為研究表面生物電干電極的性能，研究人員最初是直接在人體表面測(cè)量生物電信號(hào)，并對(duì)電極性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，但人體的生物電會(huì)隨著身體狀況的變化而發(fā)生相應(yīng)變化，并且不同的人的生物電信號(hào)也有差異，因此采用人體生物電信號(hào)測(cè)量的方法評(píng)價(jià)電極性能存在重復(fù)性差的缺陷，難以對(duì)電極性能做出客觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。基于此，文章提出了一種可以用來(lái)評(píng)價(jià)表面生物電干電極的模擬人體皮膚系統(tǒng)；隨后在模擬皮膚系統(tǒng)上增加了壓力調(diào)節(jié)裝置；而為了能夠測(cè)量電極與皮膚之間運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)噪聲，提出一種能動(dòng)態(tài)測(cè)量表面生物電干電極性能的裝置。上述的測(cè)量系統(tǒng)可以統(tǒng)稱為無(wú)源測(cè)量系統(tǒng)，即人體仿真系統(tǒng)中沒(méi)有生物電信號(hào)的存在。無(wú)源測(cè)量系統(tǒng)僅能測(cè)量生物電電極的阻抗譜、動(dòng)態(tài)開(kāi)路電壓（dynamic open circuit voltage，DOCP）、靜態(tài)開(kāi)路電壓（static open circuit voltage，SOCP）等指標(biāo)，這些指標(biāo)能夠反映生物電電極的界面性能，但是無(wú)法獲得生物電電極在采集人體心電信號(hào)時(shí)的重要參數(shù)指標(biāo)，如心電信號(hào)衰減幅度、相位移等。
基于此，本設(shè)計(jì)采用壓力控制裝置、心電信號(hào)發(fā)生器、心電信號(hào)采集裝置和仿真皮膚裝置構(gòu)建了一種有源測(cè)量系統(tǒng)。通過(guò)在人體仿真系統(tǒng)中加入模擬人體心電信號(hào)的信號(hào)源，采用心電信號(hào)發(fā)生器模擬不同類型的心電信號(hào)，使得在模擬人體表面的待測(cè)電極能夠測(cè)量到心電信號(hào)，而同時(shí)也能獲得原始模擬心電信號(hào)。進(jìn)一步通過(guò)對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行比較分析，能夠獲得生物電電極測(cè)量信號(hào)的衰減幅度和相位移，為開(kāi)發(fā)高性能的表面生物電干電極提供評(píng)價(jià)方法和手段。
織物基表面生物電干電極性能評(píng)價(jià)儀器
織物基表面生物電干電極性能評(píng)價(jià)儀器包括“無(wú)源測(cè)量”和“有源測(cè)量”兩種測(cè)量方案。“無(wú)源測(cè)量”模塊的兩端安裝有微孔薄膜仿真人體皮膚，其內(nèi)充滿固態(tài)電解質(zhì)，待測(cè)表面生物電干電極安裝于壓力調(diào)整裝置上，并與仿真皮膚保持一定壓力接觸，通過(guò)測(cè)量裝置可以測(cè)量待測(cè)電極之間的開(kāi)路電壓和電化學(xué)性能；“有源測(cè)量”模塊的底部封閉并開(kāi)設(shè)圓孔，可以插入?yún)⒈入?/span>極，頂端安裝有微孔薄膜仿真人體皮膚。心電信號(hào)發(fā)生器（Sim1000ECG，NETECH，美國(guó)）與參比電極連接，使用多導(dǎo)生理記錄儀（MP150，BIOPAC，美國(guó)）分別記錄原始心電信號(hào)及通過(guò)表面生物電干電極測(cè)量得到的心電信號(hào)。
織物基表面生物電干電極性能評(píng)價(jià)儀器的測(cè)量結(jié)構(gòu)，左圖為無(wú)源儀器結(jié)構(gòu)方案，可以測(cè)量電極的 SOCP、DOCP 及電化學(xué)性能，但不能直接采集心電信號(hào)；而右圖所示的有源儀器結(jié)構(gòu)方案在測(cè)量電極的 DOCP 時(shí)，二維滑動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)電極與仿真皮膚之間做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以模擬電極與人體之間存在不同速度、不同軌跡及不同位移時(shí)的情況，還可以采集心電信號(hào)，可以更真實(shí)地模擬人體實(shí)際測(cè)量情況。
本文提出了一種新型織物基表面生物電干電極性能評(píng)價(jià)儀器，采用壓力控制裝置、心電信號(hào)發(fā)生器、心電信號(hào)采集裝置和仿真皮膚裝置構(gòu)建了有源測(cè)量系統(tǒng)。將模擬心電信號(hào)通過(guò)鍍銀表面生物電干電極引入到兩個(gè)不同的模擬人體電解質(zhì)溶液中，采用多導(dǎo)生理記錄儀（MP150，BIOPAC，美國(guó)）分別測(cè)試仿真皮膚膜表面的電位和模擬心電信號(hào)，并提出了心電信號(hào)衰減幅度和相位移作為心電信號(hào)評(píng)價(jià)的新指標(biāo)。
通過(guò)選用 5 種鍍銀織物基表面生物電干電極對(duì)儀器進(jìn)行了測(cè)試和評(píng)估。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，5 種表面生物電干電極測(cè)量得到的心電信號(hào)的峰值時(shí)間間隔與標(biāo)準(zhǔn)心電信號(hào)的峰值時(shí)間間隔相比，偏差率均小于 1%；電壓幅度衰減率的最大值為 7.2%，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)電壓幅度值；噪聲幅度均低于 0.004 mV。通過(guò)測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出 5 種織物基表面生物電干電極的峰值時(shí)間偏移量的變異系數(shù)低于 8%，電壓幅度的變異系數(shù)低于 2%，噪聲幅度的變異系數(shù)低于 10%。該系統(tǒng)在對(duì)電極的 SOCP 和 DOCP、阻抗譜及心電信號(hào)的重復(fù)性和可再現(xiàn)性方面具有較好的效果，可以為電極的評(píng)價(jià)及研究提供更精確定量的參考依據(jù)，為開(kāi)發(fā)高性能的表面生物電干電極提供評(píng)價(jià)方法和依據(jù)。本文提出的測(cè)試方法和設(shè)備能夠?yàn)榭椢锘砻嫔镫姼呻姌O的性能評(píng)價(jià)和標(biāo)準(zhǔn)制定提供新思路，后續(xù)課題組將針對(duì)織物基表面生物電干電極在降低阻抗、減少噪聲影響方面繼續(xù)展開(kāi)研究，希望建立一套實(shí)用的織物心電電極評(píng)價(jià)方法，以期促進(jìn)表面生物電干電極的發(fā)展。
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