徐禮勝，劉文彥，錢(qián)偉，王璐，郝麗玲

1.東北大學(xué) 中荷生物醫(yī)學(xué)與信息工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110167；2.東北大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819

基于皮膚電極的ERG檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

徐禮勝1，劉文彥1，錢(qián)偉1，王璐2，郝麗玲1

1.東北大學(xué) 中荷生物醫(yī)學(xué)與信息工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110167；2.東北大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110819

視覺(jué)電生理已有國(guó)際電生理臨床檢查標(biāo)準(zhǔn)。其中，視網(wǎng)膜電圖（Electroretinography，ERG）檢查有著更為廣泛的應(yīng)用。為了減輕傳統(tǒng)ERG采集方法對(duì)人眼造成的危害以及克服該方法的一些不足。本文設(shè)計(jì)了一種基于皮膚電極的ERG檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括視網(wǎng)膜刺激器、模擬濾波和放大電路、24位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字信號(hào)處理模塊，并選擇了10名志愿者來(lái)接受視網(wǎng)膜電圖檢測(cè)。最后將得到的視網(wǎng)膜電圖與標(biāo)準(zhǔn)的視網(wǎng)膜電圖比較，試驗(yàn)結(jié)果表明通過(guò)外表皮膚電極采集到的ERG信號(hào)和臨床實(shí)踐的角膜ERG電極采集到的ERG信號(hào)有著基本相同的特征信息。

視網(wǎng)膜電圖；眼電圖；皮膚電極；眼科疾病

引言

現(xiàn)代的眼科疾病種類(lèi)繁多，同時(shí)它的發(fā)病率很高，在一定程度上降低了人們的生活質(zhì)量?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，眼科疾病的診療手段也在不斷進(jìn)步。目前在眼科疾病的檢測(cè)中，主要方法有兩種：第一種是視覺(jué)心理物理檢查，比如視力檢查和色覺(jué)檢查等；第二種就是視覺(jué)電生理檢查[1]。視網(wǎng)膜電圖（Electroretinography，ERG）檢查就是利用視覺(jué)電生理檢查技術(shù)來(lái)檢測(cè)患者視覺(jué)產(chǎn)生過(guò)程中的生物電信號(hào)，并分析其產(chǎn)生的生物電信號(hào)。通過(guò)觀察電信號(hào)波形特征中體現(xiàn)眼睛在不同條件下的功能狀態(tài)，就可有效地診斷出病癥。現(xiàn)在，視覺(jué)電生理檢查技術(shù)已經(jīng)成為眼科疾病中系統(tǒng)、全面檢查的重要手段[2]。

ERG是指用一個(gè)簡(jiǎn)單的光刺激記錄眼睛的生物反應(yīng)。其中在臨床上最常用的3種是全視野ERG、圖形視網(wǎng)膜電圖（Pattern Electroretinogram，PERG），以及多焦視網(wǎng)膜電圖（multi-focal Electroretinogram，mfERG）[3]。

傳統(tǒng)的ERG檢測(cè)方法主要是靠角膜接觸鏡電極[4]。20世紀(jì)40年代初，Riggs與Karpe分別成功的研制了角膜接觸電極并且運(yùn)用到了臨床中，這為ERG在臨床應(yīng)用中的普及做出了重要貢獻(xiàn)[5]。下面介紹一些常見(jiàn)的角膜接觸電極。窺器結(jié)構(gòu)電極能使眼皮保持張開(kāi)，這樣佩戴更加舒適，也可以有效避免采集過(guò)程中被采集者不由自主地眨眼。其中通過(guò)一個(gè)線圈與角膜接觸，這樣便能夠有效提取出施加刺激時(shí)產(chǎn)生的ERG，然而角膜接觸鏡電極雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用成本較低，但是在使用過(guò)程中會(huì)給患者帶來(lái)較大的疼痛感和不適感[6]。此外，還有一種LED角膜接觸鏡電極，這種電極將LED刺激光源與電極巧妙地結(jié)合在一起，使得進(jìn)行全視野ERG檢查時(shí)，不需要再使用額外的刺激器，使得檢查過(guò)程更加便利，易于操作；同時(shí)也便于我們采集到更理想穩(wěn)定的ERG信號(hào)。

