子宫肌电信号检测电极的研究

发布时间：2020-03-25 02:20

【摘要】：子宫肌电信号(Electrohysterogram,EHG)反映了由子宫肌层的电活动引起的子宫机械性收缩情况,它在检测宫缩、预测早产和改善围产儿结局等方面发挥着重要作用。通过采集孕妇的EHG信号来监测宫缩,进而对早产进行判别,有望成为诊断早产的重要方法。研究表明,利用Laplacian电极记录生理信号可以获得比传统电极更好的空间分辨率和局部灵敏度,然而,该种电极在EHG信号的记录上没有得到深入的研究和应用。因此,本研究旨在通过计算机仿真、盐水槽实验以及真实人体实验来比较不同电极采集EHG信号的性能,确定最优采集EHG信号的电极结构。本研究首先利用COMSOL软件建立了腹部圆柱和腹部半球模型,通过计算机仿真比较了双极同心圆电极、准双极同心圆电极和三极同心圆电极采集EHG信号的准确度、灵敏度和一致性,并且评估了脂肪和肌肉厚度对不同尺寸的三极同心圆电极电势衰减的影响。结果显示,三极同心圆电极的相对误差明显小于其他电极(p0.001);相比于准双极同心圆电极,双极和三极同心圆电极具有更大的Laplacian电势衰减。而且,三种同心圆电极和单极电极检测到的EHG信号具有相似的幅值变化。此外,单因素方差分析表明,对于不同外环半径的三极同心圆电极,脂肪和肌肉厚度的变化对电势的衰减有显著性影响(p0.01)。因此,与其他电极相比,三极同心圆电极具有较好的EHG信号采集性能。其次,为了验证计算机仿真结果,设计盐水槽实验。通过盐水槽的偶极子和偶极子带实验,计算随着信号源的移动三种同心圆电极Laplacian电势的衰减情况,对电极的局部灵敏度进行评估。结果显示,无论是偶极子还是偶极子带实验,双极和三极同心圆电极的电势衰减都大于准双极同心圆电极,证明双极和三极同心圆电极具有较好的局部灵敏性,对信号源更加敏感。最后,为了评价三极同心圆电极采集EHG信号的性能,制作了柔性三极同心圆电极。利用柔性三极同心圆电极和传统蓝点电极在孕妇腹部表面同时采集EHG信号,并对信号的均方根、样本熵、功率谱和信噪比等特征值进行评估。在人体实验中,三种电极(柔性三极同心圆电极、蓝点电极和圆盘电极)检测到的EHG信号宫缩段的均方根均大于非宫缩段,柔性三极同心圆电极和蓝点电极检测到的EHG信号宫缩段的样本熵均显著小于非宫缩段(p0.05)。此外,三种电极检测到的EHG信号宫缩段的能量分布一致(p0.05),主要集中在0.1-0.34Hz。而且,相比于圆盘电极,柔性三极同心圆电极和蓝点电极采集的EHG信号都有较大的信噪比。结果表明,柔性三极同心圆电极与蓝点电极采集的EHG信号特征变化一致,且能量分布集中,信噪比大,能有效地监测孕妇的子宫活动。根据以上研究可知,三极同心圆电极在采集EHG信号时,具有较高的精度和较好的局部灵敏度,采集到的EHG信号能量分布集中,且信噪比大。因此,三极同心圆电极能有效地检测子宫收缩活动,为早产诊断提供更准确的信息。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R714;TN911.6

【参考文献】