專利名稱：感測電生理信號的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地，本發(fā)明涉及生理信號的感測，更具體地，涉及感測電生理信號的系統(tǒng)以及用于該系統(tǒng)的電極。
背景技術(shù)：
在生理信號的感測過程中，例如在ECG、EEG或EMG中，采用了多個(gè)電極，這些電極需要附著于被研究的對象的皮膚上。任何獲得的測試的精確度取決于對象的皮膚和電極之間的接觸質(zhì)量。為了加強(qiáng)皮膚/電極接觸，通常采用施加于電極和皮膚之間的傳導(dǎo)凝膠體或糊劑。通常也必須準(zhǔn)備要附著電極的位置來加強(qiáng)皮膚/電極接觸。例如，在多體毛的個(gè)體上， 可能需要刮所述位置，從而使毛囊不會對皮膚/電極接觸造成不良影響。采用糊劑有這樣的問題，相鄰電極之間存在通過糊劑的泄露信號。此外，在潮濕或濕潤的環(huán)境中，電極與皮膚的接觸有減弱的風(fēng)險(xiǎn)。此外，如果糊劑干了，信號中的噪聲干擾就會增加。進(jìn)一步地，在某些情況中，例如在EEG記錄中，每個(gè)電極需要與之相關(guān)的放大器， 此外還需要使用接地和/或參考電極以確保測量的執(zhí)行。這樣的配置的重量和物理尺寸使得可用于多通道記錄的電極的數(shù)量減少。還有進(jìn)一步的危險(xiǎn)，即印刷電路板包含與患者的皮膚接觸或接近的導(dǎo)電部件。更進(jìn)一步地，可能有不能將電極放置為與個(gè)體的皮膚直接接觸的情況。可能有希望或必須令電極接近但不與個(gè)體的皮膚接觸的情況。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種用于感測電生理信號的系統(tǒng)的電極，所述電極包括承載器；安裝在所述承載器上的傳導(dǎo)元件；以及由所述承載器承載的并布置為相對于所述傳導(dǎo)元件呈間隔關(guān)系的屏蔽元件。所述傳導(dǎo)元件可具有大于100 Ω的阻抗。所述承載器可由絕緣材料構(gòu)成。所述絕緣材料可以是非傳導(dǎo)彈性材料。所述彈性材料可以是天然或人造橡膠材料。所述傳導(dǎo)元件可以是金屬元件和傳導(dǎo)彈性體的至少其中之一，金屬元件優(yōu)選地為生物相容性的。例如，金屬可選自以下構(gòu)成的組群銀、金、鍍銀或鍍金或醫(yī)用級不銹鋼。所述傳導(dǎo)彈性體可以是基于硅樹脂的彈性體，包括例如碳材料或鉬材料的顆粒形的傳導(dǎo)材料。傳導(dǎo)材料可以希望的量混合于硅樹脂中。所述傳導(dǎo)元件可采取多種形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，所述傳導(dǎo)元件可基本為平面，并可為多邊形或圓形。所述傳導(dǎo)元件可以是襯墊形式或柵形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。在另一實(shí)施例中，傳導(dǎo)元件可以是三維的，且可以基本為球形。其中所述屏蔽元件的形狀可與其相關(guān)聯(lián)的傳導(dǎo)元件互補(bǔ)。所述屏蔽元件可通過所述承載器保持為與所述傳導(dǎo)元件的外圍或表面的至少一部分成間隔、平行關(guān)系。所述屏蔽元件可以是傳導(dǎo)板，例如鋁或銅材料，該傳導(dǎo)板被成形為補(bǔ)充所述傳導(dǎo)元件的外圍或表面。所述屏蔽元件和所述傳導(dǎo)元件之間的間隔在所述屏蔽元件和所述傳導(dǎo)元件之間建立了適當(dāng)?shù)淖杩??！斑m當(dāng)?shù)淖杩埂笨梢允浅^ΙΟΜΩ/lpF，且優(yōu)選地為大約 20MQ/2pFo所述的電極可以包括覆蓋部分，至少所述屏蔽元件嵌入在所述覆蓋部分中。所述覆蓋部分可以與所述承載器的材料相同，并環(huán)繞和包覆所述屏蔽元件和至少部分所述承載
ο 所述電極可為無源器件。換言之，所述電極可以沒有任何電子部件。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出了一種電極組件，該電極組件包括如上文所述的電極；以及用于將所述電極的所述傳導(dǎo)元件和所述屏蔽元件連接到電子器件的電纜。所述電纜是雙絞線和同軸電纜的其中之一。在應(yīng)用于嘈雜環(huán)境或在電纜的長度超過預(yù)定量的距離時(shí)，所述電纜可被屏蔽。因此，如果電纜是雙絞線，則該電纜可包括屏蔽套筒。當(dāng)電纜是同軸電纜時(shí)，該電纜可以是雙屏蔽的，具有外部屏蔽套筒或遮蔽物。所述電纜可包括至少一個(gè)有源導(dǎo)體和至少一個(gè)次級導(dǎo)體，所述至少一個(gè)有源導(dǎo)體將所述電極的所述傳導(dǎo)元件連接到例如放大器的所述電子器件的輸入端，而所述至少一個(gè)次級導(dǎo)體將所述電極的所述屏蔽元件連接到與所述電子器件相關(guān)聯(lián)的屏蔽器。