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昌吉仪器生物电干电极的性能评价

返回列表 来源:未知 发布日期:2019-07-02 09:58【
为研究表面生物电干电极的性能,研究人员最初是直接在人体表面测量生物电信号,并对电极性能进行评价,但人体的生物电会随着身体状况的变化而发生相应变化,并且不同的人的生物电信号也有差异,因此采用人体生物电信号测量的方法评价电极性能存在重复性差的缺陷,难以对电极性能做出客观准确的评价。基于此,文章提出了一种可以用来评价表面生物电干电极的模拟人体皮肤系统;随后在模拟皮肤系统上增加了压力调节装置;而为了能够测量电极与皮肤之间运动产生的动态噪声,提出一种能动态测量表面生物电干电极性能的装置。上述的测量系统可以统称为无源测量系统,即人体仿真系统中没有生物电信号的存在。无源测量系统仅能测量生物电电极的阻抗谱、动态开路电压(dynamic open circuit voltage,DOCP)、静态开路电压(static open circuit voltage,SOCP)等指标,这些指标能够反映生物电电极的界面性能,但是无法获得生物电电极在采集人体心电信号时的重要参数指标,如心电信号衰减幅度、相位移等。
 
基于此,本设计采用压力控制装置、心电信号发生器、心电信号采集装置和仿真皮肤装置构建了一种有源测量系统。通过在人体仿真系统中加入模拟人体心电信号的信号源,采用心电信号发生器模拟不同类型的心电信号,使得在模拟人体表面的待测电极能够测量到心电信号,而同时也能获得原始模拟心电信号。进一步通过对两路信号进行比较分析,能够获得生物电电极测量信号的衰减幅度和相位移,为开发高性能的表面生物电干电极提供评价方法和手段。
 
织物基表面生物电干电极性能评价仪器
织物基表面生物电干电极性能评价仪器包括“无源测量”和“有源测量”两种测量方案。“无源测量”模块的两端安装有微孔薄膜仿真人体皮肤,其内充满固态电解质,待测表面生物电干电极安装于压力调整装置上,并与仿真皮肤保持一定压力接触,通过测量装置可以测量待测电极之间的开路电压和电化学性能;“有源测量”模块的底部封闭并开设圆孔,可以插入参比电极,顶端安装有微孔薄膜仿真人体皮肤。心电信号发生器(Sim1000ECG,NETECH,美国)与参比电极连接,使用多导生理记录仪(MP150,BIOPAC,美国)分别记录原始心电信号及通过表面生物电干电极测量得到的心电信号。
 
织物基表面生物电干电极性能评价仪器的测量结构,左图为无源仪器结构方案,可以测量电极的 SOCP、DOCP 及电化学性能,但不能直接采集心电信号;而右图所示的有源仪器结构方案在测量电极的 DOCP 时,二维滑动平台带动电极与仿真皮肤之间做相对运动,可以模拟电极与人体之间存在不同速度、不同轨迹及不同位移时的情况,还可以采集心电信号,可以更真实地模拟人体实际测量情况。
 
本文提出了一种新型织物基表面生物电干电极性能评价仪器,采用压力控制装置、心电信号发生器、心电信号采集装置和仿真皮肤装置构建了有源测量系统。将模拟心电信号通过镀银表面生物电干电极引入到两个不同的模拟人体电解质溶液中,采用多导生理记录仪(MP150,BIOPAC,美国)分别测试仿真皮肤膜表面的电位和模拟心电信号,并提出了心电信号衰减幅度和相位移作为心电信号评价的新指标。
 
通过选用 5 种镀银织物基表面生物电干电极对仪器进行了测试和评估。实验结果显示,5 种表面生物电干电极测量得到的心电信号的峰值时间间隔与标准心电信号的峰值时间间隔相比,偏差率均小于 1%;电压幅度衰减率的最大值为 7.2%,远低于标准电压幅度值;噪声幅度均低于 0.004 mV。通过测试实验结果分析得出 5 种织物基表面生物电干电极的峰值时间偏移量的变异系数低于 8%,电压幅度的变异系数低于 2%,噪声幅度的变异系数低于 10%。该系统在对电极的 SOCP 和 DOCP、阻抗谱及心电信号的重复性和可再现性方面具有较好的效果,可以为电极的评价及研究提供更精确定量的参考依据,为开发高性能的表面生物电干电极提供评价方法和依据。本文提出的测试方法和设备能够为织物基表面生物电干电极的性能评价和标准制定提供新思路,后续课题组将针对织物基表面生物电干电极在降低阻抗、减少噪声影响方面继续展开研究,希望建立一套实用的织物心电电极评价方法,以期促进表面生物电干电极的发展。