一种用于胃电信号采集的拉普拉斯电极的设计方法技术

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。本发明专利技术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。

A design method of Laplasse electrode used for collecting gastric electric signal

A design method for Laplasse electrode gastric electrical signal acquisition, including the design method of the Laplasse electrode: determine the gastric electrical signal amplitude, width, surface depth range to be measured, and the measurement error of the required accuracy; according to the above requirements, select the ring electrode width, ring electrode and the central electrode spacing calculation the effective radius of the central ring electrode, electrode radius, ring electrode radius and inner circle radius; application error minimum principle and the principle of maximum potential than each parameter on the ring electrode were optimized, and the design for concentric ring structure Laplasse electrode gastric electrical signal acquisition. The invention can effectively improve the accuracy and signal-to-noise ratio of gastric electrical signals, providing a non-invasive and wearable detection tool for gastric motility research, and achieving considerable social and economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
一种用于胃电信号采集的拉普拉斯电极的设计方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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，rd为中央电极的半径；ro为参考电极的外圆半径；ri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；en为前置放大器的固有噪声；b为有效半径；Lsmin为Laplacian电位最小值；Kmin为对应K值的最小值。本专利技术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专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。体表Laplacian电位标测图(Bodysurfacelaplacianmap,BSLM)技术被广泛应用于有关生物电空间分布的研究。BSLM所测得的信号，随偶极子到体表的距离的4次方而迅速衰减，这使得它的作用相当于一个滤波器，对离电极近的生物电偶极子的活动附加以较大的权值，而将深层的生物电源的作用滤掉。因此，它能够比较精确地反映局部生物电活动的细节，有效地抑制躯干容积导体平滑效应的影响，受躯干容积导体的不均匀性、胸腔组织电导率不均匀性、胸腔模型不规则性等方面的影响要小得多，具有临床的可操作性。基于此，本专利技术实施例将体表Laplacian值技术应用于胃电信号的采集和分析，提出一种对Laplacian电极参数设计及优化的新方法。实施例1一种用于胃电信号采集的拉普拉斯电极的设计方法，参见图1、图2和图3，该拉普拉斯电极的设计方法包括以下步骤：101：确定待测胃电信号的幅值、带宽、体表深度范围Zmin、Zmax，以及测量误差所要求的精度REmax；102：选择环电极宽度w、环电极与中央电极1间距a，计算环电极的有效半径b、中央电极1的半径rd，环电极的外圆半径ro，内圆半径ri等电极参数；103：应用RE(误差)最小原则和K值(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。综上所述，通过上述步骤101-步骤103的设计，得到了可用于胃电信号采集的拉普拉斯电极，该电极有效地抑制干扰，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。实施例2下面结合具体的实例、计算公式、图3和图4对实施例1中的用于胃电信号采集的拉普拉斯电极的设计方法进行进一步地介绍，详见下文描述：201：Laplacian电极和Laplacian电位；在实际应用中的Laplacian电位可以通过取某点的体表电位与其临域内体表电位的平均值，然后求两者之差来获得：式中，表示某一点的体表电位，则表示该点的临域内电位的平均值。两者的差乘以一个常数4/b2即可得到近似的Laplacian电位的值。一般取Ls的单位为mV/cm2。式中的b在不同的测量方法中有不同的含义。例如，如图1所示，参考电极2以半径r呈环形围绕在中央电极1的周围时，式(1)中的b则为参考电极2所分布的圆的半径r。当参考电极2数量n趋于无穷、排列足够紧密的时候，可以认为它已经褪化成为一个围绕在中央电极1周围的封闭的圆环。此时，应该是该环路径上所有电位的积分平均。根据调和场的理论，该积分的结果应该是与积分路径无关的，因此一般可以将积分路径取为圆。如图2(a)所示，这种同心环的结构，即所谓的Laplacian电极。采用这种特殊的Laplacian电极测量Laplacian电位的方法，称为直接测量法。图2(a)所示的Laplacian电极是一种理想化的状态，它的中央电极1被认为是一个点，而外周圆环宽度为0，圆环的半径为b。在实际中应用的Laplacian电极通常是由一个中心圆片和一个(或多个)与之同心的环状电极组成，这种结构称为同心双极电极(CentricBipolarElectrodes，CBE)。其中，最简单的一种情况是除中心圆片外，只有一个环状电极，如图2(b)所示。本专利技术实施例以双环电极为例，三环或四环同心等情况类似。对于CBE，通过测量中央电极1和参考电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于胃电信号采集的拉普拉斯电极的设计方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种用于胃电信号采集的拉普拉斯电极的设计方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的一种用于胃电信号采集的拉普拉斯电极的设计方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的一种用于胃电信号采集的拉普拉斯电极的设计方法，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的一种用于胃电信号采集的拉普拉斯电极的设计方法，其特征在于，在设计中应保持中央电极的面积与环...

【专利技术属性】
技术研发人员：何峰，孟桂芳，明东，张力新，许敏鹏，蒋晟龙，周伊婕，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12