專利名稱：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)根據(jù)35U. S. C. § 119要求于2010年2月I日提交的發(fā)明名稱為“Two-wristdata-gathering system”、序列號(hào)為61/300，435的美國(guó)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，以及于2010年8月31日提交的發(fā)明名稱為“Data Gathering System”、序列號(hào)為61/378，878的美國(guó)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。上述每個(gè)申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。
背景技術(shù)：
例如EKG信號(hào)、電導(dǎo)通信、RF信號(hào)等的一些電磁通信是極難檢測(cè)和采集的，除非借助于不方便或者笨重的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來進(jìn)行。一般的環(huán)境條件可能對(duì)正處于研究中的EM頻譜的任何部分產(chǎn)生噪聲。理想EM信號(hào)的源(例如，活受試者體內(nèi)的設(shè)備)可能被受試者體內(nèi)自然產(chǎn)生的信號(hào)覆蓋或者幾乎被覆蓋。數(shù)據(jù)采集設(shè)備可能包括發(fā)射信號(hào)的微控制器和其他電子元件，這些信號(hào)進(jìn)一步降低了數(shù)據(jù)采集的信噪比。 可能更微小但也非常重要的是寄生電容，無論絕對(duì)數(shù)值有多小也能夠吸走所關(guān)注頻帶下的電磁能量。寄生電容的源可以包括感測(cè)電極對(duì)的相對(duì)位置、任何單個(gè)電極相對(duì)于包括有接地平面的電路板的相對(duì)位置、以及任何單個(gè)電極相對(duì)于諸如電池組或者電源電池的大個(gè)金屬或者導(dǎo)體的相對(duì)位置?；钍茉囌唧w內(nèi)可以發(fā)射所關(guān)注信號(hào)的設(shè)備的一個(gè)實(shí)例為可攝取事件標(biāo)記器(“IEM”)，其在發(fā)明名稱為“Ingestible event marker systems”的美國(guó)專利公開 2010-0185055、發(fā)明名稱為 “Communication system with partial powersource” 的美國(guó)專利公開 20100081894、發(fā)明名稱為 “In-body device having amulti-directional transmitter ^ 的美國(guó)專利公開 20100022836、發(fā)明名稱為 “multi-modecommunicationingestible event markers and systems,and methods of usingsame” 的美國(guó)專利公開 20090256702、發(fā)明名稱為“Transbody communication systemsemp loyingcommuni cat ions channels” 的第 20090135886 號(hào)美國(guó)專利公開、發(fā)明名稱為“ In-bodydevice with virtual dipole signal amplification”的第 20090082645 號(hào)美國(guó)專利公開、發(fā)明名稱為 “Body-Associated Receiver and Method” 的第 20100312188 號(hào)美國(guó)專利公開中有所描述，這些申請(qǐng)中的每個(gè)以引用的方式并入本文。這種IEM在可用的電力量以及在可將發(fā)射器耦合至附近傳輸媒介的天線的尺寸上必然極為有限。發(fā)射的信號(hào)因此并不比典型的周圍環(huán)境噪聲源強(qiáng)多少。迄今為止，這類IEM信號(hào)的檢測(cè)需要使用貼片，所述貼片具有與大的粘合繃帶相似的形狀因數(shù)，所述貼片被貼附到受試者的腹部以便在IEM發(fā)射信號(hào)時(shí)在IEM附近。