角膜接觸鏡電極并沒(méi)有進(jìn)行有效地?cái)U(kuò)張眼瞼，在患者不由自主眨眼的情況下，會(huì)產(chǎn)生較大的疼痛感。有些受測(cè)者不習(xí)慣角膜接觸鏡電極佩戴在眼睛上，會(huì)因此產(chǎn)生不適感。所以本文中，我們將討論如何利用皮膚電極來(lái)采集ERG。

在基于皮膚電極的ERG信號(hào)采集過(guò)程中，我們無(wú)法避免地會(huì)產(chǎn)生眼睛的轉(zhuǎn)動(dòng)以及眨眼等情況。這種情況會(huì)產(chǎn)生一些對(duì)ERG信號(hào)有干擾的信號(hào)。我們則需要根據(jù)干擾信號(hào)和ERG信號(hào)的特征對(duì)兩者進(jìn)行識(shí)別，這樣才能有效提取出有用的ERG信號(hào)。在眼動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的干擾信號(hào)為眼電信號(hào)（Electrooculography，EOG），眨眼時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)源于眼部肌電信號(hào)。它記錄了通過(guò)視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞的電位變化[7]。

此外，還有一種視覺(jué)電生理信號(hào)為視誘發(fā)電信號(hào)（Visual Evoked Potential，VEP）。VEP是對(duì)視網(wǎng)膜施加刺激之后，在視覺(jué)中樞產(chǎn)生的特定生物電活動(dòng)[8]。它所反映的視沖動(dòng)從視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞到大腦枕葉視皮層的傳導(dǎo)功能狀態(tài)，對(duì)一些眼部功能評(píng)價(jià)有一定參考價(jià)值[9-11]。通過(guò)對(duì)VEP的產(chǎn)生機(jī)理、作用等的了解，我們可以知道在ERG信號(hào)的采集過(guò)程中，當(dāng)眼睛受來(lái)自刺激源的刺激時(shí)產(chǎn)生的VEP基本不會(huì)對(duì)ERG信號(hào)構(gòu)成干擾。因此，ERG采集過(guò)程中主要的人體干擾噪聲源為EOG信號(hào)及眨眼時(shí)產(chǎn)生的肌電信號(hào)。

全視野視網(wǎng)膜電圖的檢測(cè)方法是通過(guò)一個(gè)視網(wǎng)膜刺激器發(fā)出一定頻率的閃光來(lái)對(duì)眼球進(jìn)行刺激，然后通過(guò)特定的電極采集在刺激過(guò)程中產(chǎn)生的電位變化。全視野視網(wǎng)膜電圖一般有4個(gè)特征波，分別被命名為a波、b波、c波以及d波。視網(wǎng)膜電圖的基本波形，見(jiàn)圖1。其中a波是視網(wǎng)膜電圖的波谷，b波是視網(wǎng)膜電圖的波峰。如刺激強(qiáng)度較大，則在b波之后，還有一個(gè)上升較緩慢的正波（角膜為正），稱(chēng)c波。在光刺激結(jié)束時(shí)，還會(huì)有一個(gè)角膜為正的向上突起，稱(chēng)d波。

圖1 ERG的典型波形

本系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)ERG采集系統(tǒng)的不足，避免電極進(jìn)入人眼從而對(duì)人眼造成危害，同時(shí)也大大減輕了受測(cè)者的痛苦，且操作簡(jiǎn)單便捷。

2 視網(wǎng)膜電信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)

