生物信号检测的制作方法

本发明的实施例涉及生物信号检测。特别地，它们涉及同时检测生物信号。

背景技术：

生物信号是提供关于对象的身体的功能的信息的信号。存在非常大量的生物信号。

涉及心脏和循环的生物信号例如包括收缩压、舒张压、心率、心电图、脉搏波速度、心音图、巴氏心动图、超声心动图等。

期望同时获得多个不同的生物信号测量。

技术实现要素：

根据本发明的各种但并非所有的实施例，提供了一种装置，其包括：

位移电流传感器，被配置为针对对象测量一个或多个感测电信号；以及

电路，被配置为处理一个或多个感测电信号以获得心电图信号和由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号。

根据本发明的各种但并非所有的实施例，提供了如所附权利要求所要求保护的示例。

附图说明

为了更好地理解有助于理解本发明的详细描述的各种示例，现在将仅以示例的方式参考附图，其中：

图1示出用于处理一个或多个感测电信号以获得心电图信号和由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号的装置的示例；

图2和图3示出用于处理一个或多个感测电信号以获得心电图信号和由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号的装置的示例，其中，可变阻抗信号被测量为所施加的电参考信号的调制；

图4a和图4b示出ecg电极的保护电极的配置的示例；

图5示出解调电路的示例；

图6示出用于处理一个或多个感测电信号以获得心电图信号和由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号的装置的示例，其中，可变阻抗信号被测量为内部自然产生的电信号的调制；

图7示出适用于图6所示的装置的包括具有保护电极的ecg电极的位移电流传感器的示例；

图8示出位移电流传感器可如何被放置在对象的身体上；

图9a、图9b、图9c示出该装置可被配置为对象所穿戴的物品的一部分；

图10示出电路的示例；

图11示出方法的示例。

具体实施方式

图1示出了用于处理一个或多个感测电信号21以获得心电图信号41和由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号43的装置10的示例。

心电图信号41是取决于心肌的电极化和去极化的信号。它指示心脏功能。

可变阻抗信号43是取决于动脉脉搏波的产生和该动脉脉搏波(其是压力波)通过动脉系统的输送两者的信号。它指示心脏输出和动脉功能。

因此，装置10可以是使用心电图信号41和可变阻抗信号43评估心脏功能/输出和动脉功能的循环监测系统或健康监测系统或其一部分。这可以发现用于患者监测、个人健康监测、健身评估、运动效果监测等的应用。

装置10至少包括位移电流传感器20和可操作地连接到位移电流传感器20的电路40。该连接例如可以是经由引线的直接的电流连接，如图2、图3、图6所示。

位移电流传感器20被配置为针对对象30测量一个或多个感测电信号21。传感器20检测一个或多个感测电信号21。传感器20可以或可以不进一步处理所检测的电信号以产生一个或多个感测电信号21。因此，测量并非暗示一个或多个感测电信号被量化，尽管可能如此。

总电流密度(用旋度h定义)具有电流分量j和位移分量dd/dt，其中，d＝εe。位移电流传感器20测量d及其随时间的变化dd/dt。

位移电流传感器20包括邻近对象30的皮肤32的至少一个电极22，并且包括用于使至少一个电极22与该对象的皮肤32绝缘的电绝缘体24。这防止位移电流传感器20接收总电流密度的电流分量j。

电路40被配置为处理一个或多个感测电信号21以获得心电图信号41和由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号43。

电路40可以是任何合适的电路。例如，它可以是分立组件设置，和/或可包括可编程门阵列，和/或可包括可编程处理器。

在一些但并非所有的示例中，电路40被配置为测量由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号43，作为参考信号的调制。在图2和图3所示的示例中，参考信号是被施加到对象30的外部信号45。在图6所示的示例中，参考信号是由对象的心跳产生的内部自然产生的信号。