如果存在， 電纜的外部屏蔽套筒可將放大器的次級屏蔽器連接到板上的信號接地。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提出了一種感測電生理信號的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有屏蔽器的至少一個(gè)電極；用于放大接收自所述至少一個(gè)電極的信號的至少一個(gè)放大器，所述放大器具有屏蔽的輸入端，且所述電極的所述屏蔽器連接到所述至少一個(gè)放大器的所述屏蔽的輸入端； 以及用于為所述至少一個(gè)放大器供電的電源，從所述電源發(fā)出的參考電壓被用作所述至少一個(gè)電極的參考信號。在一個(gè)實(shí)施例中，所述至少一個(gè)電極的屏蔽器也可以連接到所述電源以提供所述參考電壓。所述至少一個(gè)電極可以是無源電極，即該電極可沒有電子部件。當(dāng)所述至少一個(gè)電極和所述至少一個(gè)放大器之間的距離超過例如約an的預(yù)定距離時(shí)，或當(dāng)所述系統(tǒng)用于嘈雜環(huán)境時(shí)，所述電纜也可以被屏蔽。所述放大器或每個(gè)放大器可以是高輸入阻抗放大器?！案咻斎胱杩埂币馕吨斎胱杩钩^大約 ο12 Ω，且優(yōu)選地超過大約IO13 Ω。
所述至少一個(gè)放大器可包括預(yù)放大器級。所述預(yù)放大器級的輸入端可被屏蔽。所述預(yù)放大器級的輸出端可耦合到第二增益級。所述第二增益級可為低通濾波器級。在交流情況下，通過高通濾波器實(shí)現(xiàn)所述耦合，在直流情況下，通過電導(dǎo)(conductance) 實(shí)現(xiàn)所述耦合?？蛇x地，所述第二增益級的輸入端也可被屏蔽。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)是多通道系統(tǒng)，包括多個(gè)電極和多個(gè)放大器，每個(gè)電極如上文的本發(fā)明第一方面所述，且每個(gè)電極通過電纜連接到其相關(guān)聯(lián)的放大器。所述放大器的預(yù)放大器級被連接到一起，從而前述預(yù)放大器的反相輸入端的屏蔽連接構(gòu)成了公共參考電極信號，并連接到在后的或隨后的預(yù)放大器的反向輸入端?；蛘撸龇糯笃鞯念A(yù)放大器級可被連接在一起，從而第一預(yù)放大器的反相輸入端的屏蔽連接構(gòu)成了公共參考電極信號，并連接到每個(gè)隨后的預(yù)放大器的反相輸入端。所述電源可連接到具有中間接地點(diǎn)的補(bǔ)償分壓器。來自所述電極的接地信號通過保護(hù)阻抗耦合到所述電源的所述中間接地點(diǎn)?？蛇x地，所述接地信號可通過加法器電路的正相輸入端連接到所述分壓器的所述中間接地點(diǎn)。附加參考或接地電極可被連接到所述至少一個(gè)放大器。所述附加參考電極可用于希望改善放大器的信噪比的情況。該附加參考電極可通過開關(guān)，例如撥動(dòng)開關(guān)連接，從而可按希望的方式使用。在一個(gè)實(shí)施例中，該附加參考電極可以是右腿驅(qū)動(dòng)器(RLD)電極，或驅(qū)動(dòng)接地電極。所述RLD電極可通過電壓跟隨器電路驅(qū)動(dòng)，同樣地，其可用于希望改善放大器的信噪比的情況。所述電源可以安裝在安置所述至少一個(gè)放大器的電路板之外。數(shù)字轉(zhuǎn)換級可以連接到所述至少一個(gè)放大器的輸出端，用于將從所述放大器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)據(jù)通信級和數(shù)據(jù)存儲級的至少其中之一可以連接到數(shù)字轉(zhuǎn)換級的輸出端。所述電源可為該數(shù)字轉(zhuǎn)換級、數(shù)據(jù)通信級和數(shù)據(jù)存儲級供電。


下面參考附圖，通過示例描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1顯示了感測電生理信號的系統(tǒng)的實(shí)施例的示意性框圖；圖2顯示了用于圖1所示的系統(tǒng)的放大器的第一實(shí)施例的電路圖；圖3顯示了用于圖1所示的系統(tǒng)的放大器的第二實(shí)施例的電路圖；圖4顯示了用于圖1所示的系統(tǒng)的放大器的第三實(shí)施例的電路圖；圖5顯示了用于圖1所示的系統(tǒng)的放大器的第四實(shí)施例的電路圖；圖6顯示了用于三通道系統(tǒng)的圖2-4的放大器的預(yù)放大器級的連接的實(shí)施例；圖7顯示了用于圖1的系統(tǒng)的電極的第一實(shí)施例的示意性正視圖。