ITTO20060584A1

ITTO20060584A1 - SYSTEM AND METHOD OF ACQUISITION OF BIOELECTRIC SIGNALS THROUGH SKIN ELECTRODES

Info

Publication number: ITTO20060584A1
Application number: IT000584A
Authority: IT
Inventors: Roberto Merletti
Original assignee: Torino Politecnico
Priority date: 2006-08-07
Filing date: 2006-08-07
Publication date: 2008-02-08
Also published as: WO2008017921A3; WO2008017921A2

Description

D E SCR IZION E DESCRIPTION

Del brevetto per invenzione industriale Patent for industrial invention

La presente invenzione è relativa ad un sistema e ad un metodo di acquisizione di segnali bioelettrici tramite elettrodi cutanei. In particolare, la seguente trattazione farà esplicito riferimento, senza per questo perdere in generalità, all'acquisizione di segnali elettromiografici di superficie attraverso una matrice di elettrodi cutanei. The present invention relates to a system and a method for acquiring bioelectrical signals by means of skin electrodes. In particular, the following discussion will explicitly refer, without losing generality, to the acquisition of surface electromyographic signals through a matrix of skin electrodes.

Come noto, i muscoli del corpo, durante la loro contrazione, producono segnali bioelettrici che si propagano lungo le fibre muscolari dalla zona di generazione (anche nota come zona di innervazione) verso le estremità tendinee. In dettaglio, i muscoli sono costituiti da un insieme di fibre muscolari raggruppate in una pluralità di unità funzionali, dette unità motorie (UM); una singola unità motoria comprende un motoneurone, i relativi assone e giunzione neuromuscolare, e l'insieme delle fibre muscolari da esso innervate. Il motoneurone propaga l'impulso nervoso lungo l'assone, dal midollo spinale verso la giunzione neuromuscolare, e crea un potenziale d'azione elettrico che propaga successivamente lungo le fibre muscolari verso i tendini. As is known, the muscles of the body, during their contraction, produce bioelectric signals that propagate along the muscle fibers from the generation zone (also known as the innervation zone) towards the tendon ends. In detail, the muscles are made up of a set of muscle fibers grouped into a plurality of functional units, called motor units (UM); a single motor unit includes a motor neuron, its axon and neuromuscular junction, and all the muscle fibers it innervates. The motor neuron propagates the nerve impulse along the axon, from the spinal cord towards the neuromuscular junction, and creates an electrical action potential which subsequently propagates along the muscle fibers towards the tendons.

L'attività elettrica risultante generata dall'attività muscolare (data dalla combinazione dei potenziali d'azione che si propagano lungo le fibre muscolari delle diverse unità motorie) può essere acquisita sulla cute con la tecnica dell'elettromiografia di superficie (sEMG - Surface Electromyography) . Tale tecnica prevede il prelievo dei segnali elettrici sulla cute (segnali elettromiografici di superficie) tramite la disposizione sulla porzione di cute sovrastante il muscolo o i muscoli di interesse, di sensori di prelievo comprendenti elettrodi di materiale conduttivo. I segnali elettrici così rilevati, indicativi dell'attività muscolare, vengono inviati ad un'opportuna elettronica di condizionamento per operazioni di amplificazione e filtraggio. The resulting electrical activity generated by muscle activity (given by the combination of action potentials that propagate along the muscle fibers of the different motor units) can be acquired on the skin with the surface electromyography technique (sEMG - Surface Electromyography) . This technique provides for the sampling of electrical signals on the skin (surface electromyographic signals) through the arrangement on the portion of skin overlying the muscle or muscles of interest, of sampling sensors comprising electrodes of conductive material. The electrical signals thus detected, indicative of muscular activity, are sent to an appropriate conditioning electronics for amplification and filtering operations.

Il prelievo in superficie dei segnali elettromiografici , pur avendo il considerevole vantaggio di essere totalmente non invasivo (a differenza della tradizionale elettromiografia ad aghi) presenta indubbiamente una serie di problematiche, legate principalmente alla ridotta ampiezza dei segnali prelevati (a causa dell'effetto di filtro rappresentato dai tessuti interposti tra il muscolo e la cute), e alla difficoltà di individuazione in superficie del muscolo, e conseguentemente di posizionamento dei sensori di prelievo. Alla luce di tali difficoltà, nell'ambito dell'elettromiografia di superficie riveste una considerevole importanza la progettazione di efficaci sensori di prelievo, che assicurino un buon contatto elettrico con la cute ed uno stabile posizionamento (anche nel corso di contrazioni non isometriche), e preferibilmente offrano la possibilità di un agevole riposizionamento, in modo da identificare, per tentativi successivi, la migliore posizione di prelievo. The surface sampling of electromyographic signals, despite having the considerable advantage of being totally non-invasive (unlike traditional needle electromyography) undoubtedly presents a series of problems, mainly related to the reduced amplitude of the collected signals (due to the filter effect represented by the tissues interposed between the muscle and the skin), and the difficulty of locating the muscle on the surface, and consequently positioning the sampling sensors. In light of these difficulties, in the field of surface electromyography, the design of effective sampling sensors, which ensure good electrical contact with the skin and stable positioning (even during non-isometric contractions), is of considerable importance, and preferably they offer the possibility of easy repositioning, so as to identify, by successive attempts, the best pick-up position.

