基于交流电压激励的穿戴阻抗测量方法及装置与流程

本发明涉及计算机，特别是涉及基于交流电压激励的穿戴阻抗测量方法及装置。

背景技术：

1、eeg信号频率低，信号幅值小，共模干扰大，传感器电极穿戴阻抗的大小严重影响着信号质量。因此在eeg信号采集程序开始前，必须保证每个电极的穿戴阻抗良好，或者说控制在较小的限值以下；另一方面，在eeg信号采集过程中，由于电极的长时间穿戴或者晃动，有可能会导致穿戴阻抗变大，甚至电极脱落，导致信号质量变差，进而影响采集信号的准确性。因此在eeg信号采集过程中，需要实时监测电极穿戴阻抗是否良好。

2、现有技术中，通常通过直流信号对两个电极之间的穿戴阻抗进行测量。然而由于不同的eeg电极，尤其是带导电凝胶的ecg电极，存在较大的极化电压，使用直流信号测试，会导致很大的测量误差；另一方面，医疗电气设备的安全法规9706.1-2020中对患者漏电流有限值要求，尤其是dc患者漏电流低至10ua，因此在给定的直流激励电平情况下，必需使用较大的限流电阻，但是限流电阻越大，被激励电极端adc采集到的电压值越小，精度越低，又会导致进一步的测量误差。同时电极输入端模拟开关切换电路硬件设计复杂，增加额外的成本。

3、因此，如何既能满足对患者漏电流有限值要求，又能够低成本地实现具有三个电极片的eeg电极之间阻抗的准确测量是目前的一个研究方向。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于交流电压激励的穿戴阻抗测量方法及装置，用以解决现有技术中无法满足对患者漏电流有限值要求，以及无法低成本地实现具有三个电极片的eeg电极之间阻抗的准确测量的问题，实现既能满足对患者漏电流有限值要求，又能够低成本地实现具有三个电极片的eeg电极之间阻抗的准确测量。

2、一种基于交流电压激励的穿戴阻抗测量方法，应用于穿戴阻抗测量装置，所述穿戴阻抗测量装置中包括微小电压激励模块、限流电阻、放大倍数测量模块、切换电路、3个电极片、前置放大器和穿戴阻抗测量模块；所述3个电极片分别与前置放大器的同相输入端、反相输入端以及驱动电路相连；所述方法包括：确定所述3个电极片是否被穿戴；在确定所述3个电极片未被穿戴的情况下，通过所述切换电路，将所述微小电压激励模块产生的微小电压激励信号输入至所述前置放大器同相输入端，所述放大倍数测量模块基于穿戴阻抗测量模块提供的前置放大器的输入端基准电阻和所述前置放大器的第一输出频率分量确定所述前置放大器的放大倍数；或在确定所述3个电极片被穿戴的情况下，通过所述切换电路将所述微小电压激励信号输入所述前置放大器的不同输入端以改变3个电极片的串并联关系；所述穿戴阻抗测量模块基于所述前置放大器的放大倍数、所述前置放大器的第二输出频率分量以及所述3个电极片之间的串并联关系，确定每个电极片对应的穿戴阻抗。

3、在其中一个实施例中，所述基于所述前置放大器的放大倍数、所述前置放大器的第二输出频率分量以及所述3个电极片之间的串并联关系，确定每个电极片对应的穿戴阻抗，包括：基于所述前置放大器的放大倍数、所述前置放大器的第二输出频率分量以及所述3个电极片之间的串并联关系，确定所述前置放大器两个输入端之间的3个第一阻抗方程，所述3个第一阻抗方程为3个电极片对应的星形模型的3个第一阻抗的方程组；基于所述3个第一阻抗方程，确定所述3个电极片中每个电极片对应的穿戴阻抗。

4、在其中一个实施例中，所述基于所述前置放大器的放大倍数、所述前置放大器的第二输出频率分量以及所述3个电极片之间的串并联关系，确定所述前置放大器两个输入端之间的3个第一阻抗方程，包括：基于所述前置放大器的放大倍数、所述前置放大器的第二输出频率分量以及所述3个电极片之间的串并联关系，确定所述前置放大器两个输入端之间的3个第二阻抗方程组，每个第二阻抗方程组为3个电极片对应的三角型模型的3个第二阻抗的三元一次方程组；基于所述3个第二阻抗方程组以及3个电极片对应的三角型模型与星型模型之间的转换关系，确定前置放大器两个输入端之间的3个第一阻抗方程。

5、在其中一个实施例中，所述将所述微小电压激励信号输入所述前置放大器的不同输入端以改变3个电极片的串并联关系，包括：将所述微小电压激励模块产生的微小电压激励信号通过一个电极片输入至所述前置放大器的同相输入端或反相输入端，并使其他未受所述微小电压激励信号激励的电极片中的至少一个接地。

