CN109528193A - 信号检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗技术领域，尤其公开了一种信号检测电路，信号检测电路包括：生理电信号检测芯片、接触阻抗测量电路、缓冲电路、隔离电路和信号处理电路；接触阻抗测量电路依次通过缓冲电路和隔离电路与导联电极线连接；接触阻抗测量电路用于检测导联电极线与人体皮肤的接触阻抗；生理电信号检测芯片用于检测人体电信号，并进行差分放大滤波处理得到生理电信号；缓冲电路和隔离电路用于隔离接触阻抗的检测对生理电信号检测芯片的影响；信号处理电路用于根据接触阻抗评估生理电信号。由此可见，利用本发明方案，应用接触阻抗测量电路实时检测导联电极线与人体皮肤的接触阻抗，以保证生理电监测场景下生理电信号的质量。

Description

信号检测电路

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，具体涉及一种信号检测电路。

背景技术

多导睡眠监测，是当今睡眠医学中的一项重要新技术，在世界睡眠研究界又被称为诊断睡眠障碍疾病的"金标准"，对于诊治各种睡眠障碍相关疾病、保障人们健康正发挥越来越重要的作用。其中，脑电图(electroencephalogram,EEG)、心电图(electrocardiogram，ECG)、眼电图(electro-oculogram，EOG)、肌电图(electromyography，EMG)的采集是诊治各种睡眠障碍相关疾病的重要依据，高质量的生理电信号采集就显得尤为重要。

生理电信号采集过程中为了更好的抑制工频干扰，提高生理电信号的信噪比，采用差分放大器电路，这就要求放大器输入端有一致的输入阻抗和信号幅值，所以多导睡眠监测***中电极和皮肤之间接触阻抗的测量单元是必要的。

目前市面上的多导睡眠监测产品都带有阻抗检测的功能，但是阻抗的测量的主要思路是在贴好电极后，启动阻抗测量模块，确认电极接触良好或者满足生理电信号采集的阻抗要求后即关闭阻抗测量进行信号采集，在信号采集同时检测是否有电极脱落。阻抗测量模块的处理电路是恒压源输出稳定的电压，经过固定电阻与电极接触阻抗进行分压后，检测电极接触阻抗两端的电压值，通过检测到的电压值与阻抗的对应关系，从而得出电极与皮肤的接触阻抗值。

通过电阻分压式对接触阻抗的监测方式误差比较大，因为电极需要连接人体，考虑人体的安全，恒压输出不能太高，电压值不够高时，接触阻抗的变化值在检测的电压端变化是很小的，所以计算出来的接触阻抗值误差会很大。现有设备有电极脱落监测，缺少实时监测接触阻抗功能。原因是现有设备的采集方式是电阻分压模式，是在电极上接入直流电压，若要实时检测接触阻抗，需要持续在电极上接入直流电压，会影响人体生理电信号的采集，且存在安全隐患。

另外，多导睡眠监测是整晚数据的采集设备，所以在监测***中电极和皮肤之间接触阻抗的时候不能影响人体生理电EEG、ECG、EOG、EMG的采集，且能准确测试出阻抗值是整个采集***重要的一部分。夜间睡觉过程中电极松脱的可能性很大，电极松脱但没有脱落的情况可能导致接触阻抗变大，采集的信号质量变差，给最后整晚数据分析及睡眠疾病判定带来困难。而若要设备能实时监测接触阻抗，则需要医护人员整晚的细心认真观察来判断电极接触是否良好，对于医务人员的经验要求很高，使设备的应用体验不好。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的信号检测电路。

根据本发明的一个方面，提供了一种信号检测电路，包括：通过导联电极线连接人体的生理电信号检测芯片、接触阻抗测量电路、缓冲电路、隔离电路以及与所述接触阻抗测量电路和所述生理电信号检测芯片连接的信号处理电路；所述接触阻抗测量电路依次通过所述缓冲电路和所述隔离电路与所述导联电极线连接；

