脑电脑氧复合探头的测试装置和测试方法与流程

本技术涉及生物电子，具体涉及一种脑电脑氧复合探头的测试装置和测试评估方法。

背景技术：

1、脑电和脑氧分别用于测量脑神经活动和代谢状态，是从不同角度刻画脑功能状态的两个参数。同步测量脑电和脑氧，可以对大脑状态进行综合评估。通过脑电脑氧复合探头使两种参数的测量电极和探测器与监护仪或其他监控主机之间的连接变得更简洁，两种参数测量的同步性更好。

2、但是，脑电和脑氧两种参数的测量原理不同。脑电是基于电极和大脑皮层表面接触，记录大脑皮层的电活动。脑电测量用的探头中包括多个和人体连接用的电极，每个电极通过电连接线连接到相应的信号处理装置。每一个电极都会有相应的电连接线，多个电极就涉及多个电连接线。多个电连接线如果各自单独设置也能完成测量，但给使用带来了极大的不便，单一电连接线的线缆强度也不够，非常容易损坏。实际应用中，多个电连接线会各自绝缘地被包覆在一个电缆外壳中，通过一个导电接头与外部的信号处理装置电连接，导电接头中设置和电极对应个数的导电柱。这样免去了依次连接的繁琐，一次插拔导电接头即可。

3、脑氧是根据脑组织中血液的不同成分对不同波长的光吸收特性的差异进行测量。脑氧的探头中包括多个光源和探测器，光源和探测器分别通过各自的电连接线与控制器或信号处理器电连接，光源获得光源控制信号，光源照射组织，经组织后的光信号进入探测器，探测器将获得的光信号转化成电信号输入控制器中的信号处理单元进行处理和计算，通过光源和探测器的组合完成脑氧测量。同样，每一个光源和每个探测器都会有相应的电连接线，多个电连接线如果各自单独设置也能完成测量，但给使用带来了极大的不便，单一电连接线的线缆强度也不够，非常容易损坏。实际应用中，多个电连接线会各自绝缘地被包覆在一个电缆外壳中，通过一个导电接头与外部的信号处理装置电连接，导电接头中设置和电极对应个数的导电柱。这样免去了依次连接的繁琐，一次插拔导电接头即可。同时与常见的脉搏血氧不同，对于脑氧的测量分析，需要根据多个位置的光探测器所接收到的信号进行综合计算得到，任何一个探测器及其电路引起的信号值变化都会对最终的计算结果带来影响，因此在实际的批量生产备货流程中，对于探头的器件性能一致性有严格的要求，每个探头中的多个发光器件、多个光探测器以及相关的电子元件所组成的功能电路所表现的一致性要满足设计时所规定的要求。

4、为了更高的集成度，将脑电的电极和脑氧的光源和探测器集成在一起的脑电脑氧复合探头中，将脑电电极的电连接线，光源和探测器的电连接线，也都各自绝缘地被包覆在一个电缆外壳中通过一个导电接头与外部的信号处理装置电连接，导电接头中设置和电极对应个数的导电柱。这样免去了分别连接脑电探头和脑氧探头的繁琐，一次插拔导电接头即可，还能提高脑电和脑氧的信号同步性。

5、如专利申请号为cn2021227261674，申请名称为：“用于测量脑电和脑血氧的脑电脑氧复合探头”中展示了多种脑电脑氧复合探头的拓扑结构。

6、如图14所示，是脑电脑氧复合探头中脑电测量电极的拓扑结构示意图；图15是图14的各电极和脑电脑氧复合探头插头eeg-j的电连接示意图。图16至图18是脑电脑氧复合探头中脑电测量电极和脑氧光源和脑氧探测器分布的三种不同的拓扑结构。

7、脑电脑氧复合探头在出产之前，需要进行测试，确保每一条电连接通路的正常。现有技术中，都是分别进行测试，如先将脑电脑氧复合探头进行脑电相关的电连接特性测试；再进行脑氧相关的电连接特性测试。这样的测试不仅测试效率低，由于脑氧和脑电是分开测试的，对脑氧和脑电信号的串扰没法进行测试。