在图2和图3的示例中，电路40被配置为处理一个或多个感测电信号21以获得心电图信号41和由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号43。电路40测量由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号43，作为由电路40经由第一电极26提供给对象30的电参考信号45的调制。

电路40被配置为将时变电压v1作为参考信号45施加到第一电极26，例如经由第一运算放大器70，并测量时变信号43(电压vout)，例如在第二运算放大器80的输出处。

在这些示例中，附加的第一电极26邻近对象的皮肤32，并且包括用于使第一电极26与对象的皮肤32绝缘的电绝缘体24。

电参考信号45具有一个或多个高频分量，例如，大于1khz。在一些示例中，电参考信号45可具有大于100khz的重要分量，例如，在100-500khz的范围内，或者在一些实施例中可完全位于100-500khz的范围内。电参考信号45例如可以是纯音(单频)。

位移电流传感器20位于由期望的ecg向量所定义的位置处。第一电极26可邻近位移电流传感器20中的电极22。

在图3的示例中，位移电流传感器20包括用于测量ecg信号41的ecg电极60、用于注入电流(参考信号45)的第一电极26、以及用于提供由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号43的不同的第二电极22。

电路40被配置为经由第一运算放大器70向第一电极26施加时变电压v1，并在第二运算放大器80的输出处提供时变信号43(电压vout)。

如在图4a和图4b中更详细地示出的，第一电极26和第二电极22是ecg电极60的保护电极。ecg电极位于中央。在这些示例中，它是圆形的，但并非必需如此。第一电极26和第二电极22与ecg电极60分离并且彼此分离，在这些示例中，使用低相对介电常数间隙来用于分离。

在图4a的示例中，第一电极26和第二电极22被设置为都位于围绕ecg电极60的公共形状上，在这种情况下，是外接ecg电极60但与其分离的圆。在该示例中，位移电流传感器20具有180°的旋转对称性。在该示例中，第一电极26和第二电极22具有相同的接触面积。

在图4b的示例中，第一电极26和第二电极22两者被设置为位于围绕ecg电极60的不同尺寸的形状上，在这种情况下，是不同半径的外接ecg电极60但与其分离并且彼此分离的圆。在该示例中，位移电流传感器20具有360°的旋转对称性。在一些示例中，第一电极26和第二电极22具有相同的接触面积。

返回到图3，在ecg电极60处接收的ecg信号41经由运算放大器90被施加在第一运算放大器70的+ve端作为虚接地，并且被施加在运算放大器80的+ve端作为虚接地。在一些示例中可使用分压器(未示出)。例如，阻抗za和阻抗zb可被串联连接在运算放大器90的输出与地之间，并且阻抗za与阻抗zb之间的中间节点可被连接到第一运算放大器70的+ve端和第二个运算放大器80的+ve端。

第一运算放大器70在它的输出处产生电流，并在第一保护电极26处产生电压v1。第一运算放大器被设置用于经由在它的输出与它的-ve端之间连接的阻抗72的闭环负反馈。阻抗72具有值z2。第一运算放大器70被设置为在它的-ve端处经由阻抗74接收来自可变电压源76的输入。阻抗74具有值z1。在由运算放大器90放大之后，在ecg电极60处接收的ecg信号41被施加在第一运算放大器70的+ve端作为虚接地。

第二运算放大器80在-ve端接收来自第二保护电极22的电压。第二运算放大器80被设置用于经由在它的输出与它的-ve端之间连接的阻抗82的闭环负反馈。阻抗82具有值z3。在由运算放大器90放大之后，在ecg电极60处接收的ecg信号41被施加在第二运算放大器80的+ve端作为虚接地。第二运算放大器80在它的输出处产生电压vout，其是可变阻抗信号43。在一些但并非该示例中，阻抗z4可被连接在第二保护电极22与第二运算放大器80的-ve端之间。

在第二运算放大器80的-ve端处的电流取决于在第一电极26处的电压(v1)(相对于虚接地)以及与通过对象的身体的电流路径相关联的未知阻抗z。阻抗z包括稳态值和可变值，该可变值可被假定为基本上由动脉脉搏波引起。因此，运算放大器80的输出是由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号43。

