CN116649984A - 记录电极及生物电势信号采集系统 - Google Patents

记录电极及生物电势信号采集系统 Download PDF

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孙劲男
孙艺珂
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Abstract

本申请涉及一种记录电极及生物电势信号采集系统，记录电极用于采集待检测生物的电势信号，记录电极包括排母、第一检测件、以及第二检测件，排母上设置有并联的第一触点和第二触点；第一检测件其一端连接于第一触点，另一端用于连接于待检测生物，第一检测件用于采集待检测生物的脑电信号；第二检测件其一端连接于第二触点，另一端用于连接于待检测生物，以使第一检测件和第二检测件之间形成并联电路，第二检测件用于采集待检测生物的局部场电位信号。相比于现有通过算法程序校准多种电势信号，本申请在硬件结构方面进行改进，从而使多种电势信能够同步到达排母，结构简单，稳定性高。

Description

记录电极及生物电势信号采集系统
技术领域
本申请涉及实验仪器技术领域，特别是涉及一种记录电极及生物电势信号采集系统。
背景技术
生物细胞或组织产生的电势信号(电生理信号)是神经系统沟通的主要途径，其中蕴含着丰富的生理、疾病和精神状态等信息，对电势信号的记录可以被用来有效地监测生物的目前状态。在相关技术中，常通过生物电势信号采集系统记录生物产生的电势信号。生物电势信号采集系统包括相连接的控制器和记录电极，记录电极用于采集生物电势信号，并将采集到的电势信号传输至控制器，控制器对相关电势信号进行记录，并判断生物目前状态。然而，现有的记录电极只针对于一个信号类型，即只能采集一种电势信号，例如，头皮电极只能采集脑电信号(EEG信号)，犹他电极只能采集局部场电位信号(LFP信号)。如果设置多个记录电极采集多种电势信号，多个记录电极采集的电势信号又不同步，控制器需要通过算法程序对多种电势信号进行校准，而算法程序复杂，稳定性差，从而影响了生物电势信号采集系统的采集结果。
发明内容
基于此，有必要针对多个电势信号不同步的问题，提供一种记录电极及生物电势信号采集系统。
一种记录电极，用于采集待检测生物的电势信号，所述记录电极包括：
排母，其上设置有并联的第一触点和第二触点；
第一检测件，其一端连接于所述第一触点，另一端用于连接于所述待检测生物，所述第一检测件用于采集所述待检测生物的脑电信号；
第二检测件，其一端连接于所述第二触点，另一端用于连接于所述待检测生物，以使所述第一检测件和所述第二检测件之间形成并联电路，所述第二检测件用于采集所述待检测生物的局部场电位信号。
在其中一个实施例中，所述排母上还设置有第三触点，所述第三触点、所述第一触点、以及所述第二触点均并联设置；
所述记录电极还包括第三检测件，所述第三检测件的一端连接于所述第三触点，另一端用于连接于所述待检测生物，所述第三检测件用于采集所述待检测生物的肌电信号。
在其中一个实施例中，所述第三检测件为单芯铜导丝，所述第三检测件背离所述第三触点的一端用于贴合在所述待检测生物的肌肉上。
在其中一个实施例中，所述排母上还设置有第四触点，所述第四触点、所述第一触点、以及所述第二触点均并联设置；
所述记录电极还包括刺激组件，所述刺激组件包括刺激源和刺激电极体，所述刺激电极体的一端连接于所述第四触点，另一端用于连接于所述待检测生物的脑区，所述刺激源与所述排母通信连接，所述刺激源用于产生刺激电流，以使所述刺激电流通过所述第四触点和所述刺激电极体刺激所述脑区。
在其中一个实施例中，还包括绝缘件，所述绝缘件设置在所述第一检测件和/或所述第二检测件上，所述绝缘件用于屏蔽外界与所述第一检测件和/或所述第二检测件。
在其中一个实施例中，所述第一检测件包括相连接的连接部和导线部，所述导线部为银丝，所述连接部为螺丝，所述导线部背离所述连接部的一端与所述第一触点连接，所述连接部用于与所述待检测生物的颅骨螺纹连接。
在其中一个实施例中，所述第二检测件为钨丝，所述第二检测件背离所述第二触点的一端用于插入至所述待检测生物的颅内大脑皮质中。
本申请还提供了一种生物电势信号采集系统，包括控制器、基座、上述所述的记录电极，所述排母通信连接于所述基座，所述基座通信连接于所述控制器，以将所述脑电信号和/或所述局部场电位信号传输至所述控制器。
在其中一个实施例中，还包括信号传输组件，所述信号传输组件包括无线发送部和无线接收部，所述无线发送部设置在所述基座上，所述无线接收部设置在所述控制器上，所述无线发送部用于将所述排母采集的多种电势信号传递至所述无线接收部。