圖8顯示了圖7的電極的示意性后視圖；圖9顯示了圖7的電極的示意性側(cè)視圖；圖10顯示了省略了絕緣外罩部分的結(jié)合了圖7的電極的電極組件的第一實(shí)施例的示意性側(cè)視圖11顯示了包括絕緣外罩部分的組件的示意性側(cè)視圖；圖12顯示了用于圖1的系統(tǒng)的電極的第二實(shí)施例的示意性正視圖；圖13顯示了圖12的電極的示意性后視圖；圖14顯示了圖12的電極的示意性側(cè)視圖；圖15顯示了與圖12的電極結(jié)合的電極組件的第二實(shí)施例的示意性側(cè)視圖；圖16顯示了用于圖1的系統(tǒng)的電極的第三實(shí)施例的示意性正視圖；圖17顯示了用于三通道系統(tǒng)的圖2-4的放大器的預(yù)放大器級的連接的另一實(shí)施例；圖18顯示了包括數(shù)字通信級的感測電生理信號的系統(tǒng)的示意性框圖；圖19顯示了包括數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲級的感測電生理信號的系統(tǒng)的示意性框圖；以及圖20顯示了系統(tǒng)的電源的示意性框圖。
具體實(shí)施例方式在附圖中，附圖標(biāo)記10 —般指代感測電生理信號的系統(tǒng)的實(shí)施例。系統(tǒng)10包括可安裝于或靠近對象的身體14的多個(gè)電極12。通過耦合阻抗16將電極12耦合到放大器 18。系統(tǒng)10包括屏蔽器20。該屏蔽器20包括每個(gè)感測電極12的屏蔽器，如下文詳述。進(jìn)一步地，系統(tǒng)10包括電源22，用于為放大器18供電。放大器18包括預(yù)放大器級，或預(yù)放大器對。預(yù)放大器M的輸出端連接到耦合電路26，耦合電路沈的輸出端轉(zhuǎn)而連接到高增益放大器/低通濾波器第二級觀以提供可被進(jìn)一步處理或顯示的輸出信號30?？蛇x擇地，系統(tǒng)10包括接地電路，更具體地為，右腿驅(qū)動(dòng)器(right leg driver, RLD)接地抑制電路32。該接地抑制電路32包括接地電路34，該接地電路的輸出端連接到耦合阻抗36。一個(gè)或多個(gè)RLD接地電極38連接到耦合阻抗36。接地電極38與身體14的對象相關(guān)聯(lián)以在需要改善系統(tǒng)10的信噪比的情況下提供附加的接地。如下文詳述，系統(tǒng)10可用于嘈雜環(huán)境。在這樣的環(huán)境中，或者當(dāng)電極12與其相關(guān)聯(lián)的放大器18分開超過預(yù)訂距離，例如大約ail時(shí)，系統(tǒng)10包括防護(hù)特征40。該防護(hù)特征 40是將電極12連接到其相關(guān)聯(lián)的放大器18的電纜的屏蔽器，如下文詳述。在DC耦合的情況下，耦合阻抗16是保護(hù)電阻，而在AC耦合的情況下，耦合阻抗16 是保護(hù)電容。在AC耦合情況下，可包括偏置電容性阻抗，該偏置阻抗的一端連接到預(yù)放大器對，而另一端連接到信號接地48。根據(jù)以下公式計(jì)算保護(hù)電阻的值i = -^xl0"9
200 其中η是用于多通道系統(tǒng)的系統(tǒng)10中連接的電極引線的數(shù)量，Vs是來自電源22 的電壓電源值。根據(jù)希望的帶寬，耦合電容的值必須不超過大約15nF，且必須具有阻值大于 100GΩ的并聯(lián)寄生電阻。偏置電容性阻抗的值必須不超過大約15nF，且具有阻值大于 100GΩ的并聯(lián)寄生電阻。通常，由耦合阻抗和偏置阻抗構(gòu)成的系統(tǒng)的帶寬必須至少與放大器18的帶寬相同。通過電容的耦合將系統(tǒng)10轉(zhuǎn)換為能夠以非接觸式方式使用。換言之， 電極12無需直接施加到對象的身體14的皮膚上，而是可與對象的身體14的皮膚保持間隔
7關(guān)系或松散接觸，但仍然能夠從身體14獲取信號。此外，使用電容(在傳導(dǎo)部件之間具有絕緣材料)確保放大器18和對象的身體14之間沒有物理接觸。放大器18可采用多種形式，如下文詳述。然而，每個(gè)放大器18具有預(yù)放大器M，其基于能夠從伯爾-布朗德州儀器(Burr-Brown Tl)獲得的芯片INA 116(及其任意變型)。屏蔽器20為在預(yù)放大器芯片M周圍建立的具體的印刷電路板布局18，以及到與該放大器18相關(guān)聯(lián)的電極12的具體連線，以最小化噪聲。電源22是向放大器18提供處于電壓電源值的中點(diǎn)的接地參考信號的電路，其獨(dú)立于電壓電源的值。耦合電路沈是將預(yù)放大器級M耦合到低通濾波器級觀的阻抗。在DC耦合的情況下，耦合電路是電阻。在AC耦合的情況下，耦合電路是具有需要的帶寬的高通濾波器。低通濾波器級觀是第二信號增益級，并提供低通濾波特征，即其為有源低通濾波器。在優(yōu)選的實(shí)施例中，低通濾波器是可從Burr-Brown TI獲得的0PA2336 (及其所有變型)芯片的形式，用于高達(dá)大約6伏特的低通電壓電源應(yīng)用。