可減少溫度誤差的體表電信號探測電極陣列的制作方法
【專利摘要】一種可減少溫度誤差的體表電信號探測電極陣列，采用柔性印刷電路板的電極載體，在電極載體上設(shè)有陣列狀排列的電極點，所述電極載體分割為4個區(qū)域，并分別采用2?3mm的印刷電路布線作為地線進(jìn)行全封閉包圍。每個區(qū)域在每行或每列電極之間設(shè)置有電加熱絲，電加熱絲的電連接引腳通過印刷布線連接到公共接口端，通過單片機對其進(jìn)行選通控制。本實用新型可以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(tǒng)，特別是對溫度偏差可以進(jìn)行控制和調(diào)整，增加了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【專利說明】
可減少溫度誤差的體表電信號探測電極陣列
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于生物體表面微弱電信號的探測電極，尤其涉及一種可減少溫度誤差的體表電信號探測電極陣列。
【背景技術(shù)】
[0002]生物體表面的電信號探測一直是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的難題之一。生物體表的電信號探測有以下問題:
[0003]1、信號幅度非常微弱，如神經(jīng)電位、肌電信號等，用常規(guī)的探測方法和設(shè)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。
[0004]2、現(xiàn)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(jīng)電信號、生物觸發(fā)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。
[0005]3、生物信號是非平穩(wěn)信號，隨機性強，根據(jù)不同的測試條件和需求，電極的狀態(tài)和探測方法需要及時改變。
[0006]4、因為生物體和生物信號本身的特性，現(xiàn)有的探測電極無法保證測試條件的一致性。
[0007]針對上述問題，本發(fā)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(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)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(tǒng)，以實現(xiàn)電信號的穩(wěn)定、高效探測。
[0009 ]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0010]—種可減少溫度誤差的體表電信號探測電極陣列，包括采用柔性印刷電路板的電極載體，在電極載體上設(shè)有陣列狀排列的電極點，所述電極載體分割為4個區(qū)域，并分別米用2-3mm的印刷電路布線作為地線進(jìn)行全封閉包圍，四個區(qū)域內(nèi)每行或每列電極之間平行設(shè)置有電加熱絲，所述電加熱絲有2個電連接引腳，通過印刷電路板載體上的印刷電路布線連接至公共接口端，通過單片機根據(jù)需要進(jìn)行選通控制其中的部分加熱絲為工作狀態(tài)。述的電極點上設(shè)置焊盤，并通過焊錫填充焊盤的方式實現(xiàn)焊錫與焊盤的電連接，焊錫表面鍍銀或氯化銀，在電路板上將各電極點的焊盤通過印刷排線電連接至公共接口端，公共接口端通過屏蔽電纜連接至激勵源和信號采集器，公共接口端可根據(jù)需要對探測點電極的探測/激勵以及電平狀態(tài)進(jìn)行控制，電極底部呈現(xiàn)半球狀表面與體表接觸。在所述電極點上的焊錫填充高度統(tǒng)一控制在2mm，形狀為半球形。所述屏蔽電纜采用同軸電纜。所述屏蔽電纜采用多芯屏蔽電纜，每個纜芯都有屏蔽層包裹，并與單個電極點獨立相連。所述的印刷排線采用柔性電路板作為基底，并通過印刷布線的方式實現(xiàn)電連接。
[0011]該探測電極配套使用的探測系統(tǒng)，其設(shè)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(shù)據(jù)連接線、接地信號傳輸專用線路。數(shù)據(jù)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?dāng)_。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(tǒng)一。
[0012]控制系統(tǒng)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(shè)計為15kHz。單片機控制模塊對輸入、輸出信號進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并且通過串行口連接E2R0M芯片或USB芯片，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的片上存儲或USB外部存儲器存儲。
