可减少温度误差的体表电信号探测电极阵列的制作方法
【专利摘要】一种可减少温度误差的体表电信号探测电极阵列，采用柔性印刷电路板的电极载体，在电极载体上设有阵列状排列的电极点，所述电极载体分割为4个区域，并分别采用2?3mm的印刷电路布线作为地线进行全封闭包围。每个区域在每行或每列电极之间设置有电加热丝，电加热丝的电连接引脚通过印刷布线连接到公共接口端，通过单片机对其进行选通控制。本实用新型可以为生物体体表微弱电信号提供一种高效、可靠的电极探测系统，特别是对温度偏差可以进行控制和调整，增加了测试结果的准确性。
【专利说明】
可减少温度误差的体表电信号探测电极阵列
技术领域
[0001]本发明涉及一种适用于生物体表面微弱电信号的探测电极，尤其涉及一种可减少温度误差的体表电信号探测电极阵列。
【背景技术】
[0002]生物体表面的电信号探测一直是生物医学领域的难题之一。生物体表的电信号探测有以下问题:
[0003]1、信号幅度非常微弱，如神经电位、肌电信号等，用常规的探测方法和设备无法直接获取，若引入放大器，则会带来很大干扰并使得原有信号特征被噪声信号淹没。
[0004]2、现有生物电信号的获取大部分采用微电极，并且为了获取神经电信号、生物触发信号等微弱信号，为了避免噪声，采用侵入式探测方法(如针状电极等)，不仅对被测生物体带来了额外的伤害，而且会引入新的噪声。
[0005]3、生物信号是非平稳信号，随机性强，根据不同的测试条件和需求，电极的状态和探测方法需要及时改变。
[0006]4、因为生物体和生物信号本身的特性，现有的探测电极无法保证测试条件的一致性。
[0007]针对上述问题，本发明提出一种针对生物体表微弱电信号探测的电极阵列探测系统。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是为生物体体表微弱电信号提供一种高效、可靠的电极探测系统，以实现电信号的稳定、高效探测。
[0009 ]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0010]—种可减少温度误差的体表电信号探测电极阵列，包括采用柔性印刷电路板的电极载体，在电极载体上设有阵列状排列的电极点，所述电极载体分割为4个区域，并分别米用2-3mm的印刷电路布线作为地线进行全封闭包围，四个区域内每行或每列电极之间平行设置有电加热丝，所述电加热丝有2个电连接引脚，通过印刷电路板载体上的印刷电路布线连接至公共接口端，通过单片机根据需要进行选通控制其中的部分加热丝为工作状态。述的电极点上设置焊盘，并通过焊锡填充焊盘的方式实现焊锡与焊盘的电连接，焊锡表面镀银或氯化银，在电路板上将各电极点的焊盘通过印刷排线电连接至公共接口端，公共接口端通过屏蔽电缆连接至激励源和信号采集器，公共接口端可根据需要对探测点电极的探测/激励以及电平状态进行控制，电极底部呈现半球状表面与体表接触。在所述电极点上的焊锡填充高度统一控制在2mm，形状为半球形。所述屏蔽电缆采用同轴电缆。所述屏蔽电缆采用多芯屏蔽电缆，每个缆芯都有屏蔽层包裹，并与单个电极点独立相连。所述的印刷排线采用柔性电路板作为基底，并通过印刷布线的方式实现电连接。
[0011]该探测电极配套使用的探测系统，其设计要点如下:采用低频屏蔽电缆制作连接线组件，避免微弱电信号的互相干扰和引入噪声。其接线包括每个电极点的数据连接线、接地信号传输专用线路。数据连接线与接地信号线交错排列以最大限度的降低信号线之间的串扰。输出端口与控制电路板连接，且控制电路板的电路地与电极探测地相连，保证接地电位的统一。
[0012]控制系统包括信号前端输入光电耦合放大模块、低通滤波模块、单片机控制模块、输出放大模块、存储模块、输入键盘。光电耦合放大模块采用OPA系列光电耦合一体化放大芯片即可;低通滤波模块采用二阶巴特沃夫滤波器，截止频率设计为15kHz。单片机控制模块对输入、输出信号进行协调控制，并且通过串行口连接E2R0M芯片或USB芯片，实现采集数据的片上存储或USB外部存储器存储。
