1、LOGO心電信號的非接觸電容心電信號的非接觸電容耦合式測量耦合式測量Capacitive Sensing of Non-Contact ECG Measurement13S001030聶魯振智能測試及信息處理技術(shù)研究所LOGO智能測試及信息處理技術(shù)研究所智能測試及信息處理技術(shù)研究所ContentsHospitals in the future1Principle of ECG2Conventional measurement of ECG3Limitations of the conventional ways4Non-contact ECG measurement5LOGO智能測試及信息處理

2、技術(shù)研究所智能測試及信息處理技術(shù)研究所Hospitals in the futurevLOGO智能測試及信息處理技術(shù)研究所智能測試及信息處理技術(shù)研究所Principle of ECG電流源電流源：每個心肌細胞的除極和復(fù)極：每個心肌細胞的除極和復(fù)極過程過程容積導(dǎo)體容積導(dǎo)體(volume conductor):人體組織是導(dǎo)電的人體組織是導(dǎo)電的，看作看作是一個是一個容積導(dǎo)體容積導(dǎo)體.心電圖心電圖：所有心肌細胞的偶極子場在容積導(dǎo)體：所有心肌細胞的偶極子場在容積導(dǎo)體內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生產(chǎn)生電場，從而有電位差產(chǎn)生，即心電圖。電場，從而有電位差產(chǎn)生，即心電圖。LOGO智能測試及信息處理技術(shù)研究所智能測試及信息處理技術(shù)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智能測試及信息處理技術(shù)研究所智能測試及信息處理技術(shù)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.低頻特性人體心電信號的頻譜范圍在0.05100Hz，頻率比較低。3.高阻抗特性作為心電的信號源，人體源阻抗一般較大，可達幾K至幾十K。LOGO智能測試及信息處理技術(shù)研究所智能測試及信息處理技術(shù)研究所Conventional measurement of ECG10%16%Ag/Agcl 把人體離子電把人體離子電轉(zhuǎn)化為電子傳轉(zhuǎn)化為電子傳導(dǎo)的電流導(dǎo)的電流金屬和含有該金屬和

5、含有該金屬金屬離子離子溶液所溶液所構(gòu)成的構(gòu)成的體系體系稱為電極稱為電極LOGO智能測試及信息處理技術(shù)研究所智能測試及信息處理技術(shù)研究所Limitations of the conventional wayslimitationsunconvientDisportableCan not be used in some conditionsLOGO智能測試及信息處理技術(shù)研究所智能測試及信息處理技術(shù)研究所Non-contact ECG measurement1.在電磁學(xué)里，位移電流位移電流 （displacement current） 定義為電位移對于時間的變率。位移電流的單位與電流的單位相同。如同

6、真實的電流，位移電流也有一個伴隨的磁場。但是，位移電流并不是移動的電荷所形成的電流；而是電位移對于時間的偏導(dǎo)數(shù)。2.電位移 以方程定義為其中， 是電常數(shù)電常數(shù)， E是電場,P是電極化電極化強度強度。LOGO智能測試及信息處理技術(shù)研究所智能測試及信息處理技術(shù)研究所Non-contact ECG measurement位移電流密度位移電流密度 以方程定義為在電介質(zhì)電介質(zhì)內(nèi)，這方程有兩個項目方程右手邊的第一個項目，稱為麥克斯韋修正項目麥克斯韋修正項目。在自由空間和電介質(zhì)內(nèi)，這項目都會存在。雖然不涉及任何真實的電荷運動，它有一個伴隨的磁場，它的物理行為就好像是真實的電流電流。第二個項目是電極化電流密度

7、電極化電流密度，與電介質(zhì)內(nèi)單獨分子的極化性有關(guān)。LOGO智能測試及信息處理技術(shù)研究所智能測試及信息處理技術(shù)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智能測試及信息處理技術(shù)研究所智能測試及信息

8、處理技術(shù)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智能測試及信息處理技術(shù)研究所智能測試及信息處理技術(shù)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智能測試及信息處理技術(shù)研究所智能測試及信息處理技術(shù)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