專利名稱：一種抗干擾生物電信號(hào)記錄電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及生物醫(yī)藥領(lǐng)域，尤其涉及生物電信號(hào)檢測領(lǐng)域。 技術(shù)背景
生物電信號(hào)記錄電極是用于采集人體生物電信號(hào)的測量裝置，通常選用 的電極是體表電極。體表電極的種類很多，有金屬平板電極、吸附電極、圓 盤電極、懸浮電極、軟電極和干電極。按其材料又分為銅合金鍍銀電極、鎳 銀合金電極、鋅銀銅合金電極、不銹鋼電極和銀-氯化銀電極等。目前，臨床 普遍采用一般的"被動(dòng)電極"進(jìn)行生物電信號(hào)的采集。
金屬平板電極與吸附電極等金屬材料電極是當(dāng)前常用的被動(dòng)電極，其優(yōu) 點(diǎn)是結(jié)構(gòu)十分簡單，成本低廉。但這種金屬電極缺點(diǎn)也十分突出，它的阻抗 高、穩(wěn)定性差，金屬電極和電信號(hào)處理電路之間需要導(dǎo)聯(lián)線進(jìn)行連接，該導(dǎo) 線相當(dāng)于天線，容易引入干擾(最常見的有工頻干擾和各種輻射干擾)，嚴(yán)重 影響對(duì)生物電信號(hào)的測量。雖然可給電極線增加屏蔽減少干擾，但同時(shí)也將 影響導(dǎo)聯(lián)的柔軟性和測量的舒適性。
針對(duì)被動(dòng)電極的上述缺點(diǎn)，本實(shí)用新型采用有源檢測設(shè)計(jì)思想，將放大 和濾波電路前移至電極上，設(shè)計(jì)出了 一種具有較強(qiáng)抗干擾能力的生物電信號(hào) 記錄電極。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中被動(dòng)電極采集記錄
生物電信號(hào)時(shí)饋電線容易產(chǎn)生干擾，采集的信號(hào)質(zhì)量差的缺點(diǎn)，提供一種能 夠測量人體生物電信號(hào)，并具有良好抗干擾性，整體結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、體積 小、使用方便的生物電信號(hào)記錄電極。
本實(shí)用新型解決上述問題的技術(shù)方案是采用有源檢測設(shè)計(jì)，將放大和 濾波電路前移至記錄電極上，電極片和電信號(hào)的放大處理部分一體化設(shè)計(jì)， 在記錄電極中進(jìn)行生物電信號(hào)的采集、放大和濾波處理。
本實(shí)用新型所描述的抗干擾生物電信號(hào)記錄電極包括電極片(3)、前置
放大電路(4)、隔直電路(5)、后級(jí)放大及低通濾波器(6)。電極片的輸出 端連接前置放大電路的輸入端，前置放大電路對(duì)電極片采集的生物電信號(hào)進(jìn) 行放大處理，輸出端經(jīng)隔直電路連接后級(jí)放大以及低通濾波器的輸入端，對(duì) 經(jīng)過前置放大處理的生物電信號(hào)進(jìn)行再放大及濾波處理，其輸出信號(hào)通過導(dǎo) 聯(lián)線(2)送入信號(hào)采集與處理電路。電極片與前置放大電路、隔直電路、后 級(jí)放大及低通濾波器焊接在同一塊印刷電路板PCB上實(shí)現(xiàn)電極片及各部分電 路的電連接。電極片采用純銅制作表面鍍銀，接觸阻抗??；記錄電極外殼為 金屬外殼并外套橡膠制品，用以進(jìn)一步屏蔽外界干擾，并增加使用的舒適性。 本實(shí)用新型的記錄電極為低阻抗輸出，且輸出的信號(hào)是經(jīng)過放大后的大 信號(hào)，而不是被動(dòng)電極輸出的小信號(hào)，進(jìn)一步增強(qiáng)了電路的抗干擾能力。本 實(shí)用新型采用有源設(shè)計(jì)，既可大大減少周圍環(huán)境工頻、無線輻射干擾的影響， 又有利于實(shí)現(xiàn)模擬與數(shù)字電路結(jié)構(gòu)上的分離，減少監(jiān)測主機(jī)設(shè)備內(nèi)邏輯電路、 微處理器和無線通信模塊等數(shù)字電路、高輻射部件產(chǎn)生干擾的影響。本實(shí)用 新型設(shè)計(jì)的有源電極能較好滿足活動(dòng)狀態(tài)下生物電信號(hào)測量的要求，也使得 設(shè)計(jì)出新型的微型、高抗干擾監(jiān)護(hù)設(shè)備成為可能。


圖1抗干擾生物電信號(hào)記錄電極原理框圖圖2記錄電極結(jié)構(gòu)圖(側(cè)面)
圖3有源心電信號(hào)記錄電極電路原理結(jié)構(gòu)框圖 具體實(shí)施方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種新型的具有抗干擾能力的生物電信號(hào)記錄電極， 采用有源檢測的設(shè)計(jì)思想，將放大和濾波電路前移至記錄電極，在記錄電極 中進(jìn)行生物電信號(hào)的采集、放大和濾波處理，這樣記錄電極和前置放大器之 間不再有導(dǎo)聯(lián)線，由輸電線通過耦合電容引入電極的干擾也就不存在；并且 有源電極具有較大的輸入阻抗，可以有效減少皮膚與記錄電極間阻抗變化引 起的信號(hào)衰減和變形；這樣設(shè)計(jì)的生物電信號(hào)記錄電極具有良好抗干擾性， 整體結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、使用方便。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的抗干擾生物電信號(hào)記錄電極 進(jìn)行詳細(xì)的說明。