È noto inoltre il crescente utilizzo di matrici di elettrodi per l'acquisizione simultanea di segnali elettromiografici in più punti della cute. Tale tecnica di prelievo consente ad esempio di "seguire" la propagazione dei potenziali d'azione lungo le fibre muscolari, di "mappare" le proprietà spaziali di un muscolo, di creare filtri con ordini elevati per il filtraggio dei segnali elettromiografici in modo da aumentare la risoluzione spaziale, o di selezionare online od off-line porzioni della matrice con le migliori caratteristiche di segnale. The growing use of electrode arrays for the simultaneous acquisition of electromyographic signals in several points of the skin is also known. This sampling technique allows for example to "follow" the propagation of action potentials along the muscle fibers, to "map" the spatial properties of a muscle, to create filters with high orders for filtering electromyographic signals in order to increase spatial resolution, or to select online or off-line portions of the matrix with the best signal characteristics.

Imetodi utilizzati attualmente per il prelievo dei segnali elettromiografici dalla cute di un soggetto prevedono l'utilizzo di singoli elettrodi adesivi, o di gruppi di elettrodi adesivi, non riposizionabili. In particolare, sono note schiere e matrici di elettrodi che utilizzano un circuito stampato flessibile per la realizzazione degli elettrodi e delle piste di collegamento con una relativa elettronica di condizionamento, e vengono applicate alla cute mediante un nastro di materiale biadesivo. The methods currently used for collecting electromyographic signals from the skin of a subject involve the use of single adhesive electrodes, or groups of non-repositionable adhesive electrodes. In particular, electrode arrays and arrays are known which use a flexible printed circuit for the realization of the electrodes and of the connection tracks with a relative conditioning electronics, and are applied to the skin by means of a tape of double-sided adhesive material.

L'utilizzo di singoli elettrodi posizionabili individualmente rende difficoltosa la realizzazione di una matrice di elettrodi con un corretto spaziamento reciproco degli elettrodi; l'utilizzo di matrici e/o schiere di elettrodi adesive realizzate con la tecnica dei circuiti stampati flessibili è sicuramente più vantaggioso, ma non esente da problemi, in particolar modo legati alla difficoltà di riposizionamento delle stesse, ed alla difficoltà di assicurare un corretto contatto elettrico di tutti gli elettrodi della matrice/schiera. Inoltre, tali sensori sono costosi, ed il più delle volte riutilizzabili solamente per un limitato numero di prelievi, in quanto facilmente soggetti ad usura e danneggiamento. The use of single electrodes which can be positioned individually makes it difficult to produce a matrix of electrodes with correct mutual spacing of the electrodes; the use of matrices and / or arrays of adhesive electrodes made with the technique of flexible printed circuits is certainly more advantageous, but not free from problems, especially linked to the difficulty of repositioning them, and to the difficulty of ensuring correct contact of all the electrodes of the matrix / array. Furthermore, these sensors are expensive, and most of the time reusable only for a limited number of samples, as they are easily subject to wear and damage.

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di fornire un sistema di acquisizione di segnali bioelettrici, in particolare segnali elettromiografici di superficie, che consenta di perfezionare le tecniche di acquisizione note e di risolvere, in tutto o in parte, i problemi precedentemente evidenziati. The aim of the present invention is therefore to provide a system for acquiring bioelectrical signals, in particular surface electromyographic signals, which allows to improve the known acquisition techniques and to solve, in whole or in part, the problems previously highlighted.

Secondo la presente invenzione vengono pertanto forniti un sistema ed un metodo di acquisizione di segnali bioelettrici, come definiti rispettivamente nelle rivendicazioni 1 e 21. According to the present invention, therefore, a system and a method for acquiring bioelectrical signals are provided, as defined in claims 1 and 21 respectively.

Per una migliore comprensione della presente invenzione ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali: For a better understanding of the present invention, preferred embodiments are now described, purely by way of non-limiting example and with reference to the attached drawings, in which:

- la figura 1 mostra una sezione trasversale attraverso una porzione di un sistema di acquisizione di segnali bioelettrìci secondo una forma di realizzazione dell 'invenzione; Figure 1 shows a cross section through a portion of a bioelectrical signal acquisition system according to an embodiment of the invention;

- la figura 2 è una vista prospettica dall'alto del sistema di figura 1; Figure 2 is a top perspective view of the system of Figure 1;

- la figura 3 è una vista prospettica dal basso del sistema di figura 1; e Figure 3 is a perspective view from below of the system of Figure 1; And

- la figura 4 è una sezione trasversale attraverso una variante del sistema di acquisizione di segnali bioelettrici secondo l'invenzione. Figure 4 is a cross section through a variant of the bioelectrical signal acquisition system according to the invention.

