[发明专利]一种用于胃电信号采集的拉普拉斯电极的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及拉普拉斯电极领域，尤其涉及一种用于胃电信号采集的拉普拉斯电极的设计方法。

背景技术

体表胃电图(EGG)是研究胃动力学特性和功能性胃疾病诊断的重要依据，而从人体直接采集的胃电信号都含有干扰成分，不能直接应用于临床诊断或科学研究。

目前采集胃电信号的方法主要有以下3种：

1、浆膜法，通过手术将电极缝在胃的浆膜表面进行测量，一般用于动物实验，仅在特殊情况下用于人体。

2、黏膜法，通过导管将电极吸附在胃内腔的黏膜层，但电极很容易脱落，无法吸附较长的时间。黏膜法和浆膜法获得的信号质量较好，但是会对人体带来伤害，所以不适合用于人体，尤其是健康人群的胃电信号采集。

3、体表法，它利用皮肤表面电极进行胃电的测量，操作简单、无创、适合长时间监测。可以用于人体信号检测，且不会造成伤害，位于上腹部的皮肤电极在提取胃电信号的同时，会引进心电、腹部肌电、呼吸伪迹、运动伪迹等干扰，加上人体的呼吸和心电这些信号与胃电信号的性质接近，不好进行滤波，所以难以获得良好的胃电信号。

发明内容

本发明提供了一种用于胃电信号采集的拉普拉斯电极的设计方法，本发明可有效地提高胃电信号的精度和信噪比，为胃动力研究提供了一种无创的、可穿戴的检测工具，获得可观的社会效益和经济效益，详见下文描述：

一种用于胃电信号采集的拉普拉斯电极的设计方法，所述拉普拉斯电极的设计方法包括：

确定待测胃电信号的幅值、带宽、体表深度范围，以及测量误差所要求的精度；

根据上述要求，选择环电极宽度、环电极与中央电极间距，计算环电极的有效半径、中央电极的半径、环电极的外圆半径、以及内圆半径；

应用误差最小原则和电位比最大原则对环电极的各个参数进行优化调整，从而设计出用于胃电信号采集的同心双环结构拉普拉斯电极。

其中，应用误差最小原则对环电极的各个参数进行优化调整具体为：

若误差在体表深度范围内最大，且误差不大于体表深度范围最大值，则电极参数是合理的，否则电极参数需要重新设计。

其中，应用电位比最大原则对环电极的各个参数进行优化调整具体为：

若电位比在体表深度范围内最小，且电位比不小于体表深度范围最小值，则电极参数是合理的，否则电极参数需要重新设计。

进一步地，在设计中应保持中央电极的面积与环电极的圆环的面积相等，以使放大器两输入端的源阻抗相同，从而提高放大器共模抑制比：

其中，r_d为中央电极的半径；r_o为参考电极的外圆半径；r_i为参考电极的内圆半径。

进一步地，电极参数需要重新设计具体为：

进一步地，电极参数需要重新设计具体为：

式中，为待检测的生物电体表电位的有效值，SNR≥1；e_n为前置放大器的固有噪声；b为有效半径；L_smin为Laplacian电位最小值；K_min为对应K值的最小值。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、通过确定待测胃电信号的幅值、带宽、体表深度范围和测量误差精度，选择环电极宽度、电极间距，计算出要求的电极参数，然后应用RE(误差)最小原则和K值(电位比)最大原则对参数进行优化调整，从而设计出用于胃电信号采集的同心双环结构拉普拉斯电极，准确、客观地进行胃电信号检测；

2、在采集胃电信号时采用Laplacian电极，可以有效地抑制干扰，从而得到质量更好的EGG信号，也为生物电采集系统的通用化、可穿戴化打下了良好的基础。

附图说明

图1为拉普拉斯电极的示意图；

图2为Laplacian电极的示意图；

其中，(a)为Laplacian电极是理想化的状态示意图；(b)为实际状态下Laplacian电极是环状电极的示意图。

图3为多导联体表EGG的扇形电极定位方法；

图4为一种用于胃电信号采集的拉普拉斯电极的设计方法的流程图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：中央电极； 2：参考电极。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。