同樣可從Burr-Brown TI獲得的Burr-Brown TI芯片0PAM77 (及其所有變型)可用于高達(dá)36伏特的高電壓應(yīng)用。在采用有源引線防護(hù)特征40的情況下，采用OPA 124(及其所有變型)Burr-Brown TI芯片。 在所有應(yīng)用中，采用有源低通濾波和無源高通濾波。接地抑制電路32包括接地電路34，其為驅(qū)動(dòng)到對象的反饋電極38的電路。該接地電路為電壓跟隨器電路，如下文參考附圖4詳述，且同樣采用Burr-Brown TI的0PA2336 芯片。電路34通過耦合阻抗36連接到用于RLD接地的接地電極38?，F(xiàn)在參考附圖2-5，更詳細(xì)的描述了放大器18的各個(gè)實(shí)施例。附圖2顯示了放大器18的第一實(shí)施例。放大器18包括具有正相輸入端42和反相輸入端44的預(yù)放大器M。通過構(gòu)成系統(tǒng)10的屏蔽器20的一部分的屏蔽器46屏蔽輸入端42和44。屏蔽輸入端42的屏蔽器46獨(dú)立于屏蔽輸入端44的屏蔽器46。然而可以這樣實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)10，即需要連接輸入端42和44的屏蔽器46從而建立單個(gè)屏蔽器配置。屏蔽器 46包括印刷電路板上的銅跡線，預(yù)放大器M的部件安裝在該印刷電路板上。從一對電極12接收的信號通過耦合阻抗16饋送到預(yù)放大器M。每個(gè)電極12的屏蔽器連接到預(yù)放大器M的每個(gè)相關(guān)的輸入端42、44的屏蔽器46，電極12的屏蔽器構(gòu)成了系統(tǒng)10的屏蔽器20的一部分。來自預(yù)放大器M的輸出信號通過高通濾波器沈交流耦合到第二增益/低通濾波器級觀。采用需要的電壓的Burr-Brown IT芯片實(shí)現(xiàn)低通濾波器級觀。對于大約3V到6V 之間的電源電壓，采用0PA2336(及其所有變型)芯片。對于高于6V及高達(dá)36V的電源電壓，采用0PAM77 (及其所有變型)芯片，對于低于3V的電源電壓，采用0PA333 (及其所有變型)芯片。在雙電壓電源供電的情況下，信號接地48連接到電源22的電壓電源接地，以建立中間接地點(diǎn)。電源22布置在印刷電路板之外，并且在多通道系統(tǒng)10的情況下，電源22對于所有通道是公共的。在該實(shí)施例中，來自每個(gè)屏蔽器46的信號通過耦合阻抗49，以與到耦合阻抗16相同的值，其中該耦合阻抗16連接到預(yù)放大器M的輸入端42、44，饋送到加法器電路50的正向輸入端。加法器電路50采用電壓電源自舉技術(shù)驅(qū)動(dòng)信號接地48。
如上文所示，系統(tǒng)10不需要任何附加的接地電極。由信號接地48提供接地或參考電極電壓值作為預(yù)放大器M的參考。然而，可將附加參考電極(沒有示出)通過耦合阻抗36連接到加法器電路50?？赏ㄟ^撥動(dòng)開關(guān)(沒有示出)來使能該附加參考電極的連接。 該附加參考電極用于需要改善系統(tǒng)10的信噪比的情況，例如系統(tǒng)10用于嘈雜環(huán)境中?，F(xiàn)在參考附圖3，顯示了放大器18的第二實(shí)施例。參考附圖2，除非另有說明，相同的附圖標(biāo)記指代相同的部分。在該實(shí)施例中，通過系統(tǒng)10的有源引線防護(hù)40屏蔽到低通濾波器級28的輸入端。進(jìn)一步地，在該實(shí)施例中，通過構(gòu)成電源22的補(bǔ)償電阻分壓器獲得信號接地。在單個(gè)電壓電源情況下，分壓器建立中間接地點(diǎn)，而在雙電源情況下，該中間電壓值可連接到獲得的虛接地點(diǎn)。來自每個(gè)屏蔽器46的信號通過具有與耦合阻抗16相同的值的耦合阻抗49饋送。 來自屏蔽器46的信號在虛接地點(diǎn)相加。同樣地，該放大器18也不需要采用任何附加接地電極，但是可選地，附加接地電極可通過耦合阻抗36連接到該相加點(diǎn)。這可通過撥動(dòng)開關(guān)(沒有顯示)來實(shí)現(xiàn)。以Burr-Brown TI OPA 124(及其所有變型)芯片來實(shí)現(xiàn)低通濾波器級。參見附圖4，顯示了放大器18的另一實(shí)施例。同樣地，參考前面的附圖，若無特殊說明，相同的附圖標(biāo)記指代相同的部分。在該實(shí)施例中，通過構(gòu)成電源22的補(bǔ)償電阻分壓器獲得信號接地48以建立中間接地點(diǎn)。在雙電源的情況下，中間電壓值連接到虛接地點(diǎn)。通過電壓跟隨器電路52絕緣該中間接地點(diǎn)。對于小于6V的電源電壓，電壓跟隨器電路由Burr-Brown IT 0PA2336(及其所有變型)芯片實(shí)現(xiàn)，對于高于6V以及高達(dá)36V的電源電壓，電壓跟隨器電路由Burr-Brown IT 0PA2477(及其所有變型)芯片實(shí)現(xiàn)，或者對于小于3V的電源電壓，電壓跟隨器電路由 Burr-Brown IT 0PA333 (及其所有變型)芯片實(shí)現(xiàn)。