專利名稱：測(cè)量生物電信號(hào)的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及測(cè)量受試者的生物電信號(hào)的方法和設(shè)備，更具體地講，涉及通過(guò)從受試者的生物電信號(hào)去除運(yùn)動(dòng)偽像(motion artifact)來(lái)更準(zhǔn)確地測(cè)量受試者的生物電信號(hào)的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
已經(jīng)使用或開發(fā)出了用于診斷患者的健康狀態(tài)的各種醫(yī)學(xué)器械。此外，考慮到健康診斷過(guò)程期間患者的便利性和做出健康診斷結(jié)果的速度，用于測(cè)量患者的生物電信號(hào)的醫(yī)學(xué)器械的重要性正在不斷地提升。 生物電信號(hào)是以從受試者的肌肉細(xì)胞或神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的電勢(shì)或電流的形式的、并通過(guò)收集并分析由附著到受試者的身體的電極檢測(cè)到的電信號(hào)中的改變而得到的信號(hào)。當(dāng)測(cè)量生物電信號(hào)吋，因受試者的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生了運(yùn)動(dòng)偽像。運(yùn)動(dòng)偽像因使測(cè)量結(jié)果的波形失真(distort)而干擾生物電信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
提供了ー種通過(guò)從生物電信號(hào)去除因受試者在測(cè)量生物電信號(hào)期間的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)偽像來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量受試者的生物電信號(hào)的方法和設(shè)備。提供了一種記錄有用于執(zhí)行上述方法的程序的計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)。另外的方面將在下面的描述中進(jìn)行一定程度地闡述，并且通過(guò)這樣的描述而在一定程度上變得明顯，或者可以通過(guò)實(shí)施所提供的實(shí)施例而獲知。根據(jù)本發(fā)明的一方面，ー種生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備包括至少ー個(gè)第一接ロ，所述至少ー個(gè)第一接ロ在與受試者的皮膚接觸時(shí)通過(guò)與皮膚進(jìn)行電連接來(lái)檢測(cè)受試者的生物電信號(hào)；至少ー個(gè)第二接ロ，所述至少ー個(gè)第二接ロ在與受試者的皮膚接觸時(shí)通過(guò)與皮膚進(jìn)行具有與第一接ロ的狀態(tài)不同的狀態(tài)的電連接來(lái)檢測(cè)與生物電信號(hào)不同的信號(hào)；信號(hào)處理器，信號(hào)處理器從檢測(cè)的生物電信號(hào)去除第一接口和皮膚之間的運(yùn)動(dòng)偽像。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種測(cè)量生物電信號(hào)的方法包括下述步驟接收經(jīng)接觸受試者的皮膚的Iw接口和2w接ロ檢測(cè)的生物電信號(hào)；接收經(jīng)接觸受試者的皮膚的Id接ロ和2d接ロ檢測(cè)的電勢(shì)信號(hào)；利用接收的電勢(shì)信號(hào)來(lái)得到與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)；利用得到的與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)來(lái)執(zhí)行從接收的生物電信號(hào)去除運(yùn)動(dòng)偽像的操作；其中，通過(guò)Iw接口和2w接ロ與皮膚的電連接來(lái)檢測(cè)生物電信號(hào)，通過(guò)Id接口和2d接ロ與皮膚的電連接來(lái)檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)，與皮膚電連接的Id接口和2d接ロ的電學(xué)條件不同于與皮膚電連接的Iw接口和2w接ロ的電學(xué)條件。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種計(jì)算機(jī)可讀記錄介質(zhì)在其上記錄有用于執(zhí)行上述方法的程序。


通過(guò)下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述，這些和/或其他的方面將變得明顯并更容易通解，在附圖中圖I示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備的結(jié)構(gòu)；圖2是圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備接觸受試者的皮膚的接觸表面的剖視圖；圖3是示出圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備的運(yùn)動(dòng)偽像和根據(jù)形成接ロ的電極的類型的接觸阻抗的變化之間的相關(guān)性曲線圖；圖4示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備的布置有形成接ロ的電極的底表面；　圖5示意性示出根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例的圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備的布置有形成接ロ的電極的底表面；圖6是示出形成圖5的接ロ Elw、E2w、E3w的電極的突起的形狀以及具有突起的形狀的電極穿入到皮膚的角質(zhì)層并與角質(zhì)層下的表皮形成電接觸點(diǎn)的狀態(tài)的剖視圖。圖7A示意性示出根據(jù)本發(fā)明的另ー實(shí)施例的圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備的布置有形成接ロ的電極的底表面；圖7B示出附于圖7A的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備的粘附片；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的形成圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備的電路的示例；圖9示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的采用了自適應(yīng)濾波器的圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備的處理器的操作；圖10示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備的電路；圖IlA是沿線A-A’截取的圖7A的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備的剖視圖；圖IlB是沿線B-A’截取的圖7B的粘附片的剖視圖；圖12是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測(cè)量生物電信號(hào)的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，將對(duì)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明，在附圖中示出了實(shí)施例的示例，其中，相同的標(biāo)號(hào)時(shí)鐘指示相同的元件。就此，當(dāng)前的實(shí)施例可以具有許多不同的形式，且不應(yīng)將當(dāng)前的實(shí)施例視為限于這里闡述的描述。因此，僅通過(guò)參照附圖在下面對(duì)實(shí)施例進(jìn)行描述，以說(shuō)明當(dāng)前的描述的多個(gè)方面。如這里所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)目的
任意和所有組合。當(dāng)表述“......中的至少ー個(gè)”位于一系列元件之后時(shí)，其修飾整個(gè)系列
的元件，且不修飾該系列中的單獨(dú)的元件。圖I示意性示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D1，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100包括接ロ 120-150、運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160和生物電信號(hào)提取單元170。運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160和生物電信號(hào)提取單元170構(gòu)成圖I的信號(hào)處理器180。圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100僅是本發(fā)明的ー個(gè)示例，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解基于在圖I中示出的構(gòu)成元件所進(jìn)行的各種可能的變形。圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100用于測(cè)量受試者110的生物電信號(hào)。生物電信號(hào)是從人體的肌肉細(xì)胞或神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生的以電勢(shì)或電流的形式的信號(hào)，并可以被稱為生物電勢(shì)或生物電流。為了便于說(shuō)明，假設(shè)使用生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100檢測(cè)的生物電信號(hào)為電勢(shì)的形式。參照?qǐng)DI，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100利用附于受試者110的身體的接ロ 120-150來(lái)檢測(cè)生物電信號(hào)。