JP6659536B2 - 電位測定装置及び電位検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、信号の検出のための装置および関連する方法に関する。装置は、低振幅の生体電気信号の検出における特定の用途を有する。たとえば、装置を、脳波図（ＥＥＧ：ｅｌｅｃｔｒｏｅｎｃｅｐｈａｌｏｇｒａｍ）信号、心電図（ＥＣＧ：ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈｙ）信号または筋電図（ＥＭＧ：ｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ）信号を取得するために使用することができる。

ヒトを含む哺乳動物における生物学的活性は、電界を発生させる。これらの電界は、身体にわたって変化し、身体的、感情的および精神的状態に応じて変化する。たとえば、脳の機能は、頭皮上の点における電位を監視することによって検出することができる電界を発生させる。監視される電位は脳波図（ＥＥＧ）信号の一例である。周波数スペクトルなどのＥＥＧ信号の特徴は、脳の機能の表示を提供する。ニューロフィードバックシステムは、ＥＥＧ信号を処理し、サウンドまたは他のフィードバック信号を生成することができる。ユーザは、自分の脳の機能の統制を学ぶためにニューロフィードバックシステムを使用してもよい。

フィードバックを提供するために聴覚刺激を使用する神経フィードバックシステムの例として、カナダ国ビクトリアに所在のゼンガー インスティテュート インコーポレイティッド（Ｚｅｎｇａｒ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｉｎｃ．）（ｗｗｗ．ｚｅｎｇａｒ．ｃｏｍ）から入手可能なＮｅｕｒＯｐｔｉｍａｌ（商標）システムがある。ＮｅｕｒＯｐｔｉｍａｌはユーザの脳波を監視し、ユーザが聴いている音楽を変調することによって、中枢神経系にそれが円滑に機能していないときに警告を発する。脳活動が乱流の兆候を示しているときは、ＮｅｕｒＯｐｔｉｍａｌ（商標）のニューロフィードバックソフトウェアが提供する音楽は、一時的に中断される。このわずかな手がかりは、ユーザの脳にそれが非効率的に動作していることを警告する。トレーニングセッションを繰り返すことにより、脳は自身を「リセット」し、より円滑に機能することを学ぶ。

拍動している心臓も、皮膚で検出することができる時間変化電界を作成する。監視信号は、心電図（ＥＣＧ）信号の一例である。心拍が正常であるか異常であるかを決定するためにＥＣＧ信号を分析することができる。同様に、センサを、筋電図（ＥＭＧ）を使用して、筋肉機能を測定するために配置することができる。

さまざまなＥＥＧシステムを記載する特許文献は、特許文献１〜７である。
ＥＥＧ信号を含む生体電気信号は、一般的に振幅が小さい。そのような信号は、一般的に増幅を必要とする。信号が微弱であるため、ノイズが問題となる。小さな電位を監視するためのシステム（たとえば、ＥＥＧ、ＥＭＧ、ＥＣＧシステム）の全体的な性能は、電位を検出するために使用されるセンサの性質に大きく依存し得る。

増幅を提供するセンサを記載する特許文献は、特許文献８〜１１である。
さまざまなタイプの電極を、ＥＥＧ信号を検出するために使用することができる。いくつかのＥＥＧシステムは、ウェットコンタクト電極を使用している。ウェットコンタクト電極は、ユーザへの低インピーダンス接続を提供するために、導電性ゲルまたはペーストとともに使用される。ウェットコンタクト電極は、使用するのに不便であり時間がかかることがある。さらに、導電性ゲルおよびペーストは厄介であり、多くの場合、隣接センサ間でブリードすることがあり、信号混濁を引き起こしてしまう。

ドライ電極は、ペーストまたはゲルを使用するのではなく、ユーザに直接接触する。ドライ電極を用いて行われる接続の電気インピーダンスは、典型的には、ウェットコンタクト電極を用いて行われる接続の電気インピーダンスよりもはるかに大きい。ドライセンサによる接続のこのインピーダンスは、ドライ電極と皮膚との間の毛の存在などの、皮膚状態等の要因により大きく異なり得る。

非接触センサは、静電容量結合に依存し、動作するのに被験者への導電性接続を必要としない。非接触センサに関連した多くの問題がある。電界への結合は非常に弱く、センサに外来ノイズピックアップが発生しやすい。また、一般的な増幅器の設計では、正しく動作させるために、有限の（一般的には微小であるが）入力電流を必要とする。非接触センサは、たとえば、非特許文献１〜４に記載されている。非接触センサはまた、特許文献１２〜１５にも記載されている。