在第一运算放大器70的-ve端处的电流是vin/z1，其中，vin是经由阻抗z1被施加到第一运算放大器70的-ve输入的可变电压(相对于虚接地)。第一运算放大器被设置用于闭环负反馈。因此，第一运算放大器70的输出是v1＝vin*(1+z2/z1)。在第二运算放大器70的-ve端处的电流是v1/z，其中，v1是经由身体阻抗z被施加到第二运算放大器80的-ve输入的可变电压(相对于虚接地)。第二运算放大器80被设置用于闭环负反馈。因此，第二运算放大器80的输出是vout＝z3*v1/z＝vin*(z3/z)*(1+z2/z1)。

可以将由于z的变化而引起的vout部分与由于vin的变化而引起的vout部分分离。

这例如可通过使用解调器在频域中从vout中减去vin来实现。

如果z1、z2、z3是电阻器，则在较高频率的vin下，身体的稳态阻抗可被视为主要是电阻性的。由动脉壁与皮肤表面之间的距离随着通过的动脉脉搏波而减小所引起的变化阻抗将主要是电抗性的(电容增大)。由动脉中的血容量随着通过的动脉脉搏波而增加所引起的变化阻抗将主要是电阻性的(电阻减小)。

因此，可变阻抗信号43的虚(电抗性的)部的变化可归因于由动脉脉搏波引起的电容的变化。

因此，可变阻抗信号43的实(电阻性的)部的变化可归因于由动脉脉搏波引起的电阻的变化。

因此，指示动脉的弹性的参数可从可变阻抗信号43的虚(电抗性的)部和可变阻抗信号43的实(电阻性的)部来确定。

图5示出了解调电路90的示例。解调电路90处理输入时变电压vin和输出时变电压vout以获得可变阻抗信号43的虚分量和实分量。

解调电路90可被配置为计算输入时变电压vin与输出时变电压vout之间的复传递函数如何随时间变化。复传递函数经由恒定阻抗与可变阻抗z相关，并且可被用作可变阻抗信号43，或者可被进一步处理以获得可变阻抗信号43。

在图6的示例中，电路40被配置为处理一个或多个感测电信号21以获得心电图信号41和由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号43。电路40测量由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号43，作为电参考信号(ecg信号41)的调制，电参考信号是由对象的心跳产生的内部自然产生的信号。

位移电流传感器20包括位移电流电极22，位移电流电极22的电容随着在位移电流传感器20处于原位置时改变在位移电流传感器20下面的动脉血容量而变化。位移电流电极22可以是修改的ecg电极60。

位移电流电极22作为电容器的一侧工作，另一侧由对象的身体提供。位移电流取决于位移电流电极22与皮肤32之间的相对介电常数以及位移电流电极22与皮肤32之间的物理间隔(距离d)。

位移电流传感器20适于允许动脉脉搏波对位移电流电极22与皮肤32之间的相对介电常数进行调制，和/或对位移电流电极22与皮肤32之间的物理间隔(距离d)进行调制。

被施加力而极化的材料即压电材料例如可被用作位移电流电极22与对象的皮肤32之间的电介质24，以响应于动脉脉搏波而改变位移电流电极22与皮肤32之间的相对介电常数。

被施加力而弹性变形的材料即弹性材料例如可被用作位移电流电极22与对象的皮肤32之间的电介质24，以响应于动脉脉搏波而改变位移电流电极22与皮肤32之间的物理间隔(距离d)。

在该示例中，电路系统40被配置为通过以下操作来处理一个或多个感测电信号21以获得心电图信号41和由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号43：测量由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号43，并在频域或时域中从一个或多个感测电信号21中去除可变阻抗信号43以获得心电图信号41。

