重复性与一次性无创脑电传感器：技术解析与临床应用选择
一.重复性无创脑电传感器
自脑电技术首次应用以来，其基本原理始终保持不变。随着技术的发展，各种类型的电极(包括湿电极脑电传感器和干电极脑电传感器)相继问世。它们在使用方式、信号质量和适用场景方面存在显著差异。
- 湿电极脑电传感器(Wet/Gel Electrodes)
湿电极脑电传感器的核心原理是降低电极-皮肤阻抗(impedance)，从而提高脑电传感器的信号质量。较低的电极-皮肤阻抗有助于减少电源干扰(如50/60Hz工频噪声)，并增强脑电传感器信号对运动伪影(如电缆晃动)的抗干扰能力。目前，临床脑电传感器测量最常用的湿电极脑电传感器是银/氯化银(Ag/AgCl)电极，其工作方式是利用导电凝胶(electrolyte gel)在皮肤与电极之间建立稳定的电导通路，以降低阻抗。
湿电极脑电传感器虽然是临床脑电测量的“行业标准”，但也存在一些明显的缺点：
- 需要较长时间来降低阻抗。
- 凝胶会逐渐干涸，影响信号质量。
- 高密度EEG(dense array EEG)可能导致信号干扰。
- 使用过程复杂。
- 受试者体验不佳。
- 干电极脑电传感器(Dry Electrodes)
为克服湿电极脑电传感器的上述问题，干电极脑电传感器应运而生，尤其适用于稳定的长期电极传感器测量。与湿电极脑电传感器不同，干电极脑电传感器无需繁琐的准备，减少了佩戴脑电传感器的时间成本。因此，它在便携脑电传感器设备和脑机接口(BCI)研究中应用广泛。
干电极脑电传感器主要分为以下三类：
接触式干电极脑电传感器(Contact Dry Electrodes)：电极直接接触头皮，通常采用金属尖刺阵列，甚至在某些情况下，电极会轻微刺入角质层(stratum corneum, SC)，以增强机械稳定性并改善电导特性。
非接触式干电极脑电传感器(Noncontact Dry Electrodes)：电极底部由金属材料制成，与皮肤之间通过“电容耦合(capacitive coupling)”建立电导，适用于头发较多的区域或隔着衣物测量EEG。
绝缘电极(Insulating Electrodes)：电极底部由绝缘材料制成，依靠电容耦合进行EEG测量，避免了直接接触皮肤带来的不适。
二.一次性无创脑电传感器
一次性无创脑电传感器是一种用于采集人体脑电信号的医疗器械，广泛应用于临床麻醉深度监测、神经科诊断、睡眠研究等领域。其主要功能是将脑电信号转换为电信号，并传输至脑电诊断或监护设备进行分析。
一次性无创脑电传感器监测技术为临床医生提供了额外的安全性，使其能够为患者提供更加专业的护理和舒适感，尤其适用于对麻醉血流动力学影响更敏感的患者。同时，该技术能够提供患者状态的宝贵信息，帮助临床医生满足每位患者独特的麻醉需求。特别是在病情复杂、状态可能突然或频繁变化的患者、心血管疾病患者、肥胖患者，以及创伤患者或其他需要降低麻醉程度的患者中，该技术可发挥重要作用，助力精准麻醉管理。
传感器通过创新设计捕捉低压脑电信号，确保稳定、精准的数据采集。首先，在传感器表面使用导电墨水直接印刷电极，并将其置于胶粘泡沫下方，以优化低压脑电信号的拾取效果。同时，电极的机械按压作用能够去除部分表层死皮细胞，露出导电性更强的皮肤层，使导电凝胶渗透并在皮肤与传感器导电迹线之间建立高效电通路。此外，通过设计一层含有精确凝胶量的薄海绵，在前额皮肤和导电电极之间形成稳定的连接。通过这些精细优化组件的共同作用，确保EEG信号的高效采集与稳定传输，从而提升监测质量和临床应用价值。
一次性无创脑电传感器的组成部分：
电极片： 直接贴附于头皮，用于感知脑电信号。电极片通常由导电材料制成，以确保信号传导的准确性。
导线： 连接电极片与监护设备，负责传输采集到的脑电信号。导线需具备良好的导电性和屏蔽性能，以减少信号干扰。
连接器： 用于将导线与脑电监护设备连接，确保信号的稳定传输。
一次性无创脑电传感器的分类：
根据结构和连接方式的不同，一次性无创脑电传感器可分为以下几种类型：
单片扣式： 形态为单片设计，采用扣式连接，结构简单，使用方便。
单片线缆式： 同样为单片设计，但配有连接线缆，可具有永久性连接或可拆卸连接方式，适用于不同的临床需求。
多片式： 由多个电极片组成，适用于需要多点脑电信号采集的场景。
此外，根据不同的监测需求，传感器还可分为双通道和四通道等类型，以满足成人和儿童等不同人群的使用要求。
在选择和使用一次性无创脑电传感器时，应根据具体的临床需求，考虑传感器的类型、结构和适用范围，以确保脑电信号的准确采集和患者的舒适度。
三.重复性和一次性无创脑电传感器：如何选择?
一次性无创脑电传感器与可重复使用的传感器在设计、使用和维护方面存在明显差异。一次性传感器旨在单次使用，确保每位患者使用全新的设备，避免交叉感染的风险。这种设计提高了卫生安全性，且使用后无需清洁或消毒，操作简便。然而，频繁更换可能增加医疗成本，并产生更多医疗废物，需要妥善处理。
相比之下，可重复使用的传感器设计用于多次使用，适合长期监测和研究。其优势在于降低长期采购成本，且环保友好，减少医疗废物的产生。但每次使用后需严格清洁和消毒，增加了工作量。若消毒不彻底，可能导致交叉感染的风险。
在选择传感器类型时，应综合考虑患者安全、成本效益和操作流程等因素。对于需要高卫生标准的场合，如手术室，一次性传感器更为适用;而在研究或长期监测中，可重复使用的传感器可能更具经济性。
