[發(fā)明專利]多模生理信號傳感器接口芯片及檢測儀、腦狀態(tài)監(jiān)測儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110323047.1
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113040777B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薛寧;尤昌華;劉春秀;尹思遠(yuǎn);姚盼
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院
• 主分類號: A61B5/30
• 分類號: A61B5/30;A61B5/308;A61B5/31;A61B5/313;A61B5/1455;A61B5/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

本公開提供一種多模生理信號傳感器接口芯片，包括：生物電信號采集前端，能夠采集多種生物電信號；LED驅(qū)動電路，用于產(chǎn)生驅(qū)動不同的LED發(fā)出不同波長的光信號的驅(qū)動電流或用于電刺激的微電流；以及光電流處理模擬前端，外接光學(xué)傳感器，用于根據(jù)所述不同波長的光信號的變化處理為電信號。本公開同時還提供一種基于上述多模生理信號傳感器接口芯片的頭箍式腦狀態(tài)監(jiān)測儀和一種基于上述多模生理信號傳感器接口芯片的手環(huán)式生命體征檢測儀。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多模生理信號傳感器接口芯片及檢測儀、腦狀態(tài)監(jiān)測儀。

背景技術(shù)

人體生理信號種類繁多，主要包括有脈搏、呼吸、血壓、體溫、血氧飽和度、心電、腦電、肌電、胃電等等，人體不同的生理信號，能反映相應(yīng)部位的身體變化，通過現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，利用有創(chuàng)或無創(chuàng)的方法獲得各類信號，加以分析、綜合和研究，服務(wù)于臨床，可作為臨床診斷的重要依據(jù)。心電信號(Electrocardiogram，ECG)、脈搏波信號(Pulse?wave)能反映人體心臟器官和血液循環(huán)系統(tǒng)的生理變化；頭皮腦電圖(Electroencephalogram，EEG)、皮層腦電圖(Electrocorticogram，ECoG)和神經(jīng)電圖(Electroneurographic，ENG)是幾種比較成熟的測量大腦神經(jīng)電活動的技術(shù)；功能性近紅外光譜(NIRS)可測量腦區(qū)活動時局部腦組織氧飽和度和血容量的變化，結(jié)合腦電圖分析，從時空兩種維度上，提供多種不同的腦電活動和血流動力學(xué)信號。

隨著傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，采用便攜式、可穿戴和網(wǎng)絡(luò)化的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行疾病的早期監(jiān)測、診斷和治療的需求在不斷增長，而在此類移動健康監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用中，這些設(shè)備通常在比較不利的采集環(huán)境狀態(tài)下工作，測量結(jié)果受運動偽影和非理想條件的影響，這使得在動態(tài)情況下進(jìn)行可靠且持續(xù)的測量成為挑戰(zhàn)。多模生理信號采集不僅可以多個生理指標(biāo)的監(jiān)測，還通過組合多個信號模態(tài)的記錄，顯著改善上述這一問題，例如，心率不僅可以通過ECG進(jìn)行測量，還可通過生物阻抗和光電容積脈搏波測量，通過這種方式，所測量參數(shù)的魯棒性及可靠性可以大大提升。并且多模生理信號采集集成，更有利于相關(guān)生理信號數(shù)據(jù)的算法分析，使系統(tǒng)功能更多樣性，例如在無袖帶血壓測量中，脈搏波傳導(dǎo)時間是一個關(guān)鍵相關(guān)因素，而通過同時采集光電容積脈搏波(PPG)和心電是測量脈搏波傳導(dǎo)時間的一個好方法，這就要求電子設(shè)備能夠以精確同步的方式測量兩個信號。因此實現(xiàn)多模生理信號采集具有重要的意義。

常見的多模生理信號采集系統(tǒng)采用多個傳感器芯片，如圖1所示，人體血壓、體溫、血氧等信號分別經(jīng)各自的傳感器及隔離放大器把它們變成與之成比例的電模擬量，送至多路模擬開關(guān)，再經(jīng)采樣保持電路送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲得數(shù)字化的信號，然后送入微型計算機(jī)；微型計算機(jī)再將這些數(shù)據(jù)送入數(shù)模轉(zhuǎn)換接口中，進(jìn)行分析和處理，求出所需要的心電等數(shù)據(jù)；再對輸出的數(shù)字量用數(shù)模轉(zhuǎn)換器將這些轉(zhuǎn)換成模擬的參數(shù)或波形，經(jīng)屏幕顯示。為實現(xiàn)移動健康監(jiān)測，最新的多模生理信號采集的單片集成系統(tǒng)，如圖2所示，該芯片主要由兩通道電測法讀出通路和一條阻抗式讀出通路組成。由電測法讀出通路處理來自柔性電極的生物電信號或LED光電二極管產(chǎn)生的光電流；阻抗讀出通路監(jiān)測身體阻抗或電子皮膚裝置的電阻，該電阻可由壓力(壓阻)、溫度(熱電阻)等物理刺激改變。這些讀出通道的模擬量按順序通過12位SARADC進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，通過串行外圍設(shè)備接口(Serial?peripheralinterface，SPI)與微處理通信。

然而，現(xiàn)有的多功能生理信號單片集成系統(tǒng)，僅實現(xiàn)單一生理電信號采集、單一光電容積脈搏波的采集，僅可用于生命體征，如心電、血氧、血壓等生命體征監(jiān)測設(shè)備的使用或適用于腦電、功能性近紅外光譜采集的腦功能監(jiān)測儀的使用，功能較為單一。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

基于上述問題，本公開提供了一種多模生理信號傳感器接口芯片及檢測儀、腦狀態(tài)監(jiān)測儀，以緩解現(xiàn)有技術(shù)中基于芯片的裝置僅能實現(xiàn)單一生理電信號采集、單一光電容積脈搏波的采集，功能較為單一等技術(shù)問題。

(二)技術(shù)方案