[0013]該控制系統(tǒng)的PCB設(shè)計采用多組屏蔽的設(shè)計方法，其地線采用2-3mm的超寬布線，且走線形狀為閉環(huán)包圍形式，以使得地線包圍范圍內(nèi)的電極實現(xiàn)較高的隔離效果。
[0014]單片機控制流程如下:
[0015]將電極載體上的陣列式電極點分為4個區(qū)域，并分別采用2-3mm的印刷電路布線作為地線進(jìn)行全封閉包圍，四個區(qū)域內(nèi)每行電極之間平行設(shè)置有電加熱絲，所述電加熱絲有2個電連接引腳，通過印刷電路板載體上的印刷電路布線連接至公共接口端，電極基板進(jìn)入待測狀態(tài)后，單片機對基板上每一行第一個電極信號進(jìn)行掃描式探測，并將探測結(jié)果臨時存儲于E2R0M或外置存儲器中，實現(xiàn)對所有電極點的靜態(tài)電位(直流電平)進(jìn)行測定，全部掃描完成后取最大值Vm，并再次對電極點掃描進(jìn)行逐一校準(zhǔn)，所述校準(zhǔn)方式為:對除去Vm所在列之外的所有列進(jìn)行掃描探測，同時對每個電加熱絲進(jìn)行加熱，加熱后期探測值Vi (i =1,2,3……)將會升高，當(dāng)Vi升高到Vm值的5%誤差限之內(nèi)，則單片機控制選通Vi所在電極列兩側(cè)的電熱絲停止加熱，直至所有電極行第一個電極點探測值Vi與Vm值差距均在5%以內(nèi)為止，即可開始進(jìn)行實際探測。
[0016]本發(fā)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(xiàn)半球狀表面與體表接觸，所有電極可根據(jù)生物信號探測需要實現(xiàn)編程，可以連接信號發(fā)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(nèi)的傳輸特性，還可以將探測或激勵電極直接設(shè)定為高/低電平位置，可實現(xiàn)生物體表信號的高速、靈活化的測量。
[0017]該探測系統(tǒng)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(guān)陣列及其地址線和數(shù)據(jù)線、信號采集電路模塊、存儲模塊、信號激勵模塊、上位機通信豐旲塊、輸入鍵盤t旲塊及顯不t旲塊。
[0018]該系統(tǒng)以單片機為核心，對開關(guān)陣列進(jìn)行控制，開關(guān)狀態(tài)為導(dǎo)通，則所對應(yīng)端口為待測或激勵狀態(tài)，開關(guān)狀態(tài)斷開則所對應(yīng)端口為接地狀態(tài)，呈現(xiàn)低電平。開關(guān)陣列通過地址線及數(shù)據(jù)線與單片機通信，并接受單片機控制。
[0019]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(nèi)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_l 5kHz。
[0020]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。
[0021]與現(xiàn)有的電生理探測技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果:
[0022]I)可以非平面多點同時探測或激勵，并實現(xiàn)高速、高通量的測試以及存儲。
[0023]2)在實際探測應(yīng)用時，該探測電極系統(tǒng)只需固定一次，后續(xù)的各電極狀態(tài)可根據(jù)單片機編程實現(xiàn)，以最大限度保證試驗條件的一致性。
[0024]3)電極陣列采用柔性PCB板作為基底，可根據(jù)生物體表形狀進(jìn)行貼合，同時在電極表面鍍氯化銀作為非極化電極，最大限度的減小接觸環(huán)節(jié)噪聲的引入。
[0025]4)通過設(shè)定電極陣列上的幾個、一排或多排電極的接地，可以有效的實現(xiàn)激勵信號、探測信號在電學(xué)上的隔離，以防止偽跡的出現(xiàn)。
[0026]5)針對該電極陣列設(shè)計的探測系統(tǒng)采用了單片機智能控制、多種連接方式、低噪聲設(shè)計等，實現(xiàn)了針對體表電生理信號的高效探測。
【附圖說明】
[0027]圖1是生物體表面微弱電信號的探測電極俯視示意圖。
[0028]圖2是生物體表面微弱電信號的探測電極點結(jié)構(gòu)側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作詳細(xì)說明，如圖1、圖2所示，采用表面絕緣的軟質(zhì)材料作為載體3，電極點2單元按照陣列的形式排列在帶狀載體3上，其帶狀載體3采用柔性PCB板作為基板。在載體3上設(shè)置有陣列狀的電極排列點位，在每個點位上設(shè)置焊盤6，并且在電路板上將各電極點位焊盤6通過印刷布線的方式電連接至公共接口端5，公共接口端5可根據(jù)需要對探測點電極的探測/激勵以及電平進(jìn)行控制。在電極點位2上，通過焊錫7填充焊盤的方式實現(xiàn)焊錫7與焊盤6的電連接。焊錫7填充高度應(yīng)統(tǒng)一控制在2mm，形狀為半球形，表面鍍氯化銀8，以適應(yīng)多次測量的環(huán)境而避免被氧化。所述的印刷排線4采用柔性電路板作為基底，并通過印刷布線的方式實現(xiàn)電連接。整個電極陣列用屏蔽地線分割為4個獨立區(qū)域，每個區(qū)域在每行或每列電極之間設(shè)置有電加熱絲9，電加熱絲9的電連接引腳通過印刷布線連接到公共接口端5，通過單片機對其進(jìn)行選通控制。