Come sarà chiarito in seguito, un aspetto della presente invenzione prevede l'utilizzo di una connessione rimuovibile, in particolare ad interazione magnetica, tra uno o più elettrodi di prelievo del segnale elettromiografico (o di un altro segnale bioelettrico) , applicati sulla cute di un soggetto, ed una relativa elettronica di condizionamento. As will be clarified below, an aspect of the present invention provides for the use of a removable connection, in particular with magnetic interaction, between one or more electrodes for taking the electromyographic signal (or another bioelectric signal), applied to the skin of a subject, and a relative conditioning electronics.

In dettaglio, e facendo riferimento alle figure 1-3, un sistema di acquisizione 1 di segnali bioelettrici comprende una pluralità di elettrodi di prelievo 2, fissati ed incorporati in un supporto elettrodi 3, costituito da un foglio di tessuto, gomma o altro materiale naturale o sintetico. Gli elettrodi di prelievo 2 sono costituiti da occhielli metallici di forma circolare rivettati, o fissati in un qualunque altro modo di tipo di per sé noto, al supporto elettrodi 3; gli elettrodi di prelievo 2, atti a prelevare e condurre segnali elettrici, sono realizzati in materiale ferromagnetico (ad esempio ferroso) ricoperto da un materiale conduttivo, quale argento (Ag) o argento clorurato (AgCl), in modo da assicurare un contatto a bassa impedenza e basso rumore con la cute. Ciascun elettrodo di prelievo 2 è forato internamente, e definisce un'apertura 7 che lo attraversa per tutto il suo spessore, e presenta ad esempio forma cilindrica. In particolare, gli elettrodi di prelievo 2 sono disposti in righe e colonne in modo da formare una matrice di prelievo 4 (figura 2), e si trovano a distanza regolare gli uni dagli altri. In detail, and with reference to Figures 1-3, a bioelectrical signal acquisition system 1 comprises a plurality of pickup electrodes 2, fixed and incorporated in an electrode holder 3, consisting of a sheet of fabric, rubber or other natural material or synthetic. The pick-up electrodes 2 consist of circular metal eyelets riveted, or fixed in any other way of a per se known type, to the electrode support 3; the pick-up electrodes 2, suitable for picking up and conducting electrical signals, are made of ferromagnetic material (for example ferrous) covered with a conductive material, such as silver (Ag) or chlorinated silver (AgCl), so as to ensure a low impedance and low noise with the skin. Each pick-up electrode 2 is internally perforated, and defines an opening 7 which passes through it for its entire thickness, and has, for example, a cylindrical shape. In particular, the pick-up electrodes 2 are arranged in rows and columns so as to form a pick-up matrix 4 (Figure 2), and are located at a regular distance from each other.

II supporto elettrodi 3 viene applicato su una porzione di cute 5 di un soggetto (in figura 3 viene mostrata una superficie di contatto 3a del supporto elettrodi che si interfaccia con la cute), in modo tale che gli elettrodi di prelievo 2 contattino la cute stessa, e fissato ad esempio tramite fasce elastiche 6 dotate di attacchi in velcro; le fasce elastiche 6 sono unite al supporto elettrodi 3, di cui costituiscono estensioni laterali. The electrode holder 3 is applied to a portion of skin 5 of a subject (Figure 3 shows a contact surface 3a of the electrode holder that interfaces with the skin), so that the pickup electrodes 2 contact the skin itself. , and fixed for example by means of elastic bands 6 equipped with Velcro fasteners; the elastic bands 6 are joined to the electrode support 3, of which they constitute lateral extensions.

Il sistema di acquisizione 1 comprende inoltre mezzi di connessione elettrica 8, per la connessione degli elettrodi di prelievo 2 (e del relativo supporto, del tutto privi di una componente di elettronica) ad una relativa elettronica di condizionamento 9 (mostrata in modo schematico in figura 2, e comprendente ad esempio, in modo noto, un circuito di amplificazione e filtraggio dei segnali bioelettrici rilevati). In dettaglio, i mezzi di connessione elettrica 8 comprendono una pluralità di elementi di connessione magnetici 10, portati da un supporto magneti 12 (ad esempio anch'esso di tessuto, gomma o altro materiale naturale o sintetico), e disposti in corrispondenza uno-a-uno con rispettivi elettrodi di prelievo 2. Nella configurazione mostrata, gli elementi di connessione magnetici 10 sono disposti in righe e colonne a formare una matrice, ad una distanza di separazione che coincide con una relativa distanza di separazione tra gli elettrodi di prelievo 2; infatti, ciascun elemento di connessione magnetico 10 è destinato in uso ad interagire con, ed in particolare ad aderire per attrazione magnetica ad un rispettivo elettrodo di prelievo 2, quando il supporto magneti 12 viene accoppiato al supporto elettrodi 3. Gli elementi di connessione magnetici 10 hanno una forma corrispondente agli elettrodi di prelievo 2, ad esempio circolare, e sono realizzati con materiale ad alta induzione magnetica residua (ad esempio una lega di samario-cobalto) in modo da esercitare un'attrazione elevata nei confronti degli elettrodi di prelievo 2, di materiale ferroso; inoltre, anche gli elementi di connessione magnetici 10 sono rivestiti di materiale conduttivo, ad esempio argento o argento clorurato, in modo da garantire un contatto a bassa impedenza. The acquisition system 1 also comprises electrical connection means 8, for the connection of the pick-up electrodes 2 (and of the relative support, completely without an electronic component) to a relative conditioning electronics 9 (shown schematically in figure 2, and comprising, for example, in a known way, an amplification and filtering circuit of the detected bioelectric signals). In detail, the electrical connection means 8 comprise a plurality of magnetic connection elements 10, carried by a magnet support 12 (for example also made of fabric, rubber or other natural or synthetic material), and arranged in correspondence one-a -one with respective pick-up electrodes 2. In the configuration shown, the magnetic connection elements 10 are arranged in rows and columns to form a matrix, at a separation distance which coincides with a relative separation distance between the pick-up electrodes 2; in fact, each magnetic connection element 10 is intended in use to interact with, and in particular to adhere by magnetic attraction to a respective pick-up electrode 2, when the magnet support 12 is coupled to the electrode support 3. The magnetic connection elements 10 they have a shape corresponding to the pick-up electrodes 2, for example circular, and are made of material with high residual magnetic induction (for example a samarium-cobalt alloy) so as to exert a high attraction towards the pick-up electrodes 2, of ferrous material; moreover, also the magnetic connection elements 10 are coated with conductive material, for example silver or chlorinated silver, so as to guarantee a low impedance contact.

