一种电生理信号与血液微循环信号同步检测装置

本发明涉及信号检测，更具体地，涉及一种电生理信号与血液微循环信号同步检测装置。

背景技术：

1、运动功能是人体的基本功能之一。目前，脑卒中是导致运动功能障碍的病因之一。由于运动过程中人体的神经肌肉耦合规律尚不明晰，传统的运动训练康复疗法在运动功能康复治疗中效果欠佳。理解运动过程中神经肌肉的耦合规律，对于科学制定运动功能障碍患者的运动功能康复方案以及提升运动训练的康复效果十分必要。

2、人体运动时肌肉收缩，其体积发生变化，放置于肌肉表面的平板干电极容易位移，从而在所记录的电生理信号(electromyography，emg)中留下运动伪迹。对于传统的商业湿电极，由于导电凝胶的使用，在记录的过程中随着时间的推移，导电凝胶逐渐变干，影响记录信号的质量，且由于导电凝胶的使用，有可能造成皮肤过敏等问题。对于记录目标区域血液微循环信号的功能近红外光极，肌肉收缩造成其记录的血液微循环信号的运动伪迹更明显。微针阵列电极，是一种新型的干电极，通过合理设计微针参数，使得微针阵列刺穿角质层，到达人体皮肤的活性表皮层，但不触及真皮层，从而实现无创的电生理信号检测。而且因为微针穿透皮肤角质层，消除了角质层的高阻抗，且具有良好的附着性，削弱了肌肉收缩对其记录信号质量的影响，使微针阵列电极在动态环境下也具有优秀的信号记录性能。在现有技术中，电生理与血液微循环信号记录难以同步，且现有的商业湿电极难以实现长时间稳定的信号监测，从而无法定量研究人体运动过程中电生理与血液微循环信号的耦合关系。

3、神经血管单元(neurovascular unit，nvu)是观测神经-肌肉循环关系的重要研究单元，而电生理信号与血液微循环信号又是检测神经与血管活动的两种重要信号。无创采集这两类信号的所需要的设备是电极和功能近红外光探头。目前可以用于信号采集的电极主要分为两大类：湿电极与干电极，是否有导电凝胶的使用是这两类电极的区别，用于血液微循环信号采集的则是功能近红外光探头。

4、湿电极配合导电凝胶一起使用，导电凝胶显著降低了电极-皮肤接触面的阻抗，从而使得采集到的信号质量较高。但导电凝胶会随着时间的流逝而逐渐变干，导致电极-皮肤接触面阻抗发生改变，影响采集信号的质量，因此湿电极不适合长时间的信号采集。而且导电凝胶的使用可能导致使用者的皮肤过敏反应，造成皮肤损伤。

5、金属平板干电极无需使用导电凝胶，即时取用，但由于人体皮肤角质层的存在，使得电极-皮肤接触面阻抗很高，影响其所记录的信号质量。而且电极皮肤之间附着力不足，容易在运动过程中产生位移，从而在记录的信号中出现运动伪迹。

6、织物干电极无需使用导电凝胶，由导电织物制作而成，柔软透气，具有很好的皮肤贴附性。但其电极-皮肤接触面阻抗依旧比较大，且容易在运动时发生位移，出现运动伪迹，影响记录信号的质量。

7、对于功能近红外光探头，光源发射探头与接收探头被放置在皮肤表面，使用两种波段的近红外光进行照射，在人体中形成“香蕉形”光路，将收集到的光强信号经过信号处理，信号转化后得到对应检测区域的血氧中血红蛋白浓度指标，从而观测对应区域血液微循环的变化。但目前的功能近红外检测系统主要检测脑区血氧含量变化，大多使用场景为静态测量，运动过程对其采集的信号质量影响较大。

8、常规的肌电/脑电电极已比较成熟，但性能仍有不足。湿电极的阻抗随时间变化较大，受环境影响大，且可能导致皮肤过敏。干电极与皮肤接触不紧密，界面阻抗大。干湿电极均存在与皮肤相对位移的缺点。