[0030]采用低頻屏蔽電纜，優(yōu)選同軸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(shù)據(jù)連接線、接地信號傳輸專用線路。數(shù)據(jù)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?dāng)_。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(tǒng)一。
[0031]控制系統(tǒng)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(shè)計為15kHz。單片機控制模塊對輸入、輸出信號進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，并且通過串行口連接E2R0M芯片或USB芯片，實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的片上存儲或USB外部存儲器存儲。該控制系統(tǒng)的PCB設(shè)計采用多組屏蔽的設(shè)計方法，其地線采用2-3_的超寬布線，且走線形狀為閉環(huán)包圍形式，以使得地線包圍范圍內(nèi)的電極實現(xiàn)較高的隔離效果。
[0032]根據(jù)實驗方案，使用單片機系統(tǒng)通過地址線、數(shù)據(jù)線分別設(shè)定各電極的工作狀態(tài)，為接地電極、探測電極、激勵電極中的一種。實現(xiàn)激勵、探測信號在電學(xué)上的隔離，在電極上形成一個信號傳輸通道。
【主權(quán)項】
1.一種可減少溫度誤差的體表電信號探測電極陣列，其特征在于:包括采用柔性印刷電路板的電極載體(3)，在電極載體(3)上設(shè)有陣列狀排列的電極點(2)，所述電極載體(3)分割為4個區(qū)域，并分別采用2-3_的印刷電路布線作為地線(I)進(jìn)行全封閉包圍，四個區(qū)域內(nèi)每行或每列電極之間平行設(shè)置有電加熱絲(9)，所述電加熱絲(9)有2個電連接引腳，通過印刷電路板載體(3)上的印刷電路布線連接至公共接口端(5)，通過單片機根據(jù)需要進(jìn)行選通控制其中的部分加熱絲為工作狀態(tài)。2.如權(quán)利要求1所述的可減少溫度誤差的體表電信號探測電極陣列，其特征在于:所述的電極點(2)上設(shè)置焊盤(6)，并通過焊錫(7)填充焊盤的方式實現(xiàn)焊錫(7)與焊盤(6)的電連接，焊錫表面鍍銀或氯化銀(8)，在電路板上將各電極點(2)的焊盤(6)通過印刷排線(4)電連接至公共接口端(5)，公共接口端(5)通過屏蔽電纜連接至激勵源和信號采集器，公共接口端(5)可根據(jù)需要對探測點電極的探測/激勵以及電平狀態(tài)進(jìn)行控制，電極底部呈現(xiàn)半球狀表面與體表接觸。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可減少溫度誤差的體表電信號探測電極陣列，其特征在于:在所述電極點(2)上的焊錫(7)填充高度統(tǒng)一控制在2mm，形狀為半球形。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可減少溫度誤差的體表電信號探測電極陣列，其特征在于:所述屏蔽電纜采用同軸電纜。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可減少溫度誤差的體表電信號探測電極陣列，其特征在于:所述屏蔽電纜采用多芯屏蔽電纜，每個纜芯都有屏蔽層包裹，并與單個電極點(2)獨立相連。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可減少溫度誤差的體表電信號探測電極陣列，其特征在于:所述的印刷排線(4)采用柔性電路板作為基底，并通過印刷布線的方式實現(xiàn)電連接。
【文檔編號】A61B5/04GK205672023SQ201620206822
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年3月17日 公開號201620206822.X, CN 201620206822, CN 205672023 U, CN 205672023U, CN-U-205672023, CN201620206822, CN201620206822.X, CN205672023 U, CN205672023U
【發(fā)明人】王宇航, 黃岑宇, 黨麗峰
【申請人】鎮(zhèn)江市高等專科學(xué)校