[發明專利]生物體體表信號的探測電極

在審

• 申請號: 201610154375.2
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105769166A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 王宇航;姚淳;黃岑宇
• 申請（專利權）人: 鎮江市高等專科學校
• 主分類號: A61B5/04
• 分類號: A61B5/04;A61B5/0488;A61B5/0492
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 湯磊

技術領域

本發明涉及一種適用于生物體表面微弱電信號的探測電極，尤其涉及一種生 物信號傳輸特性的電極陣列探測方法。

背景技術

生物體表面的電信號探測一直是生物醫學領域的難題之一。生物體表的電信 號探測有以下問題：

1、信號幅度非常微弱，如神經電位、肌電信號等，用常規的探測方法和設 備無法直接獲取，若引入放大器，則會帶來很大干擾并使得原有信號特征被噪聲 信號淹沒。

2、現有生物電信號的獲取大部分采用微電極，并且為了獲取神經電信號、 生物觸發信號等微弱信號，為了避免噪聲，采用侵入式探測方法(如針狀電極等)， 不僅對被測生物體帶來了額外的傷害，而且會引入新的噪聲。

3、生物信號是非平穩信號，隨機性強，根據不同的測試條件和需求，電極 的狀態和探測方法需要及時改變。

4、因為生物體和生物信號本身的特性，現有的探測電極無法保證測試條件 的一致性。

針對上述問題，本發明提出一種針對生物體表微弱電信號探測的電極陣列探 測系統。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是為生物體體表微弱電信號提供一種高效、可靠 的電極探測系統，以實現電信號的穩定、高效探測。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種生物體體表信號的探測電極，其包括柔性印刷電路板載體，在載體上設 置有陣列狀的電極排列點位，在每個點位上設置焊盤，并且在電路板上將各電極 點位焊盤通過印刷布線的方式電連接至公共接口端，公共接口端可根據需要對探 測點電極的探測/激勵以及電平進行控制。在電極點位上，通過焊錫填充焊盤的 方式實現焊錫與焊盤的電連接。焊錫填充高度應統一控制在2mm，形狀為半球 形，表面鍍氯化銀，以適應多次測量的環境而避免被氧化。

該探測電極配套使用的探測系統，其設計要點如下：采用低頻屏蔽電纜制作 連接線組件，避免微弱電信號的互相干擾和引入噪聲。其接線包括每個電極點的 數據連接線、接地信號傳輸專用線路。數據連接線與接地信號線交錯排列以最大 限度的降低信號線之間的串擾。輸出端口與控制電路板連接，且控制電路板的電 路地與電極探測地相連，保證接地電位的統一。

控制系統包括信號前端輸入光電耦合放大模塊、低通濾波模塊、單片機控制 模塊、輸出放大模塊、存儲模塊、輸入鍵盤。光電耦合放大模塊采用OPA系列 光電耦合一體化放大芯片即可；低通濾波模塊采用二階巴特沃夫濾波器，截止頻 率設計為15kHz。單片機控制模塊對輸入、輸出信號進行協調控制，并且通過串 行口連接E2ROM芯片或USB芯片，實現采集數據的片上存儲或USB外部存儲 器存儲。

該控制系統的PCB設計采用多組屏蔽的設計方法，其地線采用2-3mm的超 寬布線，且走線形狀為閉環包圍形式，以使得地線包圍范圍內的電極實現較高的 隔離效果。

本發明的生物體體表電信號探測電極，采用柔性、絕緣的材料作為電極陣列 排布的載體，電極底部呈現半球狀表面與體表接觸，所有電極可根據生物信號探 測需要實現編程，可以連接信號發生器作為激勵電極，也可以連接示波器或信號 采集裝置作為探測電極，亦可以接地作為屏蔽電極。如果需要探測恒定電平在生 物體內的傳輸特性，還可以將探測或激勵電極直接設定為高/低電平位置，可實 現生物體表信號的高速、靈活化的測量。

該探測系統的控制端包括以下幾部分組成：電路基板、單片機芯片及其外圍 電路、開關陣列及其地址線和數據線、信號采集電路模塊、存儲模塊、信號激勵 模塊、上位機通信模塊、輸入鍵盤模塊及顯示模塊。

該系統以單片機為核心，對開關陣列進行控制，開關狀態為導通，則所對應 端口為待測或激勵狀態，開關狀態斷開則所對應端口為接地狀態，呈現低電平。 開關陣列通過地址線及數據線與單片機通信，并接受單片機控制。

信號采集電路包括前級放大器、光電耦合電路、電源隔離模塊及低通濾波器。 所述前級放大器選用三組普通運放器件組成差動放大器以抑制共模噪聲；光電耦 合電路選擇內部帶有光電隔離的一體式儀器放大器，電源隔離模塊選擇DC/DC 隔離芯片。低通濾波器采用巴特沃斯二階濾波器，截止頻率為8kHz-15kHz。

上述模塊采用一點接地方式接地，并且控制模塊表面采用金屬屏蔽罩以杜絕 電磁干擾。

與現有的電生理探測技術相比，本發明具有以下技術效果：