由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号43可与心电图信号41在时间上分离，例如，因为用于动脉脉搏波的传输时间大于用于ecg信号的传输时间。

此外，如果在一段时间内进行采样以捕获ecg信号的单个pqrst简档和单个动脉脉搏波，则较高频率分量与ech信号的qrs形态相关联。

例如，诸如自适应滤波的其它技术可用于从所测量的信号中去除可变阻抗信号43以获得“干净的”ecg信号。可变阻抗信号43可被用作用于对感测信号21进行滤波的自适应滤波器的外部参考信号。

如图7所示，位移电流传感器20、ecg电极60可使用保护电极g、g’。保护电极例如可被连接作为图3中的第一保护电极22和第二保护电极26，施加或不施加输入时变电压76。

图8示出了位移电流传感器20可被放置在对象的身体上即在对象30的皮肤32上，位于对象30的动脉上方的位置处。在一些示例中，位移电流传感器20被放置在肱动脉或肱动脉的分支(诸如桡动脉)的上方。

在一些示例中，多个位移电流传感器20用于提供跨对象的身体的不同的测量。例如，位移电流传感器20可被放置在身体的左侧或左肢(例如，左手腕)上，而不同的位移电流传感器20可放置在身体的右侧或右肢(例如，右手腕)上。可在这两个传感器20处针对相同的心跳进行测量并进行比较。

图9a、9b、9c示出了装置10可被配置为对象30所穿戴的物品80的一部分。在图9a中，物品80是眼镜框架。在图9b中，物品80是腕带。在图9c中，物品80是衣服、鞋子。

如图10所示，控制器96可使用实现硬件功能的指令来实现，例如，通过在通用或专用处理器90中使用计算机程序94的可执行指令(其可存储在计算机可读存储介质(磁盘、存储器等)上以由这种处理器90执行)来实现。

处理器90被配置为从存储器92读取和向存储器92写入。处理器90还可包括输出接口和输入接口，处理器90经由输出接口输出数据和/或命令，数据和/或命令经由输入接口被输入到处理器90。

存储器92存储计算机程序94，其包括计算机程序指令(计算机程序代码)，该计算机程序指令在被加载到处理器90中时控制装置10的操作。计算机程序94的计算机程序指令提供逻辑和例程，该逻辑和例程使得该装置能够执行图11所示的方法。处理器90通过读取存储器92能够加载和执行计算机程序94。

因此，装置10包括：

至少一个处理器90；以及

包括计算机程序代码的至少一个存储器92，

至少一个存储器92和计算机程序代码被配置为利用至少一个处理器90使得装置10至少执行：

使用位移电流传感器，该位移电流传感器被配置为针对对象感测一个或多个电信号；以及

处理一个或多个感测电信号以获得心电图信号和由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号。

计算机程序94可以经由任何合适的传送机制到达装置10。传送机制例如可以是非暂时性计算机可读存储介质、计算机程序产品、存储设备、诸如光盘只读存储器(cd-rom)或数字视频光盘(dvd)的记录介质、有形体现计算机程序94的制造产品。传送机制可以是被配置以可靠传送计算机程序94的信号。装置可将计算机程序94作为计算机数据信号来传播或传输。

虽然存储器92被示出为单个组件/电路，但是它可被实现为一个或多个单独的组件/电路，其中一些或所有组件/电路可以是集成/可移除的和/或可提供永久/半永久/动态/缓存存储。

虽然处理器90被示出为单个组件/电路，但是它可被实现为一个或多个单独的组件/电路，其中一些或所有组件/电路可以是集成/可移除的。处理器90可以是单核或多核处理器。

提到“计算机可读存储介质”、“计算机程序产品”、“有形体现的计算机程序”等或者“控制器”、“计算机”、“处理器”等，应当被理解为不仅包括具有诸如单个/多个处理器架构和串行(冯诺依曼)/并行架构的不同架构的计算机，而且还包括诸如现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、信号处理设备和其它处理电路的专用电路。提到计算机程序、指令、代码等，应被理解为包括用于可编程处理器的软件、或者可包括用于处理器的指令的例如硬件设备的可编程内容的固件、或者用于固定功能器件、门阵列或可编程逻辑器件等的配置设置。

