一种用于评估神经微电极信号记录性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于评估神经微电极信号记录性能的方法：将神经微电极置于人工脑脊液中进行噪声信号水平检测；将该神经微电极进行表面清洁并烘干后植入被试体特定脑区记录被试体的局部场电位，该数据即为电极检测的噪声与信号水平之和；将上述采集的电生理信号进行预处理得到时域波形，然后对检测信号进行叠加平均分别得到噪声水平和信号水平；通过量化神经微电极的检测信噪比完成对神经微电极性能的评估。本发明专利技术涉及脑电神经电生理信号中神经微电极的自发电位记录，既可用于对神经微电极性能进行评估，又能在神经微电极进行优化或改性后对不同神经微电极检测信号质量进行对比。

【技术实现步骤摘要】
一种用于评估神经微电极信号记录性能的方法
本专利技术属于医学及生理信号检测与处理分析
，更具体的说，是涉及一种用于评估神经微电极信号记录性能的方法。
技术介绍
神经微电极的发展受到生物医学领域、神经生物学以及相关临床医学等领域的关注。对于植入式神经微电极，其生物相容性及信号记录灵敏性是关键因素之一。神经电生理活动是一切神经细胞的基本功能属性，也是神经信息有效传递的生理基础，其波形、幅度、频率不仅表达了单个神经细胞本身的生理状态，还携带了细胞群体之间沟通交互的相关信息。因此，对神经细胞的电生理活动进行高精度、高通量、实时性的检测，是了解神经细胞状态、功能以及相互作用机制的重要手段。研究神经电生理信号的有效检测方法，在疾病诊断及治疗方面，均有其重要的实际意义。神经电生理信号的幅值一般在几十到几百微伏，其记录效果取决于电极性能、电极与神经细胞之间的距离等。神经电生理检测过程中的背景噪声主要是指无目标信号输入的情况下，整个系统输出端检测到的电磁噪声。神经电生理信号检测过程中，该噪声主要包括神经微电极和电路系统本身的热噪声以及整个系统中引入的环境噪声。信噪比是评估神经微电极性能的金标准，是考察神经微电极记录信号灵敏性的关键要素。信噪比高的神经微电极，更容易将有用信号从背景噪声中分离提取出来，减小信号漏检，便于进一步观察信号波形。对信噪比进行量化能够为不同神经微电极在神经电生理信号记录及检测性能方面的研究提供一种对比方式。目前，一些研究者已经对基于神经电生理信噪比的计算方式进行量化研究，虽然该计算方式能够较好的对信噪比进行提取，但是其必须依赖于较高的采样率，提高了对采集系统的要求，同时增加了数据采集过程的难度及数据量，因此在实验过程中尚且有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种用于评估神经微电极信号记录性能的方法，通过将神经微电极分别置于人工脑脊液和大鼠特定脑区得到该微电极所记录的噪声水平及电生理中局部场电位信号，提取并分析其时域波形下的信号幅值，通过计算检测信噪比从而量化神经微电极在神经电生理信号检测中的性能。亦可通过对不同神经微电极的信噪比进行对比，评估神经微电极信号检测性能的优劣，在神经微电极优化方面有其重要应用。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术用于评估神经微电极信号记录性能的方法，包括以下过程：步骤一，噪声水平检测将神经微电极一端进入人工脑脊液中，用于模拟神经电生理检测过程中的组织液环境；将神经微电极另一端连接适配器与电生理信号检测系统相连接，在无任何神经信号输入的情况下，观察并记录该神经微电极所采集的电生理噪声信号，该电生理噪声信号为微电极检测的噪声水平；步骤二，在体神经电生理信号检测在人工脑脊液中噪声信号采集完毕后，将该神经微电极取出，并依次置于丙酮、乙醇及超纯水中分别超声清洗，烘干后进行体神经电生理检测；将该神经微电极植入被试体的特定脑区，观察并记录该神经微电极所采集被试体的局部场电位电生理信号，该局部场电位电生理信号为该神经微电极检测的噪声与信号水平之和；步骤三，信号预处理将上述采集的电生理噪声信号和局部场电位电生理信号进行预处理，包括降采样、信号滤波去除工频干扰，分别得到人工脑脊液和在体神经电生理两种状态下的时域波形；步骤四，特征提取通过对上述电生理噪声信号和局部场电位电生理信号进行叠加平均，分别提取时域波形下的信号幅值，得到人工脑脊液下采集的电生理噪声信号幅值X1，被试体特定脑区下采集的局部场电位电生理信号幅值，即电极检测的噪声与信号水平之和，为X2；步骤五，信噪比量化该神经微电极的检测信噪比的计算方法为：SNR＝(X2-X1)/X1步骤六，神经微电极性能评估将量化的信噪比数值对神经微电极性能进行评估，对比不同神经微电极的信噪比，从而实现不同神经微电极性能优劣的比较；信噪比越高的神经微电极，其灵敏性越好，性能更优异。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：本专利技术通过同一神经微电极采集人工脑脊液和被试体特定脑区下的神经电生理信号，通过提取两者的时域波形下信号幅值，对神经微电极记录信号灵敏性的关键要素即信噪比进行量化，从而评估了神经微电极的信号记录性能，在临床应用领域中疾病的精确诊断及治疗方面有重要的实际意义。