ERG信號(hào)作為一種微弱的人體信號(hào)，相比于其他的微弱信號(hào)更不易于采集。首先，它本身的幅值特別低[12]，通過(guò)角膜接觸鏡電極能夠提取到相對(duì)較大的ERG信號(hào)，其幅值約為200 μV，但在通過(guò)皮膚電極進(jìn)行采集時(shí)，因?yàn)槿梭w皮膚存在阻抗，采集到的原始信號(hào)幅值為20 μV左右[13]。從人體中提取生理信號(hào)時(shí)，受到工頻噪聲等共模干擾的影響比較大，而且在采集過(guò)程中，人體難免會(huì)發(fā)生不自主移動(dòng)，這也給數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響。因此，我們需要設(shè)計(jì)一種高精度、低噪聲的ERG信號(hào)采集電路實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的前端放大、濾波以及通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在這個(gè)過(guò)程中，需要選擇合理的芯片，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，并加入隔離器件避免數(shù)字控制電路對(duì)模擬信號(hào)的干擾，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)ERG弱電信號(hào)的采集。

2.1 視網(wǎng)膜刺激器設(shè)計(jì)

全視野視網(wǎng)膜電生理的檢查中，因?yàn)镋RG信號(hào)極其微弱，很容易受到身體活動(dòng)的影響。因此，對(duì)于被采集者頭部的固定很重要。一般優(yōu)先選擇Ganzfeld刺激器，其下巴支架能夠有效地固定被采集者的頭部，使其保持穩(wěn)定[14]。刺激器閃光時(shí)長(zhǎng)在原則上應(yīng)短于視網(wǎng)膜中光感受器整合光的時(shí)間，因此視覺(jué)電生理協(xié)會(huì)給出的閃光時(shí)長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)為小于5 ms。在檢測(cè)過(guò)程中，被檢測(cè)者只需要盡可能的保持專(zhuān)注，目視刺激器即可。本文中使用刺激器電路和STC89C52RC單片機(jī)構(gòu)成完成了視網(wǎng)膜刺激器的搭建。可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：亮度調(diào)節(jié)和頻率調(diào)節(jié)。其中，刺激電路由LED、定值電阻以及滑動(dòng)變阻器組成，滑動(dòng)變阻器在電路里的主要作用是進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。該視網(wǎng)膜刺激器雖然很簡(jiǎn)單，但已經(jīng)可以達(dá)到刺激視網(wǎng)膜產(chǎn)生ERG的效果，但仍舊有很多地方需要改進(jìn)，如可以做一個(gè)半密閉的空間防止其他非刺激光在檢測(cè)時(shí)照射到眼睛里進(jìn)而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不理想。

2.2 ERG采集系統(tǒng)硬件部分

采集系統(tǒng)硬件部分包括信號(hào)調(diào)理模塊和A/D轉(zhuǎn)換模塊。其中信號(hào)調(diào)理模塊由皮膚電極、前置放大電路、低通濾波器、高通濾波器、后級(jí)放大電路、有源雙T陷波器組成。系統(tǒng)框圖，見(jiàn)圖2[15]。

圖2 系統(tǒng)框圖

整個(gè)系統(tǒng)分為控制單元，視網(wǎng)膜刺激器單元，視網(wǎng)膜電信號(hào)采集單元，視網(wǎng)膜電信號(hào)處理單元。各個(gè)單元之間的關(guān)系以及系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，見(jiàn)圖3。

在進(jìn)行正式的ERG采集之前，需要對(duì)ERG采集系統(tǒng)的模擬電路部分和模數(shù)轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行搭建。搭建后的實(shí)物圖，見(jiàn)圖4。

本文中模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用的是德州儀器的ADS1256，它是一種噪聲很低的24位ADC。ADS1256采用了四階的Sigma-delta調(diào)制器，其具有靈活的輸入復(fù)選，既可以采用差分輸入也可以采用單端輸入，并且ADS1256自帶了低噪聲可編程放大器，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行1～64倍的放大，在對(duì)放大器要求不高的場(chǎng)合可以通過(guò)內(nèi)置放大器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大處理，可實(shí)現(xiàn)過(guò)采樣技術(shù)[16]。