所述接触阻抗测量电路用于检测所述导联电极线与人体皮肤的接触阻抗；

所述生理电信号检测芯片用于检测人体电信号，并进行差分放大滤波处理得到生理电信号；

所述缓冲电路和所述隔离电路用于隔离所述接触阻抗的检测对所述生理电信号检测芯片的影响；

所述信号处理电路用于根据所述接触阻抗评估所述生理电信号。

根据本发明的信号检测电路，包括：通过导联电极线连接人体的生理电信号检测芯片、接触阻抗测量电路、缓冲电路、隔离电路以及与所述接触阻抗测量电路和所述生理电信号检测芯片连接的信号处理电路；所述接触阻抗测量电路依次通过所述缓冲电路和所述隔离电路与所述导联电极线连接；所述接触阻抗测量电路用于检测所述导联电极线与人体皮肤的接触阻抗；所述生理电信号检测芯片用于检测人体电信号，并进行差分放大滤波处理得到生理电信号；所述缓冲电路和所述隔离电路用于隔离所述接触阻抗的检测对所述生理电信号检测芯片的影响；所述信号处理电路用于根据所述接触阻抗评估所述生理电信号。利用本实施例的方案，应用接触阻抗测量电路实时检测导联电极线与人体皮肤的接触阻抗，以保证生理电监测场景下生理电信号的质量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的信号检测电路的结构图；

图2示出了图1中的的接触阻抗测量电路的测量模型示意图；

图3示出了多条导联电极线的恒流源连接示意图；

图4示出了根据本发明另一个实施例的信号检测电路的结构图；

图5示出了图4中的多路模拟开关的结构示意图；

图6示出了隔离电路和缓冲电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

现有技术中的信号检测方式是确认电极接触良好或者满足生理电信号采集的阻抗要求后即关闭阻抗测量进行信号采集，信号采集过程中电极松脱但没有脱落的情况可能导致接触阻抗变大，采集的信号质量变差。基于此，在本发明的信号检测电路方案中，应用接触阻抗测量电路实时检测导联电极线与人体皮肤的接触阻抗，以保证生理电监测场景下生理电信号的质量。

图1示出了根据本发明一个实施例的信号检测电路的结构图。如图1所示，该电路包括：接触阻抗测量电路10、通过导联电极线连接人体的生理电信号检测芯片11、以及与所述接触阻抗测量电路10和所述生理电信号检测芯片11连接的信号处理电路12、隔离电路13、缓冲电路14。所述接触阻抗测量电路10依次通过所述缓冲电路14和所述隔离电路13与所述导联电极线连接。

所述接触阻抗测量电路10用于检测所述导联电极线与人体皮肤的接触阻抗；所述生理电信号检测芯片11用于检测人体电信号，并进行差分放大滤波处理得到生理电信号。所述缓冲电路14和所述隔离电路13用于隔离所述接触阻抗的检测对所述生理电信号检测芯片11的影响；所述信号处理电路12用于根据所述接触阻抗评估所述生理电信号。

在本发明实施例中，接触阻抗测量电路10对导联电极线与人体皮肤的接触阻抗的检测以及生理电信号检测芯片11对人体电信号的检测都是实时的，且相对独立的，而信号处理电路12则根据接触阻抗测量电路10检测的接触阻抗对生理电信号检测芯片11获取的生理电信号进行评估。具体地，信号处理电路12确定接触阻抗是否满足预设条件，如果满足预设条件，说明导联电极线接触良好，生理电信号检测芯片11获取的生理电信号可取，信噪比较好。如果不满足预设条件，说明生理电信号检测芯片11获取的生理电信号信号质量较差，导联电极线出现了松脱，可及时发出告警。其中，预设条件是指导联电极线接触良好或者满足生理电信号采集的阻抗要求，在实际应用中可以是接触阻抗小于或等于一预设的阻抗值，其具体数值可以根据需要设置，在此不作限制。实现实时检测电极的接触阻抗后，只要出现电极线松脱就会及时发出告警，就不需要医护人员一直看设备的信号质量来判断电极线是否松脱，为设备的应用更简便智能化。

根据本发明的信号检测电路，所述接触阻抗测量电路10用于检测所述导联电极线与人体皮肤的接触阻抗；所述生理电信号检测芯片11用于检测人体电信号，并进行差分放大滤波处理得到生理电信号；所述缓冲电路14和所述隔离电路13用于隔离所述接触阻抗的检测对所述生理电信号检测芯片11的影响；所述信号处理电路12用于根据所述接触阻抗评估所述生理电信号。利用本实施例的方案，应用接触阻抗测量电路10实时检测导联电极线与人体皮肤的接触阻抗，以保证生理电监测场景下生理电信号的质量。