9、近红外光具有较好的穿透力，因此近红外光谱(near infrared spectruminstrument，nirs)技术可实现无创式的血氧和血流检测。nirs技术在脑功能和肌肉功能的监测方面应用广泛，结构简单，成本低，受环境约束小。

10、神经肌肉电生理检测是评估神经肌肉功能情况，进行神经肌肉病理研究的重要根据。fnirs(functional near-infrared spectroscopy，功能性近红外光谱技术)技术可以无创检测肌肉有氧代谢功能的损伤情况。将fnirs检测的血氧指标与单纯的肌电功能评估指标结合起来，优势互补，形成更为精准的神经肌肉评估方法，促进神经血流耦合机制的研究，并用于相关疾病的评估。对于同一目标位置的生理电信号与血液微循环信号，目前的分时检测不能获得其同步动态变化信息。

11、综上，目前的金属平板干电极和织物干电极依旧存在电极-皮肤接触面阻抗高，运动伪迹等难以规避的问题，而湿电极又可能导致皮肤过敏受损，且不适合长时间的使用。并且，目前的功能近红外采集技术，由于其探头和固定探头的基座质地较硬，难以与皮肤完全贴合，导致运动中的伪迹很大，影响采集到的信号质量。

12、此外，目前的电极和功能近红外光技术可以分别实现电生理与血液微循环信号的采集。但这种检测手段是分开采集两类信号，难以同时间、同位置采集电生理与血液微循环信号。若将两类信号采集设备共同连接至第三方信号同步设备，可以实现两类信号的同时间获取，但这种方法所需硬件较多且连线复杂，操作麻烦，而且这种模式仅解决了同时间获取的问题，同位置获取这一难点依旧没有解决。总而言之，对于同一目标位置的生理电信号与血液微循环信号，目前的分时检测不能获得其同步动态变化信息。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种电生理信号与血液微循环信号同步检测装置。该装置包括：柔性基底、信号采集电极、近红外光源、光学探头、信号处理模块，其中近红外光源、光学探头、信号采集电极构成一体化传感阵列，并且光学探头，信号采集电极的基座和柔性基底下表面位于同一水平线上，在使用状态下，该下表面紧贴皮肤，上表面通过信号传输线将同步采集的电生理信号和血液微循环信号输送至信号处理模块进行处理。

2、在一个实施例中，所述信号采集电极包括干电极或湿电极。

3、在一个实施例中，所述信号采集电极是微针阵列干电极，且所述近红外光源和所述光学探头交错布置于所述微针阵列干电极的阵列中。

4、在一个实施例中，所述柔性基底的制作材料包括橡胶、硅胶、树脂或高分子材料。

5、在一个实施例中，所述微针阵列干电极的制作材料是光敏树脂和金属。

6、在一个实施例中，所述微针阵列干电极基于磁化牵引法制备。

7、在一个实施例中，所提供的装置还包括信号发送模块和上位机，并且所述柔性基底、所述信号采集电极、所述近红外光源和所述光学探头构成信号采集前端用于同时间、同位置采集电生理信号和血液微循环信号发送至所述信号处理模块进行处理，所述信号发送模块将处理后的信号发送至所述上位机，进行实时显示和后续的处理。

8、在一个实施例中，所述信号采集前端、所述信号处理模块与所述信号发送模块采用锂电池供电，并且所述信号处理模块、所述信号发送模块和所述锂电池集成为便携式盒状装置，通过绑带连接在受试者肢体部位或头部，以采集肌肉或脑部的电生理与血液微循环信号。

9、在一个实施例中，所述信号发送模块通过wifi传输或蓝牙传输方式将信号发送到所述上位机。

10、与现有技术相比，本发明的优点在于，利用微针阵列电极等记录人体的电生理信号，使用柔性基底连接微针阵列电极与fnirs探头，从而实现目标人体区域的同位置、同时间的电生理与血液微循环信号的稳定记录。本发明通过构建一体化同步采集装置，能够同时间、同位置获取肌电/肌氧/血流、脑电/脑氧/血流信息，进而实现全面、实时、准确的生理分析，并且本发明结构简洁，贴合皮肤，信号记录性能优异。

11、通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。