所述貼片具有潛在的缺點(diǎn)，其中包括由于粘合劑附接而刺激表皮的風(fēng)險(xiǎn)、可能對(duì)自由運(yùn)動(dòng)的干擾、以及可能視覺上不美觀。圖2中示出可能嘗試的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)施例。在這樣的系統(tǒng)201中，目的是獲得在(a)諸如受試者的組織的表面102與(b) “空氣”或者一般環(huán)境區(qū)(在圖2中位于除了組織和檢測(cè)系統(tǒng)之外的任何地方)之間可檢測(cè)的信號(hào)。由耦合至表面102的電極203和耦合至“空氣”的電極204來完成信號(hào)的獲得。電路板208承載電子電路207，并且與電池組或者電池(“電池組”)209連接。電子電路207連接至電極203、204。希望的是，電子設(shè)備207中的差分放大器可以采用兩個(gè)電極203、204中的每個(gè)作為其輸入，從而檢測(cè)所關(guān)注的信號(hào)。系統(tǒng)201可以干性耦合至組織(與剛才所述的粘合貼片不同)，以及可以方便地位于除了腹部之外的任何地方，例如，位于手鐲或者腕表帶中，只要可以證明在這樣的情況下可以成功地檢測(cè)所關(guān)注的信號(hào)即可。然而，經(jīng)驗(yàn)表明，在所關(guān)注的頻率(可能是千赫的幾十倍)處，存在于這種設(shè)備201中的寄生電容會(huì)造成任何檢測(cè)信號(hào)中大部分的損失。寄生電容可以方便地建模為存在于電極204與電路板208的接地平面之間、電極204與電池組209之間、電極203與電路板208的接地平面之間、以及電極203與電池組209之間。一些寄生電容也可能產(chǎn)生在電極203與電極204之間。經(jīng)驗(yàn)還表明，RFI (射頻干擾)可以由電子設(shè)備207發(fā)射然后由電極203、204獲得。設(shè)備201的理想小形狀因數(shù)將會(huì)避免對(duì)傳統(tǒng)鐵氧體扼流圈等的使用，不然所述扼流圈等可能是被用于試圖切斷RFI的耦合路徑中的一些。小形狀因數(shù)還利用極小的物理間隔來并置·電極和RFI源。有時(shí)試圖減少RFI的一個(gè)方法為“罐裝” RFI的源。在設(shè)備201中，這可以通過在電子電路207周圍放置具有選擇適當(dāng)?shù)慕饘倩蛘吆辖鸬慕饘僬謥硗瓿?。雖然所述方法確實(shí)可以減少RFI，但是其具有在電極203、204之間引入更大寄生電容的缺點(diǎn)。如果可以找到以比現(xiàn)有技術(shù)方法更能被受試者始終如一地接受的方式來可靠地檢測(cè)這類微弱電信號(hào)的方法將是非常理想的。如果可以找到一種方法，那么可以是對(duì)表皮的刺激更小、可以是對(duì)自由運(yùn)動(dòng)的干擾更少或者根本無干擾、以及可以是視覺上的美觀。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于采集數(shù)據(jù)的設(shè)備具有第一電極和第二電極。所述第一電極耦合至所關(guān)注的表面，所述第二電極耦合至“其他任何物體”或者“空氣”。第一電極通過有源驅(qū)動(dòng)器所驅(qū)動(dòng)的屏蔽物而與第二電極以及與大多數(shù)寄生電容源屏蔽，所述有源驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述屏蔽物以追蹤且理想地匹配電極的瞬時(shí)電勢(shì)。第二電極同樣地以相似方式與大多數(shù)寄生電容源屏蔽。這些屏蔽物以相同的方式有助于限制來自電子設(shè)備的RFI與電極中任何一個(gè)耦合的程度。以此方式，感測(cè)設(shè)備在所關(guān)注的頻帶處實(shí)現(xiàn)明顯更佳的信噪比。


圖I以截面視圖示出根據(jù)本發(fā)明的感測(cè)設(shè)備；圖2以截面視圖示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的可行的感測(cè)設(shè)備；以及圖3以功能框圖示出圖I的感測(cè)設(shè)備。還附上了本發(fā)明的電子電路107的示例性方面的示意圖。