圖1所示為本實(shí)用新型所述的抗干擾生物電信號(hào)記錄電極的原理圖，本 記錄電極采用有源檢測的設(shè)計(jì)思想，有源記錄電極(1)包括電極片(3)、前 置放大電路(4)、隔直電路(5)、后級(jí)放大以及低通濾波器(6)。電極片的 輸出端連接前置放大電路的輸入端，前置放大電路的輸出經(jīng)隔直電路連接后 級(jí)放大以及低通濾波器的輸入端，后級(jí)放大以及低通濾波器的輸出端通過導(dǎo) 聯(lián)線(2)連接信號(hào)采集與處理電路。
傳統(tǒng)的生物電信號(hào)采集系統(tǒng)直接通過導(dǎo)聯(lián)線連接信號(hào)輸入采集與處理電 路，由于生物電信號(hào)為微弱信號(hào)，在導(dǎo)聯(lián)線中傳輸極易受到干擾，增加了信 號(hào)處理的難度。本實(shí)用新型將電極片采集的人體生物電信號(hào)直接輸出到記錄 電極，在記錄電極中進(jìn)行放大和濾波處理，首先經(jīng)過前置放大電路進(jìn)行信號(hào) 放大處理，送入隔直電路隔離放大的生物電信號(hào)中的直流信號(hào)，最后由后級(jí) 放大及低通濾波器進(jìn)行濾波放大處理。通常人體生物電信號(hào)主要能量集中在
低頻段，因此采用低通濾波濾除信號(hào)的高頻部分。低通濾波器的通頻帶截止 頻率和增益可根據(jù)生物電信號(hào)頻率范圍和幅度大小進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)。經(jīng)過放大 的電信號(hào)通過導(dǎo)聯(lián)線和相應(yīng)的信號(hào)采集與處理電路實(shí)現(xiàn)電連接。
圖2所示為本實(shí)用新型所述的記錄電極側(cè)面結(jié)構(gòu)圖，本記錄電極內(nèi)部通 過印刷電路板PCB (7)實(shí)現(xiàn)電極片及各部分電路的電連接。電極片最好采用 純銅制作表面鍍銀，接觸阻抗小，焊接在PCB (7)印刷電路板上，前置放大 電路、隔直電路、后級(jí)放大以及低通濾波器采用微型低功耗電路元件，根據(jù) 級(jí)聯(lián)關(guān)系依次焊接在PCB印制電路板上，實(shí)現(xiàn)與電極片的電連接；導(dǎo)聯(lián)線(2) 與后級(jí)放大以及低通濾波器(6)的輸出端在PCB (7)上實(shí)現(xiàn)電連接。考慮到 PCB設(shè)計(jì)與加工的方便，通常單獨(dú)將電極片布置在PCB的一面，前置放大電路、 隔直電路、后級(jí)放大以及低通濾波器布置在PCB的另一面。
采用金屬殼作為電極外殼(8)封裝焊接在PCB板上的前置放大電路、隔 直電路、后級(jí)放大以及低通濾波器，用以進(jìn)一步屏蔽外界干擾，采用橡膠壓
制包裹記錄電極外殼，增加電極使用時(shí)的舒適性。
以下具體舉一實(shí)例對(duì)記錄電極的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體說明。
圖3所示為用于連續(xù)心電監(jiān)測的有源心電信號(hào)記錄電極電路原理結(jié)構(gòu)框圖。
根據(jù)心電信號(hào)的特點(diǎn)，通常要求前置放大器具有低噪聲、低漂移、低功 耗、高共模抑制比的性能。因此該實(shí)例有源心電信號(hào)記錄電極采用差分放大 電路對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行前置放大。當(dāng)生物電信號(hào)記錄電極用于連續(xù)心電監(jiān)測作 為有源心電信號(hào)記錄電極時(shí)，該記錄電極包括參考電極和記錄電極，有源心 電信號(hào)記錄電極電路的每一個(gè)通道都由參考電極(9)和記錄電極(1)兩個(gè) 有源電極組成。參考電極由電極片電連接跟隨輸出電路構(gòu)成，跟隨輸出電路 采用單運(yùn)放構(gòu)成放大倍數(shù)為1的電壓跟隨器。參考電極的輸出連接記錄電極 前置差分放大電路的參考端，記錄電極中電極片連接差分放大電路輸入端，
差分放大電路采用低功耗集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，考慮到后續(xù)濾波電路及模數(shù) 轉(zhuǎn)換的要求，在保證不產(chǎn)生線性失真的情況下，該差分放大電路的放大增益 不宜過大。差分放大電路輸出端電連接隔直、濾波后級(jí)放大電路輸入端，通