上文所述的電壓跟隨器電路52構(gòu)成 RLD接地電路32的電路34的一部分。跟隨器電路52用于驅(qū)動(dòng)連接到耦合阻抗36的RLD 接地電極38。同樣地，可選擇采用附加的接地電極，并在系統(tǒng)用于嘈雜環(huán)境時(shí)采用。在附圖5中，顯示了放大器18的另一實(shí)施例，同樣地，參考前面的附圖，若無特殊說明，相同的附圖標(biāo)記指代相同的部分。該實(shí)施例與上述參考圖3所述的實(shí)施例相似，除了來自屏蔽器46的信號沒有連接到信號接地48。在附圖6中，描述了多通道的實(shí)施方式，僅顯示系統(tǒng)10的一部分。在該實(shí)施例中， 每個(gè)放大器18的預(yù)放大器M互聯(lián)，且均以公共的參考電極為參考。更具體地，如圖所示，第一預(yù)放大器M的反向輸入端44的屏蔽器46構(gòu)成了公共參考電極，且提供輸入信號至第二預(yù)放大器M的反相輸入端44。來自第二預(yù)放大器M的反相輸入端44的屏蔽器46的信號用作到第三預(yù)放大器M的反相輸入端44的輸入信號。 在具有3個(gè)以上級的多通道系統(tǒng)中，重復(fù)該連接圖形。還應(yīng)注意，可采用每個(gè)預(yù)放大器M 的正相輸入端42，而不采用其反相輸入端44。在這種情況下，與正相輸入端42相關(guān)聯(lián)的屏蔽器46可構(gòu)成公共參考電極，并向第二預(yù)放大器M等的正相輸入端42提供輸入信號。在圖17中顯示了多通道系統(tǒng)10的預(yù)放大器級的另一實(shí)施例。參考圖6，若無特殊說明，相同的附圖標(biāo)記指代相同的部分。在該實(shí)施例中，第一預(yù)放大器M的反相輸入端44
9的屏蔽器46構(gòu)成公共參考電極，并提供輸入至第二及隨后的預(yù)放大器M的每一個(gè)的反相輸入端44?，F(xiàn)在參考附圖7-11，其中描述了用于系統(tǒng)10的電極12的第一實(shí)施例。電極12包括傳導(dǎo)元件M。該傳導(dǎo)元件M是金屬板，或由傳導(dǎo)彈性材料構(gòu)成，例如傳導(dǎo)硅樹脂。在金屬板情況下，金屬可從以下構(gòu)成的組群中選擇銀、金或各種鍍銀板或鍍金板。由承載器56承載傳導(dǎo)元件54。該承載器56由絕緣材料構(gòu)成，更具體地，由例如天然或人造橡膠的絕緣彈性材料構(gòu)成。電極12進(jìn)一步包括屏蔽元件58。如在附圖9和11更詳細(xì)描述的，該屏蔽元件58 嵌入承載器56中。屏蔽板58構(gòu)成系統(tǒng)10的屏蔽器20的一部分。屏蔽板58與傳導(dǎo)元件M 分開，從而在傳導(dǎo)元件討和屏蔽元件58之間建立足夠高的阻抗。通常，該阻抗是20MQ/2pF
量級或更高。應(yīng)注意，電極12是無源的，且其中不攜帶電子部件，所有部件安置在放大器18自身之中。電極12通過電纜60連接到其相關(guān)聯(lián)的放大器18的預(yù)放大器M的輸入端。電極 12和電纜60共同構(gòu)成了電極組件61。電纜60是不銹鋼雙絞線62。雙絞線62的一個(gè)導(dǎo)體64連接到傳導(dǎo)元件M，雙絞線62的另一導(dǎo)體66連接到屏蔽元件58。其中電極組件61用于非常嘈雜的環(huán)境，或用于距離超過約ail時(shí)，電纜60是具有外部遮蔽物68的屏蔽電纜。外部遮蔽物68用于連接到放大器18的信號接地48。電纜60的導(dǎo)體64連接到預(yù)放大器M的輸入端42、44其中之一?；蛘咴谕S電纜的情況下，導(dǎo)體66，即同軸電纜的主遮蔽物連接到預(yù)放大器M的相關(guān)屏蔽器46。下面參考附圖12-15，顯示了電極組件61的電極12的第二實(shí)施例。參考附圖 7-11，若無特殊說明，相同的附圖標(biāo)記指代相同的部分。電極12的該實(shí)施例特別用于多毛的個(gè)體，或個(gè)體的頭部，其中需要穿透覆蓋對象的身體14的皮膚的毛發(fā)。在該實(shí)施例中，傳導(dǎo)元件M是球形元件，同樣地，該傳導(dǎo)元件由金屬或傳導(dǎo)硅樹脂構(gòu)成。該傳導(dǎo)元件M部分地嵌入絕緣承載器56，從而其大約一半突出承載器56的表面 70之外，如附圖14所示。屏蔽元件58是半球形，并嵌入承載器56以部分地圍繞傳導(dǎo)元件M。如附圖15所示，同樣地，電纜60是雙絞線62，具有連接到預(yù)放大器M的正相輸入端42的有源導(dǎo)體64，和連接到預(yù)放大器M的反相輸入端44的導(dǎo)體66。在附圖16中，顯示了電極組件61的又一實(shí)施例。在該實(shí)施例中，為了清楚而省略了絕緣承載器。傳導(dǎo)元件M是格或網(wǎng)形式，且相對于屏蔽元件58呈間隔關(guān)系支撐。