接ロ 120-150電連接到受試者110的皮膚(或與受試者110的皮膚電連接)，以檢測(cè)受試者110的 生物電信號(hào)。S卩，接ロ 120-150是電接觸活體以在活體和用于測(cè)量生物電信號(hào)的電路之間交換電信號(hào)的電極。一個(gè)接ロ可以由至少ー個(gè)電極形成。形成一個(gè)接ロ的ー個(gè)或多個(gè)電極位于具有相同電勢(shì)的同一節(jié)點(diǎn)上。形成ー個(gè)接ロ的ー個(gè)或多個(gè)電極以準(zhǔn)確檢測(cè)生物電信號(hào)并與受試者110的皮膚接觸的各種方式進(jìn)行布置。形成一個(gè)接ロ的電極的布置將在下面參照?qǐng)D4-圖5以及圖7來(lái)描述。通常，使用從位于彼此分開預(yù)定距離的位置處的電勢(shì)不同的兩個(gè)接ロ Elw和E2w(120和140)檢測(cè)的電勢(shì)值(即，電壓)之間的差異來(lái)測(cè)量生物電信號(hào)。具體地講，通過(guò)差分放大從位于受試者110的皮膚上的彼此分開預(yù)定距離的位置處的兩個(gè)接ロ Elw和E2w(120和140)獲得的電勢(shì)值來(lái)測(cè)量生物電信號(hào)，以得到與生物電信號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓值的波形。獲得的生物電信號(hào)的電壓值的波形包括噪聲。與神經(jīng)細(xì)胞或肌肉細(xì)胞中產(chǎn)生的電勢(shì)或電流對(duì)應(yīng)的生物電信號(hào)是具有非常小的幅值的電信號(hào)，并因此受噪聲影響非常大。具體地講，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100測(cè)量使用附于人體的兩個(gè)接ロ Elw和E2w(120和140)的電極來(lái)生物電信號(hào)，因此，在測(cè)量生物電信號(hào)期間，因身體的運(yùn)動(dòng)的影響而通過(guò)附著的電極測(cè)量到包括噪聲的生物電信號(hào)。由身體的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的噪聲被稱為運(yùn)動(dòng)偽像，其使測(cè)量的生物電信號(hào)的準(zhǔn)確性劣化，從而使識(shí)別受試者110的準(zhǔn)確狀態(tài)以及診斷和治療疾病變得困難。具體地講，因皮膚和電極之間的電極-皮膚接觸阻抗(下文中，稱為接觸阻抗)的幅值由于身體的運(yùn)動(dòng)而改變，導(dǎo)致了運(yùn)動(dòng)偽像。這樣的接觸阻抗的變化影響測(cè)量的生物電信號(hào)，并成為噪聲。運(yùn)動(dòng)偽像使生物電信號(hào)的波形失真(distort)，以致為了準(zhǔn)確測(cè)量生物電信號(hào)而去除因身體的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)偽像。運(yùn)動(dòng)偽像不是以恒定的方式產(chǎn)生的，并經(jīng)常根據(jù)運(yùn)動(dòng)而變化。此外，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)偽像是頻率范圍與將被測(cè)量的生物電信號(hào)的頻率范圍相似的信號(hào)，所以通過(guò)簡(jiǎn)單的濾波去除不了運(yùn)動(dòng)偽像。因此，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100測(cè)量指示與生物電信號(hào)分開的運(yùn)動(dòng)偽像的信號(hào)，并從包括運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)去除該信號(hào)，因而得到去除了運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)。運(yùn)動(dòng)偽像的產(chǎn)生是因?yàn)橐蜻\(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的受試者110的接觸阻抗的變化和從電極以及電極附近產(chǎn)生的電勢(shì)的變化成為噪聲。通過(guò)使用與運(yùn)動(dòng)偽像高度相關(guān)的接觸阻抗的變化來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)偽像。即，可通過(guò)測(cè)量指示由運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的接觸阻抗的變化的信號(hào)來(lái)測(cè)量影響生物電信號(hào)的運(yùn)動(dòng)偽像。可以通過(guò)在受試者110的身體中流動(dòng)電流io、使用附于身體的電極來(lái)檢測(cè)由電流io導(dǎo)致的電勢(shì)的改變Av、并差分放大從彼此分開預(yù)定距離的電極檢測(cè)的電勢(shì)的改變△ V，來(lái)指示由運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的接觸阻抗的變化的信號(hào)。參照式1，恒定電流io的電勢(shì)的改變Av反映接觸阻抗的變化。因此，通過(guò)使電流io在皮膚中流動(dòng)并使用從附于皮膚的電極檢測(cè)的電勢(shì)的改變Av來(lái)測(cè)量運(yùn)動(dòng)偽像。在受試者110的皮膚中流動(dòng)的電流io具有不與生物電信號(hào)的頻率范圍交疊的頻率fc，從而可以減小測(cè)量的運(yùn)動(dòng)偽像對(duì)生物電信號(hào)的影響。當(dāng)具有頻率fc的電流io流動(dòng)時(shí)，檢測(cè)的電勢(shì)的改變Av是被調(diào)制為具有頻率fc的信號(hào)。然后，檢測(cè)并解調(diào)制被調(diào)制為具有頻率fc的信
號(hào)，從而可以得到原始的信號(hào)。可以通過(guò)使用由附于受試者110的皮膚的ー個(gè)或多個(gè)電極形成的接ロ Eld和E2d(130和150)與生物電信號(hào)的測(cè)量分開地檢測(cè)電勢(shì)的改變Av(下文中，稱為電勢(shì)信號(hào)A V)。即，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100使用用于檢測(cè)生物電信號(hào)的兩個(gè)接ロ Elw和E2w(120和140)以及分開的接ロ Eld和E2d(130和150)來(lái)檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)A V。用于檢測(cè)生物電信號(hào)的兩個(gè)接ロ Elw和E2w(120和140)使用水凝膠270(見圖2)與受試者110的皮膚電連接。水凝膠270是電介質(zhì)凝膠。當(dāng)電極經(jīng)水凝膠270接觸皮膚時(shí)，與由導(dǎo)電金屬形成的電極直接接觸皮膚的情況相比，作為電極和皮膚之間的電阻的接觸阻抗減小。即，因?yàn)橐蚴褂盟z270而相對(duì)地減小了電極和皮膚之間的接觸阻抗，所以減小了接觸阻抗對(duì)具有小幅值的生物電信號(hào)的影響，這對(duì)于測(cè)量生物電信號(hào)來(lái)說(shuō)是有利的。因此，如果接觸阻抗的平均量很小，那么即使當(dāng)接觸阻抗因受試者110的運(yùn)動(dòng)而改變，對(duì)生物電信號(hào)的影響也是很小的，從而檢測(cè)的生物電信號(hào)相對(duì)小地受到運(yùn)動(dòng)偽像的影響。即，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100可以具有用于檢測(cè)生物電信號(hào)的適當(dāng)?shù)男旁氡?SNR)。因此，當(dāng)使用水凝膠270來(lái)檢測(cè)生物電信號(hào)時(shí)，運(yùn)動(dòng)偽像對(duì)生物電信號(hào)的影響減小，從而可以得到相對(duì)ー致和穩(wěn)定的生物電信號(hào)。檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)A V的接ロ Eld和E2d (130和150)的電極通過(guò)在沒(méi)有水凝膠270的情況下直接接觸皮膚來(lái)檢測(cè)信號(hào)。因此，在沒(méi)有水凝膠270的情況下直接接觸皮膚的接ロEld和E2d(130和150)的電極的接觸阻抗高于經(jīng)水凝膠270電連接的接ロ Elw和E2w(120和140)的接觸阻抗。即，檢測(cè)生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w(120和140)與皮膚電連接所處的狀態(tài)和檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld和E2d(130和150)與皮膚電連接所處的狀態(tài)不同，且檢測(cè)生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w(120和140)的電學(xué)條件和檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld和E2d(130和150)的電學(xué)條件不同，這意味著檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld和E2d(130和150)的接觸阻抗高于檢測(cè)生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w(120和140)的接觸阻。圖2是圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100接觸受試者110的皮膚的接觸表面的剖視圖。參照?qǐng)D2，檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld和E2d (130和150)的電極231-232和251-252經(jīng)粘附片210的孔直接接觸受試者110的皮膚，而檢測(cè)生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w(120和140)的電極221-222、241-242經(jīng)水凝膠270接觸受試者110的皮膚，即，沒(méi)有直接接觸受試者110的皮膚。如上所述的作為電介質(zhì)凝膠的水凝膠270與受試者110的皮膚和檢測(cè)生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w(120和140)的電極221_222、241_242電連接。導(dǎo)電金屬的電極與皮膚經(jīng)水凝膠270電連接的一類電極被稱為濕電極。導(dǎo)電金屬的電極與皮膚以直接接觸的方式電連接的一類電極被稱為干電扱。通常，濕電極是涂覆有氯化銀(AgCl)的銀板，干電極是由金(Au)形成的板。然而，本發(fā)明不限于此。檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld和E2d(130和150)使用具有高接觸阻抗的干電極。與濕電極相比，干電極的運(yùn)動(dòng)偽像和接觸阻抗的變化之間的相關(guān)性更高。因此，通過(guò)在檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)Av時(shí)使用干電極可以更準(zhǔn)確地測(cè)量去除了運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)。