[0013]该控制系统的PCB设计采用多组屏蔽的设计方法，其地线采用2-3mm的超宽布线，且走线形状为闭环包围形式，以使得地线包围范围内的电极实现较高的隔离效果。
[0014]单片机控制流程如下:
[0015]将电极载体上的阵列式电极点分为4个区域，并分别采用2-3mm的印刷电路布线作为地线进行全封闭包围，四个区域内每行电极之间平行设置有电加热丝，所述电加热丝有2个电连接引脚，通过印刷电路板载体上的印刷电路布线连接至公共接口端，电极基板进入待测状态后，单片机对基板上每一行第一个电极信号进行扫描式探测，并将探测结果临时存储于E2R0M或外置存储器中，实现对所有电极点的静态电位(直流电平)进行测定，全部扫描完成后取最大值Vm，并再次对电极点扫描进行逐一校准，所述校准方式为:对除去Vm所在列之外的所有列进行扫描探测，同时对每个电加热丝进行加热，加热后期探测值Vi (i =1,2,3……)将会升高，当Vi升高到Vm值的5%误差限之内，则单片机控制选通Vi所在电极列两侧的电热丝停止加热，直至所有电极行第一个电极点探测值Vi与Vm值差距均在5%以内为止，即可开始进行实际探测。
[0016]本发明的生物体体表电信号探测电极，采用柔性、绝缘的材料作为电极阵列排布的载体，电极底部呈现半球状表面与体表接触，所有电极可根据生物信号探测需要实现编程，可以连接信号发生器作为激励电极，也可以连接示波器或信号采集装置作为探测电极，亦可以接地作为屏蔽电极。如果需要探测恒定电平在生物体内的传输特性，还可以将探测或激励电极直接设定为高/低电平位置，可实现生物体表信号的高速、灵活化的测量。
[0017]该探测系统的控制端包括以下几部分组成:电路基板、单片机芯片及其外围电路、开关阵列及其地址线和数据线、信号采集电路模块、存储模块、信号激励模块、上位机通信丰旲块、输入键盘t旲块及显不t旲块。
[0018]该系统以单片机为核心，对开关阵列进行控制，开关状态为导通，则所对应端口为待测或激励状态，开关状态断开则所对应端口为接地状态，呈现低电平。开关阵列通过地址线及数据线与单片机通信，并接受单片机控制。
[0019]信号采集电路包括前级放大器、光电耦合电路、电源隔离模块及低通滤波器。所述前级放大器选用三组普通运放器件组成差动放大器以抑制共模噪声;光电耦合电路选择内部带有光电隔离的一体式仪器放大器，电源隔离模块选择DC/DC隔离芯片。低通滤波器采用巴特沃斯二阶滤波器，截止频率为8kHz_l 5kHz。
[0020]上述模块采用一点接地方式接地，并且控制模块表面采用金属屏蔽罩以杜绝电磁干扰。
[0021]与现有的电生理探测技术相比，本发明具有以下技术效果:
[0022]I)可以非平面多点同时探测或激励，并实现高速、高通量的测试以及存储。
[0023]2)在实际探测应用时，该探测电极系统只需固定一次，后续的各电极状态可根据单片机编程实现，以最大限度保证试验条件的一致性。
[0024]3)电极阵列采用柔性PCB板作为基底，可根据生物体表形状进行贴合，同时在电极表面镀氯化银作为非极化电极，最大限度的减小接触环节噪声的引入。
[0025]4)通过设定电极阵列上的几个、一排或多排电极的接地，可以有效的实现激励信号、探测信号在电学上的隔离，以防止伪迹的出现。
[0026]5)针对该电极阵列设计的探测系统采用了单片机智能控制、多种连接方式、低噪声设计等，实现了针对体表电生理信号的高效探测。
【附图说明】
[0027]图1是生物体表面微弱电信号的探测电极俯视示意图。
[0028]图2是生物体表面微弱电信号的探测电极点结构侧视结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图，对本发明作详细说明，如图1、图2所示，采用表面绝缘的软质材料作为载体3，电极点2单元按照阵列的形式排列在带状载体3上，其带状载体3采用柔性PCB板作为基板。在载体3上设置有阵列状的电极排列点位，在每个点位上设置焊盘6，并且在电路板上将各电极点位焊盘6通过印刷布线的方式电连接至公共接口端5，公共接口端5可根据需要对探测点电极的探测/激励以及电平进行控制。在电极点位2上，通过焊锡7填充焊盘的方式实现焊锡7与焊盘6的电连接。焊锡7填充高度应统一控制在2mm，形状为半球形，表面镀氯化银8，以适应多次测量的环境而避免被氧化。所述的印刷排线4采用柔性电路板作为基底，并通过印刷布线的方式实现电连接。整个电极阵列用屏蔽地线分割为4个独立区域，每个区域在每行或每列电极之间设置有电加热丝9，电加热丝9的电连接引脚通过印刷布线连接到公共接口端5，通过单片机对其进行选通控制。