特許文献１６および特許文献１７は、生体電気信号を検出するための電極を備えたヘッドセットを記載する。特許文献１８は、感知された生体信号のためのさまざまな用途について記載する。特許文献１９は、自由空間電界の測定について記載する。

既存のセンサの欠点のいくつかを改善する、小さな電位を検出するのに適したセンサの必要性が残っている。ニューロセンシングおよびニューロフィードバックの分野において、ノイズの存在下で動作することができ、脳波図（ＥＥＧ）、筋電図（ＥＭＧ）および心電図（ＥＣＧ）などの技術に適している信頼性の高い非接触センサの必要性が残っている。

米国特許第５２３０３４６号明細書 米国特許第４５０３８６０号明細書 米国特許第４４１１２７３号明細書 米国特許第７７２９７４０号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０２８２２３１号明細書 米国特許出願公開第２０１１／００４６５０３号明細書 米国特許出願公開第２０１３／００７９６５９号明細書 米国特許出願公開第２０１３／００６６１８３号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０２５０１９７号明細書 欧州特許第１４５１５９５号明細書 米国特許第８２６４２４７号明細書 米国特許第８１９３８２１号明細書 カナダ国特許第２７０６９５６号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０２６５０８０号明細書 米国特許第８７８０５１２号明細書 米国特許出願公開第２０１３／００３９５０９号明細書 米国特許第８２７１０７号明細書 欧州特許出願公開第２７０９５１９号明細書 米国特許第７０８８１７５号明細書

サリバン（Ｓｕｌｌｉｖａｎ）共著、「低ノイズ、非接触ＥＥＧ／ＥＧＧセンサ（Ａ Ｌｏｗ−Ｎｏｉｓｅ，Ｎｏｎ−Ｃｏｎｔａｃｔ ＥＥＧ／ＥＣＧ Ｓｅｎｓｏｒ）」、ＩＥＥＥ、２００７年 カウェンバーグス（Ｃａｕｗｅｎｂｅｒｇｈｓ）共著、「無線非接触の心臓及びニューラルモニタリング（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｎｏｎ−ｃｏｎｔａｃｔ Ｃａｒｄｉａｃ ａｎｄ Ｎｅｕｒａｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．）」、「ワイヤレスヘルス（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｈｅａｌｔｈ）」、２０１０年１０月７日、米国サンディエゴ ロス（Ｒｏｓｓ）著、（ＥＥＧ及びＥＫＧ計測用の非接触電極に関する最近の特許、電気及び電子工学に関する最近の特許「Ｒｅｃｅｎｔ Ｐａｔｅｎｔｓ ｏｎ Ｎｏｎ−Ｃｏｎｔａｃｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ＥＥＧ ａｎｄ ＥＫＧ Ｒｅｃｅｎｔ Ｐａｔｅｎｔｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」）、２０１３年、第６巻、２−６ページ チ（Ｃｈｉ）共著、「高密度ウエアラブル生体電位センサネットワーク用の非接触低電力ＥＥＧ／ＥＣＧ電極（Ｎｏｎ−ｃｏｎｔａｃｔ Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ ＥＥＧ／ＥＣＧ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｗｅａｒａｂｌｅ Ｂｉｏｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）」、ウエアラブル及び植え込み可能な生体センサネットワークに関する第６回国際ワークショップ（Ｓｉｘｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｗｅａｒａｂｌｅ ａｎｄ Ｉｍｐｌａｎｔａｂｌｅ Ｂｏｄｙ Ｓｅｎｓｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）、２００９年６月３日〜５日

本発明は、多数の態様を有する。１つの態様は、１つまたは複数のセンサにおいて電位を検出するためのフロントエンドとして使用可能なセンサ回路を提供する。いくつかの実施形態では、センサは、静電容量センサを含む。いくつかの実施形態では、電位が生体電気信号を含む。別の態様は、そのようなセンサ回路を組み込んだＥＥＧシステムを提供する。別の態様は、そのような回路を組み込んだバイオフィードバックシステムを提供する。別の態様は、入力増幅器のためのバイアス電流を提供するための、および静電放電に起因するノイズ信号をキャンセルするための、あるいは、入力増幅器のためのバイアス電流を提供するための、または静電放電に起因するノイズ信号をキャンセルするためのセンサ回路の動作方法を提供する。

