表面生物电电极动态测量系统和评价方法的研究

摘要

在应用生物电表面电极对人体生物电的测量中，动态噪声是严重的干扰信号。基于此，本文提出了一种用于生物电表面电极动态性能测量和评价的系统，该系统包含了4个关键的部分，第一部分是皮肤仿真器；第二部分是电极运动控制和电极/模拟皮肤压力控制部件；第三部分是电解质循环调整装置；第四部分是数据采集和控制系统。动态测量系统可以对电极/皮肤间运动状态进行比较真实的模拟，并且电极与皮肤之间的变化参数(如电极/模拟皮肤之间的压强、相对运动速度、运动轨迹和模拟皮肤的湿度等)能够被准确地控制和测量。
　　 文章采用间歇式运动方式获得了动态OCP变化量。结果显示，电极/模拟皮肤之间的压强和相对运动轨迹长度都与动态OCP变化量之间存在很强的线性正相关，而电极/模拟皮肤之间的运动速度与动态OCP变化量之间存在线性负相关性。
　　 5种不同类型电极的阻抗谱和动态OCP变化量在动态测量系统上被测量，通过等效电路对实际测量的阻抗进行仿真拟合得到了表征电极/电解质界面电路特性的准确参数，结果显示，极化程度高的电极比极化程度低的电极有高的低频阻抗，更小的等效电容值和更大的动态OCP变化量。显然在界面电荷密度相等的情况下，界面等效电容与电极电势变化量呈现负相关性。
　　 为了客观评价电极的动态性能，自动分类和识别的客观评价方法被设计，核模糊C均值(KFCM)聚类方法和核F统计量被用来获得样本的准确分类和最佳分类类数，而支持向量机方法被用于构建测量样本的自动识别的判别函数。FCM、KFCM和改进的KFCM对于已知分类的IRIS样本集的错分样本数分别是15，12和7。显然，设计的改进KFCM聚类算法具有更好的解决非线性问题的能力。根据改进KFCM聚类算法的分类结果，支持向量机(SVM)的正确识别率为96.67％。改进的KFCM和SVM组成的自动分类和识别方法对于实际测量样本的正确分类率和正确识别率分别为85％和90％。
　　 动态测量系统比人体直接测量更加客观和稳定，并且能够应用于长期测量或恶劣环境下的测量。