8、如图16至图18所示三种不同的拓扑结构中可以看到，脑电脑氧复合探头中脑电测量电极、脑氧光源和脑氧探测器分布情况。各个脑电电极之间距离分布得比较宽；但是脑氧光源和脑氧探测器嵌在各个脑电电极之间的狭窄空间中，在制备电路板时，工艺控制误差会导致电路走线相对靠近的线路出现漏铜，偶尔线路之间短路或者阻抗过低，从而出现线路之间短路信号串扰；实际应用中，各个脑电电极之间的也会发生短路，但更多地是出现脑电电极和脑氧光源或脑氧探测器之间发生短路，信号串扰严重。然而当脑氧和脑电分开测试时，对脑氧和脑电信号的串扰没法进行测试。对于医用这种非常严谨的场景中，如一次性脑电探头用于手术过程中的麻醉深度监测，脑氧和脑电信号发生串扰可能会造成相当严重的后果。

技术实现思路

1、本技术中的技术方案要解决的技术问题在于提出一种能同时进行脑氧和脑电电连接通路测试的脑电脑氧复合探头测试装置和方法，极大提升了测试效率，还能测试出脑氧和脑电信号的串扰，能筛选出潜在故障品。

2、本技术解决上述问题的技术方案是一种脑电脑氧复合探头的测试装置，包括主控制组件、导电接头连接组件、脑电脑氧复合探头测试部；导电接头连接组件用于和外部待测脑电脑氧复合探头的导电接头电连接；脑电脑氧复合探头测试部包括人体模型组件和脑电测试组件；脑电测试组件包括第一耦合组件；第一耦合组件用于和外部待测脑电脑氧复合探头中的各电极耦合形成类电容结构；第一耦合组件中包括多个电耦合部，电耦合部为导电电极片或限定的导电区域；第一耦合组件中的电耦合部数量和外部待测脑电脑氧复合探头中的脑电电极数量对应；人体模型组件用于同外部待测脑电脑氧复合探头中的光源和探测器配合，将外部待测脑电脑氧复合探头中的光源发出的光线反射、散射回到外部待测脑电脑氧复合探头的探测器。

3、脑氧测试组件还包括挡板，挡板设置在人体模型组件和外部待测脑电脑氧复合探头之间，挡板上设置有多个独立通孔，通孔位置和外部待测脑电脑氧复合探头中的光源位置和探测器位置一一对应。

4、脑电测试组件贴敷在人体模型组件的表面，贴敷后第一耦合组件上的多个电耦合部和外部待测脑电脑氧复合探头中的各电极位置一一对应。

5、脑电测试组件包括印刷电路板，印刷电路板上设置有多个的导电区域，各一个导电区域用作一个电耦合部；印刷电路板上设置有通孔，通孔位置和外部待测脑电脑氧复合探头中的光源位置和探测器位置一一对应；印刷电路板整体和外部待测脑电脑氧复合探头相对设置时，每个电耦合部和外部待测脑电脑氧复合探头中的每个脑电电极耦合形成类电容结构用于脑电脑氧复合探头的测试；外部待测脑电脑氧复合探头中的光源发出的光线能通过印刷电路板上的各通孔进入人体模型组件，并由人体模型组件反射、散射回到外部待测脑电脑氧复合探头的探测器。

6、本技术解决上述问题的技术方案还可以是一种脑电脑氧复合探头的测试装置，包括主控制组件、导电接头连接组件、脑电脑氧复合探头测试部；脑电脑氧复合探头测试部包括脑电测试组件、脑氧测试组件；导电接头连接组件用于和外部待测脑电脑氧复合探头的导电接头电连接；脑电测试组件包括第一耦合组件；第一耦合组件用于和外部待测脑电脑氧复合探头中的各电极耦合形成类电容结构；第一耦合组件中包括多个电耦合部，电耦合部为导电电极片或限定的导电区域；第一耦合组件中的电耦合部数量和外部待测脑电脑氧复合探头中的脑电电极数量对应；脑氧测试组件包括测试探测器组、测试光源组；测试探测器组中包括多个测试探测器；测试探测器数量和外部待测脑电脑氧复合探头中的光源数量对应；主控制组件和测试探测器组电连接，获取测试探测器组中各探测器上的光电信号；测试光源组中包括多个测试光源；测试光源数量和外部待测脑电脑氧复合探头中的测试探测器数量对应；主控制组件和测试光源组电连接，用于向测试光源组中的各光源输出开关控制信号。

7、脑电脑氧复合探头测试部中脑氧测试组件为独立设置的组件；脑氧测试组件中的测试光源组中包括多个独立设置的测试光源；脑氧测试组件中的测试探测器组中包括多个独立设置的测试探测器。