在其中一个实施例中，还包括固定带，所述固定带用于将所述基座连接于所述待检测生物。
上述记录电极，在排母上并联设置第一触点和第二触点，将第一检测件连接于第一触点，第二检测件连接于第二触点，从而使第一检测件和第二检测件并联于排母。第一检测件用于采集待检测生物的脑电信号，并通过第一触点将该电势信号传递至排母，第二检测件用于采集待检测生物的局部场电位信号，并通过第二触点将该电势信号传递至排母。因为第一触点和第二触点并联，即第一检测件的信号接收端(第一检测件与第一触点连接的一端)和第二检测件的信号接收端(第二检测件与第二触点连接的一端)在同一排母上并联，而电势信号的传递几乎等同于光速，所以不同类型的电势信号从接收端到达排母的时间是几乎一致的。本申请提供的记录电极，通过在同一排母上并联有第一检测件和第二检测件，从而实现同步采集多种信号集成采集的目标。相比于现有通过算法程序校准多种电势信号，本申请在硬件结构方面进行改进，从而使多种电势信能够同步到达排母，结构简单，稳定性高。
附图说明
图1为本申请提供的排母的结构示意图。
图2为本申请提供的排母上并联有第一检测件、第二检测件、第三检测件的结构示意图。
图3为本申请提供的基座安装在待检测生物的头部的结构示意图。
图4为本申请提供的基座通过固定带固定在待检测生物身上的结构示意图。
图中：
100、待检测生物；
200、排母； 210、触点；
300、第一检测件； 310、连接部； 320、导线部；
400、第二检测件；
500、第三检测件；
600、刺激电极体；
700、基座；
800、无线发送部；
900、固定带。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
在相关技术中，常通过生物电势信号采集系统记录生物产生的电势信号。生物电势信号采集系统包括相连接的控制器和记录电极，记录电极用于采集生物电势信号，并将采集到的电势信号传输至控制器，控制器对相关电势信号进行记录，并判断生物目前状态。然而，现有的记录电极只针对于一个信号类型，即只能采集一种电势信号，例如，头皮电极只能采集脑电信号(EEG信号)，犹他电极只能采集局部场电位信号(LFP信号)。如果设置多个记录电极采集多种电势信号，多个记录电极采集的电势信号又不同步，控制器需要通过算法程序对多种电势信号进行校准，而算法程序复杂，稳定性差，从而影响了生物电势信号采集系统的采集结果。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种记录电极，用于采集待检测生物100的电势信号，如图1至图3所示，记录电极包括排母200、第一检测件300、以及第二检测件400，排母200上设置有并联的第一触点和第二触点；第一检测件300其一端连接于第一触点，另一端用于连接于待检测生物100，第一检测件300用于采集待检测生物100的脑电信号；第二检测件400其一端连接于第二触点，另一端用于连接于待检测生物100，以使第一检测件300和第二检测件400之间形成并联电路，第二检测件400用于采集待检测生物100的局部场电位信号。
上述记录电极，在排母200上并联设置第一触点和第二触点，将第一检测件300连接于第一触点，第二检测件400连接于第二触点，从而使第一检测件300和第二检测件400并联于排母200。第一检测件300用于采集待检测生物100的脑电信号，并通过第一触点将该电势信号传递至排母200，第二检测件400用于采集待检测生物100的局部场电位信号，并通过第二触点将该电势信号传递至排母200。因为第一触点和第二触点并联，即第一检测件300的信号接收端(第一检测件300与第一触点连接的一端)和第二检测件400的信号接收端(第二检测件400与第二触点连接的一端)在同一排母200上并联，而电势信号的传递几乎等同于光速，所以不同类型的电势信号从接收端到达排母200的时间是几乎一致的。本申请提供的记录电极，通过在同一排母200上并联有第一检测件300和第二检测件400，从而实现同步采集多种信号集成采集的目标。相比于现有通过算法程序校准多种电势信号，本申请在硬件结构方面进行改进，从而使多种电势信能够号同步到达排母200，结构简单，稳定性高。
具体地，如图1和图2所示，排母200上设置有多个触点210，每个触点210都是并联设置的。多个触点210中的一个触点210为第一触点，一个触点210为第二触点。需要说明的是，本申请中提到的第一触点、第二触点、第三触点、以及第四触点均是指多个触点210中的触点210，将其命名为第一触点、第二触点、第三触点、以及第四触点只是为了便于区分。