電纜 60包括雙絞線62，其具有連接到傳導(dǎo)元件M的導(dǎo)體64，和連接到屏蔽元件58的次級導(dǎo)體 66。電極組件61的該實(shí)施例特別用于穿在用戶的衣服里，或相對于對象的身體14呈間隔關(guān)系安置。附圖18顯示了連接到數(shù)據(jù)通信級72的系統(tǒng)10。該數(shù)據(jù)通信級包括數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信模塊74。因?yàn)閿?shù)據(jù)通信模塊74是數(shù)字的，首先利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器76將來自系統(tǒng)10的輸出端30的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。該轉(zhuǎn)換器76包括模擬的多路器電路、采樣保持電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。該數(shù)據(jù)通信模塊74是任何適當(dāng)?shù)钠骷鏤SB通信器件、串聯(lián)通信通道、無線通信通道(例如藍(lán)牙)等等。通過集成在數(shù)據(jù)通信模塊74中的微控制器芯片(沒有顯示)控制來自數(shù)據(jù)通信模塊74的數(shù)據(jù)流。電源22為數(shù)據(jù)通信級72的部件供電。附圖19顯示了連接到數(shù)據(jù)存儲級78的系統(tǒng)。在該實(shí)施例中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器76的輸出端連接到包含可移動(dòng)數(shù)字大容量存儲媒介82的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲模塊80。該數(shù)據(jù)存儲模塊 80包括用于控制數(shù)據(jù)流的微控制器(沒有顯示)。同樣地，電源22為數(shù)據(jù)存儲級78的部件供電?，F(xiàn)在參考附圖20，顯示了電源22的框圖。電源22包括外部電源82和/或內(nèi)部電源84，例如電池組。外部電源的示例包括USB、固件、總線電源線、或任何其他合適的外部直流電源輸入。電源82、84連接到DC-DC轉(zhuǎn)換模塊86。該模塊86產(chǎn)生需要的電壓和電流值。 電源82、84通過醫(yī)學(xué)上許可的絕緣緩沖器，例如4000Vms緩沖器連接到轉(zhuǎn)換模塊86。電源 22的接地通過耦合模塊90與信號接地48耦合，以獲得需要的功率輸出92。在應(yīng)用中，系統(tǒng)10負(fù)責(zé)感測電生理信號，例如實(shí)施ECG、EEG或EMG時(shí)所產(chǎn)生的電生理信號。因此電極12安裝在位于被檢查的對象的身體14上或其附近的希望的位置上。 電極12通過其電纜60連接到其相關(guān)聯(lián)的放大器18。因?yàn)槊總€(gè)電極12內(nèi)沒有電子部件， 因此電極要輕得多。由于電極12的互聯(lián)，如上文參考附圖6和17所描述的，在多通道配置中可采用多個(gè)電極而不會有信號衰落。此外，由于放大器18的高輸入阻抗，排除了對用于保持電極12的傳導(dǎo)元件M和對象的身體14之間的傳導(dǎo)接觸的傳導(dǎo)凝膠體或糊劑的需要。 因此，由電極12發(fā)送的信號被饋送到放大器18用于信號處理。使用信號接地48排除了對分開的接地電極的需要。然而，如上文所述，當(dāng)需要改善系統(tǒng)10的信噪比時(shí)，可通過耦合阻抗36連接可選的參考電極。因此本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是提供了系統(tǒng)10，該系統(tǒng)不需要使用傳導(dǎo)凝膠體或糊劑來保持電極12和對象的身體14之間的電通信。此外，由于電極12不載有電子部件，避免了在對象的身體附近存在導(dǎo)電部件相關(guān)聯(lián)的危險(xiǎn)。由于系統(tǒng)10的放大器18的高輸入阻抗，可以實(shí)現(xiàn)非接觸式系統(tǒng)10。本發(fā)明的實(shí)施例的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是避免了對分開的參考或接地電極的需要，而是在希望的時(shí)候提供參考或接地電極從而為系統(tǒng)10提供改善的信噪比。因此本發(fā)明的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是提供了一種緊湊、易于操作的系統(tǒng)10，該系統(tǒng)不需要像現(xiàn)有方法那樣嚴(yán)格地準(zhǔn)備將電極安裝到適當(dāng)位置。