圖3是示出圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的運(yùn)動(dòng)偽像和根據(jù)形成接ロ的電極的類型的接觸阻抗的變化之間的相關(guān)性曲線圖。相關(guān)性表示兩個(gè)變量之間的相關(guān)程度，即，接觸阻抗的變化和運(yùn)動(dòng)偽像之間的相關(guān)性。很大的相關(guān)性表示接觸阻抗的變化和運(yùn)動(dòng)偽像之間的相關(guān)程度很大。因此，在具有很大的相關(guān)性的電極中，在測(cè)量生物電信號(hào)期間，電極的因與受試者HO的皮膚接觸的接觸阻抗的變化較好地反映了包括在生物電信號(hào)中的運(yùn)動(dòng)偽像。在圖3的曲線圖中，橫軸指示電極的類型，S卩，濕電極和干電極，而縱軸通過(guò)相關(guān)性系數(shù)來(lái)指示接觸阻抗的變化和運(yùn)動(dòng)偽像之間的相關(guān)性。相關(guān)性系數(shù)是量化地指示接觸阻抗的變化和運(yùn)動(dòng)偽像之間的相關(guān)程度的值，相關(guān)性系數(shù)具有在-I至+1之間的值。隨著相關(guān)性系數(shù)的絕對(duì)值變大，相關(guān)性越來(lái)越高。當(dāng)相關(guān)性系數(shù)值為0時(shí)，不存在相關(guān)性。區(qū)域310指示干電極的平均相關(guān)性系數(shù)值。區(qū)域330指示濕電極的平均相關(guān)性系數(shù)值。線320指示干電極的平均相關(guān)性系數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差(standard deviation)的范圍。線340指示濕電極的平均相關(guān)性系數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差的范圍。
參照?qǐng)D3的曲線圖，與濕電極的平均相關(guān)性系數(shù)值(區(qū)域330)相比，干電極的平均相關(guān)性系數(shù)值(區(qū)域310)展現(xiàn)出很高的接觸阻抗的變化與運(yùn)動(dòng)偽像的相關(guān)性系數(shù)值?？紤]每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差值(線320和線340)，干電極的相關(guān)性系數(shù)的絕對(duì)值大于濕電極的相關(guān)性系數(shù)的絕對(duì)值。即，當(dāng)通過(guò)使用干電極來(lái)檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)Av以測(cè)量運(yùn)動(dòng)偽像時(shí)，接觸阻抗的變化良好地反映了運(yùn)動(dòng)偽像，從而可以更準(zhǔn)確地測(cè)量運(yùn)動(dòng)偽像。與通過(guò)水凝膠270接觸皮膚的濕電極相比，干電極的相關(guān)性相對(duì)高是因?yàn)橹苯咏佑|皮膚的干電極的接觸阻抗相對(duì)高。這是因?yàn)橛蛇\(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的接觸阻抗的變化在使用干電極執(zhí)行測(cè)量時(shí)與使用濕電極執(zhí)行測(cè)量時(shí)相比變得更大。因此，通過(guò)使用與運(yùn)動(dòng)偽像的相關(guān)性很高的干電極來(lái)測(cè)量電勢(shì)信號(hào)A V，可以檢測(cè)更準(zhǔn)確的去除了運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)。因此，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100將接觸阻抗相對(duì)低的濕電極用作檢測(cè)生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w(120和140)的電極、并將與運(yùn)動(dòng)偽像的相關(guān)性相對(duì)高的干電極用作測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld和E2d(130和150)的電極，來(lái)執(zhí)行測(cè)量。此外，為了測(cè)量準(zhǔn)確的去除了運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)，通過(guò)接ロ Eld和E2d(130和150)的電極測(cè)量的運(yùn)動(dòng)偽像的形狀與包括在生物電信號(hào)中的運(yùn)動(dòng)偽像的形狀相同。因此，測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld和E2d(130和150)的電極被設(shè)置為距檢測(cè)生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w (120和140)的電極達(dá)臨界距離之內(nèi)。即，因?yàn)橛捎谶\(yùn)動(dòng)而根據(jù)接觸阻抗的變化導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)偽像，所以為了檢測(cè)形狀與包括在生物電信號(hào)中的運(yùn)動(dòng)偽像的形狀相同的運(yùn)動(dòng)偽像，在檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)Av的電極處的接觸阻抗的變化的形狀與在檢測(cè)生物電信號(hào)的電極處的接觸阻抗的變化的形狀相同。因此，臨界距離是很短的距離，從而因受試者110的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的接觸阻抗的變化呈現(xiàn)出在檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)Av的電極處的接觸阻抗的變化與在檢測(cè)生物電信號(hào)的電極處的接觸阻抗的變化之間具有幾乎相同的形狀。參照?qǐng)D2，測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld和E2d (130和150)的電極231-232和251-252與測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w(120和140)的電極22ト222和24ト242在臨界距離之內(nèi)彼此分開。下參照?qǐng)D2來(lái)描述測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld和E2d (130和150)和測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w(120和140)的電極的具體結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D2，圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100接觸受試者110的皮膚的接觸表面200包括粘附片210、測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w(120和140)的電極221-222和241-242、測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld和E2d(130和150)的電極231-232和251-252、參考接ロ的電極260、水凝膠270、以及絕緣層280。粘附片210是由絕緣材料形成的片，其中，兩個(gè)側(cè)部均涂覆有附著材料并保持生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100接觸皮膚的狀態(tài)。即，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100經(jīng)粘附片210接觸皮膚，并通過(guò)粘附片210的附著材料來(lái)保持接觸狀態(tài)。為了生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100和受試者110的皮膚之間的電連接，在粘附片210的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100接觸皮膚所處的位置處進(jìn)行穿孔。即，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100通過(guò)接ロ 120-150與受試者110的皮膚電連接，以檢測(cè)生物電信號(hào)。因此，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè) 備100與皮膚電接觸的位置，即，在粘附片210中形成了孔的位置，是形成接ロ 120-150的電極221-222、231-232、241-242和251-252所處的位置。電極221-222和241-242是形成測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w(120和140)的電極，因此，將具有相對(duì)低的接觸阻抗的電極用作電極221-222和241-242，以減小運(yùn)動(dòng)偽像的影響，如上所述。