在一些实施例中，如图1和图2所示，第一检测件300包括相连接的连接部310和导线部320，导线部320为银丝，连接部310为螺丝，导线部320背离连接部310的一端与第一触点连接，连接部310用于与待检测生物100的颅骨螺纹连接。将连接部310螺纹连接于待检测生物100的颅骨，待检测生物100的脑电信号(EEG信号)依次通过连接部310、导线部320、第三触点、传递至排母200。而将导线部320采用银丝制成，便于传递脑电信号(EEG信号)。具体地，银丝为的径向尺寸为0.1mm。
在一些实施例中，如图1和图2所示，第二检测件400为钨丝，第二检测件400背离第二触点的一端用于插入至待检测生物100的颅内大脑皮质中。在进行信号采集时，在待检测生物100的颅骨特定位置打孔，然后将第二检测件400背离第二触点的一端垂直插入颅骨的孔中，即可利用第二检测件400检测局部场电位信号(LFP信号)。将导线部320采用钨丝制成，便于传递局部场电位信号(LFP信号)。具体地，钨丝为的径向尺寸为40um。
在一些实施例中，如图1和图2所示，排母200上还设置有第三触点，第三触点、第一触点、以及第二触点均并联设置；记录电极还包括第三检测件500，第三检测件500的一端连接于第三触点，另一端用于连接于待检测生物100，第三检测件500用于采集待检测生物100的肌电信号。通过设置第三触点，第三检测件500的一端连接于第二触点，另一端连接于待检测生物100，第三检测件500采集到待检测生物100的肌电信号(EMG信号)后通过第三触点传递至排母200。而因为第三触点、第一触点、以及第二触点均并联设置，所以第三检测件500检测到的肌电信号后，与第一检测件300检测到的脑电信号、以及第二检测件400检测到的局部场电位信号几乎是通过传递到排母200上，从而实现同步采集多种信号集成采集的目标。
在一些实施例中，如图1和图2所示，第三检测件500为单芯铜导丝，第三检测件500背离第三触点的一端用于贴合在待检测生物100的肌肉上。将第三检测件500采用单芯铜导丝制成，便于传递肌电信号(EMG信号)。具体地，钨丝为的径向尺寸为0.3mm。
在一些实施例中，如图1和图2所示，排母200上还设置有第四触点，第四触点、第一触点、以及第二触点均并联设置；记录电极还包括刺激组件，刺激组件包括刺激源和刺激电极体600，刺激电极体600的一端连接于第四触点，另一端用于连接于待检测生物100的脑区，刺激源与排母200通信连接，刺激源用于产生刺激电流，以使刺激电流通过第四触点和刺激电极体600刺激脑区。将刺激电极体600的一端连接于第四触点，另一端连接于待检测生物100的脑区，刺激源产生刺激电流依次通过排母200、第四触点、刺激电极体600作用在待检测生物100的脑区，从而刺激了脑区。
在一些实施例中，记录电极还包括绝缘件，绝缘件设置在第一检测件300和/或第二检测件400上，绝缘件用于屏蔽外界与第一检测件300和/或第二检测件400。通过在第一检测件300和/或第二检测件400上设置绝缘件，屏蔽了外界与第一检测件300和/或第二检测件400，也就屏蔽了外部信号与第一检测件300和/或第二检测件400上传输的信号，防止了外部信号影响第一检测件300和/或第二检测件400的传输。
在一些实施例中，第一检测件300的导线部320采用银丝构成，且第一检测件300的导线部320并不接触待检测生物100的组织，所以可以在第一检测件300上不设置绝缘件。
在一些实施例中，第二检测件400采用钨丝构成，在钨丝的外周面上涂有绝缘层，以形成绝缘件，更具体地，第二检测件400的绝缘层为特氟龙涂层(PFA涂层)。
在一些实施例中，第三检测件500采用单芯铜导线构成，在单芯铜导线构成的外周面上涂有绝缘层，以形成绝缘件，更具体地，第三检测件500的绝缘层为橡胶。
可以理解的是，第一检测件300、第二检测件400、以及第三检测件500上设置绝缘件，可以根据采集信需求改变材料。
本申请还提供了一种生物电势信号采集系统，如图3和图4所示，包括控制器、基座700、以及上述的记录电极，排母200通信连接于基座700，基座700通信连接于控制器，以将脑电信号和/或局部场电位信号传输至控制器。将排母200通信连接于基座700，基座700通信连接于控制器，第一检测件300、第二检测件400、第三检测件500检测到的多种电势信号传递至排母200后，排母200将多种电势信号传递至基座700，基座700再传递至控制器，控制器对相关电势信号进行记录，并根据多种电势信号判断生物目前状态。