如在本申请中使用的，术语“电路”是指以下的全部：

(a)仅硬件电路实现(诸如仅模拟和/或数字电路的实现)；

(b)电路和软件(和/或固件)的组合，诸如(如果适用)：(i)处理器的组合或(ii)处理器/软件的部分(包括数字信号处理器、软件和存储器，其一起工作以使诸如移动电话或服务器的装置执行各种功能)；以及

(c)电路，诸如微处理器或微处理器的一部分，其需要软件或固件来操作，即使软件或固件并不是物理存在的。

“电路”的这一定义应用于在本申请中的该术语的全部使用，包括在任何权利要求中的使用。作为另一个示例，如在本申请中使用的，术语“电路”还覆盖仅处理器(或多个处理器)或处理器的部分及其伴随的软件和/或固件的实现。术语“电路”还覆盖(例如且如果适用于具体要求的元件)用于移动电话或服务器中的类似集成电路、蜂窝网络设备或其它网络设备的基带集成电路或应用处理器集成电路。

图11示出了方法100的示例，其包括：

在框102处，使用位移电流传感器20，位移电流传感器20被配置为针对对象30感测一个或多个电信号21；以及

在框104处，处理一个或多个感测电信号21以获得心电图信号41和由动脉脉搏波引起的可变阻抗信号43。

例如，电路40的实现可以是作为控制器96。控制器96可以仅以硬件来实现，具有只包括固件的软件中的某些方面，或者可以是硬件和软件(包括固件)的组合。

图11中所示的框可表示方法中的步骤和/或计算机程序94中的部分代码。对框的特定顺序的说明并不意味着对于框存在所要求或优选的顺序，并且框的顺序和布置可变化。此外，可以省略一些框。

在已经描述了结构特征的情况下，它可用用于执行结构特征的一个或多个功能的构件来代替，无论该功能或这些功能是否明确或隐含地描述。

如在本文中所使用的，“模块”是指不包括由终端制造商或用户添加的某些部件/组件的单元或装置。装置10可以是模块。

在本文中使用的术语“包括”具有包容而非排它性的含义。也就是说，任何表述“x包括y”表示x可以仅包括一个y或可以包括多于一个y。如果意图使用具有排它性含义的“包括”，则将在上下文中通过提及“仅包括一个……”或者使用“由……组成”来明确。

已经在该简要的描述中参考各种示例。针对示例的特征或功能的描述指示这些特征或功能存在于该示例中。无论是否明确陈述，在文本中术语“示例”或“例如”或“可”的使用表示这种特征或功能至少存在于所描述的示例中，无论是否作为示例来描述，并且这种特征或功能可以但不必需存在于一些或所有其它示例中。因此，“示例”、“例如”或“可”是指一类示例中的特定实例。实例的性质可以仅是该实例的性质或该类实例的性质或包括一些但未包括全部该类实例的该类实例的子类的性质。因此，隐含公开了针对一个示例但未针对另一个示例描述的特征可以但不必需用于其它示例。

尽管本发明的实施例已经在前面的段落中参考各种示例进行了描述，但应当理解，可在不背离本发明要求保护的范围的情况下对给出的示例进行修改。

在前面的描述中描述的特征可用于除了明确描述的组合以外的组合中。

尽管已经参考某些特征描述功能，这些功能可由其它特征来执行，无论是否描述。

尽管已经参考某些实施例描述特征，这些特征也可存在于其它实施例中，无论是否描述。

尽管在前面的描述中试图指出被认为是特别重要的本发明的特征，但应当理解，申请人要求保护关于在本文中之前参考附图和/或在附图中示出的任何可授予专利的特征或特征组合的内容，无论是否已特别强调。