I mezzi di connessione elettrica 8 comprendono inoltre un circuito stampato flessibile 13 incorporato nel supporto magneti 12 e definente una pluralità di percorsi conduttivi per il collegamento indipendente di ciascun elemento di connessione magnetico 10 ad un connettore elettrico 14, destinato ad interfacciarsi con l'elettronica di condizionamento 9, attraverso un cavo di segnale multipolare 15. Gli elementi di connessione magnetici 10 possono essere collegati elettricamente al circuito stampato flessibile 13 ed ai suddetti percorsi elettrici tramite saldatura o incollaggio (ad esempio mediante una resina conduttiva). Il connettore elettrico 14 può essere anch'esso portato dal supporto magneti 12 (ad esempio incorporato in tale supporto), o essere realizzato come elemento distinto, collegato al circuito stampato 13 tramite un ulteriore cavo di segnale. The electrical connection means 8 further comprise a flexible printed circuit 13 incorporated in the magnet support 12 and defining a plurality of conductive paths for the independent connection of each magnetic connection element 10 to an electrical connector 14, intended to interface with the electronics of conditioning 9, through a multipolar signal cable 15. The magnetic connection elements 10 can be electrically connected to the flexible printed circuit 13 and to the aforesaid electrical paths by welding or gluing (for example by means of a conductive resin). The electrical connector 14 can also be carried by the magnet support 12 (for example incorporated in this support), or be made as a separate element, connected to the printed circuit 13 by means of a further signal cable.

In alternativa al suddetto circuito stampato flessibile, i mezzi di connessione elettrica 8 possono comprendere una pluralità di conduttori elettrici 16 (come illustrato in figura 4) per la connessione elettrica degli elementi di connessione magnetici 10 al connettore elettrico 14; tali conduttori elettrici possono essere incorporati nel supporto magneti 12 o essere distinti da tale supporto. Anche i conduttori elettrici 16 possono essere saldati o incollati (ad esempio mediante resina conduttiva) agli elementi di connessione magnetici 10. As an alternative to the aforesaid flexible printed circuit, the electrical connection means 8 can comprise a plurality of electrical conductors 16 (as illustrated in Figure 4) for the electrical connection of the magnetic connection elements 10 to the electrical connector 14; such electrical conductors can be incorporated in the magnet support 12 or be distinct from said support. The electrical conductors 16 can also be welded or glued (for example by means of conductive resin) to the magnetic connection elements 10.

Il funzionamento del sistema di acquisizione 1 prevede che gli elettrodi di prelievo 2 vengano posizionati sulla cute di un soggetto, in particolare in corrispondenza di uno o più muscoli da esaminare. A tal fine, il supporto elettrodi 3 viene fissato al muscolo tramite le fasce elastiche 6, agganciando tra loro i relativi attacchi in velcro. In modo noto, il contatto elettrico tra gli elettrodi di prelievo 2 e la cute può essere "asciutto", cioè determinato semplicemente dal reciproco contatto, oppure "bagnato", cioè tramite l'interposizione di un materiale conduttivo atto a diminuire una resistenza di contatto. Nel secondo caso, l'apertura 7 di ciascun occhiello degli elettrodi di prelievo 2 viene riempita con un gel (o altro materiale gelatinoso più o meno denso) conduttivo, che migliora il contatto elettrico tra l'occhiello stesso e la cute (in particolare in presenza di peli sulla cute, che, in modo noto, rendono problematico un contatto di tipo "asciutto"). Tale riempimento può essere effettuato mediante ima siringa automatica, o "dispenser", in modo da avere un controllo accurato della quantità di materiale inserito. The operation of the acquisition system 1 provides that the withdrawal electrodes 2 are positioned on the skin of a subject, in particular in correspondence with one or more muscles to be examined. To this end, the electrode support 3 is fixed to the muscle by means of the elastic bands 6, hooking the relative Velcro attachments together. In a known way, the electrical contact between the pick-up electrodes 2 and the skin can be "dry", that is simply determined by mutual contact, or "wet", that is, through the interposition of a conductive material capable of decreasing a contact resistance . In the second case, the opening 7 of each eyelet of the withdrawal electrodes 2 is filled with a conductive gel (or other more or less dense gelatinous material), which improves the electrical contact between the eyelet itself and the skin (in particular in presence of hairs on the skin, which, in a known way, make a "dry" contact problematic). This filling can be carried out by means of an automatic syringe, or "dispenser", in order to have an accurate control of the quantity of material inserted.