[0030]采用低频屏蔽电缆，优选同轴电缆制作连接线组件，避免微弱电信号的互相干扰和引入噪声。其接线包括每个电极点的数据连接线、接地信号传输专用线路。数据连接线与接地信号线交错排列以最大限度的降低信号线之间的串扰。输出端口与控制电路板连接，且控制电路板的电路地与电极探测地相连，保证接地电位的统一。
[0031]控制系统包括信号前端输入光电耦合放大模块、低通滤波模块、单片机控制模块、输出放大模块、存储模块、输入键盘。光电耦合放大模块采用OPA系列光电耦合一体化放大芯片即可;低通滤波模块采用二阶巴特沃夫滤波器，截止频率设计为15kHz。单片机控制模块对输入、输出信号进行协调控制，并且通过串行口连接E2R0M芯片或USB芯片，实现采集数据的片上存储或USB外部存储器存储。该控制系统的PCB设计采用多组屏蔽的设计方法，其地线采用2-3_的超宽布线，且走线形状为闭环包围形式，以使得地线包围范围内的电极实现较高的隔离效果。
[0032]根据实验方案，使用单片机系统通过地址线、数据线分别设定各电极的工作状态，为接地电极、探测电极、激励电极中的一种。实现激励、探测信号在电学上的隔离，在电极上形成一个信号传输通道。
【主权项】
1.一种可减少温度误差的体表电信号探测电极阵列，其特征在于:包括采用柔性印刷电路板的电极载体(3)，在电极载体(3)上设有阵列状排列的电极点(2)，所述电极载体(3)分割为4个区域，并分别采用2-3_的印刷电路布线作为地线(I)进行全封闭包围，四个区域内每行或每列电极之间平行设置有电加热丝(9)，所述电加热丝(9)有2个电连接引脚，通过印刷电路板载体(3)上的印刷电路布线连接至公共接口端(5)，通过单片机根据需要进行选通控制其中的部分加热丝为工作状态。2.如权利要求1所述的可减少温度误差的体表电信号探测电极阵列，其特征在于:所述的电极点(2)上设置焊盘(6)，并通过焊锡(7)填充焊盘的方式实现焊锡(7)与焊盘(6)的电连接，焊锡表面镀银或氯化银(8)，在电路板上将各电极点(2)的焊盘(6)通过印刷排线(4)电连接至公共接口端(5)，公共接口端(5)通过屏蔽电缆连接至激励源和信号采集器，公共接口端(5)可根据需要对探测点电极的探测/激励以及电平状态进行控制，电极底部呈现半球状表面与体表接触。3.根据权利要求2所述的可减少温度误差的体表电信号探测电极阵列，其特征在于:在所述电极点(2)上的焊锡(7)填充高度统一控制在2mm，形状为半球形。4.根据权利要求2所述的可减少温度误差的体表电信号探测电极阵列，其特征在于:所述屏蔽电缆采用同轴电缆。5.根据权利要求2所述的可减少温度误差的体表电信号探测电极阵列，其特征在于:所述屏蔽电缆采用多芯屏蔽电缆，每个缆芯都有屏蔽层包裹，并与单个电极点(2)独立相连。6.根据权利要求2所述的可减少温度误差的体表电信号探测电极阵列，其特征在于:所述的印刷排线(4)采用柔性电路板作为基底，并通过印刷布线的方式实现电连接。
【文档编号】A61B5/04GK205672023SQ201620206822
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年3月17日 公开号201620206822.X, CN 201620206822, CN 205672023 U, CN 205672023U, CN-U-205672023, CN201620206822, CN201620206822.X, CN205672023 U, CN205672023U
【发明人】王宇航, 黄岑宇, 党丽峰
【申请人】镇江市高等专科学校