8、所述的脑电脑氧复合探头的测试装置，包括以下技术特征中的任意一项：特征t1：第一耦合组件中的任意一个电耦合部，包括从下至上依次设置的保护膜、导电凝胶和导电电极片，导电电极片和激励信号发生组件电连接；导电电极片用于和外部待测脑电脑氧复合探头中的各脑电电极相对设置，耦合形成一个类电容结构；特征t2：主控制组件包括脑电脑脑氧复合测量仪；特征t3：脑电脑氧复合探头的测试装置还包括组合电缆和导电接头；组合电缆中包括一组脑电导电电缆线和一组脑氧导电电缆线；脑电导电电缆线中各电缆线分别与各电耦合部中的导电电极片电连接，脑电导电电缆线和导电接头中的连接柱电连接；脑氧导电电缆线各电缆线分别与测试探测器或测试光源电连接；脑氧导电电缆线和导电接头中的连接柱电连接；导电接头中的连接柱与主控制组件电连接。

9、所述的脑电脑氧复合探头的测试装置，还包括激励信号发生组件；激励信号发生组件和第一耦合组件电连接；主控制组件和激励信号发生组件电连接，用于向第一耦合组件输出脑电电极测试激励信号；第一耦合组件和激励信号发生组件电连接，激励信号发生组件用于向各个类电容结构输出激励信号a；激励信号发生组件产生激励信号a是一组激励信号an，从第一耦合组件的导电电极上输入至脑电脑氧复合探头；n表示第一耦合组件中的第n个电耦合部；n的数值和脑电脑氧复合探头中的脑电电极数量对应；第一耦合组件的每个电耦合部对应输入一个激励信号；第一耦合组件的各个电耦合部输入的激励信号是不同的激励信号；主控制组件获取各电极对应的检测信号b也是一组检测信号bn；依据一组检测信号bn进行评估，输出外部待测脑电脑氧复合探头的测试结果；激励信号发生组件输出的激励信号a时，主控制组件还检测导电接头连接组件中与脑氧导电电缆线连接的各导电接头连接柱上的信号。

10、本技术解决上述问题的技术方案还可以是一种脑电脑氧复合探头的测试方法，基于上述的脑电脑氧复合探头的测试装置，包括以下步骤，sa1：将脑电脑氧复合探头测试部与脑电脑氧复合探头相对应地设置；使第一耦合组件中的各电耦合部与脑电脑氧复合探头中的各脑电电极相对应设置，形成与各电极对应的类电容结构；人体模型组件与脑电脑氧复合探头中的各脑氧光源和脑氧探测器相对应设置，形成与各脑氧光源和脑氧探测器对应的光信号测试通路；sa2：主控制组件控制激励信号发生组件，借助第一耦合组件向各个类电容结构输出激励信号an；sa3：主控制组件，获取激励信号a条件下脑电脑氧复合探头中各脑电电极对应的检测信号bn；sa4：主控制组件获取激励信号a条件下，与导电接头连接组件相连的外部待测脑电脑氧复合探头中的各脑氧探测器对应的光信号测试通路中获取的信号dbn；sa5：分析信号dbn和激励信号an的相关性，依据分析结果，输出脑电脑氧复合探头测试结果。

11、本技术解决上述问题的技术方案还可以是一种脑电脑氧复合探头的测试方法，基于上述的脑电脑氧复合探头的测试装置，包括以下步骤，ss1：将脑电脑氧复合探头测试部与脑电脑氧复合探头相对应地设置；使第一耦合组件中的各电耦合部与脑电脑氧复合探头中的各脑电电极相对应设置，形成与各电极对应的类电容结构；使测试探测器组中多个测试探测器与脑电脑氧复合探头中的各脑氧光源相对应设置，形成与各脑氧光源对应的光信号测试通路；使测试探测器组中多个测试光源与脑电脑氧复合探头中的各脑氧探测相对应设置，形成与各脑氧探测器对应的光信号测试通路；ss2：主控制组件控制激励信号发生组件，借助第一耦合组件向各个类电容结构输出激励信号an；ss3：主控制组件，获取激励信号a条件下脑电脑氧复合探头中各脑电电极对应的检测信号bn；ss4：主控制组件获取激励信号a条件下，与导电接头连接组件相连的外部待测脑电脑氧复合探头中的各脑氧探测器对应的光信号测试通路中获取的信号dbn；或主控制组件获取激励信号a条件下，与主控制组件连接的脑氧测试组件中各测试探测器获取的信号dan；ss5：分析信号dbn和激励信号an的相关性，或分析信号dan和激励信号an的相关性，依据分析结果，输出脑电脑氧复合探头测试结果。