常心電信號(hào)主要能量集中在低頻段，主要帶寬在0 58士19Hz，而QRS波的中 心頻率為17Hz。因此本實(shí)例考慮便攜監(jiān)護(hù)要求設(shè)計(jì)的隔直、低通濾波電路的 通頻帶寬頻率設(shè)計(jì)為0.5-35Hz，后級(jí)放大增益為150倍。隔直、濾波后級(jí)放 大電路輸出端通過心電導(dǎo)聯(lián)線將放大濾波處理后的心電信號(hào)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)接處 理板的輸入端，信號(hào)轉(zhuǎn)接處理板(10)對(duì)采集的心電信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和進(jìn) 一步處理，本實(shí)例信號(hào)采集處理板采用MSP430單片機(jī)作為控制處理器控制釆 集處理板實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)的記錄和處理。
綜上所述，本實(shí)例有源心電信號(hào)記錄電極進(jìn)行心電信號(hào)采集，首先由參 考電極中的電極片采集人體的心電信號(hào)通過跟隨器輸出與記錄電極中的電極 片采集的心電信號(hào)共同構(gòu)成記錄電極前級(jí)差分放大的輸入信號(hào)，經(jīng)由前級(jí)差 分放大后進(jìn)行隔直、濾波、后級(jí)放大等放大和濾波處理，處理后的信號(hào)已經(jīng) 是放大后的大信號(hào)增強(qiáng)了抗干擾能力，通過心電導(dǎo)聯(lián)線輸出到信號(hào)采集處理 板(10)進(jìn)行心電信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換采集與預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)便攜心電監(jiān)護(hù)的連續(xù) 采集。
權(quán)利要求1. 一種抗干擾生物電信號(hào)記錄電極，其特征在于，生物電信號(hào)記錄電極由電極片與前置放大電路、隔直電路、后級(jí)放大及低通濾波器焊接在同一塊印刷電路板上實(shí)現(xiàn)各部分電路之間的電連接，電極片連接前置放大電路的輸入端，前置放大電路對(duì)電極片采集的生物電信號(hào)進(jìn)行放大處理，經(jīng)隔直電路去除直流信號(hào)后送入后級(jí)放大及低通濾波器的輸入端，后級(jí)放大及低通濾波器對(duì)經(jīng)過前置放大電路處理的生物電信號(hào)進(jìn)行放大并濾除高頻信號(hào)后，通過導(dǎo)聯(lián)線送入信號(hào)采集與處理電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗干擾生物電信號(hào)記錄電極，其特征 在于，電極片采用純銅制作表面鍍銀，記錄電極外殼為金屬外殼并外 套橡膠制品。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗干擾生物電信號(hào)記錄電極，其特征 在于，前置放大電路采用差分放大電路。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗干擾生物電信號(hào)記錄電極，其特征 在于，當(dāng)生物電信號(hào)記錄電極用于連續(xù)心電監(jiān)測時(shí)，記錄電極電路的 每一個(gè)通道都包括參考電極和記錄電極，參考電極中電極片經(jīng)跟隨輸 出電路連接記錄電極中前置差分放大電路的參考端，記錄電極中電極 片連接差分放大電路輸入端。
專利摘要本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)一種具有抗干擾能力的生物電信號(hào)記錄電極，屬于生物電信號(hào)檢測領(lǐng)域。本實(shí)用新型采用有源檢測設(shè)計(jì)，將放大和濾波電路前移至電極上，在記錄電極中進(jìn)行生物電信號(hào)的放大和濾波處理。電極片與前置放大電路、隔直電路、后級(jí)放大及低通濾波器焊接在同一塊印刷電路板上實(shí)現(xiàn)各部分電路之間的電連接。本實(shí)用新型采用有源設(shè)計(jì)，既可大大減少周圍環(huán)境工頻、無線輻射干擾的影響，又有利于實(shí)現(xiàn)模擬與數(shù)字電路結(jié)構(gòu)上的分離，能夠滿足活動(dòng)狀態(tài)下對(duì)生物電信號(hào)的測量要求。適用于微型、高抗干擾監(jiān)護(hù)設(shè)備。
文檔編號(hào)A61B5/04GK201211186SQ20082009935
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者何慶華, 馮正權(quán), 吳寶明, 朱新建, 閆慶廣, 宇 陳 申請(qǐng)人:中國人民解放軍第三軍醫(yī)大學(xué)野戰(zhàn)外科研究所