[发明专利]一种用于实时测量多路电极/头皮接触阻抗的装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种用于实时测量多路电极/头皮接触阻抗的装置及测量方法，属于生物电阻抗成像技术与应用领域。该装置包括上位机、主控单元、激励电流信号生成单元、边界电压信号测量单元、激励通道、测量通道及接触阻抗测量模块。本发明在原有成像电极的基础上，引入一个远端参考电极，接触阻抗测量时，通过电极通道控制单元依次将多个成像电极切换进入接触阻抗测量电路，通过电极通道控制单元可以实现实时同步测量边界电压数据与接触阻抗数据。该方法可以准确测量得到接触阻抗在以下两个维度的信息：1、多路接触阻抗的空间一致性；2、单路接触阻抗的时间稳定性。相比现有测量方法，操作简便，可实时测量。

技术领域

本发明属于生物电阻抗成像领域，具体涉及一种用于实时测量多路电极/头皮接触阻抗的装置及测量方法。

背景技术

颅脑电阻抗成像技术是一种新型的颅脑功能成像技术，具有无创、无辐射、成像快速、可长时间连续成像等优势。其基本原理是：利用贴放于头皮表面的电极依次向颅脑注入定量安全的交流电流信号，同时测量各相关电极上的响应电压信号，并通过特定的图像重建算法，重构得到能够反应颅脑内部电阻抗分布的图像。

颅脑电阻抗成像系统包含多个成像电极，通常采用16个电极或32个电极，并且所有成像电极在施加电流激励和提取响应电压信号两种功能间复用。相比于其他的单纯生物电信号提取场合(如脑电图仪、脑机接口等)，颅脑电阻抗成像受电极/头皮接触阻抗的影响程度更为复杂。在前期实验室研究中，通常将电极刺入麻醉后的动物头皮内或固定在颅骨上，可以有效抑制头皮/接触阻抗的影响。但在临床应用中，电极贴附于头皮表面，电极/头皮接触阻抗较大，且远大于颅脑组织传输阻抗；在长时间连续成像时，随着导电膏效能减退及患者体动，电极/头皮接触阻抗随时间产生波动。相关研究证明，当多个成像电极的接触阻抗之间存在较大差异时，通过影响信号采集系统的性能引起测量误差；在长时间连续采集过程中，当接触阻抗随着时间的波动性较大时，在差分成像过程引入成像误差。

目前，关于颅脑电阻抗成像中电极/头皮接触阻抗影响的研究多停留在仿真研究阶段，暂时缺乏可以实时获取多路接触阻抗空间一致性及时间稳定性的手段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于实时测量多路电极/头皮接触阻抗的装置及测量方法，该装置利用电阻抗成像数据采集间隙，能够快速、实时获取多个成像电极对应的接触阻抗信息，为研究分析电极/头皮接触阻抗对成像的影响及相应抑制方法奠定基础。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种用于实时测量多路电极/头皮接触阻抗的装置，包括上位机、主控单元、激励电流信号生成单元、边界电压信号测量单元、激励通道、测量通道及接触阻抗测量模块；所述接触阻抗测量模块由电极单元、电极通道控制单元、接触阻抗信号测量单元及激励电流信号测量单元组成；其中：

电极单元，包含一组成像电极和一个参考电极，成像电极用于获取电阻抗成像数据，参考电极用于辅助测量各个成像电极的接触阻抗；

电极通道控制单元，用于通过控制激励通道和测量通道的切换，实现边界电压测量和接触阻抗测量两种模式的交替操作，两种模式的时间间隔在1s以内；

接触阻抗信号测量单元，用于将接触阻抗信号(成像电极与参考电极之间的响应电压信号)处理后传输至主控单元；处理指的是进行滤波、放大、信号调理等处理，然后进行A/D转换；

激励电流信号测量单元，用于将激励电流信号(取样电阻两端的电压信号)处理后传输至主控单元；处理指的是进行滤波、放大、信号调理等处理，然后进行A/D转换；

上位机通过数据接口与主控单元交互，用于给主控单元发送控制指令，主控单元将采集的数据上传给上位机；主控单元，首先通过控制激励电流信号生成单元产生交流正弦电流信号，然后通过电极通道控制单元设置激励通道和测量通道，最后通过控制边界电压信号测量单元、激励电流信号测量单元及接触阻抗信号测量单元完成数据采集。