodo en alargamiento a la rotura, una flexibilidad muy superior a la de cualquier electrodo de la técnica anterior, y una inmejorable elasticidad. También el peso y el volumen del electrodo de la invención son inferiores a los de la técnica anterior. Además, su coste es inferior al del resto de los electrodos conocidos, ya que, al ser el látex de caucho natural un producto de origen vegetal absolutamente reciclable, y de consumo masivo, su precio es varias veces menor que el de los polímeros sintéticos derivados del petróleo usados en otro tipo de electrodos.

En el presente documento, el término "paciente" pretende hacer referencia no sólo a pacientes humanos, sino también a cualquier otro animal cuya actividad cerebral pudiera ser objeto de estudio.

Un primer aspecto de la presente invención describe un electrodo para el registro de las señales bioleléctricas de un paciente que comprende una matriz plana, al menos un soporte metálico y al menos una pieza elástica porosa. Estos elementos se describen a continuación:

a) Matriz plana

Se trata de una matriz cuya forma aproximadamente plana es adecuada para amoldarse a la forma de la piel del paciente sobre la que se tomarán las señales bioeléctricas. En una realización preferida de la invención, la matriz plana está hecha de un material elástico, aunque también se puede fabricar en materiales rígidos. Para hacer referencia a las caras de la matriz, denominaremos "cara interior" a la cara destinada a estar enfrentada a la piel del paciente y "cara exterior" a la cara opuesta.

b) Soporte metálico

Se trata de una pieza metálica fijada a la cara interior de la matriz plana, y que está destinada a soportar la pieza elástica porosa que adquiere la señal bioeléctrica de la piel del paciente. Dicha señal bioeléctrica se transmite desde la piel del paciente, a través de la pieza elástica porosa y del soporte metálico, hasta un módulo de adquisición de señales o módulo de procesamiento de señales. En una realización preferida de la invención, la placa eléctrica responsable del procesamiento de las señales bioeléctricas captadas está integrado en la cara exterior de la matriz plana.

En realizaciones preferidas de la invención, el soporte metálico está hecho de cobre con forma de vaso, con el objeto de alojar y fijar en su interior la pieza elástica porosa.

c) Pieza elástica porosa

La pieza elástica porosa es la parte del electrodo que está en contacto con la piel del paciente para adquirir la señal bioeléctrica. La pieza elástica porosa preferiblemente está hecha de látex natural, que además puede estar prevulcanizado. Para dotar a la pieza elástica porosa de conductividad eléctrica, está mezclada con una dispersión inorgánica conductora de la electricidad. La dispersión inorgánica preferiblemente comprende entre un 20% y un 50% de material metálico, por ejemplo níquel, plata, oro, cobre, aluminio, carbono, u otros, y está mezclada en la pieza elástica porosa hasta una concentración de preferiblemente entre 0,1% y 1% en peso.

La pieza elástica porosa puede tener cualquier forma, siempre que sea adecuada para que uno de sus lados esté fijado al soporte metálico, y el lado opuesto sea adecuado para el contacto con la piel del paciente. En el presente documento, denominaremos "superficie de fijación" a la superficie que se fija al soporte metálico, y "superficie de contacto" a la superficie que establece contacto eléctrico con el paciente. Preferiblemente, la pieza elástica porosa tiene forma esférica, y más preferiblemente con un diámetro de entre 500 micras y 5000 micras.

Además, y con el objeto de mejorar aún más la conductividad de la pieza elástica porosa y el contacto eléctrico con la piel del paciente, la superficie de contacto de la pieza elástica porosa puede comprender además una lámina de una dispersión inorgánica conductora de la electricidad, preferiblemente con un espesor de entre 300 nm y 2 μm.

En cuanto a las propiedades mecánicas de las piezas elásticas porosas, independientemente del tipo de carga utilizada los módulos al 100% de deformación son inferiores a 1,6 MPa, mientras que al 900% superan en la mayoría de los casos los 20 MPa, lo cual quiere decir que son bastante elásticas. Todas las piezas elásticas porosas obtenidas presentan un comportamiento a la rotura con buenas prestaciones, ya que la carga a la rotura varía entre los 15 y 30 MPa con deformaciones máximas superiores al 700%, muy adecuado para el ensamblaje bajo presiones de las piezas elásticas porosas sobre los soportes metálicas.