附图说明图1是本专利技术用于评估神经微电极信号记录性能的方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术实施的目的、技术方案和有点更加清晰，以下结合本专利技术的技术方案和附图作进一步详细描述。本专利技术用于评估神经微电极信号记录性能的方法，主要包括噪声水平检测、在体神经电生理信号的测、信号预处理、特征提取、信噪比量化及神经微电极性能评估六部分，从而完成该神经微电极检测信噪比的量化，对其检测性能进行评估。如图1所示，具体步骤如下：步骤一，噪声水平检测将神经微电极一端进入人工脑脊液(aCSF)中，用于模拟神经电生理检测过程中的组织液环境。将神经微电极另一端连接适配器与电生理信号检测系统相连接，在无任何神经信号输入的情况下，观察并记录该神经微电极所采集的电生理噪声信号，该电生理噪声信号为微电极检测的噪声水平。步骤二，在体神经电生理信号检测在人工脑脊液中噪声信号采集完毕后，将该神经微电极取出，并依次置于丙酮、乙醇及超纯水中分别超声清洗，烘干后进行体神经电生理检测。将该神经微电极植入被试体的特定脑区，观察并记录该神经微电极所采集被试体的局部场电位电生理信号，该局部场电位电生理信号为该神经微电极检测的噪声与信号水平之和。步骤三，信号预处理将上述采集的电生理噪声信号和局部场电位电生理信号进行预处理，包括降采样、信号滤波去除工频干扰等，分别得到人工脑脊液和在体神经电生理两种状态下的时域波形。步骤四，特征提取通过对上述电生理噪声信号和局部场电位电生理信号进行叠加平均，分别提取时域波形下的信号幅值，得到人工脑脊液下采集的电生理噪声信号幅值X1，被试体特定脑区下采集的局部场电位电生理信号幅值，即电极检测的噪声与信号水平之和，为X2。步骤五，信噪比量化该神经微电极的检测信噪比(SNR)的计算方法为：SNR＝(X2-X1)/X1步骤六，神经微电极性能评估信噪比是评估神经微电极性能的金标准，信噪比越高的神经微电极，其灵敏性越好，性能更优异。将量化的信噪比数值对神经微电极性能进行评估，对比不同神经微电极的信噪比，从而实现不同神经微电极性能优劣的比较，多用于微电极优化方面的研究。具体实施例：本专利技术用于评估神经微电极信号记录性能的方法，具体实现过程如下：步骤1：噪声水平检测首先对人工脑脊液(aCSF)的酸碱度进行调节，PH＝7.3，然后将神经微电极依次置于丙酮、乙醇及超纯水中分别超声清洗，烘干后将其一端浸入人工脑脊液中，用于模拟神经电生理检测过程中的组织液环境。神经微电极另一端连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于评估神经微电极信号记录性能的方法，其特征在于，包括以下过程：/n步骤一，噪声水平检测/n将神经微电极一端进入人工脑脊液中，用于模拟神经电生理检测过程中的组织液环境；将神经微电极另一端连接适配器与电生理信号检测系统相连接，在无任何神经信号输入的情况下，观察并记录该神经微电极所采集的电生理噪声信号，该电生理噪声信号为微电极检测的噪声水平；/n步骤二，在体神经电生理信号检测/n在人工脑脊液中噪声信号采集完毕后，将该神经微电极取出，并依次置于丙酮、乙醇及超纯水中分别超声清洗，烘干后进行体神经电生理检测；将该神经微电极植入被试体的特定脑区，观察并记录该神经微电极所采集被试体的局部场电位电生理信号，该局部场电位电生理信号为该神经微电极检测的噪声与信号水平之和；/n步骤三，信号预处理/n将上述采集的电生理噪声信号和局部场电位电生理信号进行预处理，包括降采样、信号滤波去除工频干扰，分别得到人工脑脊液和在体神经电生理两种状态下的时域波形；/n步骤四，特征提取/n通过对上述电生理噪声信号和局部场电位电生理信号进行叠加平均，分别提取时域波形下的信号幅值，得到人工脑脊液下采集的电生理噪声信号幅值X1，被试体特定脑区下采集的局部场电位电生理信号幅值，即电极检测的噪声与信号水平之和，为X2；/n步骤五，信噪比量化/n该神经微电极的检测信噪比的计算方法为：/nSNR＝(X2-X1)/X1/n步骤六，神经微电极性能评估/n将量化的信噪比数值对神经微电极性能进行评估，对比不同神经微电极的信噪比，从而实现不同神经微电极性能优劣的比较；信噪比越高的神经微电极，其灵敏性越好，性能更优异。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于评估神经微电极信号记录性能的方法，其特征在于，包括以下过程：
步骤一，噪声水平检测
将神经微电极一端进入人工脑脊液中，用于模拟神经电生理检测过程中的组织液环境；将神经微电极另一端连接适配器与电生理信号检测系统相连接，在无任何神经信号输入的情况下，观察并记录该神经微电极所采集的电生理噪声信号，该电生理噪声信号为微电极检测的噪声水平；
步骤二，在体神经电生理信号检测
在人工脑脊液中噪声信号采集完毕后，将该神经微电极取出，并依次置于丙酮、乙醇及超纯水中分别超声清洗，烘干后进行体神经电生理检测；将该神经微电极植入被试体的特定脑区，观察并记录该神经微电极所采集被试体的局部场电位电生理信号，该局部场电位电生理信号为该神经微电极检测的噪声与信号水平之和；
步骤三，信号预处理

【专利技术属性】
技术研发人员：刘爽杰，张晓东，明东，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12