這使得系統(tǒng)可用于難于準(zhǔn)備對象的身體的應(yīng)用，例如對家畜或牲畜進(jìn)行測量的情況。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可對本發(fā)明進(jìn)行各種變型和/或修改，如特定實(shí)施例所示，而不會背離本發(fā)明廣泛描述的范圍。因此上述實(shí)施例就各方面而言應(yīng)理解為描述性的而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種用于感測電生理信號的系統(tǒng)的電極，所述電極包括承載器；安裝在所述承載器上的傳導(dǎo)元件；以及由所述承載器承載的并布置為相對于所述傳導(dǎo)元件呈間隔關(guān)系的屏蔽元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極，其中所述承載器由絕緣材料構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極，其中所述絕緣材料是非傳導(dǎo)彈性材料。
4.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電極，其中所述傳導(dǎo)元件是金屬元件和傳導(dǎo)彈性體的至少其中之一。
5.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電極，其中所述屏蔽元件的形狀與其相關(guān)聯(lián)的傳導(dǎo)元件互補(bǔ)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極，其中所述屏蔽元件通過所述承載器保持為與所述傳導(dǎo)元件的外圍或表面的至少一部分成間隔、平行關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電極，其中所述屏蔽元件是傳導(dǎo)板，該傳導(dǎo)板成形為補(bǔ)充所述傳導(dǎo)元件的外圍或表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電極，其中所述屏蔽元件和所述傳導(dǎo)元件之間的間隔在所述屏蔽元件和所述傳導(dǎo)元件之間建立了適當(dāng)?shù)淖杩埂?br> 9.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電極，包括覆蓋部分，至少所述屏蔽元件嵌入在所述覆蓋部分中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電極，其中所述覆蓋部分與承載器的材料相同，并環(huán)繞和包覆所述屏蔽元件和至少部分所述承載器。
11.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電極，所述電極為無源器件。
12.一種電極組件，該電極組件包括上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電極；以及用于將所述電極的所述傳導(dǎo)元件和所述屏蔽元件連接到電子器件的電纜。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的組件，其中所述電纜是雙絞線和同軸電纜的其中之一。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的組件，其中所述電纜是被屏蔽的。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的組件，其中所述電纜包括至少一個(gè)有源導(dǎo)體和至少一個(gè)次級導(dǎo)體，所述至少一個(gè)有源導(dǎo)體將所述電極的所述傳導(dǎo)元件連接到所述電子器件的輸入端，而所述至少一個(gè)次級導(dǎo)體將所述電極的所述屏蔽元件連接到與所述電子器件相關(guān)聯(lián)的屏蔽器。
16.一種感測電生理信號的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有屏蔽器的至少一個(gè)電極；用于放大接收自所述至少一個(gè)電極的信號的至少一個(gè)放大器，所述放大器具有屏蔽的輸入端，且所述電極的所述屏蔽器連接到所述至少一個(gè)放大器的所述屏蔽的輸入端；以及用于為所述至少一個(gè)放大器供電的電源，從所述電源發(fā)出的參考電壓被用作所述至少一個(gè)電極的參考信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電極的所述屏蔽器也連接到所述電源以提供所述參考電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)電極是無源電極。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中當(dāng)所述至少一個(gè)電極和所述至少一個(gè)放大器之間的距離超過例如約2米的預(yù)定距離時(shí)，或當(dāng)所述系統(tǒng)用于嘈雜環(huán)境時(shí)，所述電纜也是被屏蔽的。