Se han realizado medidas de conductividad electrónica de cuatro puntas de las piezas elásticas porosas con forma esférica y recubiertas, y se ha podido obtener valores de 10E⁴ S/cm a 25ºC y 37ºC, valores que son muy adecuados para el registro de señales bioeléctricas.

Por otro lado, el procedimiento de fabricación del electrodo de la invención de producción es rápido y sencillo, y no necesita ni temperaturas ni presiones elevadas, por lo que no requiere un gran gasto energético. Además, no se requiere el uso de ningún disolvente, ya que todas la dispersiones son en fase acuosa, por lo que no es contaminante.

Así, un segundo aspecto de la invención se refiere a un procedimiento de fabricación de un electrodo para el registro de las señales bioleléctricas de un paciente, que comprende una matriz plana, al menos un soporte metálico... [Seguir leyendo]

1. Electrodo (1) para el registro de las señales bioleléctricas de un paciente, caracterizado porque comprende:

una matriz plana (2), que tiene una cara interior (2a) y una cara exterior (2b);

al menos un soporte metálico (3) fijado a la cara interior (2a) de la matriz plana elástica (2);

al menos una pieza elástica porosa (4) mezclada con una dispersión inorgánica conductora de la electricidad, que tiene una superficie de fijación (4b) fijada al soporte metálico (3) y una superficie de contacto (4a) destinada a establecer contacto eléctrico con la piel del paciente.

2. Electrodo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la matriz plana (2) está hecha de un material elástico.

3. Electrodo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-3, caracterizado porque la dispersión inorgánica conductora de la electricidad comprende entre un 20% y un 50% de material metálico.

4. Electrodo (1) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el material metálico es al menos uno de entre los siguientes: níquel, plata, oro, cobre, aluminio y carbono.

5. Electrodo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3-4, caracterizado porque el contenido de material metálico de la pieza elástica porosa (4) está entre el 0,1% y el 1% en peso.

6. Electrodo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende una lámina (5) de dispersión inorgánica dispuesta sobre la superficie de contacto (4a) de la pieza elástica porosa (4).

7. Electrodo (1) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque la lámina (5) de dispersión tiene un espesor de entre 300 nm y 2 μm.

8. Electrodo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pieza elástica porosa (4) es de látex natural vulcanizado.

9. Electrodo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pieza elástica porosa (4) tiene forma esférica.

10. Electrodo (1) de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque la pieza elástica porosa (4) tiene entre 500 micras y 5000 micras de diámetro.

11. Electrodo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el soporte metálico (3) está hecho de cobre.

12. Electrodo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el soporte metálico (3) tiene forma de vaso.

13. Electrodo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además una placa eléctrica fijada a la cara exterior de la matriz plana (2).

14. Procedimiento de fabricación de un electrodo (1) para el registro de las señales bioleléctricas de un paciente, que comprende una matriz plana (2), al menos un soporte metálico (3) y al menos una pieza elástica porosa (4), caracterizado porque comprende las siguientes operaciones:

preparar una solución de un material elástico y mezclar dicha solución con una dispersión inorgánica conductora de la electricidad;

conformar la mezcla de la operación anterior para obtener una pieza elástica porosa (4);

fijar una superficie de fijación (4a) de la pieza elástica porosa (4) al soporte metálico (3); y

fijar el soporte metálico (3) a una superficie de contacto (2a) de la matriz plana (2).

15. Procedimiento de fabricación de un electrodo (1) de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque el material elástico es látex.

16. Procedimiento de fabricación de un electrodo (1) de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque la pieza elástica porosa (4) conformada tiene forma esférica.

17. Procedimiento de fabricación de un electrodo (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14-16, caracterizado porque la operación de fijar la pieza elástica porosa (4) al soporte metálico (3) se realiza mediante termounión a una temperatura de entre 40ºC y 80ºC.

18. Procedimiento de fabricación de un electrodo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14-17, caracterizado porque además comprende la operación de extender por serigrafía una capa (5) de dispersión inorgánica conductora de la electricidad sobre una superficie de contacto (4a) de la pieza elástica porosa (4).

19. Procedimiento de fabricación de un electrodo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 14-18, caracterizado porque además comprende la operación previa de prevulcanizar el látex de la pieza elástica porosa (4).