[發明專利]一種基于柔性非接觸電極的生理電信號檢測裝置

在審

• 申請號: 201711304307.0
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN107822619A
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 陳世雄;王興軍;韓德民;李彥如;馮發潤;于濤;李慶;錢海榕;錢海萍
• 申請（專利權）人: 東莞見達信息技術有限公司
• 主分類號: A61B5/04
• 分類號: A61B5/04;A61B5/0408;A61B5/0478;A61B5/00
• 代理公司: 深圳市行一知識產權代理事務所(特殊普通合伙)44453
• 代理人: 楊賢

技術領域

本發明屬于生理電信號檢測領域，具體涉及一種基于柔性非接觸電極的生理電信號檢測裝置。

背景技術

可穿戴式健康監測系統是利用穿戴式生物傳感器采集人體運動與生理參數，來實現對穿戴者運動與健康管理。心電(Electrocardiogram，ECG)和腦電(Electroencephalogram，EEG)是診斷人體疾病和監測人體健康狀況的關鍵生理指標。盡管無線技術和電子器件小型化已經取得長足進步，然而ECG和EEG在可穿戴健康監測系統上的應用和推廣仍然在很大程度上受到傳統電極缺點的限制。傳統的ECG和EEG測量普遍需要使用導電膏，以減小電極與皮膚的接觸電阻。這種濕電極最大的缺點在于，導電膏在一定時間內易干掉，這顯然不利于心電和腦電信號的長期監測。同時，導電膏的使用通常會給病人的皮膚帶來刺激性而產生不舒適的感覺，因而病人的接受度較低。作為一種改進，干電極通過金屬電極與皮膚之間的直接接觸拾取人體的生理電信號，從而避免了導電膏的使用。然而干電極對皮膚的電導狀況要求更高，并且對病人肢體運動和電極移動等偽影十分敏感。綜上所述，傳統的濕電極和干電極技術都無法滿足可穿戴健康監測系統的各種需求。

非接觸式電極基于電容耦合原理，無需電極與人體直接接觸，無須涂抹導電膏，能夠間隔一定的距離和絕緣材料而準確測得人體生理信號，因此非接觸電極可以克服傳統濕電極和干電極的局限性，在移動心電監測領域具有廣泛的應用前景。非接觸式電極具有以下優點，首先，非接觸式電極測量前無需準備；其次，對受試者的皮膚狀態無任何要求，無需裸露皮膚，操作簡便，即使穿著衣服也可以隨時隨地進行可靠的表面生理信號的測量，消除了皮膚過敏的可能性；再者，非接觸電極測試負荷較低，檢測過程將受試者的不適感降到最低，并且可避免電極極化現象，可滿足長時間心電信號檢測的需求。同時，現有的主動電極或非接觸電極方案中，電極背面毫無例外都是包含芯片的，芯片本身具有一定的厚度與硬度，這樣的電極佩戴起來舒適性較差，不利于長期監測。鑒于此，需要一種佩戴舒適、干擾小、結構簡單的非接觸電極。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了佩戴舒適、屏蔽性好、抗干擾性強、電路結構簡單、精確度高、成本低的基于柔性非接觸電極的生理電信號檢測裝置。

本發明所述的基于柔性非接觸電極的生理電信號檢測裝置，其特征在于所述裝置包括：

柔性非接觸電極、屏蔽線、信號采集模塊，其中信號采集模塊包括阻抗匹配單元、抗混疊濾波單元和模數轉換單元；

其中，所述柔性非接觸電極與所述屏蔽線的一端連接，所述屏蔽線的另一端與所述阻抗匹配單元的輸入端連接，所述阻抗匹配單元的輸出端與所述抗混疊濾波單元的輸入端連接，所述抗混疊濾波單元的輸出端與所述模數轉換單元連接；

其中，

柔性非接觸電極，用于利用所述柔性非接觸電極與人體皮膚形成的耦合電容來檢測人體體表的電位變化，并將檢測到的電位變化信號傳輸給所述屏蔽線；

屏蔽線，用于將從柔性非接觸電極接收的所述電位變化信號傳輸到所述阻抗匹配單元的輸入端，并在傳輸的過程中對所述電位變化信號進行電磁干擾屏蔽，可以為任何形式的屏蔽線(比如金屬網屏蔽線或雙絞線)；

阻抗匹配單元，用于將從所述屏蔽線接收的所述電位變化信號進行信號放大處理，得到放大后的電位變化信號，并將所述放大后的電位變化信號傳輸給所述抗混疊濾波單元；

抗混疊濾波單元，用于將從所述阻抗匹配單元接收的所述放大后的電位變化信號進行濾波處理，得到放大且濾波后的電位變化信號，并將所述放大且濾波后的電位變化信號傳輸給所述模數轉換單元；

模數轉換單元，用于將從所述抗混疊濾波單元接收的所述放大且濾波后的電位變化信號進行模數轉換處理，得到人體的生理電信號。

優選的，所述柔性非接觸電極由兩層FPC柔性電路板組成，所述柔性非接觸電極的正面層由FPC柔性電極片與環形屏蔽圈構成，所述柔性非接觸電極的背面層為屏蔽層，所述背面層包含兩個焊盤，所述兩個焊盤分別為對應電極信號的第一焊盤和對應屏蔽信號的第二焊盤。

優選的，所述柔性非接觸電極正面層的所述環形屏蔽圈與所述柔性非接觸電極的背面層由多個排列均勻的過孔相連。

優選的，所述柔性非接觸電極為圓角矩形。

優選的，所述屏蔽線為電磁屏蔽線，所述屏蔽線包括四層，從內到外分別為芯線、介電絕緣層、金屬屏蔽線、塑料保護套，其中所述芯線連接所述柔性非接觸電極背面層的第一焊盤，所述金屬屏蔽線連接所述柔性非接觸電極背面層的第二焊盤。