圖3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程

圖4 ERG采集系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)物圖

3 視網(wǎng)膜電信號(hào)采集

為了驗(yàn)證基于皮膚電極的ERG采集系統(tǒng)是具有準(zhǔn)確性，我們選擇了10名志愿者來(lái)接受視網(wǎng)膜電圖檢測(cè)。

由于實(shí)驗(yàn)條件所限，在實(shí)驗(yàn)中，我們將選擇暗適應(yīng)的全視野ERG的采集方法。視網(wǎng)膜刺激器的設(shè)計(jì)已在前文敘述過(guò)，我們選用頻率為2 Hz的白色LED進(jìn)行閃光刺激。這雖然還達(dá)不到國(guó)際視覺(jué)電生理協(xié)會(huì)規(guī)定的視網(wǎng)膜刺激器的標(biāo)準(zhǔn)，但是對(duì)于基本的ERG采集是沒(méi)有很大影響的。

一次完整的ERG采集的基本流程如下：

（1） 佩戴皮膚電極。ERG采集系統(tǒng)一共有3路皮膚電極，一個(gè)為信號(hào)輸入端、一個(gè)為信號(hào)參考端以及一個(gè)共模信號(hào)輸出端，分別放置在下眼瞼處，內(nèi)眥處以及額頭。

（2）暗適應(yīng)。受測(cè)者在接受到白色光刺激之前要進(jìn)行一個(gè)至少長(zhǎng)達(dá)20 min的暗適應(yīng)。

（3）采集。當(dāng)受測(cè)者經(jīng)過(guò)暗適應(yīng)后，馬上將受測(cè)眼對(duì)準(zhǔn)視網(wǎng)膜刺激器，接受光刺激，同時(shí)測(cè)試者打開(kāi)串口調(diào)試工具，接收數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，受測(cè)者要盡量維持身體穩(wěn)定，不隨意晃動(dòng)。同時(shí)注意要至少保持10 s以上眼球靜止，防止由不經(jīng)意的身體晃動(dòng)引起的噪聲混淆真正的ERG。

（4）恢復(fù)。接受光刺激后，受測(cè)者需要閉合雙眼進(jìn)行短暫的恢復(fù)，這樣有利于保護(hù)眼睛，也便于進(jìn)行下一輪測(cè)試。

4 結(jié)果分析

4.1 視網(wǎng)膜電信號(hào)處理

利用數(shù)字信號(hào)處理，可以將已經(jīng)通過(guò)模擬電路獲得的，經(jīng)過(guò)初步處理的ERG進(jìn)一步的優(yōu)化處理。在計(jì)算機(jī)通過(guò)串口接收到了ERG的數(shù)據(jù)后，通過(guò)Matlab可直接畫(huà)出測(cè)得的視網(wǎng)膜電圖。但是直接得到的視網(wǎng)膜電圖仍舊會(huì)存在一些噪聲，使視網(wǎng)膜電圖的波形與標(biāo)準(zhǔn)波形存在一定的差距。根據(jù)頻譜分析可知，這些噪聲多存在于低頻區(qū)。所以要對(duì)采集到的ERG的數(shù)據(jù)進(jìn)行一些數(shù)字信號(hào)處理，以便獲得更好的視網(wǎng)膜電圖。

ERG采集過(guò)程中，由于不能控制受測(cè)者不自主的小運(yùn)動(dòng)，這樣會(huì)使皮膚電極采集到的信號(hào)產(chǎn)生基線漂移?；€漂移的產(chǎn)生會(huì)對(duì)后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理有一定的影響，所以在用Matlab畫(huà)出得到的原始ERG圖形后，需要對(duì)該圖形進(jìn)行去基線處理。因?yàn)榛€漂移的主要成分為低頻成分，對(duì)ERG低頻區(qū)的信號(hào)有一定的影響。通常來(lái)說(shuō)去除低頻干擾的方式是通過(guò)高通濾波器，但是高通濾波器的使用會(huì)使ERG失真。相對(duì)而言，小波變換是由加窗傅立葉變換發(fā)展起來(lái)的，具有時(shí)頻局域化的特性[17]。小波變換是空間和頻率的局部變換，通過(guò)伸縮和平移等運(yùn)算可實(shí)現(xiàn)信號(hào)的多尺度分解，能使基線漂移這一低頻分量較大的尺度地直接顯現(xiàn)。綜合考慮，應(yīng)用小波變換來(lái)去除信號(hào)的基線漂移。