Successivamente, il supporto magneti 12 viene fissato sul supporto elettrodi 3, per attrazione magnetica di ciascun elemento di connessione magnetico 10 al relativo elettrodo di prelievo 2, in modo tale che ciascun elemento di connessione magnetico 10 aderisca su, e contatti un relativo elettrodo di prelievo 2. I segnali bioelettrici vengono acquisiti ed inviati all'elettronica di condizionamento 9, tramite i percorsi conduttivi/conduttori elettrici, il connettore elettrico 14 ed il cavo multipolare 15. Subsequently, the magnet support 12 is fixed on the electrode support 3, by magnetic attraction of each magnetic connection element 10 to the relative pick-up electrode 2, so that each magnetic connection element 10 adheres to and contacts a relative pick-up electrode 2. The bioelectrical signals are acquired and sent to the conditioning electronics 9, through the conductive paths / electrical conductors, the electrical connector 14 and the multipolar cable 15.

Vantaggiosamente, l'elettronica di condizionamento può consentire una visualizzazione in tempo reale dell'andamento dei segnali bioelettrici prelevati, in modo che sia possibile verificare la qualità dei segnali prelevati, ed in particolare la qualità del contatto stabilito dai vari elettrodi di prelievo 2. In caso di cattivo contatto, il sistema di acquisizione 1 consente agevolmente di rimuovere il supporto magneti 12 dal supporto elettrodi 3, per inserire ulteriore gel conduttivo negli occhielli degli elettrodi di prelievo 2 che manifestano il cattivo contatto, od eventualmente per riposizionare l'intero supporto elettrodi 3 al fine di individuare una migliore posizione di prelievo sulla cute. Il supporto magneti 12 viene in seguito riapplicato sul supporto elettrodi 3, ristabilendo la connessione magnetica. Advantageously, the conditioning electronics can allow a real-time display of the trend of the bioelectric signals collected, so that it is possible to check the quality of the signals collected, and in particular the quality of the contact established by the various sampling electrodes 2. In in the event of bad contact, the acquisition system 1 allows you to easily remove the magnet support 12 from the electrode support 3, to insert further conductive gel in the eyelets of the pickup electrodes 2 which show bad contact, or possibly to reposition the entire electrode support 3 in order to identify a better sampling position on the skin. The magnet support 12 is then reapplied on the electrode support 3, re-establishing the magnetic connection.

Da un esame delle caratteristiche del sistema di acquisizione realizzato secondo la presente invenzione sono evidenti i vantaggi che esso consente di ottenere. From an examination of the characteristics of the acquisition system made according to the present invention, the advantages that it allows to be obtained are evident.

In particolare, il sistema di connessione magnetica rimuovibile consente in maniera semplice ed economica di realizzare il collegamento elettrico e meccanico tra elettrodi di prelievo ed il relativo supporto (i quali, si sottolinea, sono del tutto passivi e privi di elettronica), ed un cavo di collegamento destinato ad interfacciarsi con una relativa elettronica di condizionamento. Risulta particolarmente semplice rimuovere gli elementi dì connessione magnetici per modificare il posizionamento o le proprietà di contatto degli elettrodi di prelievo, assicurando in tal modo un'elevata qualità di prelievo dei segnali bioelettrici. Gli stessi elettrodi di prelievo 2 sono facilmente riposizionabili sulla cute per individuare una posizione di prelievo ottimale. In particular, the removable magnetic connection system allows in a simple and economical way to make the electrical and mechanical connection between the pick-up electrodes and the relative support (which, it should be emphasized, are completely passive and devoid of electronics), and a cable connection designed to interface with relative conditioning electronics. It is particularly simple to remove the magnetic connection elements to modify the positioning or the contact properties of the pick-up electrodes, thus ensuring a high pick-up quality of the bioelectric signals. The same pickup electrodes 2 can be easily repositioned on the skin to identify an optimal pickup position.