在本发明实施例中，接触阻抗测量电路10包括电压检测模块100、与所述导联电极线连接的恒流源101以及第一模数转换输出模块102；所述电压检测模块100并联在所述接触阻抗的两端，所述第一模数转换输出模块102与所述信号处理电路12连接。所述恒流源101提供交流恒定电流流经所述导联电极线与所述接触阻抗；所述电压检测模块100检测所述接触阻抗两端的电压；所述第一模数转换输出模块102根据所述交流恒定电流和所述电压获取所述接触阻抗的阻抗值，并输出至所述信号处理电路12。

接触阻抗测试是在人体电信号采集过程中同时进行。接触阻抗测量电路的测量模型具体参见图2，导联电极线阻抗为Re，接触阻抗测量电路10产生很小的交流恒定电流Is，通过导联电极线连接在人体上，流过导联电极线与人体皮肤之间的等效接触阻抗Rs，会产生压降，再由接触阻抗测量电路10检测等效接触阻抗Rs两端的分压Vs值。根据欧姆定律，Is恒定的情况下，等效接触阻抗Rs越大，等效接触阻抗Rs两端的分压Vs就会越大，存在正比例相关性。所以根据分压Vs值就可以对应计算出导联电极线与人体皮肤之间的接触阻抗，接触阻抗Rs满足以下关系式：Rs＝K*Vs/Is+M，其中，Vs为所述接触阻抗测量电路检测的所述接触阻抗两端的电压，Is为所述恒流源提供的交流恒定电流，K、M为相关性系数。

在本发明实施例中，接触阻抗测量电路10优选地基于AFE4300芯片实现。基于AFE4300芯片平台实时准确监测导联电极线与人体皮肤之间的接触阻抗能够使检测的电路简单易实现。

生理电信号检测芯片11包括与所述导联电极线连接的信号采集模块110以及与所述信号处理电路连接的第二模数转换输出模块111。所述信号采集模块110检测所述人体电信号；所述第二模数转换输出模块111将所述人体电信号经过差分放大滤波处理后输出至所述信号处理电路12。

在本发明的实施例中，多导睡眠设备使用的导联电极数很多，生理电信号检测芯片11通过多条所述导联电极线与人体连接，所述恒流源采用星型结构使流经每条所述导联电极线上的所述接触阻抗的所述交流恒定电流相等。如图3所示，恒流源101采用星型结构，提供的交流恒定电流从Iout1流入，从Iout0流出。恒流源101的Iout1端通过电容C、电阻R1和导联电极线连接人体，恒流源101的Iout0端通过电容C和公共电极连接人体，导联电极线和公共电极线之间并联一电阻R2。恒流源101的Iout1端还通过电容C、电阻R1、电阻R3另一电容C流回恒流源101的Iout0端，其中，还有一电阻R2与电阻R3并联。如此，所述恒流源101采用星型结构使流经每条所述导联电极线上的所述接触阻抗的所述交流恒定电流相等，即确保各个导联电极线中流过的电流一致。

生理电信号的采集需要很多导联电极线一起使用时，由于接触阻抗的测量一次只能检测一条导联电极线的接触阻抗，不能多条导联电极线同时检测，如此需要增加控制开关以进行切换，使得接触阻抗测量电路10能够依次测量各个导联电极线的接触阻抗。

图4示出了根据本发明另一个实施例的信号检测电路的结构图。如图4所示，信号检测电路还包括一多路模拟开关15，连接在所述接触阻抗测量电路10与所述缓冲电路14之间，用于进行多条所述导联电极线之间的切换，确保依次测量多条所述导联电极线与人体的所述接触阻抗。由于接触阻抗的测量不能多条导联电极线同时检测，只能一次检测一条导联电极线的接触阻抗，所以需要多路模拟开关15进行导联电极线之间的切换。