具體實(shí)施例方式參考圖1，其以截面視圖示出了根據(jù)本發(fā)明的感測(cè)設(shè)備101。所述感測(cè)設(shè)備具有第一電極103和第二電極104。第一電極103稱合至所關(guān)注的表面102,所述表面102可以是活受試者的組織，第二電極104耦合至“其他任何物體”或者“空氣”。雖然主要是語義問題，但是可以選擇將第二電極104特征化為是耦合至“地”或者“空間地”的電極。第一電極103通過有源驅(qū)動(dòng)器(圖I為了清楚而將其省略)所驅(qū)動(dòng)的屏蔽物105而與第二電極104以及與大多數(shù)寄生源屏蔽，所述有源驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)屏蔽物105以追蹤并理想地匹配電極103的瞬時(shí)電勢(shì)。第二電極104同樣地以相似方式通過屏蔽物106與大多數(shù)寄生電容源屏蔽。這些屏蔽物105、106以同樣的方式有助于限制來自電子設(shè)備107的RFI與電極103、104中任何一個(gè)耦合的程度。以此方式，與現(xiàn)有技術(shù)的感測(cè)設(shè)備相比，感測(cè)設(shè)備101在所關(guān)注的頻帶處實(shí)現(xiàn)明顯更佳的信噪比。如果沒有屏蔽物105、106的屏蔽效果，電極103、104會(huì)與電池組109、與電路板108中的接地平面、以及相互之間電容性地寄生耦合。圖3以功能框圖示出圖I的感測(cè)設(shè)備101。電極/屏蔽物組件104/106經(jīng)由連接器301插入至電路板108。電極/屏蔽物組件103/105以相同的方式經(jīng)由連接器302插入至電路板108。在電極104處檢測(cè)到的信號(hào)在驅(qū)動(dòng)屏蔽物106的放大器304中放大。在電極103處檢測(cè)到的信號(hào)在驅(qū)動(dòng)屏蔽物105的放大器306中放大。在電極104處檢測(cè)到的信·號(hào)還在放大器303中放大,放大器303向差分放大器307提供兩個(gè)輸入中的一個(gè)。然后生成的信號(hào)(兩個(gè)電極處的瞬時(shí)電勢(shì)之間的差)可以通過帶通濾波器308被濾波，并且通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器309被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。應(yīng)當(dāng)明白，放大器304將需要被選擇為具有足以在所關(guān)注的頻帶處、優(yōu)選地在一些較高頻率處來驅(qū)動(dòng)屏蔽物106的頻率響應(yīng)?？紤]到屏蔽物106的物理尺寸和阻抗，放大器304還將需要被選擇為具有足夠的功率以將足夠的電荷泵送至和泵抽出屏蔽物106。放大器306相對(duì)于其相應(yīng)的屏蔽物105同理。在示例性方面，所關(guān)注的頻帶為54千赫茲加減5千赫茲。因此，帶通濾波器308被選擇為使這個(gè)頻帶通過。然而，認(rèn)為可以開發(fā)一些IEM發(fā)射處于兆赫茲或者更高赫茲的信號(hào)，在該情況下，數(shù)據(jù)采集設(shè)備101在這樣的頻帶處會(huì)理想地執(zhí)行其功能。其他的設(shè)備101可以使用大約20千赫茲的頻帶。應(yīng)當(dāng)明白，放大器303、305和307以及濾波器308和A/D轉(zhuǎn)換器309中的每個(gè)都需要具有足夠用于所關(guān)注的頻帶的頻率響應(yīng)。還應(yīng)當(dāng)明白，雖然圖3的電子電路被描繪成具有離散的組件，諸如單獨(dú)的運(yùn)算放大器303、304、305、306、307和作為離散組件的有源濾波器308，但是在不以任何方式脫離本發(fā)明的情況下也可以通過將圖3所示的組件中的一些或者大多數(shù)替換為具有足夠頻率響應(yīng)的數(shù)字信號(hào)處理器來得到本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。放大器304、306需要在所關(guān)注的頻率下具有高增益，并且需要具有低噪聲。