A differenza di sistemi di acquisizione di tipo noto, gli elementi di cui si compone il sistema secondo l'invenzione (in particolare, gli elettrodi di prelievo 2 ed il relativo supporto elettrodi 3, e gli elementi di connessione magnetici 10 ed il relativo supporto magneti 12) possono essere riutilizzati per un numero elevato di prelievi di segnale, in quanto non presentano parti facilmente usurabili o soggette a danni. Tale caratteristica, unita alla semplice realizzazione, rende il sistema di acquisizione particolarmente vantaggioso dal punto di vista economico. Inoltre, sia il supporto elettrodi 3 che il supporto magneti 12 sono separatamente lavabili, anche in soluzione antibatterica (il supporto elettrodi anche in lavatrice), per consentire l'utilizzo su persone diverse garantendo il rispetto delle condizioni igieniche. Unlike known acquisition systems, the elements of which the system according to the invention is composed (in particular, the pick-up electrodes 2 and the relative electrode holder 3, and the magnetic connection elements 10 and the relative magnet holder 12) can be reused for a large number of signal pickups, as they do not have parts that are easily worn out or subject to damage. This feature, combined with the simple construction, makes the acquisition system particularly advantageous from an economic point of view. Furthermore, both the electrode holder 3 and the magnet holder 12 are washable separately, also in an antibacterial solution (the electrode holder also in the washing machine), to allow use on different people, ensuring compliance with hygienic conditions.

Risulta infine chiaro che a quanto qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione, come definito dalle rivendicazioni allegate. Finally, it is clear that modifications and variations can be made to what is described and illustrated herein without thereby departing from the scope of protection of the present invention, as defined by the attached claims.

In particolare, la figura 4 mostra una possibile variante del sistema di acquisizione 1 precedentemente descritto. In tal caso, i mezzi di connessione elettrica 8 non comprendono il supporto magneti 12, e gli elementi di connessione magnetici 10 sono pertanto liberi l'uno rispetto all'altro, ed applicabili singolarmente su rispettivi elettrodi di prelievo 2 (in configurazione scelta liberamente dell'utilizzatore). I mezzi di connessione elettrica 8 comprendono una pluralità di conduttori elettrici 16, ciascuno fissato ad un rispettivo elemento di connessione magnetico 10 (nuovamente per saldatura o incollaggio), e convergenti nel connettore elettrico 14 (qui non illustrato). Questa configurazione consente di agire singolarmente sugli elementi di connessione magnetica 10, ad esempio per staccare uno solo di tali elementi associato ad un singolo elettrodo di prelievo che manifesta un cattivo contatto elettrico con la cute (in modo ad esempio da modificare il quantitativo di gel conduttivo utilizzato, come precedentemente descritto). In particular, Figure 4 shows a possible variant of the acquisition system 1 previously described. In this case, the electrical connection means 8 do not comprise the magnet support 12, and the magnetic connection elements 10 are therefore free with respect to each other, and can be applied individually on respective pick-up electrodes 2 (in a freely chosen configuration of the 'user). The electrical connection means 8 comprise a plurality of electrical conductors 16, each fixed to a respective magnetic connection element 10 (again by welding or gluing), and converging in the electrical connector 14 (not shown here). This configuration allows you to act individually on the magnetic connection elements 10, for example to detach only one of these elements associated with a single pick-up electrode which shows a bad electrical contact with the skin (in order for example to modify the quantity of conductive gel used, as previously described).

Un'ulteriore variante del sistema di acquisizione (non illustrata) può prevedere che non siano presenti né il supporto magneti 12 (in analogia a quanto descritto con riferimento alla figura 4) né il supporto elettrodi 3. In tal caso, gli elettrodi di prelievo 2 (eventualmente anche un singolo elettrodo di prelievo) possono essere disposti individualmente sulla cute, e successivamente essere collegati magneticamente ai relativi elementi di connessione magnetici 10. A further variant of the acquisition system (not shown) can provide that neither the magnet support 12 (in analogy to what is described with reference to Figure 4) nor the electrode support 3 are present. In this case, the pick-up electrodes 2 (possibly also a single sampling electrode) can be individually arranged on the skin, and subsequently be magnetically connected to the relative magnetic connection elements 10.

II supporto magneti 12 potrebbe integrare all'interno del circuito stampato flessibile 13 un'elettronica di front-end per operazioni preliminari di condizionamento dei segnali bioelettrici; eventualmente, tale elettronica potrebbe anche essere disposta all'interno del connettore elettrico 14. Si noti che la presenza di tale elettronica di front-end è realizzabile, dal punto di vista dei costi, grazie alla citata riutilizzabilità del sistema di prelievo per un elevato numero di acquisizioni. The magnet support 12 could integrate inside the flexible printed circuit 13 a front-end electronics for preliminary conditioning operations of the bioelectric signals; optionally, this electronics could also be arranged inside the electrical connector 14. It should be noted that the presence of this front-end electronics is achievable, from a cost point of view, thanks to the aforementioned reusability of the withdrawal system for a large number of acquisitions.

