CN109893133B - 一种神经信号的无创采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种神经信号的无创采集系统，包括信号采集单元和差分放大电路；所述信号采集单元包括环形电极和位于环形电极中的圆形电极；所述环形电极和圆形电极的输出端连接所述差分放大电路的差分输入端；所述环形电极与皮肤接触的一面为带有凸起的粗糙表面且所述圆形电极与皮肤接触的一面为光滑表面，或者，所述圆形电极与皮肤接触的一面为带有凸起的粗糙表面且所述环形电极与皮肤接触的一面为光滑表面。本发明能够提高神经信号采集的准确性和鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及神经信号采集领域，特别是涉及一种神经信号的无创采集系统。
背景技术
传统神经信号采集方式为插针式，此方法通过将针电极直接插入皮下肌肉中采集神经信号，该方法对人体具有创伤性，且电极易腐蚀和损坏，所以，现有的神经信号采集设备，一般利用电极片采集表面信号，再单独采集参考信号。但是采集表面信号的电极片往往是多个，且分布范围比较大，而参考信号只有一个，此时一些采集表面信号的电极片与参考信号的电极片之间的距离较大，会对信号采集的结果造成误差，而且采集参考信号的电极片与采集表面信号的电极片不在同一肌肉区域，肌肉运动不同，也会导致信号采集鲁棒性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种神经信号的无创采集系统，能够提高神经信号采集的准确性和鲁棒性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种神经信号的无创采集系统，包括信号采集单元和差分放大电路；所述信号采集单元包括环形电极和位于环形电极中的圆形电极；所述环形电极和圆形电极的输出端连接所述差分放大电路的差分输入端；
所述环形电极与皮肤接触的一面为带有凸起的粗糙表面且所述圆形电极与皮肤接触的一面为光滑表面，或者，所述圆形电极与皮肤接触的一面为带有凸起的粗糙表面且所述环形电极与皮肤接触的一面为光滑表面。
可选的，所述环形电极和圆形电极为同心圆结构。
可选的，所述信号采集单元为多个。
可选的，所述多个信号采集单元用柔性材料封装为一个电极片，所述多个信号采集单元平铺于所述柔性材料上。
可选的，所述柔性材料为PDMS材料。
可选的，所述电极片为干式电极片。
可选的，所述凸起为多个。
可选的，所述多个凸起呈规则阵列型排布。
可选的，所述差分放大电路包括信号放大单元，所述信号放大单元包括仪表放大器和与所述仪表放大器并联的电阻。
可选的，还包括连接器，用于连接所述信号采集单元和差分放大电路。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明通过将信号采集单元的结构设置为环形电极内放置圆形电极，且对电极表面分别做光滑和粗糙处理，表面光滑的电极用于采集皮肤表面的肌电信号，表面粗糙的电极用于采集皮肤神经信号与肌电信号的叠加信号，两路信号再通过差分放大电路可直接得到针对某一位置的表面肌电神经信号，提高信号采集的准确性，而且将圆形电极和环形电极放置于同一位置，保证皮下肌肉区域相同，能够抵消肢体运动的噪声干扰，信号的采集过程具有稳定性和抗干扰性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种神经信号的无创采集系统的电极片结构示意图；
1-圆形电极，2-环形电极，3-柔性材料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种神经信号的无创采集系统，能够提高神经信号采集的准确性和鲁棒性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例一种神经信号的无创采集系统的电极片结构示意图，如图1所示，一种神经信号的无创采集系统，包括多个信号采集单元，能够采集一定面积内的多组神经信号，所述信号采集单元包括环形电极2和位于环形电极中的圆形电极1；优选的，环形电极2和圆形电极1为同心圆结构；所述多个信号采集单元用柔性材料3封装为一个电极片，所述多个信号采集单元平铺于所述柔性材料3上；柔性材料3优选为PDMS材料。
具体的，所述环形电极2与皮肤接触的一面为第一表面，所述圆形电极1与皮肤接触的一面为第二表面，所述第一表面和第二表面中一个面为带有凸起的粗糙表面，另一个面为光滑表面；其中，表面光滑的电极采集到的电压信号为皮肤表面的肌电信号，而表面粗糙的电极由于其具有凸起的微结构可以渗透到皮下采集神经信号与肌电信号的叠加信号，而体表中相同肌肉区域的肌肉信号相同，故该信号采集单元获取的两路信号的差值即为该采集单元所采集区域的表面肌电神经信号。