20.根據(jù)權(quán)利要求16到19的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述放大器或每個(gè)放大器是高輸入阻抗放大器。
21.根據(jù)權(quán)利要求16到20中的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)放大器包括預(yù)放大器級。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)放大器級的輸入端被屏蔽。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)放大器級的輸出端耦合到第二增益級。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述系統(tǒng)，在交流情況下，通過高通濾波器實(shí)現(xiàn)所述耦合，在直流情況下，通過電導(dǎo)實(shí)現(xiàn)所述耦合。
25.根據(jù)權(quán)利要求21到24中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是多通道系統(tǒng)，包括多個(gè)電極和多個(gè)放大器，每個(gè)電極如權(quán)利要求1到11中任意一項(xiàng)所述，且每個(gè)電極通過電纜連接到其相關(guān)聯(lián)的放大器。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中放大器的預(yù)放大器級被連接到一起，從而在前的預(yù)放大器的反相輸入端的屏蔽連接構(gòu)成了公共參考電極信號，并連接到在后的預(yù)放大器的反向輸入端。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中所述放大器的預(yù)放大器級被連接在一起，從而第一預(yù)放大器的反相輸入端的屏蔽連接構(gòu)成了公共參考電極信號，并連接到每個(gè)隨后的預(yù)放大器的反相輸入端。
28.根據(jù)權(quán)利要求16到27中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述電源連接到具有中間接地點(diǎn)的補(bǔ)償分壓器。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的系統(tǒng)，其中來自所述電極的接地信號通過保護(hù)阻抗耦合到所述電源的所述中間接地點(diǎn)。
30.根據(jù)權(quán)利要求16到觀中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中附加參考或接地電極被連接到所述至少一個(gè)放大器。
31.根據(jù)上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述電源安裝在安置所述至少一個(gè)放大器的電路板之外。
32.根據(jù)權(quán)利要求16到31的任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中數(shù)字轉(zhuǎn)換級被連接到所述至少一個(gè)放大器的輸出端，用于將從所述放大器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)通信級和數(shù)據(jù)存儲級的至少其中之一被連接到所述數(shù)字轉(zhuǎn)換級的輸出端。
全文摘要
一種感測電生理信號的系統(tǒng)(10)，該系統(tǒng)包括多個(gè)屏蔽的電極(12)。所述電極(12)連接到用于放大接收自每個(gè)電極(12)的信號的放大器(18)，所述放大器具有屏蔽的輸入端，且所述電極(12)的屏蔽器連接到所述放大器(18)的所述屏蔽的輸入端。電源(22)為所述放大器(18)供電，從所述電源(22)發(fā)出的參考電壓被用作所述電極(12)的參考電壓。
文檔編號A61B5/048GK102164539SQ200980126226
公開日2011年8月24日 申請日期2009年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月7日
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