Potrebbero inoltre essere previsti differenti mezzi di fissaggio del supporto elettrodi 3 alla cute. Ad esempio, il supporto elettrodi 3 portante la matrice di elettrodi di prelievo 2 potrebbe essere incorporato in un indumento (o in una porzione di un indumento, ad esempio una maglia o un Pantalone elastici) indossabili da un soggetto. Gli elettrodi di prelievo 2 sarebbero in tal caso a contatto con la cute ed inoltre adiacenti ad una superficie esterna dell'indumento, in modo da poter interagire con i relativi elementi di connessione magnetici 10. In alternativa, potrebbe essere utilizzata una connessione adesiva per il fissaggio del supporto elettrodi 3 alla cute (in particolar modo nel caso in cui le fasce elastiche 6 risultassero di difficile posizionamento) . Different means for fixing the electrode support 3 to the skin could also be provided. For example, the electrode holder 3 carrying the array of pick-up electrodes 2 could be incorporated in a garment (or in a portion of a garment, for example an elastic shirt or trousers) which can be worn by a subject. In this case, the pick-up electrodes 2 would be in contact with the skin and furthermore adjacent to an external surface of the garment, so as to be able to interact with the relative magnetic connection elements 10. Alternatively, an adhesive connection could be used for the fixing the electrode support 3 to the skin (especially if the elastic bands 6 are difficult to position).

Gli elementi di connessione magnetici 10 possono inoltre avere una forma differente, ad esempio avere una forma a "T" con una protuberanza (il gambo della "T") destinata ad inserirsi all'interno dell'apertura 7 degli elettrodi di prelievo 2; in tal modo si ottiene un'aumentata interazione magnetica ed un collegamento meccanico più saldo tra il supporto magneti 12 ed il supporto elettrodi 3. The magnetic connection elements 10 can also have a different shape, for example have a "T" shape with a protuberance (the shank of the "T") intended to be inserted inside the opening 7 of the pickup electrodes 2; in this way an increased magnetic interaction and a stronger mechanical connection is obtained between the magnet support 12 and the electrode support 3.

Gli elettrodi di prelievo 2 potrebbero essere disposti con differenti passi e distanze reciproche, ad esempio a seconda del muscolo da analizzare (muscoli più piccoli richiedendo ad esempio una distanza più ravvicinata tra gli elettrodi) . La distanza di separazione tra gli elettrodi potrebbe anche variare all'interno della stessa matrice di prelievo 4. Gli elementi di connessione magnetici 10 potrebbero essere incorporati nel supporto magneti 12 in numero differente rispetto agli elettrodi di prelievo 2, essendo infatti possibile accoppiare due o più di tali supporti al di sopra del supporto elettrodi 3, in maniera modulare. The sampling electrodes 2 could be arranged with different pitches and mutual distances, for example according to the muscle to be analyzed (smaller muscles requiring for example a closer distance between the electrodes). The separation distance between the electrodes could also vary within the same pickup matrix 4. The magnetic connection elements 10 could be incorporated in the magnet holder 12 in a different number than the pickup electrodes 2, since it is in fact possible to couple two or more of these supports above the electrode support 3, in a modular manner.

Gli elettrodi di prelievo 2 possono eventualmente avere una forma piena (senza l'apertura 7), con una relativa superficie di contatto con la cute zigrinata, in modo da formare una pluralità di sedi per accogliere eventuali peli, e migliorare così il contatto elettrico (in maniera di per sé nota). The pick-up electrodes 2 may possibly have a solid shape (without the opening 7), with a relative contact surface with the knurled skin, so as to form a plurality of seats to accommodate any hairs, and thus improve the electrical contact ( in a manner known per se).

Inoltre, sul supporto elettrodi 3 e/o sul supporto magneti 12 possono essere previsti fori, perni o altri mezzi di riferimento per agevolarne un reciproco allineamento . Furthermore, holes, pins or other reference means can be provided on the electrode support 3 and / or on the magnet support 12 to facilitate mutual alignment.

Infine, si sottolinea nuovamente che il sistema di acquisizione 1 non si limita all'utilizzo per il prelievo di segnali elettromiografici, ma è estendibile al prelievo di un qualsiasi segnale bioelettrico cutaneo, ad esempio un segnale EEG (elettroencefalogramma), o ECG (elettrocardiogramma). Finally, it is emphasized again that the acquisition system 1 is not limited to the use for the collection of electromyographic signals, but can be extended to the collection of any skin bioelectric signal, for example an EEG signal (electroencephalogram), or ECG (electrocardiogram) .

Inoltre, è evidente che il numero di elettrodi di prelievo 2, contattabili con il sistema di connessione rilasciabile ad interazione magnetica secondo l'invenzione, può essere qualsiasi (anche pari a uno), e gli stessi elettrodi essere disposti in maniera arbitraria (in una matrice, in un vettore, o in qualsiasi maniera desiderata, in presenza o in assenza del supporto elettrodi 3). Furthermore, it is evident that the number of pick-up electrodes 2, which can be contacted with the releasable connection system with magnetic interaction according to the invention, can be any (even equal to one), and the same electrodes can be arranged in an arbitrary manner (in a matrix, in a vector, or in any desired manner, in the presence or absence of the electrode holder 3).