電極231-232和251-252是形成測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld和E2d(130和150)的電極，因此，將接觸阻抗的變化和運(yùn)動(dòng)偽像之間的相關(guān)性相對(duì)高的電極用作電極231-232和251-252，如上所述。在圖2中，測(cè)量生物電信號(hào)的電極221-222和241-242是經(jīng)水凝膠270與受試者110的皮膚電連接的濕電極，而測(cè)量電勢(shì)信號(hào)A v的電極231-232和251-252是干電極。生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100使用在位于彼此分開預(yù)定距離的位置處的兩個(gè)接ロ Elw和E2w(120和140)處的電勢(shì)值之間的差異來(lái)測(cè)量生物電信號(hào)。因此，形成接ロ Elw(120)的電極221-222和形成接ロ E2w(140)的電極241-242位于彼此分開預(yù)定距離的位置處，以測(cè)量生物電信號(hào)的電壓。測(cè)量從測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw(120)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)偽像的接ロEld(130)的電極231-232在臨界距離之內(nèi)交替地布置在間隙處，從而具有與測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw(120)的電極221-222的運(yùn)動(dòng)偽像的類型相同的類型的運(yùn)動(dòng)偽像。類似地，測(cè)量從測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ E2w(140)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)偽像的接ロ E2d(150)的電極251-252在臨界距離之內(nèi)交替地布置在間隙處，從而具有與測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ E2w(140)的電極241-242的運(yùn)動(dòng)偽像的類型相同的類型的運(yùn)動(dòng)偽像。如上所述，當(dāng)信號(hào)接ロ由多個(gè)電極形成時(shí)，與具有相同面積的單個(gè)大電極相比，不僅可以通過(guò)交替地布置測(cè)量生物電信號(hào)的電極和測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的電極來(lái)得到一般意義上的同種類型的運(yùn)動(dòng)偽像，也可以在生物電信號(hào)測(cè)量期間更容易地保持電極與皮膚緊密接觸的狀態(tài)。參考電極E3w(260)用于測(cè)量作為在測(cè)量生物電信號(hào)期間的參考的電勢(shì)，并可以由至少ー個(gè)電極形成。形成參考電極E3w(260)的至少ー個(gè)電極具有與測(cè)量生物電信號(hào)的電極的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。測(cè)量作為參考的電勢(shì)的參考電極E3w (260)位于與測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w(120和140)分開預(yù)定距離的位置處。在圖2的接觸表面200中，參考電極E3w (260)的位置僅是ー個(gè)示例，且本發(fā)明不限于此。絕緣層280具有由絕緣材料形成的基底的形狀，并防止相鄰的電極彼此電連接，以使電流不在相鄰的電極之間流動(dòng)。在生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的接觸表面200中，除了電極和水凝膠270定位所處的區(qū)域之外的其余的區(qū)域全部由絕緣層280形成。根據(jù)生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的實(shí)施例，濕電極和緊密接觸濕電極的水凝膠270定位所處的區(qū)域可以被構(gòu)造成凹進(jìn)的，因此防止水凝膠270與干電極之間的電連接。因?yàn)楦呻姌O和濕電極交替布置在基底(未示出)上，所以絕緣層280的截面具有不均勻的形狀。如圖2中所示的不均勻的形狀的結(jié)構(gòu)僅是ー個(gè)示例，且本發(fā)明不限于此。例如，絕緣層280的截面可以與圖IlA的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的截面1110中所示的ー樣是平坦的。如上所述，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100接觸受試者110的皮膚所處的接觸表面200可以包括粘附片210、測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w(120和140)的電極、測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld和E2d (130和150)的電極、參考接ロ的電極、以及水凝膠270。然而，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的接觸表面的形狀、電極的類型、以及電極的布置類型不限于在圖2中所示出的接觸表面的形狀、電極的類型、以及電極的布置類型，根據(jù)實(shí)施例，可以進(jìn)行各種修改。圖4-圖5和圖7A示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的布置有 形成生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的接ロ的電極的底表面400、500和700。在圖4的底表面400中，示出了粘附片410、測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw(420)的電極421-428、測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ E2w(440)的電極441-448、測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロEld (430)的電極431-438、測(cè)量電勢(shì)信號(hào)A v的接ロ E2d (450)的電極451-458、以及參考接ロ E3w的電極460。如在圖2中所描述的，測(cè)量生物電信號(hào)的兩個(gè)接ロ Elw和E2w(420和440)在彼此分開預(yù)定距離的位置處測(cè)量生物電信號(hào)的電勢(shì)值。測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld(430)的電極431-438交替地布置為位于與測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw (420)的電極421-428彼此相距達(dá)臨界距離之內(nèi)。由在電學(xué)上相同的電極形成單個(gè)接ロ，接ロ Elw(420)的電極421-428和接ロ Eld(430)的電極431-438交替排列。因此，一般意義上的相同類型的運(yùn)動(dòng)偽像輸入到測(cè)量生物電信號(hào)的電極421-428和測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的電極431-438。類似地，接ロE2w(440)的電極441-448和接ロ E2d(450)的電極451-458交替地排列為位于彼此相距達(dá)臨界距離之內(nèi)。測(cè)量作為生物電信號(hào)的參考的電勢(shì)的參考電極E3w的電極460與測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w (420和440)分開預(yù)定的距離，從而不受接ロ Elw和E2w (420和440)的影響。測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w (420和440)及E3w的電極421-428、441-448和460是經(jīng)水凝膠270接觸皮膚的濕電極，而測(cè)量電勢(shì)信號(hào)A V的接ロ Eld和E2d (430和450)的電極431-438和451-458是直接接觸皮膚的干電極。在圖4的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的底表面400中，粘附片410的每個(gè)電極所處的位置被穿孔，而其他的區(qū)域是粘附片410的由絕緣材料形成的區(qū)域。如圖2中所示，由絕緣材料形成的絕緣層將濕電極的區(qū)域和干電極的區(qū)域分開，從而濕電極的區(qū)域和干電極的區(qū)域彼此沒(méi)有電連接。與圖4的底表面400相同，在圖5的底表面500中，示出粘附片510、測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw(520)的電極521-528、測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ E2w(540)的電極541-548、測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld (530)的電極531-538、測(cè)量電勢(shì)信號(hào)A v的接ロ E2d (550)的電極551-558、以及參考接ロ E3w(560)的電極561-564。與圖4的接ロ Elw和E2w(420和440)、Eld和E2d(430和450)相同地布置測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w (520和540)及E3w(560)以及測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロEld和E2d(530和550)。然而，與圖4不同，圖5的測(cè)量生物電信號(hào)的參考電勢(shì)的參考接ロ E3w(560)由具有相同電勢(shì)的一個(gè)或多個(gè)電極561-564形成。