在一些实施例中，如图3所示，生物电势信号采集系统还包括信号传输组件，信号传输组件包括无线发送部800和无线接收部，无线发送部800设置在基座700上，无线接收部设置在控制器上，无线发送部800用于将排母200采集的多种电势信号传递至无线接收部。通过信号传输组件，将数据通过无线的方式发送到设备端，防止了线束缠绕或者损坏影响数据传输的情况发生，实现生理信号无线多模态同步采集。
在一些实施例中，如图3所示，基座700和排母200均安装在待检测生物100的头部。但是如果长时间记录，基座700和排母200抵压在待检测生物100的头部，容易引起待检测生物100的生理不适，导致检测的多种电势信号不准确，为了解决这种问题，生物电势信号采集系统还包括固定带900，固定带900用于将基座700连接于待检测生物100。将基座700通过固定带900固定在待检测生物100的身体上，将排母200抵压在待检测生物100的头部，且基座700和排母200通信连接。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种记录电极，用于采集待检测生物(100)的电势信号，其特征在于，所述记录电极包括：
排母(200)，其上设置有并联的第一触点和第二触点；
第一检测件(300)，其一端连接于所述第一触点，另一端用于连接于所述待检测生物(100)，所述第一检测件(300)用于采集所述待检测生物(100)的脑电信号；
第二检测件(400)，其一端连接于所述第二触点，另一端用于连接于所述待检测生物(100)，以使所述第一检测件(300)和所述第二检测件(400)之间形成并联电路，所述第二检测件(400)用于采集所述待检测生物(100)的局部场电位信号。
2.根据权利要求1所述的记录电极，其特征在于，所述排母(200)上还设置有第三触点，所述第三触点、所述第一触点、以及所述第二触点均并联设置；
所述记录电极还包括第三检测件(500)，所述第三检测件(500)的一端连接于所述第三触点，另一端用于连接于所述待检测生物(100)，所述第三检测件(500)用于采集所述待检测生物(100)的肌电信号。
3.根据权利要求2所述的记录电极，其特征在于，所述第三检测件(500)为单芯铜导丝，所述第三检测件(500)背离所述第三触点的一端用于贴合在所述待检测生物(100)的肌肉上。
4.根据权利要求1所述的记录电极，其特征在于，所述排母(200)上还设置有第四触点，所述第四触点、所述第一触点、以及所述第二触点均并联设置；
所述记录电极还包括刺激组件，所述刺激组件包括刺激源和刺激电极体(600)，所述刺激电极体(600)的一端连接于所述第四触点，另一端用于连接于所述待检测生物(100)的脑区，所述刺激源与所述排母(200)通信连接，所述刺激源用于产生刺激电流，以使所述刺激电流通过所述第四触点和所述刺激电极体(600)刺激所述脑区。
5.根据权利要求1所述的记录电极，其特征在于，还包括绝缘件，所述绝缘件设置在所述第一检测件(300)和/或所述第二检测件(400)上，所述绝缘件用于屏蔽外界与所述第一检测件(300)和/或所述第二检测件(400)。
6.根据权利要求1所述的记录电极，其特征在于，所述第一检测件(300)包括相连接的连接部(310)和导线部(320)，所述导线部(320)为银丝，所述连接部(310)为螺丝，所述导线部(320)背离所述连接部(310)的一端与所述第一触点连接，所述连接部(310)用于与所述待检测生物(100)的颅骨螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的记录电极，其特征在于，所述第二检测件(400)为钨丝，所述第二检测件(400)背离所述第二触点的一端用于插入至所述待检测生物(100)的颅内大脑皮质中。
8.一种生物电势信号采集系统，其特征在于，包括控制器、基座(700)、权利要求1-7任一项所述的记录电极，所述排母(200)通信连接于所述基座(700)，所述基座(700)通信连接于所述控制器，以将所述脑电信号和/或所述局部场电位信号传输至所述控制器。
9.根据权利要求8所述的生物电势信号采集系统，其特征在于，还包括信号传输组件，所述信号传输组件包括无线发送部(800)和无线接收部，所述无线发送部(800)设置在所述基座(700)上，所述无线接收部设置在所述控制器上，所述无线发送部(800)用于将所述排母(200)采集的多种电势信号传递至所述无线接收部。
10.根据权利要求8所述的生物电势信号采集系统，其特征在于，还包括固定带(900)，所述固定带用于将所述基座(700)连接于所述待检测生物(100)。
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