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基于柔性石墨烯电极的便携式生物电信号采集系统设计

祝伟仝  
【摘要】:随着生活水平的提高和科技的进步,人们开始越来越关注自己的身体健康状况。现有的传统脑电和心电监测设备虽然在精度上能够满足医疗和科研等方面的需求,但是其体积较大、价格昂贵、无法便携式检测且操作繁琐需要专业人员操作,因此只能在医院或研究机构等固定场所进行采集。采集时所使用的Ag/Ag Cl电极存在使用时效短、具有生物毒性对皮肤有刺激等问题。因此设计一款具有良好生物相容性的柔性电极和可以做到无违和感佩戴的便携式可穿戴监测设备就显得尤为必要。随着石墨烯材料的出现,利用石墨烯材料设计的石墨烯柔性织物电极可以极大提高被试者的舒适度,做到无违和感佩戴。同时,石墨烯柔性电极相较于传统的Ag/Ag Cl电极具有良好的生物相容性,无毒无害,长期佩戴也不会对皮肤造成损伤,因此适用于需要长期监测的场景。本文针对传统采集电极和传统脑电、心电采集设备的局限性,开发了基于高导电率、高稳定性的柔性石墨烯织物电极。石墨烯柔性电极以织物为基底,具有高可靠性,稳定性和良好的生物相容性,使得长期采集和日常监测成为可能。针对脑电信号极其微弱易且受干扰等特点,利用模拟前端芯片设计了脑电采集模拟前端电路,同时利用低功耗处理器和无线传输模块设计了可穿戴便携式无线脑电采集系统。配合石墨烯电极实现对头皮脑电的长期采集和日常监测。针对心电信号微弱,频率低等特点,利用专为ECG采集设计的模拟前端芯片设计了多导联心电采集前端电路,使用蓝牙So C芯片作为主控芯片设计了可穿戴便携式无线心电采集系统,配合石墨烯电极实现对心电信号的日常监测。佩戴者利用便携式无线可穿戴脑电、心电采集设备可以随时随地的在日常生活和工作中监测自己的身体状态。使得脑电和心电信号的采集工作不再局限于医院和专业人员采集,可以在日常生活中进行居家自我采集和监测,及时了解自己的身体状况,有助于异常状况的尽早发现。


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