其中，所述电极片为干式电极片，干式电极片在信号采集时可与皮肤表面直接贴合，无需涂抹导电胶，且可以多次使用。电极片的电极部分由金电极片与铜电极片叠加并对金电极片进行光刻与显影工艺得到，圆形电极或环形电极与皮肤接触的一面的表面微结构以绿萝的表面微结构作为模具得到，因为绿萝表面微结构粗糙，即表面具有凸起，且凸起排布均匀，有一定规则，具有表面微结构的电极片在接触皮肤时能与皮肤更贴合，减少引入噪声，而且相比于特制模具，使用绿萝的表面作为模具成本极低。
具体的，本发明还包括差分放大电路和多通道连接器，所述差分放大电路包括差分输入端、信号放大单元、电压抬升单元和信号输出端；
其中，信号单元包括仪表放大器和与所述仪表放大器并联的固值电阻，电阻阻值优选为872欧姆，所使用的仪表放大器型号为AD8227ARMZ，该放大器具有体积小，可调节放大倍数范围大，输入噪声小等优点。
使用时，设置该放大器的供电电压为±15V双端供电，参考电压为0V。由于神经信号的幅值在3-5mV左右，在对输入的神经信号进行差分放大之后可得到0.3-0.5V左右的电压信号，该电压信号再经过电压抬升单元形成范围在1.95-2.15V的电压信号，最后通过信号输出端输出，这时电压被放大近100倍，这一幅值的电压信号具有易检测和可调理的特征。
本发明的工作原理为：
第一步：采集信号，由于人体表面存在着控制机体活动神经信号以及肌电信号，所以选择用电极片贴在皮肤表面的方式进行信号采集，采集过程中，表面光滑的电极采集的肌电信号与表面粗糙的电极采集的神经信号与机电信号的叠加信号被处理成双通道的信号，该信号通过连接器输入到差分放大电路。
第二步：双通道的信号在差分放大电路中进行处理，处理过程为：将双通道的信号分别输入至差分放大电路的差分输入端口，然后在信号放大单元中将双通道的神经信号相减形成差分的神经信号，双通道的神经信号随即被放大为0.3-0.5V的电压信号，并输出至电压抬升单元。
第三步：将第二步处理后的电压信号进行电压抬升处理，对放大后的电压信号进行1.65V的电压抬升，形成1.95-2.15V范围的电压信号，该范围的电压信号易于检测与调理，最后将抬升后的电压信号通过输出端输出。
本发明还公开了如下技术效果：
1、本发明采用柔性材料封装的干式电极片采集神经信号，具有无创性，且电极片不易腐蚀，造价低廉，易于更换。
2、本发明将环形电极和圆形电极组成一个独立的信号采集单元，且对电极表面分别做光滑和粗糙处理，表面光滑电极用于采集皮肤表面的肌电信号，表面粗糙电极用于采集皮下神经信号与肌电信号的叠加信号，两路信号通过差分放大电路后可直接得到针对某一位置的表面肌电神经信号，提高信号采集的准确性，而且将圆形电极和环形电极放置于同一位置，保证皮下肌肉区域相同，能够抵消肢体运动的噪声干扰，信号的采集过程具有稳定性和抗干扰性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种神经信号的无创采集系统，其特征在于，包括信号采集单元和差分放大电路；所述信号采集单元包括环形电极和位于环形电极中的圆形电极；所述环形电极和圆形电极的输出端连接所述差分放大电路的差分输入端；所述环形电极与皮肤接触的一面为带有凸起的粗糙表面且所述圆形电极与皮肤接触的一面为光滑表面，或者，所述圆形电极与皮肤接触的一面为带有凸起的粗糙表面且所述环形电极与皮肤接触的一面为光滑表面；表面光滑电极用于采集皮肤表面的肌电信号，表面粗糙电极用于采集皮下神经信号与肌电信号的叠加信号，两路信号通过差分放大电路后可直接得到针对某一位置的表面肌电神经信号；
所述信号采集单元为多个；
所述多个信号采集单元用柔性材料封装为一个电极片，所述多个信号采集单元平铺于所述柔性材料上；
所述电极片为干式电极片。
2.根据权利要求1所述的一种神经信号的无创采集系统，其特征在于，所述环形电极和圆形电极为同心圆结构。
3.根据权利要求1所述的一种神经信号的无创采集系统，其特征在于，所述柔性材料为PDMS材料。
4.根据权利要求1所述的一种神经信号的无创采集系统，其特征在于，所述凸起为多个。
5.根据权利要求4所述的一种神经信号的无创采集系统，其特征在于，所述多个凸起呈规则阵列型排布。
6.根据权利要求1所述的一种神经信号的无创采集系统，其特征在于，所述差分放大电路包括信号放大单元，所述信号放大单元包括仪表放大器和与所述仪表放大器并联的电阻。
7.根据权利要求1所述的一种神经信号的无创采集系统，其特征在于，还包括连接器，用于连接所述信号采集单元和差分放大电路。
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