本發(fā)明僅示出了參考接ロE3w(560)可以由多個(gè)電極形成，且本發(fā)明不限于此。與圖4的電極不同，圖5的測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw和E2w(520和540)及E3w(560)的電極521-528、541-548和560不是經(jīng)水凝膠270與皮膚電連接的濕電極，而是諸如測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld和E2d (530和550)的電極的由導(dǎo)電材料形成的電極。接ロ Elw和E2w (520和540)及E3w(560)的電極521_528、541_548和560具有尖銳的突起的形狀，以在沒(méi)有與皮膚保持低接觸阻抗的水凝膠270的情況下減小運(yùn)動(dòng)偽像對(duì)生物電信號(hào)的影響。接ロ Elw和E2w(520和540)及E3w(560)的電極521_528、541_548和560的尖銳的突起穿入到皮膚的角質(zhì)層中，并與角質(zhì)層下的表皮形成電接觸點(diǎn)，從而具有低于由相同的導(dǎo)電材料形成的接ロ Eld和E2d(530和550)的電極的接觸阻抗的接觸阻抗。在圖6中示出了形成接ロ Elw和E2w (520和540)及E3w (560)的電極的截面。圖6是示出形成接ロElw和E2w(520和540)及E3w(560)的電極的突起的形狀和具有突起形狀的電極穿入到皮 膚的角質(zhì)層中并與角質(zhì)層下的表皮形成電接觸點(diǎn)的狀態(tài)的剖視圖。在圖7A的底表面700中，與圖4的底表面400相同，示出了測(cè)量生物電信號(hào)的接ロEIw的電極720、測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ E2w的電極740、測(cè)量電勢(shì)信號(hào)A v的接ロ Eld (730)的電極731-734、測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ E2d(750)的電極751-754、以及參考接ロ E3w的電極760。與圖4和圖5不同，圖7A的測(cè)量生物電信號(hào)的兩個(gè)接ロ Elw和E2w中的每個(gè)接ロ均由單個(gè)電極形成。接ロ Elw的電極720和接ロ E2w的電極740在彼此分開預(yù)定距離的位置處測(cè)量生物電信號(hào)的電勢(shì)值，并分別被測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld(730)的電極731-734和測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ E2d(750)的電極751-754圍繞。圍繞測(cè)量生物電信號(hào)的接ロElw的電極720的測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld (730)的電極731-734被分別布置為在臨界距離之內(nèi)，因此一般意義上的相同類型的運(yùn)動(dòng)偽像輸入到這兩個(gè)接ロ。相同的布置被應(yīng)用于測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ E2w的電極740和測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ E2d(750)的電極751-754。圖7A的參考接ロ E3w的電極760與測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw的電極720和測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ E2w的電極740分開預(yù)定距離，從而不受接ロ Elw和E2w的影響。測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw、E2w和E3w的電極720、740和760可以由如圖4中所示的經(jīng)水凝膠270接觸皮膚的濕電極形成，或者可以由如圖5中所示的在沒(méi)有水凝膠270的情況下穿入到皮膚的角質(zhì)層中并與角質(zhì)層下的真皮形成電接觸點(diǎn)的電極。測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld和E2d (730和750)的電極731-734和751-754是直接接觸皮膚的干電極。圖7B示出了圖7A的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的使生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的接ロ附著到受試者110的皮膚并保持附著狀態(tài)的粘附片710。粘附片710在圖7A的電極所處的位置處具有孔，因此，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的電極通過(guò)粘附片710的孔接觸皮膚。返回參照?qǐng)DI，運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160接收來(lái)自接ロ Eld和E2d(130和150)的電勢(shì)信號(hào)A V，并提取與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)。如上所述，電勢(shì)信號(hào)Av可以通過(guò)將預(yù)定的電流io施加到皮膚并根據(jù)與此得到電勢(shì)的改變來(lái)測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av。將在下面參照?qǐng)D8來(lái)描述使用由接ロ Eld和E2d (130和150)檢測(cè)的電勢(shì)信號(hào)Av來(lái)提取與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)的運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160的詳細(xì)操作。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的形成圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的電路的示例。圖8的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100經(jīng)接ロ Elw(821)、E2w(822)、E3w(823)、Eld(831)和E2d(832)而接觸受試者110的皮膚810。圖8的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100包括測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw (821), E2w (822)和E3w (823)、測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld(831)和E2d(832)、偏置電流源841-842、差分放大器850-860、解調(diào)器870以及處理器880。參照?qǐng)D8、運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160包括偏置電流原841-842、差分放大器860和解調(diào)器870。運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160使用偏置電流原841-842將被調(diào)制為不與生物電信號(hào)的頻率范圍交疊的頻率fc的預(yù)定的電流io施加到測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的接ロ Eld (831)和E2d(832)。因此，從接ロ Eld(831)和E2d(832)檢測(cè)的電勢(shì)信號(hào)Av受施加的電流io的影響，并因此被調(diào)制為頻率fc。從接ロ Eld(831)和E2d(832)檢測(cè)的電勢(shì)信號(hào)△ v具有非常小的幅值，所以需要進(jìn)行信號(hào)放大。運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160使用差分放大器860來(lái)差分放大從接ロ Eld(831)和E2d(832)得到的電勢(shì)值，并通過(guò)使用解調(diào)器870來(lái)將放大的信號(hào)解調(diào)制為原始信號(hào)，因而提取與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)。運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160還可以包括 摸/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，以將放大的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并還可以包括運(yùn)算器，以對(duì)數(shù)字信號(hào)執(zhí)行運(yùn)算。運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160將通過(guò)上述過(guò)程提取的信號(hào)輸出到生物電信號(hào)提取單元170。圖I的生物電信號(hào)提取單元170利用從接ロ Elw (120)和E2w(140)得到信號(hào)提取包括運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)，并從信號(hào)去除運(yùn)動(dòng)偽像，因此檢測(cè)受試者110的實(shí)際的生物電信號(hào)。因?yàn)閺倪\(yùn)動(dòng)偽像提取單元160提取的信號(hào)與從接ロ Elw(120)和E2w(140)得到的生物電信號(hào)的運(yùn)動(dòng)偽像成比例，所以生物電信號(hào)提取單元170可以通過(guò)使用由運(yùn)動(dòng)偽像提取単元160提取的信號(hào)來(lái)去除運(yùn)動(dòng)偽像。在下面參照?qǐng)D8來(lái)描述去除從接ロ Elw(120)和E2w(140)得到的生物電信號(hào)的運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)提取單元170的詳細(xì)操作。