多路模拟开关15至少包括与所述接触阻抗测量电路10连接的控制端、输出端、以及多个输入端，每个所述输入端依次通过所述缓冲电路14和所述隔离电路13与所述导联电极线连接，所述接触阻抗测量电路10通过所述控制端控制多个所述输入端依次与所述输出端连通，使所述接触阻抗测量电路10依次测量多条所述导联电极线与人体的所述接触阻抗。更具体地，多路模拟开关15的电路框图如图5所示，优选地，采用4051芯片，包括16个引脚，其中，第1、2、4、5、12、13、14、15引脚为输入端，第3引脚为输出端，第6、9、10、11为控制端。第3引脚接公共电极，第6引脚为禁止端，输入为高电平时，该芯片禁止，均不接通，输入为零时，该芯片正常工作。第6引脚经电阻R11接电源电压。第7、8引脚接地，第9、10、11引脚与触阻抗测量电路10连接。第9引脚还经电阻R12接电源电压，第10引脚还经电阻R13接电源电压，第11引脚还经电阻R14接电源电压。第16引脚接电源电压，还经并联的第一电容C1和第二电容C2接地。第1、2、4、5、12、13、14、15引脚隔离后接不同的导联电极线。触阻抗测量电路10通过第6、9、10、11引脚控制第1、2、4、5、12、13、14、15引脚的8个输入端的其中一个与第3引脚导通。

在本实施例中，多路模拟开关15的输入端依次通过所述缓冲电路14和所述隔离电路13与用作正极的所述导联电极线连接，并且依次通过所述缓冲电路14和所述隔离电路13与用作负极的所述导联电极线连接。继续参见图4，多路模拟开关12依次通过缓冲电路14和隔离电路13与正导联电极线连接，同时也通过缓冲电路14和隔离电路13与负导联电极线连接。

在本发明实施例中，隔离电路13连接在所述多路模拟开关15与所述导联电极线之间，用于隔离所述导联电极线上的直流电压，能够防止直流电压通过导联电极线直接连在人体上灼伤皮肤，起到保护人身安全的作用。缓冲电路14连接在所述多路模拟开关15与所述隔离电路13之间，用于在所述多路模拟开关15切换或采集所述接触阻抗时隔离所述生理电信号检测芯片11对生理电信号的采集。缓冲电路14中的放大器需要选择高输入阻抗，避免通过导联电极线上的微小电流出现分流。缓冲电路14的设置可以阻隔模拟开关15的切换或接触阻抗测量电路10采集接触阻抗分压值时对生理电信号检测芯片11正常采集生理电信号的影响，只有做到不影响正常采集生理电信号，才可以实时的检测接触阻抗。

在本实施例中，如图6所示，所述隔离电路13包括第一电容C0、第一电阻R0以及第二电阻R，所述缓冲电路14包括运算放大器M；所述运算放大器M的输出端m0连接所述多路模拟开关15，正输入端m1与所述第一电阻R0的第一端以及所述第二电阻R的第一端连接，负输入端m2与所述输出端m0连接，所述第一电阻R0的第二端接电源，所述第二电阻R的第二端接地，所述运算放大器M的所述正输出端m1还通过所述第一电容C0连接导联电极线，并通过该导联电极线接人体。

依本发明的信号检测电路，测试的导联电极线与人体的接触阻抗值准确度能做到5％，因为由AFE4300输出的交流电流值在20uA以内，交流电流很微弱是人体的安全电流值以下，微小的电流经过接触阻抗后，接触阻抗变化越大，检测到的电压值越明显。对采集到的数据进行可视化分析，可以发现，电压值与阻抗值之间存在很强的线性关系，计算其线性相关性，发现其线性相关性数值高达0.9678。可采用最小二乘法进行多项式线性拟合，在做数据算法处理时采用3次幂多项式进行线性回归。验证后可知绝大多数阻抗测量值与真实值之间的误差在5％以下，提高了接触阻抗检测值的准确度。

本发明的信号检测电路能够更准确的测量出导联电极线与人体的接触阻抗，对于生理电信号的差分放大两端输入阻抗是否匹配有更好的判断，为采集到信噪比更好的生理电信号提供了有利条件。另外，实现实时检测导联电极线的接触阻抗后，只要出现导联电极线松脱就会及时发出告警，就不需要人员一直看设备的信号质量来判断导联电极线是否松脱，为设备的应用更简便智能化。通过实时接触阻抗的检测从而保证了生理电监测场景下生理电信号的质量，电极线松脱自动告警，更体现采集设备的自动智能化特点。