6、在其中一个实施例中，所述3个电极片为额部电极片、耳突电极片和颞部电极片；在所述前置放大器的同相输入端与所述额部电极片相连，所述前置放大器的反相输入端与所述耳突电极片相连的情况下，相应地，所述将所述微小电压激励模块产生的微小电压激励信号通过一个电极片输入至所述前置放大器的同相输入端或反相输入端，并使其他未受所述微小电压激励信号激励的电极片中的至少一个接地，包括：将所述微小电压激励信号通过所述额部电极片，输入至所述前置放大器的同相输入端，并使耳突电极片接地，或将所述微小电压激励信号通过所述额部电极片，输入至所述前置放大器的同相输入端，并使耳突电极片和颞部电极片接地，或将所述微小电压激励信号通过所述耳突电极片，输入至所述前置放大器的反相输入端，并使额部电极片和颞部电极片接地。

7、在其中一个实施例中，所述基于穿戴阻抗测量模块提供的前置放大器的输入端基准电阻和所述前置放大器的第一输出频率分量确定所述前置放大器的放大倍数，包括：

8、基于所述前置放大器的第一输出频率分量、所述前置放大器的输入端基准电阻、限流电阻以及所述微小电压激励信号的频率分量，确定所述前置放大器的放大倍数；其中，所述前置放大器的放大倍数的表达式为：其中，v0为所述前置放大器的第一输出频率分量，vi为所述微小电压激励信号的频率分量，rr为所述限流电阻的阻值，r0为所述前置放大器的输入端基准电阻。

9、在其中一个实施例中，在将所述微小电压激励信号通过所述额部电极片，输入至所述前置放大器的同相输入端，并使耳突电极片接地的情况下，所述前置放大器两个输入端之间的第二阻抗方程的表达式为：其中，v1为该情况下的所述前置放大器的第二输出频率分量；r1、r2、r3分别表示三角型模型中耳突电极片与颞部电极片之间的电阻、额部电极片与颞部电极片之间的电阻、额部电极片与耳突电极片之间的电阻；在将所述微小电压激励信号通过所述额部电极片，输入至所述前置放大器的同相输入端，并使耳突电极片和颞部电极片接地的情况下，所述前置放大器两个输入端之间的第二阻抗方程的表达式为：其中，v2为该情况下的前置放大器的第二输出频率分量；在将所述微小电压激励信号通过所述耳突电极片，输入至所述前置放大器的反相输入端，并使额部电极片和颞部电极片接地的情况下，所述前置放大器两个输入端之间的第二阻抗方程的表达式为：其中，v3为该情况下的所述前置放大器的第二输出频率分量。

10、在其中一个实施例中，在所述确定所述3个电极片中每个电极片对应的穿戴阻抗之后，所述方法还包括：在确定所述3个电极片中的任意一个电极片对应的穿戴阻抗大于预设目标阈值的情况下，响应于用户的操作，重新进行穿戴阻抗的测量；或，在确定所述3个电极片中的每个电极片对应的穿戴阻抗均小于或者等于预设目标阈值的情况下，经过预设时间间隔后重新进行穿戴阻抗测量。

11、在其中一个实施例中，所述微小电压信号为110hz、频率分量为20mv的交流信号。

12、一种基于交流电压激励的穿戴阻抗测量装置，所述装置包括：微小电压激励模块、放大倍数测量模块、切换电路、3个电极片、前置放大器和穿戴阻抗测量模块；其中，所述微小电压激励模块用于生成微小激励电压；所述前置放大器用于放大所述3个电极片测量的脑电信号以及微小电压激励模块产生的微小电压激励信号，并用于为穿戴阻抗测量模块提供穿戴阻抗测量的数据；所述3个电极片包括额部电极片、耳突电极片和颞部电极片；所述3个电极片分别与前置放大器的同相输入端、反相输入端以及驱动电路相连；所述放大倍数测量模块基于穿戴阻抗测量模块提供的前置放大器的输入端基准电阻和所述前置放大器的第一输出频率分量确定所述前置放大器的放大倍数；所述切换电路用于改变所述微小电压激励模块与所述前置放大器的同相输入端、反相输入端的连接关系以改变3个电极片的串并联关系；所述穿戴阻抗测量模块，用于基于所述前置放大器的放大倍数、所述前置放大器的第二输出频率分量以及所述3个电极片之间的串并联关系确定3个电极片各自对应的穿戴阻抗。

13、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述所述基于交流电压激励的穿戴阻抗测量方法的步骤。

14、一种存储有计算机可读指令的存储介质，所述计算机可读指令被一个或多个处理器执行时，使得一个或多个处理器执行上述基于交流电压激励的穿戴阻抗测量方法的步骤。

15、上述基于交流电压激励的穿戴阻抗测量方法及装置，通过将微小电压激励模块产生频率分量较小的交流信号作为激励信号，并与前置放大器结合，可以实现采用频率分量较小的交流信号作为激励信号，即使采用较大的限流电阻，也不影响后续电极片之间电阻的测量，在保证了漏电电流较小的同时，由于测量到的每个电极片对应的穿戴阻抗只取决于前置放大器输出频率分量的大小，避免了不同eeg电极导致的极化电压对测量结果的影响，使得测得的阻抗值更准确。此外，由于重复利用了eeg信号采集电路中需要的前置放大器，硬件实现成本低。