參照?qǐng)D8，生物電信號(hào)提取單元170包括差分放大器850和處理器880。生物電信號(hào)提取單元170的差分放大器850接收通過(guò)測(cè)量生物電信號(hào)的接ロ Elw(821)和E2w(822)測(cè)量的電勢(shì)值，并差分放大接收的信號(hào)，因而輸出包括運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)。為了在信號(hào)的放大過(guò)程期間避免通過(guò)接ロ Elw(821)和E2w(822)測(cè)量的信號(hào)因低頻噪聲的影響而失真，生物電信號(hào)提取單元170可以使用在放大信號(hào)之前將測(cè)量的信號(hào)調(diào)制為高頻信號(hào)、放大調(diào)制的信號(hào)、并通過(guò)使用解調(diào)器將放大的信號(hào)解調(diào)制為原始的信號(hào)的方法。測(cè)量的信號(hào)的調(diào)制的頻率使用與運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160的偏置電流源841-842的頻率fc不同的頻率范圍，以不與電勢(shì)信號(hào)Av的頻率范圍交疊。生物電信號(hào)提取單元170的處理器880控制接收從差分放大器850輸出的包括運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)和從運(yùn)動(dòng)偽像提取単元160輸出的與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)、并從生物電信號(hào)去除運(yùn)動(dòng)偽像的過(guò)程。處理器870執(zhí)行從包括運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)去除運(yùn)動(dòng)偽像所需的操作。生物電信號(hào)提取單元170的處理器880還可以包括自適應(yīng)濾波器，以有效地去除運(yùn)動(dòng)偽像。自適應(yīng)濾波器是可以根據(jù)反饋到濾波器的值來(lái)調(diào)節(jié)濾波器系數(shù)的數(shù)字濾波器。通過(guò)由在考慮到輸入信號(hào)、環(huán)境以及所得信號(hào)的特性的情況下將濾波器系數(shù)調(diào)節(jié)為不具有預(yù)定圖案的隨機(jī)噪聲來(lái)估計(jì)實(shí)際改變的噪聲，自適應(yīng)濾波器來(lái)去除噪聲。即，自適應(yīng)濾波器利用由運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160提取的與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)和去除了反饋的運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)的輸入來(lái)調(diào)節(jié)濾波器系數(shù)，并使用調(diào)節(jié)的濾波器系數(shù)來(lái)對(duì)與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)進(jìn)行濾波，因而預(yù)計(jì)并輸出接近真實(shí)的運(yùn)動(dòng)偽像的估計(jì)的運(yùn)動(dòng)偽像信號(hào)。處理器180接收從自適應(yīng)濾波器輸出的估計(jì)的運(yùn)動(dòng)偽像信號(hào)，并從放大的生物電信號(hào)去除估計(jì)的運(yùn)動(dòng)偽像信號(hào)，因而得到去除了運(yùn)動(dòng)偽像的真實(shí)的生物電信號(hào)。圖9示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的采用了自適應(yīng)濾波器900的圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的處理器880的操作。圖9的處理器880包括自適應(yīng)濾波器900和運(yùn)算器910。生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的處理器880接收從運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160輸出的與運(yùn)動(dòng)噪聲成比例的信號(hào)920和包括從放大器850輸出的運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)930。自適應(yīng)濾波器900接收與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)920和被反饋的去除了運(yùn)動(dòng)噪聲的信號(hào)950，并調(diào)節(jié)自適應(yīng)濾波器900的濾波器系數(shù)。自適應(yīng)濾波器900通過(guò)使用調(diào)節(jié)的濾波器系數(shù)來(lái)對(duì)與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)920進(jìn)行濾波，從而預(yù)計(jì)并輸出接近實(shí)際的運(yùn)動(dòng)偽像的估計(jì)的運(yùn)動(dòng)偽像信號(hào)940。運(yùn)算器910接收從放大器850輸出的包括運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)930和接　近實(shí)際的運(yùn)動(dòng)偽像的估計(jì)的運(yùn)動(dòng)偽像信號(hào)940，并執(zhí)行從包括運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)930去除估計(jì)的運(yùn)動(dòng)偽像信號(hào)940的操作。作為操作的結(jié)果，運(yùn)算器910輸出去除了運(yùn)動(dòng)偽像的信號(hào)950。生物電信號(hào)提取單元170的處理器880通過(guò)上述過(guò)程得到去除了運(yùn)動(dòng)偽像的實(shí)際的生物電信號(hào)。如上所述測(cè)量的生物電信號(hào)被用于監(jiān)視人體的狀態(tài)，或者診斷或治療各種類型的疾病。例如，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100通過(guò)附著于受試者110的身體的接ロ 120-150來(lái)測(cè)量作為生物電信號(hào)之一的心電圖(ECG)。當(dāng)受試者110的心臟根據(jù)心跳而反復(fù)收縮和舒張時(shí)，在受試者110的皮膚中產(chǎn)生非常小的電勢(shì)的改變。以曲線圖的形式來(lái)表現(xiàn)這樣的電學(xué)活動(dòng)被稱為ECG。接收通過(guò)生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100測(cè)量的ECG數(shù)據(jù)的專家可以診斷并治療心臟疾病，諸如心肌梗死或心律失常，或者可以監(jiān)視受試者110的心臟的電學(xué)活動(dòng)，以防止因心臟疾病導(dǎo)致的意外。為了診斷并治療這樣的疾病，需要測(cè)量的生物電信的高度可靠性。因此，通過(guò)測(cè)量與真實(shí)的運(yùn)動(dòng)偽像在最大程度下相似的運(yùn)動(dòng)偽像來(lái)去除運(yùn)動(dòng)偽像并得到準(zhǔn)確的生物電信號(hào)是非常重要的。 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在測(cè)量生物電信號(hào)的設(shè)備中，相同的電極或具有相同的結(jié)構(gòu)的電極被用于測(cè)量生物電信號(hào)和電勢(shì)信號(hào)△ V，而沒(méi)有根據(jù)電極的類型的考慮阻抗的變化和運(yùn)動(dòng)偽像之間的相關(guān)系，從而可能不能進(jìn)行生物電信號(hào)的準(zhǔn)確的測(cè)量。圖10示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備1000的電路圖。與圖8的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100不同，圖10的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備1000使用相同的電極1020和1030來(lái)測(cè)量生物電信號(hào)和電勢(shì)信號(hào)A V。生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備1000主要將經(jīng)水凝膠270接觸皮膚的濕電極用作測(cè)量生物電信號(hào)和電勢(shì)信號(hào)Av的電極。當(dāng)使用水凝膠270來(lái)測(cè)量生物電信號(hào)時(shí)，運(yùn)動(dòng)偽像對(duì)生物電信號(hào)的影響因電極和皮膚之間的很低的接觸阻抗而減小，從而與使用干電極的情況下相比，可以得到相對(duì)一致和穩(wěn)定的生物電信號(hào)。然而，當(dāng)在使用與測(cè)量生物電信號(hào)的電極相同的電極來(lái)測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的情況下或在使用作為經(jīng)水凝膠270接觸皮膚的濕電極的相同類型的電極來(lái)測(cè)量電勢(shì)信號(hào)△ V的情況下時(shí)，因?yàn)橛呻姌O和皮膚之間的很低的接觸阻抗而導(dǎo)致難以準(zhǔn)確地測(cè)量運(yùn)動(dòng)偽像的影響，所以不能適當(dāng)?shù)貜臏y(cè)量的生物電信號(hào)去除運(yùn)動(dòng)偽像。例如，當(dāng)使用生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備來(lái)監(jiān)視上述的ECG波形時(shí)，如果因運(yùn)動(dòng)偽像導(dǎo)致生物電信號(hào)失真，則難以準(zhǔn)確地確定心臟的狀態(tài)，從而可能使病人經(jīng)歷生病危險(xiǎn)。