[發明專利]一種可穿戴生物電信號共模干擾消除的裝置及方法

有效

• 申請號: 201710173494.7
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN108618751B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 張麗敏;唐躍;吳絨絨;胡佳偉;閆鋒
• 申請（專利權）人: 張麗敏
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李湘群

本發明提出了一種可穿戴生物電信號共模干擾消除的裝置及方法。該裝置包括電容C₁、電容C₂、電容C₃或電阻R₁與電阻R₂、電容C₄、電容C₅、高阻電路A、高阻電路B、共模信號獲取單元、共模信號處理單元和共模信號消除單元。本發明的顯著特征在于：通過兩條可選的共模信號獲取路徑，在可穿戴生物電檢測電路輸入端通過匹配來消除共模干擾，可有效解決右腿驅動方法中電極面積大，驅動電路易飽和等不足，且可以很好地解決輸入耦合電容差異引起的偽差模信號輸入影響生物電信號檢測問題。

技術領域

本發明涉及生物電信號共模干擾消除的裝置與方法，特別涉及一種可穿戴生物電信號共模干擾消除的裝置及方法。

背景技術

生物電(0.01Hz—200Hz，0.05mV—30mV)信號的檢測方式有接觸式和非接觸式兩大類，其中接觸式又分為濕性接觸和干性接觸?？纱┐魃镫娦盘柕臋z測方式主要為干性接觸和非接觸兩種，且兩種檢測方式都可以等效成電容耦合方式。其中，干性接觸式的輸入耦合電容為納法量級，非接觸式的輸入耦合電容為皮法量級。被測生物體受到電網形成的交流電場作用會在生物體體表產生交流電位，這個電位在體表各部分是相同的，是一個共模干擾。共模干擾大小通常能達到幾伏，遠大于待檢測的生物電信號毫伏或微伏幅度，這對生物電檢測電路和后端處理電路的共模抑制比提出了很高要求。

生物電信號一般以差分方式來檢測，生物電檢測電路中通常使用儀用放大器來降低共模干擾。儀用放大器對整個電路元器件的匹配度要求很高，通常能實現的共模抑制比有限，且只能對輸入端的共模干擾進行消除。在可穿戴生物電信號檢測中，尤其是以非接觸方式檢測生物電信號時，會不可避免地存在輸入耦合電容差異，此時，儀用放大器兩輸入端的原本共模干擾會變為偽差模信號，經儀用放大器后該信號依然存在，這將影響輸出端有用生物電信號檢測，此時采用提高電路共模抑制比的方法無法很好解決該問題。

在生物電檢測中，通常采用增加右腿驅動來進一步降低共模干擾。此種方式通過電阻網絡取出平均共模信號送入右腿驅動放大器，又通過右腿驅動電極將反相放大后的共模信號耦合到生物體體表，通過降低體表本身共模干擾大小來進一步降低檢測電路輸出端共模干擾。實際檢測中，尤其是非接觸生物電信號檢測中，因為共模干擾幅度很大，該方法通常需要較大的右腿驅動電極面積以及很高的放大器反饋增益才能有效的降低共模干擾。很大的反饋電極對于可穿戴生物電信號檢測應用是不利的，較大的增益容易引起驅動電路飽和，并且該方法無法很好地解決輸入耦合電容差異引起的偽差模信號輸入問題。

中國專利CN104720786A通過在每個生物電采集電路后設置工頻陷波器，同時通過右腿驅動電路以及將單端輸入信號轉換為差分輸出信號來降低共模干擾。中國專利CN101809863A通過模數轉換器將輸入端生物電模擬信號轉變為數字信號，提取其中的共模信號，再由數模轉換為模擬信號輸回輸入端。以上兩種技術通過多種方法并用可以減緩右腿驅動電路電極面積和驅動電路飽和問題，但依然無法很好地解決輸入耦合電容差異引起的偽差模信號輸入問題，且存在電路復雜，信號時延等不足。綜上所述，現有技術中常使用的右腿驅動方法存在電極面積大，驅動電路易飽和等不足，且無法很好地解決輸入耦合電容差異引起的偽差模信號輸入影響生物電信號檢測的問題。為此，需要一種可穿戴生物電信號共模干擾消除的新技術。

發明內容

為了克服上述現有技術中的不足，本發明提出一種在可穿戴生物電檢測電路輸入端通過匹配來消除共模干擾的裝置及方法。

為實現上述發明目的，本發明提出的技術方案為：