根据本发明的信号检测电路，包括：通过导联电极线连接人体的生理电信号检测芯片、接触阻抗测量电路、缓冲电路、隔离电路以及与所述接触阻抗测量电路和所述生理电信号检测芯片连接的信号处理电路；所述接触阻抗测量电路依次通过所述缓冲电路和所述隔离电路与所述导联电极线连接；所述接触阻抗测量电路用于检测所述导联电极线与人体皮肤的接触阻抗；所述生理电信号检测芯片用于检测人体电信号，并进行差分放大滤波处理得到生理电信号；所述缓冲电路和所述隔离电路用于隔离所述接触阻抗的检测对所述生理电信号检测芯片的影响；所述信号处理电路用于根据所述接触阻抗评估所述生理电信号。利用本实施例的方案，应用接触阻抗测量电路实时检测导联电极线与人体皮肤的接触阻抗，以保证生理电监测场景下生理电信号的质量。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干电路的单元权利要求中，这些电路中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种信号检测电路，其特征在于，包括：通过导联电极线连接人体的生理电信号检测芯片、接触阻抗测量电路、缓冲电路、隔离电路以及与所述接触阻抗测量电路和所述生理电信号检测芯片连接的信号处理电路；所述接触阻抗测量电路依次通过所述缓冲电路和所述隔离电路与所述导联电极线连接；

所述接触阻抗测量电路用于检测所述导联电极线与人体皮肤的接触阻抗；

所述生理电信号检测芯片用于检测人体电信号，并进行差分放大滤波处理得到生理电信号；

所述缓冲电路和所述隔离电路用于隔离所述接触阻抗的检测对所述生理电信号检测芯片的影响；

所述信号处理电路用于根据所述接触阻抗评估所述生理电信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述接触阻抗测量电路包括电压检测模块、与所述导联电极线连接的恒流源以及第一模数转换输出模块；所述电压检测模块并联在所述接触阻抗的两端，所述第一模数转换输出模块与所述信号处理电路连接；

所述恒流源提供交流恒定电流流经所述导联电极线与所述接触阻抗；所述电压检测模块检测所述接触阻抗两端的电压；所述第一模数转换输出模块根据所述交流恒定电流和所述电压获取所述接触阻抗的阻抗值，并输出至所述信号处理电路。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述接触阻抗Rs满足以下关系式：Rs＝K*Vs/Is+M，其中，所述Vs为所述接触阻抗测量电路检测的所述接触阻抗两端的电压，所述Is为所述恒流源提供的交流恒定电流，所述K、所述M为相关性系数。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述生理电信号检测芯片通过多条所述导联电极线与人体连接，所述恒流源采用星型结构使流经每条所述导联电极线上的所述接触阻抗的所述交流恒定电流相等。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述信号检测电路还包括一多路模拟开关，连接在所述接触阻抗测量电路与所述缓冲电路之间，用于进行多条所述导联电极线之间的切换。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述多路模拟开关至少包括与所述接触阻抗测量电路连接的控制端、输出端、以及多个输入端，每个所述输入端依次通过所述缓冲电路和所述隔离电路与所述导联电极线连接，所述接触阻抗测量电路通过所述控制端控制多个所述输入端依次与所述输出端连通，使所述接触阻抗测量电路依次测量多条所述导联电极线与人体的所述接触阻抗。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述多路模拟开关的所述输入端依次通过所述缓冲电路和所述隔离电路与用作正极的所述导联电极线连接，同时依次通过所述缓冲电路和所述隔离电路与用作负极的所述导联电极线连接。

8.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述隔离电路包括第一电容、第一电阻以及第二电阻，所述缓冲电路包括运算放大器；所述运算放大器的输出端连接所述多路模拟开关，正输出端与所述第一电阻的第一端以及所述第二电阻的第一端连接，负输入端与所述输出端连接，所述第一电阻的第二端接电源，所述第二电阻的第二端接地，所述运算放大器的所述正输出端还通过所述第一电容连接所述导联电极线。

9.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述接触阻抗测量电路基于AFE4300芯片实现。

10.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述生理电信号检测芯片包括与所述导联电极线连接的信号采集模块以及与所述信号处理电路连接的第二模数转换输出模块；

所述信号采集模块检测所述人体电信号；所述第二模数转换输出模块用于将所述人体电信号经过差分放大滤波处理后输出至所述信号处理电路。