因此，通過(guò)最大程度地反映真實(shí)的運(yùn)動(dòng)偽像的影響來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量生物電信號(hào)是很重要的。當(dāng)使用本發(fā)明的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備I OO來(lái)測(cè)量生物電信號(hào)時(shí)，可以通過(guò)使用考慮了阻抗的變化和運(yùn)動(dòng)偽像之間根據(jù)電極的類型的相關(guān)性的接ロ來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量生物電信號(hào)。圖IlA是沿線A-A’截取的圖7A的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的剖視圖。參照?qǐng)D11A，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100包括絕緣層1110、測(cè)量運(yùn)動(dòng)偽像的電勢(shì)信號(hào)Av的電極1121-1124、測(cè)量生物電信號(hào)的電極1131-1133、集成電路1140、導(dǎo)線1150、以及各種無(wú)源裝置 1160。與圖2的絕緣層280相似，絕緣層1110防止測(cè)量生物電信號(hào)的電極1131-1133和測(cè)量運(yùn)動(dòng)偽像的電勢(shì)信號(hào)Av的電極1121-1124之間的電連接。此外，絕緣層1110防止在形成生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的集成電路1140和導(dǎo)線1150之間產(chǎn)生電結(jié)合或干擾。·
測(cè)量運(yùn)動(dòng)偽像的電勢(shì)信號(hào)Av的電極1121和1122是形成具有相同電勢(shì)的接ロEld的電極，并位于靠近測(cè)量生物電信號(hào)的電極1131的臨界距離之內(nèi)，從而具有一般意義上的相同類型的運(yùn)動(dòng)偽像。相似地，電極1123和1124是具有與輸入到測(cè)量生物電信號(hào)的電極1133的運(yùn)動(dòng)偽像的類型在一般意義上相同的類型的運(yùn)動(dòng)偽像的形成接ロ E2d的電極。測(cè)量運(yùn)動(dòng)偽像的電勢(shì)信號(hào)Av的電極1121-1124是在沒(méi)有水凝膠270的情況下直接接觸受試者110的皮膚1110的干電極。平板的干電極由導(dǎo)電性良好的金屬形成，導(dǎo)電性良好的金屬主要為諸如金(Au)、銀(Ag)、鉬(Pt)或類似金屬。然而，本發(fā)明不限于此。測(cè)量生物電信號(hào)的電極1131-1133是與接ロ Elw和E2w對(duì)應(yīng)的電極，并彼此分開預(yù)定的距離。從電極1131和1133測(cè)量的電勢(shì)值被差分放大，以得到生物電信號(hào)。圖IlA的測(cè)量生物電信號(hào)的電極1131-1133是經(jīng)水凝膠270與皮膚接觸的濕電極。這僅是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，測(cè)量生物電信號(hào)的電極1131-1133可以由經(jīng)水凝膠270接觸皮膚的濕電極或具有穿入到皮膚的角質(zhì)層并與角質(zhì)層下真皮形成電接觸點(diǎn)的尖鋭的突起而不具有水凝膠270的電極而形成。通常，測(cè)量生物電信號(hào)的電極1131-1133通過(guò)以具有優(yōu)良的導(dǎo)電性的材料涂覆由金屬形成的平板來(lái)形成。通常，以氯化銀(AgCl)來(lái)涂覆由銀(Ag)形成的平板。然而，本發(fā)明不限于此。集成電路1140指由數(shù)字或模擬電路實(shí)現(xiàn)的具有特定目的的半導(dǎo)體芯片。圖8中示出的差分放大器850和860、調(diào)制器870或處理器880等可以位于集成電路1140中。通過(guò)使用集成電路1140、導(dǎo)線1150和各種手動(dòng)裝置1160來(lái)實(shí)現(xiàn)生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160和生物電信號(hào)提取單元170。圖IlB是沿線B-B’截取的圖7B的粘附片710的剖視圖。在圖IlB中，示出了粘附片1170和水凝膠1180。參照?qǐng)D11B，粘附片1170是與圖2中的粘附片210相同的兩個(gè)表面均涂覆有粘附材料的由絕緣材料形成的片，并被用于保持生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100與皮膚接觸的狀態(tài)。在粘附片1170中在圖IlA的測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的電極1121-1124所處的區(qū)域中形成孔，從而圖IlA的測(cè)量電勢(shì)信號(hào)Av的電極1121-1124直接接觸皮膚。當(dāng)圖IlA的測(cè)量生物電信號(hào)的電極1131-1133是濕電極時(shí)，圖IlA的測(cè)量生物電信號(hào)的電極1131-1133經(jīng)水凝膠1180接觸皮膚，從而圖IlA的測(cè)量生物電信號(hào)的電極1131-1133所處的位置被填充有水凝膠1180。
圖12是用于說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的測(cè)量生物電信號(hào)的方法的流程圖。圖12的測(cè)量生物電信號(hào)的方法包括通過(guò)使用圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100來(lái)順序執(zhí)行的操作。因此，雖然進(jìn)行了省略，但是在圖12的測(cè)量生物電信號(hào)的方法中采用了圖I的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的上面的描述。在操作1201中，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100通過(guò)接觸受試者110的皮膚的接ロEld(130)和E2d(150)施加具有不與生物電信號(hào)的頻率范圍交疊的頻率fc的電流io。在操作1202中，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100通過(guò)經(jīng)具有預(yù)定的阻抗的接ロ Eld(130)和E2d(150)與受試者110的皮膚電連接來(lái)檢測(cè)因受在操作1201中施加的電流io的影響而被調(diào)制為頻率fc的電勢(shì)信號(hào)AV，并通過(guò)與受試者110的皮膚電連接并經(jīng)具有比上述預(yù)定的阻抗低的預(yù)定的阻抗的接ロ Elw(120)和E2w(140)來(lái)檢測(cè)生物電信號(hào)的電勢(shì)值。在操作1203中，生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備100的運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160對(duì)從操作1202檢測(cè)的電勢(shì)信號(hào)Av進(jìn)行 差分放大。在操作1204中，運(yùn)動(dòng)偽像提取單元160對(duì)在操作1203中放大的信號(hào)解調(diào)制為原始信號(hào)，以產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)。在操作1205中，生物電信號(hào)提取單元170對(duì)在操作1202中檢測(cè)的生物電信號(hào)的電勢(shì)值進(jìn)行差分放大，以產(chǎn)生包括運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)。在操作S1206，生物電信號(hào)提取單元170通過(guò)利用在操作1204中產(chǎn)生的與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)從在操作1205中產(chǎn)生的包括運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)去除運(yùn)動(dòng)偽像來(lái)提取實(shí)際的生物電信號(hào)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的上面的實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，可以通過(guò)提取因受試者在測(cè)量生物電信號(hào)期間的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的包括在生物電信號(hào)中的運(yùn)動(dòng)偽像、并去除提取的運(yùn)動(dòng)偽像，來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)量受試者的生物電信號(hào)。另外，本發(fā)明的其他實(shí)施例也可以通過(guò)例如計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的介質(zhì)中/介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀代碼/指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，以控制至少ー個(gè)處理元件來(lái)實(shí)現(xiàn)任意的在上面描述的實(shí)施例。介質(zhì)可以對(duì)應(yīng)于任何允許存儲(chǔ)和/或傳輸計(jì)算機(jī)可讀代碼的介質(zhì)/媒介。計(jì)算機(jī)可讀代碼可以以各種方式記錄在介質(zhì)上/在介質(zhì)上傳輸，例如，包括諸如磁存儲(chǔ)介質(zhì)(例如，ROM、軟盤、硬盤等)和光學(xué)記錄介質(zhì)(例如，⑶-ROM或DVD)的記錄介質(zhì)、諸如互聯(lián)網(wǎng)傳輸介質(zhì)的傳輸介質(zhì)的介質(zhì)。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，介質(zhì)可以為包括或攜帯信號(hào)或信息的如此限定的并可測(cè)量的結(jié)構(gòu)，諸如攜帯比特流(bitstream)的裝置。介質(zhì)還可以為分布式網(wǎng)絡(luò)，從而計(jì)算機(jī)可讀代碼以分布的方式進(jìn)行存儲(chǔ)/傳輸和執(zhí)行。此外，處理元件可以包括處理器或計(jì)算機(jī)處理器，處理元件可以是分布式的，和/或可以被包括帶在單個(gè)裝置中。應(yīng)該理解的是，在此描述的示例性實(shí)施例僅應(yīng)進(jìn)行描述性的理解，而非處于限制的目的。每個(gè)實(shí)施例內(nèi)的特征或方面的描述應(yīng)被通常性地認(rèn)為對(duì)于其他的實(shí)施例中的其他相似的特征或方面來(lái)說(shuō)是可用的。