利用小波變換去除基線的步驟很簡(jiǎn)單，首先要合適地選擇一個(gè)小波函數(shù)。根據(jù)函數(shù)響應(yīng)分解水平對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行多尺度分解，由分解可以得到兩組信號(hào)：一個(gè)模擬的近似信號(hào)和一個(gè)細(xì)節(jié)信號(hào)。然后，計(jì)算模擬近似信號(hào)的平均值得到一個(gè)新的平均信號(hào)，通過(guò)這一步驟去除到ERG里的基線漂移信號(hào)。最后將細(xì)節(jié)信號(hào)和處理后得到的平均信號(hào)重構(gòu)，由此獲得了一個(gè)去除了基線漂移的ERG。對(duì)原始ERG做完去基線處理的對(duì)比圖，見(jiàn)圖5。

因?yàn)镋RG主要頻率成分在低頻，所以我們選用巴特沃斯低通濾波器來(lái)對(duì)波形進(jìn)行數(shù)字濾波。濾波之后的會(huì)得到噪音少，信噪比更好的視網(wǎng)膜電圖。對(duì)原始的ERG做低通濾波處理的對(duì)比圖，見(jiàn)圖6。

4.2 頻譜分析

本文中我們應(yīng)用快速傅里葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的頻譜分析，并具有很高的運(yùn)算效率。原始ERG信號(hào)的頻譜，見(jiàn)圖7。通過(guò)頻譜分析可以看出原始信號(hào)的主要頻率成分為低頻，信號(hào)主要受EOG信號(hào)、基線漂移、工頻噪聲等低頻信號(hào)干擾。

圖5 視網(wǎng)膜電圖的去基線處理

圖6 原始視網(wǎng)膜電圖（a）與濾波后（b）的視網(wǎng)膜電圖

圖7 ERG的頻譜分析

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

因?yàn)槠つw電極不同于角膜接觸鏡電極可以直接從視網(wǎng)膜上獲取到ERG，它所得到的幅值很小，僅僅幾十個(gè)微伏。這個(gè)微弱的ERG通過(guò)模擬電路的放大和濾波等模擬電路模塊之后輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)單片機(jī)控制將模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，最終通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理得到近似的視網(wǎng)膜電圖。

在對(duì)原始視網(wǎng)膜電圖進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理之后，我們獲得了比較理想的視網(wǎng)膜電圖。將獲得的電圖與羅蘭公司生產(chǎn)的ERG采集裝備得到的視網(wǎng)膜電圖比較。羅蘭標(biāo)準(zhǔn)的視網(wǎng)膜電圖[13]，見(jiàn)圖8。

圖8 視網(wǎng)膜電圖對(duì)比圖

對(duì)2 Hz頻率下的ERG信號(hào)進(jìn)行濾波，去基線漂移等數(shù)字信號(hào)處理，提高信噪比。通過(guò)將羅蘭標(biāo)準(zhǔn)ERG與我們采集到的ERG信號(hào)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，皮膚電極采集到的視網(wǎng)膜電信號(hào)能夠和臨床實(shí)踐的視網(wǎng)膜電信號(hào)采集系統(tǒng)采集到的視網(wǎng)膜電信號(hào)一樣，有著基本的特征信息?；谝暰W(wǎng)膜電信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是成功的。在接下來(lái)的工作中，可以通過(guò)測(cè)得的視網(wǎng)膜電圖提取相應(yīng)的特征信息，以此來(lái)做更深入的分析研究。

5 討論

目前臨床視覺(jué)電生理已成為眼科臨床檢查的重要手段之一，視網(wǎng)膜電生理的研究主要集中在多焦ERG[18]。利用多焦視網(wǎng)膜電圖，能夠直觀的觀察到病變部位反應(yīng)幅度的下降情況以及潛伏期延長(zhǎng)，多焦ERG能夠同時(shí)完成多個(gè)部位的檢測(cè)從而有效縮短檢測(cè)的時(shí)間[19]?；谄つw電極的ERG采集系統(tǒng)是極具有發(fā)展前景的項(xiàng)目，但是目前為止，僅僅是簡(jiǎn)單的完成了一個(gè)ERG采集系統(tǒng)的雛形。本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了通過(guò)皮膚電極對(duì)ERG信號(hào)的采集，皮膚電極通過(guò)貼附于皮膚表面來(lái)獲取ERG信號(hào)。