12、同现有技术相比较，本技术的最关键有益效果之一，能同时进行脑氧和脑电电连接通路测试，一次测试就能完成脑电脑氧复合探头的两部分功能测试，极大提高了测试效率。

13、同现有技术相比较，本技术的有益效果之一，人体模型组件的设置，使脑氧测试的光通路更接近真实应用场景，且无需再设置其他的光源和探测器，去建立一一对应的测试用的光传输通路。

14、同现有技术相比较，本技术的有益效果之一，挡板上的多个独立通孔，让脑氧光源出射的光线有了固定的光通路，也让进入脑氧探测器的光是通过通孔约束后的光能量，让脑氧测试光路的对应性更好，能降低光源和探测器测量光路的噪声。

15、同现有技术相比较，本技术的有益效果之一，脑电测试组件贴敷在人体模型组件的表面，使脑电脑氧复合探头的测试对位更简单，只需操作一次，就能同时建立脑电电极测试回路和脑氧测试光通路。

16、同现有技术相比较，本技术的有益效果之一，印刷电路板上同时设置多个电耦合部和多个通孔，使印刷电路板在建立脑电电极测试回路的同时，还能让脑氧测试光路的对应性更好，能降低脑氧光源和脑氧探测器测量光路的噪声，提高测试准确性。

17、同现有技术相比较，本技术的有益效果之一，脑电脑氧复合探头测试部包括脑电测试组件、脑氧测试组件，能同时进行，能同时进行脑氧和脑电电连接通路测试，一次测试就能完成脑电脑氧复合探头的两部分功能测试，极大提高了测试效率。

18、同现有技术相比较，本技术的有益效果之一，脑氧测试组件为独立设置的组件；可以单独进行脑氧测试；方便进行部分功能测试的场景。

19、同现有技术相比较，本技术的有益效果之一，脑氧测试组件中的测试光源组中包括多个独立设置的测试光源；脑氧测试组件中的测试探测器组中包括多个独立设置的测试探测器。独立的光源可以是多个不同波段的光源，不同的探测器也可以是不同类型和特征的探测器。在具有多个不同波长范围的光源测试时，需要不同波长感受力的探测器与其对应；当然探测器也可以是具有宽光谱感受能力的探测器。同样，当探测器是具有不同波长范围感受能力的窄光谱探测器时，也要有相应的不同波长范围的光源与其对应。在实际应用中多个独立设置的测试探测器可以是多头的单个探测器形式，多个独立设置的测试光源也可以是多头的单个光源显示，在实际测试时候，可以根据测试波长的不同灵活进行配对，适应不同拓扑结构的探头。

20、同现有技术相比较，本技术的有益效果之一，第一耦合组件中电耦合部，完全可以借用一次性脑电测量探头中的电极进行测试，免除了重新设计测试部件的工作量。且耦合的方式，使得不用去除保护膜就能完成脑电的测量。

21、同现有技术相比较，本技术的有益效果之一，将脑电脑氧复合探头整体或部分作为测试装置的一部分，降低了脑电脑氧复合探头测试装置的设计工作量。

22、同现有技术相比较，本技术的有益效果之一，测试装置还包括组合电缆和导电接头，组合电缆和导电接头可以是脑电脑氧复合探头中的组合电缆和导电接头；将脑电脑氧复合探头中的组合电缆和导电接头共享，进一步降低了脑电脑氧复合探头测试装置的设计工作量，且测试效率更高，测试场景更接近真实应用环境中的信号检测条件。

23、同现有技术相比较，本技术的有益效果之一，激励信号发生组件中可以通过频率可调的信号发生电路与衰减电路，模拟一定频段内mv级乃至uv级脑电信号用作耦合输入信号，更符合于真实的应用场景的信号条件，增强测试的有效性。

24、同现有技术相比较，本技术的最关键有益效果之一，最关键的是还能测试出脑氧和脑电信号的串扰，避免了脑氧和脑电之间串扰导致的风险。