權(quán)利要求
1.一種生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備，所述生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備包括 至少一個(gè)第一接口，所述至少一個(gè)第一接口在與受試者的皮膚接觸時(shí)通過(guò)與皮膚進(jìn)行電連接來(lái)檢測(cè)受試者的生物電信號(hào)； 至少一個(gè)第二接口，所述至少一個(gè)第二接口在與受試者的皮膚接觸時(shí)通過(guò)與皮膚進(jìn)行具有與第一接口的狀態(tài)不同的狀態(tài)的電連接來(lái)檢測(cè)與生物電信號(hào)不同的信號(hào)； 信號(hào)處理器，信號(hào)處理器從檢測(cè)的生物電信號(hào)去除第一接口和皮膚之間的運(yùn)動(dòng)偽像。
2.如權(quán)利要求I所述的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備，其中，第二接口的因與皮膚電連接而導(dǎo)致的阻抗大于第一接口的因與皮膚電連接而導(dǎo)致的阻抗。
3.如權(quán)利要求2所述的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備，其中，第一接口通過(guò)預(yù)定的材料與受試者的皮膚電連接，第二接口直接與受試者的皮膚電連接，從而第二接口的阻抗大于第一接口的阻抗。
4.如權(quán)利要求2所述的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備，其中，在第一接口的具有尖銳的突起的形狀的一個(gè)或多個(gè)電極穿入到皮膚的角質(zhì)層中時(shí)，第一接口與受試者的皮膚電連接，第二接口通過(guò)第二接口的具有平板的形狀的一個(gè)或多個(gè)電極直接與受試者的皮膚電連接，從而第二接口的阻抗大于第一接口的阻抗。
5.如權(quán)利要求I所述的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備，其中，第一接口和第二接口中的每個(gè)接口均包括多個(gè)電極，第一接口的多個(gè)電極布置在由預(yù)定的絕緣材料形成的基底上，第二接口的多個(gè)電極和第一結(jié)構(gòu)的多個(gè)電極在臨界距離內(nèi)交替地布置。
6.如權(quán)利要求I所述的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備，其中，第一接口包括單個(gè)電極，第二接口包括多個(gè)電極，第二接口的多個(gè)電極在臨界距離內(nèi)圍繞第一接口的單個(gè)電極。
7.如權(quán)利要求I所述的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備，其中，第一接口的電極是濕電極，第二接口的電極是干電極。
8.如權(quán)利要求I所述的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備，其中，信號(hào)處理器進(jìn)一步包括 運(yùn)動(dòng)偽像提取單元，運(yùn)動(dòng)偽像提取單元通過(guò)使用由第二接口檢測(cè)的信號(hào)來(lái)提取與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)； 生物電信號(hào)提取單元，生物電信號(hào)提取單元通過(guò)使用由運(yùn)動(dòng)偽像提取單元提取的信號(hào)來(lái)從檢測(cè)的生物電信號(hào)去除運(yùn)動(dòng)偽像。
9.如權(quán)利要求8所述的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備，其中，所述至少一個(gè)第一接口包括彼此分開預(yù)定距離的Iw接口和2w接口，所述至少一個(gè)第二接口包括設(shè)置為在臨界距離內(nèi)靠近Iw接口的Id接口和在臨界距離之內(nèi)靠近2w接口的2d接口，運(yùn)動(dòng)偽像提取單元通過(guò)對(duì)經(jīng)Id接口和2d接口檢測(cè)的電勢(shì)信號(hào)的電勢(shì)值進(jìn)行差分放大來(lái)提取與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)。
10.如權(quán)利要求9所述的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備，其中，通過(guò)經(jīng)Id接口和2d接口施加被調(diào)制為預(yù)定的頻率的預(yù)定的電流來(lái)檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)的電勢(shì)值，通過(guò)對(duì)施加預(yù)定的電流而檢測(cè)的電勢(shì)信號(hào)的電勢(shì)值進(jìn)行差分放大、然后對(duì)放大的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)制，來(lái)提取與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)。
11.如權(quán)利要求9所述的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備，其中，生物電信號(hào)提取單元通過(guò)對(duì)經(jīng)Iw接口和2w接口的電勢(shì)信號(hào)的電勢(shì)值進(jìn)行差分放大來(lái)提取包括運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)，生物電信號(hào)提取單元通過(guò)執(zhí)行從提取的包括運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)去除與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)的操作來(lái)測(cè)量去除了運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)。
12.如權(quán)利要求8所述的生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備，其中，生物電信號(hào)提取單元通過(guò)利用自適應(yīng)濾波器對(duì)與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)進(jìn)行濾波來(lái)執(zhí)行去除運(yùn)動(dòng)偽像的操作來(lái)測(cè)量去除了運(yùn)動(dòng)偽像的生物電信號(hào)。
13.—種測(cè)量生物電信號(hào)的方法，所述方法包括下述步驟 接收經(jīng)接觸受試者的皮膚的Iw接口和2w接口檢測(cè)的生物電信號(hào)； 接收經(jīng)接觸受試者的皮膚的Id接口和2d接口檢測(cè)的電勢(shì)信號(hào)； 利用接收的電勢(shì)信號(hào)來(lái)得到與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)； 利用得到的與運(yùn)動(dòng)偽像成比例的信號(hào)來(lái)執(zhí)行從接收的生物電信號(hào)去除運(yùn)動(dòng)偽像的操作； 其中，通過(guò)Iw接口和2w接口與皮膚的電連接來(lái)檢測(cè)生物電信號(hào)，通過(guò)Id接口和2d接口與皮膚的電連接來(lái)檢測(cè)電勢(shì)信號(hào)，與皮膚電連接的Id接口和2d接口的電學(xué)條件不同于與皮膚電連接的Iw接口和2w接口的電學(xué)條件。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，Iw接口、2w接口、Id接口和2d接口中的每個(gè)接口均包括多個(gè)電極，其中，Iw接口的多個(gè)電極和Id接口的多個(gè)電極在臨界距離之內(nèi)交替地布置，2w接口的多個(gè)電極和2d接口的多個(gè)電極在臨界距離之內(nèi)交替地布置，2w接口的多個(gè)電極設(shè)置在與1 接口的多個(gè)電極分開預(yù)定的距離的位置處。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，Iw接口和2w接口的電極是濕電極，Id接口和2d接口的電極是干電極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)量生物電信號(hào)的設(shè)備和方法。生物電信號(hào)測(cè)量設(shè)備包括至少一個(gè)第一接口，所述至少一個(gè)第一接口在與受試者的皮膚接觸時(shí)通過(guò)與皮膚進(jìn)行電連接來(lái)檢測(cè)受試者的生物電信號(hào)；至少一個(gè)第二接口，所述至少一個(gè)第二接口在與受試者的皮膚接觸時(shí)通過(guò)與皮膚進(jìn)行具有與第一接口的狀態(tài)不同的狀態(tài)的電連接來(lái)檢測(cè)與生物電信號(hào)不同的信號(hào)；信號(hào)處理器，信號(hào)處理器從檢測(cè)的生物電信號(hào)去除第一接口和皮膚之間的運(yùn)動(dòng)偽像。
文檔編號(hào)A61B5/04GK102949188SQ20121030431
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者金鐘八, 高秉勛, 李卓炯 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社