優(yōu)點(diǎn)：它不僅可以減輕患者在檢測(cè)過(guò)程中的痛苦，也可以大大減少檢測(cè)時(shí)間，同時(shí)也降低了檢測(cè)成本，有效地應(yīng)用到臨床檢測(cè)。

缺點(diǎn)：通過(guò)信號(hào)通過(guò)皮膚傳導(dǎo)后，其幅值很大程度的衰減，因此需要不斷尋找合適的皮膚電極部位。信號(hào)采集過(guò)程中，人體皮膚存在阻抗，人體轉(zhuǎn)動(dòng)，工頻噪聲等共模干擾影響大。仍有許多地方需要進(jìn)一步的完善，才能獲得更好的視網(wǎng)膜電圖，對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)有以下幾個(gè)方面需要改進(jìn)：

（1）需要設(shè)計(jì)一個(gè)完全符合國(guó)際電生理協(xié)會(huì)對(duì)視網(wǎng)膜刺激器的標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)視網(wǎng)膜刺激器，同時(shí)，也要考慮到人體工學(xué)的基本原理，設(shè)計(jì)一個(gè)舒適的符合人體工學(xué)的視網(wǎng)膜刺激器。

（2）因ERG極微弱，所以電路整體的噪聲控制是非常必要的。未來(lái)可以繼續(xù)改進(jìn)電路的去噪功能，讓電路的整體噪聲降低，獲得信噪比更好的視網(wǎng)膜電圖。

（3）在實(shí)際電路測(cè)試中。受測(cè)者的基本情況多種多樣，并且在他們測(cè)試的過(guò)程中無(wú)法在測(cè)試過(guò)程中保持測(cè)試時(shí)需要的基本要求。所以需要對(duì)受測(cè)者進(jìn)行統(tǒng)一化的要求，需要在未來(lái)的ERG采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中著重思考。

（4）為了對(duì)采集的波形做到實(shí)時(shí)監(jiān)視，需要SD卡對(duì)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存或無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)或移動(dòng)設(shè)備上對(duì)采集的ERG波形顯示和數(shù)據(jù)處理。

6 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于皮膚電極的ERG檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)采用皮膚電極，大大減少了病人的痛苦，同時(shí)普及了ERG信號(hào)的采集方法，也降低了成本。經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，通過(guò)皮膚電極采集到的ERG信號(hào)能夠和臨床實(shí)踐的ERG信號(hào)采集系統(tǒng)采集到的ERG一樣有著基本的特征信息，且該系統(tǒng)相對(duì)傳統(tǒng)ERG采集方法減輕了對(duì)人眼造成的危害。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均證明了該方法的可行性和有效性。

[1] 趙培泉.嬰幼兒視覺(jué)功能評(píng)價(jià)[A].第三屆全球華人眼科學(xué)術(shù)大會(huì)暨中華醫(yī)學(xué)會(huì)第十一屆全國(guó)眼科學(xué)術(shù)大會(huì)論文匯編[C].北京:中華眼科協(xié)會(huì),2006:82.

[2] 羅文玲.視覺(jué)電生理的臨床應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中外醫(yī)學(xué)研究,2015,(5):162-164.

[3] Tzekov R,Madow B.Visual electrodiagnostic testing in birdshot chorioretinopathy[J].J Ophthalmol,2015,2015(2):1-9.

[4] Kondo M,Piao CH,Tanikawa A,et al.A contact lens electrode with built-in high intensity white light-emitting diodes[J].Doc Ophthalmol,2001,102(1):1-9.

[5] Granit R.The components of the retinal action potential in mammals and their relation to the discharge in the optic nerve[J].J Physiol,1933,77(3):207-239.

