心电信号的非接触电容耦合式测量

1、LOGO心电信号的非接触电容心电信号的非接触电容耦合式测量耦合式测量Capacitive Sensing of Non-Contact ECG Measurement13S001030聂鲁振智能测试及信息处理技术研究所LOGO智能测试及信息处理技术研究所智能测试及信息处理技术研究所ContentsHospitals in the future1Principle of ECG2Conventional measurement of ECG3Limitations of the conventional ways4Non-contact ECG measurement5LOGO智能测试及信息处理

2、技术研究所智能测试及信息处理技术研究所Hospitals in the futurevLOGO智能测试及信息处理技术研究所智能测试及信息处理技术研究所Principle of ECG电流源电流源：每个心肌细胞的除极和复极：每个心肌细胞的除极和复极过程过程容积导体容积导体(volume conductor):人体组织是导电的人体组织是导电的，看作看作是一个是一个容积导体容积导体.心电图心电图：所有心肌细胞的偶极子场在容积导体：所有心肌细胞的偶极子场在容积导体内内产生产生电场，从而有电位差产生，即心电图。电场，从而有电位差产生，即心电图。LOGO智能测试及信息处理技术研究所智能测试及信息处理技术研

3、究所Principle of ECG Click to add Text Click t add Text Click to add Text Click to add Text Click to add Text Click to add Text Click to add Text Click to add Textv P, QRS, ST, T波S-T段QRSTPQTLOGO智能测试及信息处理技术研究所智能测试及信息处理技术研究所Principle of ECG Click to add Text Click t add Text Click to add Text Click to a

4、dd Text Click to add Text Click to add Text Click to add Text Click to add Textv Features of ECG1.微弱性 一般只有0.055mV2.低频特性人体心电信号的频谱范围在0.05100Hz，频率比较低。3.高阻抗特性作为心电的信号源，人体源阻抗一般较大，可达几K至几十K。LOGO智能测试及信息处理技术研究所智能测试及信息处理技术研究所Conventional measurement of ECG10%16%Ag/Agcl 把人体离子电把人体离子电转化为电子传转化为电子传导的电流导的电流金属和含有该金属和

5、含有该金属金属离子离子溶液所溶液所构成的构成的体系体系称为电极称为电极LOGO智能测试及信息处理技术研究所智能测试及信息处理技术研究所Limitations of the conventional wayslimitationsunconvientDisportableCan not be used in some conditionsLOGO智能测试及信息处理技术研究所智能测试及信息处理技术研究所Non-contact ECG measurement1.在电磁学里，位移电流位移电流 （displacement current） 定义为电位移对于时间的变率。位移电流的单位与电流的单位相同。如同

6、真实的电流，位移电流也有一个伴随的磁场。但是，位移电流并不是移动的电荷所形成的电流；而是电位移对于时间的偏导数。2.电位移 以方程定义为其中， 是电常数电常数， E是电场,P是电极化电极化强度强度。LOGO智能测试及信息处理技术研究所智能测试及信息处理技术研究所Non-contact ECG measurement位移电流密度位移电流密度 以方程定义为在电介质电介质内，这方程有两个项目方程右手边的第一个项目，称为麦克斯韦修正项目麦克斯韦修正项目。在自由空间和电介质内，这项目都会存在。虽然不涉及任何真实的电荷运动，它有一个伴随的磁场，它的物理行为就好像是真实的电流电流。第二个项目是电极化电流密度

7、电极化电流密度，与电介质内单独分子的极化性有关。LOGO智能测试及信息处理技术研究所智能测试及信息处理技术研究所Non-contact ECG measurement Problems to be solved in this kind ofmeasurement The reduction of common-mode noise The current /voltage noiseUltrahigh input impedance is neededThe proper shielding is needed（weaker signals）LOGO智能测试及信息处理技术研究所智能测试及信息

8、处理技术研究所Non-contact ECG measurement It is a good thing for a voltage input, as if the input impedance is high compared to the source impedance then the voltage level will not drop too much due to the divider effectWeaker signals No current flows into either input terminal?ultrahigh input impedance Th

9、e current /voltage biasThe proper shielding common-mode noise LOGO智能测试及信息处理技术研究所智能测试及信息处理技术研究所Non-contact ECG measurementSolutions1. A low-leakage biasing circuit and a positive feedback2.Much simpler circuits.Ultrahigh input impedance Fig. 1. Components of Indirect-contact ECG measurement system. F

10、ig. 2. Profile of Active Electrode for Indirect-contact ECG H Prance et al,1998Yong Gyu Lim et al,2010The current /voltage biasLOGO智能测试及信息处理技术研究所智能测试及信息处理技术研究所Non-contact ECG measurementSolutionsDriven-right-leg circuit conventionalyreduction of common-mode noise Fig. 3 Configuration of Indirect-contact ECG measurement system incl