在本驗(yàn)證了概念的方面，微控制器(圖3中為了清晰將其省略)接收作為數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在微控制器中(或者附接至微控制器的存儲(chǔ)器中)的信號(hào)，然后可以將所述數(shù)據(jù)傳送至設(shè)備101外部，例如傳送至通用計(jì)算機(jī)，該通用計(jì)算機(jī)執(zhí)行用于對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行分析的適當(dāng)軟件。電子電路107由小的“紐扣”電池或者電池組來供電。另一方法可以是例如經(jīng)由藍(lán)牙將數(shù)據(jù)無線地傳送至設(shè)備101外部的設(shè)備。這樣的設(shè)備可以是智能手機(jī)，其運(yùn)行合適的應(yīng)用程序以經(jīng)由藍(lán)牙接收數(shù)據(jù)，以及經(jīng)由GPRS或者其他手機(jī)數(shù)據(jù)協(xié)議將數(shù)據(jù)進(jìn)一步傳送至遠(yuǎn)程主機(jī)。在本驗(yàn)證了概念的方面，設(shè)備101為3平方厘米的平面方形設(shè)備。能夠提供可穿戴式腕表形狀因數(shù)，其僅略大于用于給設(shè)備101供電的紐扣電池。
期望的結(jié)果是從諸如腕部的單個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)獲得所關(guān)注的信號(hào)。耦合可以借助于非粘貼式干性電極，其與身體電容性耦合，或者在一些情況下與身體導(dǎo)電性耦合。從用戶的角度來看，這可以是腰部或者胸部周圍的彈性帶、或者彈性腕帶、或者項(xiàng)鏈形狀因數(shù)。電極103可以是黃金、或者鉬金、或者不銹鋼的。利用驅(qū)動(dòng)器304、306所驅(qū)動(dòng)的屏蔽物105、106而實(shí)現(xiàn)的有源屏蔽允許設(shè)備101獲得諸如IEM信號(hào)的信號(hào)，盡管設(shè)備101比現(xiàn)有技術(shù)的粘合繃帶型貼片更遠(yuǎn)離IEM且為非粘貼式。這使得用戶更加接受所述設(shè)備和IEM的系統(tǒng)。其他的屏蔽可以設(shè)置在電子電路107周圍，例如連接到電路板108內(nèi)的接地平面、或者例如連接到限定在由電池組所限定的軌道之間的電勢(shì)。應(yīng)當(dāng)明白，設(shè)備101可以成對(duì)地使用，每對(duì)在不同的位置接觸身體。兩個(gè)設(shè)備101每個(gè)都與“空間地”耦合，因此在某種程度上經(jīng)由電極104而相互耦合。然后成對(duì)的設(shè)備可以在類似“偶極子”接收器布置中從身體采集數(shù)據(jù)?！ぴ诓灰匀魏畏绞矫撾x本發(fā)明的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員將毫無困難地對(duì)本文提出的多個(gè)方面作出各種明顯的變動(dòng)和改進(jìn)，這些明顯的變動(dòng)和改進(jìn)意在由所附權(quán)利要求涵
至JHL ο
權(quán)利要求
1.一種用于采集數(shù)據(jù)的設(shè)備，所述設(shè)備包括 第一電極，所述電極的特征在于為非粘貼式，所述電極被設(shè)置為與表面電容性或者導(dǎo)電性稱合； 第二電極，所述電極的特征在于為非粘貼式，所述電極被設(shè)置為與相對(duì)于所述表面的區(qū)域電容性或者導(dǎo)電性耦合； 電子電路，其設(shè)置于所述第一電極和所述第二電極之間； 所述第一電極被位于所述第一電極和所述電子電路之間的屏蔽物屏蔽； 所述第二電極被位于所述第二電極和所述電子電路之間的屏蔽物屏蔽； 所述電子電路包括第一驅(qū)動(dòng)器，所述第一驅(qū)動(dòng)器接收存在于所述第一電極處的信號(hào)作為輸入，所述第一驅(qū)動(dòng)器具有與所述第一電極的屏蔽物稱合的輸出； 所述電子電路包括第二驅(qū)動(dòng)器，所述第二驅(qū)動(dòng)器接收存在于所述第二電極處的信號(hào)作為輸入，所述第二驅(qū)動(dòng)器具有與所述第二電極的屏蔽物耦合的輸出； 所述電子電路還包括差分放大器，所述差分放大器具有第一輸入和第二輸入，每個(gè)輸入連接至所述第一電極和所述第二電極中的相應(yīng)一個(gè)； 