[6] Kolb H,Fernandez E,Nelson R.Simple anatomy of the retina--webvision: The organization of the retina and visual system[A]. Trends in Distribution Switchgear,1994.Fourth International Conference[C].London:IET,1995:106-110.

[7] Marmor MF,Brigell MG,McCulloch DL,et al.ISCEV standard for clinical electro-oculography (2010 update)[J].Doc Ophthalmol,2011,122(1):1-7.

[8] Odom JV,Bach M,Brigell M,et al.ISCEV standard for clinical visual evoked potentials (2009 update)[J].Doc Ophthalmol,2010,120(1):111-119.

[9] Abdullah SN,Sanderson GF,James AC,et al.Visual evoked potential and psychophysical contrast thresholds in glaucoma[J].Doc Ophthalmol,2014,128(2):111-20.

[10] Abe H,Hasegawa S,Takagi M,et al.Spatial modulation transfer function of vision by pattern visual-evoked potentials in patients with early glaucoma[J].Ann Ophthalmol,1993,25(10):1062-107. [11] Mendon?a RHFD,Abbruzzese S,Bagolini B,et al.Visual evoked potential importance in the complex mechanism of amblyopia[J].Int Ophthalmol,2013,33(5):515-519.

[12] 張磊,姚璐,王美艷,等.腦電皮膚電極用于視網(wǎng)膜電圖記錄的初步探討[J].國(guó)際眼科雜志,2016,16(6):1183-1186.

[13] 牛曉光.基于EOG的ERG信號(hào)采集與處理系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].沈陽(yáng):東北大學(xué),2014.

[14] Brigell M,Bach M,Barber C,et al.Guidelines for calibration of stimulus and recording parameters used in clinical electrophysiology of vision[J].Doc Ophthalmol,2003,107(2): 185-193.

[15] 王璐,李錫勇,岳耀燦,等.一種基于EOG的ERG信號(hào)采集與處理系統(tǒng)及方法:中國(guó),201410606129.7[P].2015-02-04.

[16] 范應(yīng)威,徐禮勝,章星,等.低成本非接觸生理參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].信號(hào)處理,2013,29(12):1732-1738.

[17] 秦前清,楊宗凱.實(shí)用小波分析[M].西安:西安電子科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,1994.

[18] 羅文玲.視覺(jué)電生理的臨床應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中外醫(yī)學(xué)研究,2015(5):162-164.

[19] 彭書(shū)雅,陳捷敏,劉瑞玨,等.多焦視覺(jué)電生理技術(shù)在視功能評(píng)估中的應(yīng)用[J].法醫(yī)學(xué)雜志,2013,29(4):286-289.

本文編輯 袁雋玲

Design and Implementation of ERG Detection System Based on Skin Electrodes

XU Li-sheng1, LIU Wen-yan1, QIAN Wei1, WANG Lu2, HAO Li-ling1

1.School of Sino-Dutch Biomedical and Information Engineering, Northeastern University, Shenyang Liaoning 110167, China; 2.School of Computer Science and Technology, Northeastern University, Shenyang Liaoning 110819, China

The clinical examination standard of visual electrophysiology already exists. The electroretinogram (ERG) has a more extensive application among them. In order to alleviate the harm caused by the traditional ERG acquisition method and overcome some shortcomings of traditional method. This paper designed and implemented an ERG detection system based on skin electrodes. The designed system includes a retinal stimulator, analog filter, analog amplifier, 24 bits analog-to-digital conversion module and digital signal processing module. Ten volunteers were selected to receive the detection of the retina. Finally, the obtained ERG and standard traditional ERG were compared. The experimental results showed that the ERG signal collected by the skin electrodes contained similar characteristic information of the traditional ERG signal.

electroretinogram; electrooculogram; skin electrode; eye diseases

R774.6

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.08.004

1674-1633(2017)08-0011-05

2017-05-18

2017-06-21

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61374015）；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（N161904002）；遼寧省自然基金項(xiàng)目（20170540312）。

作者郵箱：xuls@bmie.neu.edu.cn