Claims

R IV EN D ICA TION I 1. Bioelectrical signal acquisition system (1), comprising: - at least one first pick-up electrode (2) arranged, in use, on a portion of skin (5) for picking up said bioelectric signals; And - electrical connection means (8) for connecting said first pick-up electrode (2) to an electronic device (9) for processing said bioelectric signals; characterized in that said electrical connection means (8) comprise a first removable connection element (10) with magnetic interaction.

System according to claim 1, wherein said first pick-up electrode (2) comprises ferromagnetic material, and said first removable connection element (10) comprises a magnet configured to magnetically couple to said first pick-up electrode, during said detachable connection.

System according to claim 1 or 2, wherein said electrical connection means (8) comprise a first conductive path (13, 16) electrically connected to said first removable connection element (10) and to said electronic device (9), and said first pick-up electrode (2) and said first removable connection element (10) are coated with electrically conductive material.

System according to claim 3, wherein said electrical connection means (8) further comprise an electrical connector (14) connected to said first conductive path (13, 16), and to said electronic device (9) through a signal cable (15).

5. System according to any one of the preceding claims, in which said first pick-up electrode (2) has a hollow shape and defines inside it an opening (7), intended to receive inside it a conductive material, in particular a gel conductive, to improve electrical contact with said portion of skin (5).

The system according to claim 5, wherein said first pick-up electrode (2) comprises ferromagnetic material, and said first removable connecting element (10) comprises a magnet having a protrusion configured to penetrate inside said opening ( 7).

System according to any one of claims 1-4, wherein said first pick-up electrode (2) has a solid shape with knurls on one of its surfaces in contact with the skin.

8. System according to any one of the preceding claims, further comprising further pick-up electrodes (2) arranged, in use, on said portion of skin (5) for picking up said bioelectric signals, said first and further pick-up electrodes (2) being arranged in a desired configuration; and in which said electrical connection means (8) comprise further removable connection elements (10) with magnetic interaction, arranged, with said first removable connection element, in a manner corresponding to said desired configuration, so as to interact magnetically each with a respective of said first and further pickup electrodes (2).

System according to claim 8, wherein said first and further pickup electrodes (2), and said first and further removable connecting elements (10) are arranged to form a matrix.

System according to claim 8 or 9, wherein said electrical connection means (8) comprise first and further conductive paths (13, 16) electrically connected to said first and further removable connection elements (10), and a connector electrical (14) connected to said first and further conductive paths (13, 16), and to said electronic device (9) through a signal cable (15), of the multipolar type.

System according to any one of claims 8-10, wherein said first and further electrodes (2) are arranged inside an electrode holder (3), configured so as to be fixed above said portion of skin ( 5).

System according to claim 11, wherein said electrode holder (3) comprises a sheet of fabric or rubber.

System according to claim 11 or 12, wherein said first and further electrodes (2) comprise eyelets fixed, in particular riveted, on said electrode support (3).

System according to any one of claims 11-13, wherein said electrode holder (3) is a portion of a garment, wearable over said skin portion (5).

System according to any one of claims 11-14, wherein said first and further removable connection elements (10) are arranged inside a magnet support (12) positioned, in use, above said electrode support ( 3).

System according to claim 15, wherein said electrical connection means (8) comprise a first and further electrical conductors (13, 16) electrically connected to said first and further removable connection elements (10), and an electrical connector ( 14) connected to said first and further electrical conductors (13, 16), and to said electronic device (9) through a signal cable (15) of the multipolar type; said first and further electrical conductors being incorporated in said magnet support (12).

System according to claim 16, wherein said magnet support (3) comprises a printed circuit (13) integrating said first and further electrical conductors (13, 16), and also carries said electrical connector (14).

System according to claim 17, wherein said printed circuit (13), in particular of the flexible type, further integrates an electronic circuit for conditioning said bioelectric signals.

System according to claim 16 or 17, wherein said electrical connector (14) integrates an electronic circuit for conditioning said bioelectric signals.

System according to any one of the preceding claims, in which said bioelectrical signals are surface electromyographic signals, and said first sampling electrode (2) is arranged above said portion of skin (5), in correspondence with a muscle la whose contraction originates said surface electromyographic signals.

21. Method of acquiring bioelectrical signals, comprising: - arranging at least a first pick-up electrode (2) on a portion of skin (5) for picking up said bioelectric signals; And - connecting electrical connection means (8) to said first pickup electrode (2) for its connection to an electronic device (9) for processing said bioelectric signals; characterized in that said connecting step comprises removably coupling said electrical connection means (8) to said first pick-up electrode (2), by means of magnetic interaction.

Method according to claim 21, wherein said first pick-up electrode (2) has a hollow shape and defines an opening (7) inside it, and said coupling step comprises magnetic attraction to said first pick-up electrode a removable connecting element (10); further comprising, before said coupling step, the step of inserting into said opening (7) a conductive material, in particular a conductive gel, to improve an electrical contact with said portion of skin (5).

A method according to claim 22, further comprising, following said coupling step, the step of verifying a quality of said bioelectrical signals, and the steps of removing said removable connecting element (10), refilling said opening (7 ) with said conductive material, and rejoining said removable connection element, in the event that the quality of said bioelectric signals does not satisfy certain criteria.