所述差分放大器具有輸出； 所述電子電路還包括用于將指示所述差分放大器的輸出的數(shù)據(jù)傳送至所述設(shè)備外部的設(shè)備的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述第一電極和所述第二電極基本上是平面的并且相互平行，電路板位于所述第一電極和第二電極之間并且與它們平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中用于將指示所述差分放大器的輸出的數(shù)據(jù)傳送至所述設(shè)備外部的設(shè)備的裝置包括連接器，所述連接器提供串行數(shù)據(jù)通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中用于將指示所述差分放大器的輸出的數(shù)據(jù)傳送至所述設(shè)備外部的設(shè)備的裝置包括藍(lán)牙鏈路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中所述差分放大器的輸出被帶通濾波為包括54千赫茲的頻帶。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其特征在于不由所述設(shè)備的外部供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，還包括包圍所述電子電路的屏蔽物。
8.一種用于檢測(cè)信號(hào)的方法，所述方法包括以下步驟 提供第一電極，所述電極特征在于為非粘貼式，所述電極與表面電容性或者導(dǎo)電性耦合； 提供第二電極，所述電極特征在于為非粘貼式，所述電極與相對(duì)于所述表面的區(qū)域電容性耦合； 在所述第一電極和電子電路之間提供第一屏蔽物； 在所述第二電極和所述電子電路之間提供第二屏蔽物； 驅(qū)動(dòng)所述第一屏蔽物以追蹤存在于所述第一電極處的信號(hào)； 驅(qū)動(dòng)所述第二屏蔽物以追蹤存在于所述第二電極處的信號(hào)； 獲得存在于所述第一電極處的信號(hào)和存在于所述第二電極處的信號(hào)之間的差；以及 將指示所述差的數(shù)據(jù)傳送至設(shè)備外部的設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中將指示所述差的數(shù)據(jù)傳送至設(shè)備外部的設(shè)備的步驟包括通過提供串行數(shù)據(jù)通道的連接器來傳送串行數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中將指示所述差的數(shù)據(jù)傳送至設(shè)備外部的設(shè)備的步驟包括通過藍(lán)牙鏈路傳送數(shù)據(jù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述表面為皮膚。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述皮膚在腕部。
全文摘要
一種用于采集數(shù)據(jù)的設(shè)備具有第一電極和第二電極。第一電極耦合至所關(guān)注的表面，第二電極耦合至“其他任何物體”或者“空氣”。第一電極通過有源驅(qū)動(dòng)器所驅(qū)動(dòng)的屏蔽物而與第二電極以及與大多數(shù)寄生電容源屏蔽，所述有源驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述屏蔽物以追蹤且理想地匹配電極的瞬時(shí)電勢(shì)。第二電極同樣地以相似方式與大多數(shù)寄生電容源屏蔽。這些屏蔽物以同樣的方式有助于限制來自電子設(shè)備的RFI與電極中任何一個(gè)耦合的程度。以此方式，感測(cè)設(shè)備在所關(guān)注的頻帶處實(shí)現(xiàn)明顯更佳的信噪比。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102946798SQ201180017400
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者馬克·茲德布利克, 詹姆斯·哈奇森, 勞倫斯·阿恩 申請(qǐng)人:普羅秋斯數(shù)字健康公司