１つの例示的な態様は、関心対象の周波数帯域内の電位を測定するための装置を提供する。装置は、入力および出力を有する増幅器と、前記増幅器の出力から信号を受信するように接続された入力と、出力とを有するフィルタと、前記フィルタの出力と前記増幅器の入力との間に結合された抵抗成分を有するインピーダンスとを備える。前記フィルタは、直流信号を除外する通過帯域を有し、前記増幅器および前記フィルタの組み合わせは、前記フィルタの前記通過帯域内の周波数帯域における信号についてユニティゲインを有する。

別の例示的な態様は、電位を検出するための方法を提供する。方法は、電位に結合された入力を有する増幅器の出力において、関心対象の信号を備える増幅器出力信号を検出する工程と、前記増幅器出力信号から前記関心対象の信号を抽出する工程と、インピーダンスの１つの端部に、前記抽出された関心対象の信号を印加する工程であって、前記インピーダンスは前記増幅器の入力に接続された第２の端部を有する、工程とを有する。前記関心対象の信号は、特定の周波数帯域内の信号であってもよく、前記関心対象の信号を抽出する工程は、前記増幅器出力信号をフィルタリングする工程を備えてもよい。

別の例示的な態様は、それぞれが、対応する増幅器入力に結合された２つ以上の静電容量センサを備えるニューロセンシングシステムを提供する。対応する増幅器入力の各々に対して、前記増幅器入力と、対応する増幅器出力信号および仮想接地電位間の差分を備える関心対象の信号に等しい電位で駆動される点との間に、インピーダンスが接続される。前記仮想接地電位は、前記２つ以上の静電容量センサの電位の平均であってもよい。

別の例示的な態様は、ニューロフィードバックシステムを提供する。ニューロフィードバックシステムは、電位センシングシステム、プロセッサおよびニューロフィードバックモジュールを備える。前記電位センシングシステムは、静電容量伝導センサの少なくとも２対を備え、各対は第１のセンサのための第１の回路および第２のセンサのための第２の回路を備える。前記第１および第２の回路は、電圧インを供給するための入力、電圧アウトを提供するための増幅器を備え、前記増幅器は差動回路と電気的に連通し、前記差動回路はフィルタと電気的に連通し、前記フィルタは前記増幅器の帯域幅が制限された出力を提供し、前記フィルタはインピーダンスと電気的に連通する。前記インピーダンスは出力を提供し、前記出力は前記入力および前記増幅器間で戻る。前記第１の回路および前記第２の回路は前記差動回路において互いに電気的に連通して、バイアス電流のキャンセルおよび仮想駆動接地を提供する。前記プロセッサは、電位センシングシステムからの減算信号を処理するための命令および前記ニューロフィードバックシステムのための命令を備える。前記ニューロフィードバックモジュールは、感知出力を提供するように構成されている。

さらなる態様および例示的な実施形態が添付図面に図示され、続く詳細な説明において説明される、あるいは、添付図面に図示されるか、続く詳細な説明において説明される。
添付図面は、本発明の非限定的な例示的実施形態を示す。

単一センサ用の回路図である。 デジタルフィルタおよびデジタル−アナログ変換器を用いる例示的な単一センサシステムを示す回路図である。 差動構成で接続された２つのセンサを有する例示的な実施形態のための回路図である。 差動構成で接続された２つのセンサを有するシステムを示すブロック図である。 複数のセンサおよび仮想駆動接地を有する例示的なセンサシステムを示す回路図である。 本技術の例示的な実施形態による静電容量センサを含むニューロセンシングシステムを示すブロック図である。 本明細書に記載の高入力インピーダンス信号検出器を組み込んだ例示的なバイオフィードバックシステムを示すブロック図である。

定義
増幅器−増幅器は、少なくとも動作周波数の範囲内で、ゲインＧを乗じた入力において提示された信号と本質的に同じである信号を出力において提示する回路またはデバイスを意味する。Ｇは、１よりも大きい値に限定されるものではなく、１よりも大きい、１に等しい、または、１よりも小さくてもよい。Ｇは、正または負であってもよい。

ＢＰＦ−バンドパスフィルタ。
ＩＣ−集積回路。
ＰＣＢ−プリント回路基板。

ＬＰＦ−ローパスフィルタ。
ＦＦＴ−高速フーリエ変換−サンプリングされた信号の周波数成分を数値的に決定するための方法。

図１は、例示的な実施形態によるセンサ回路１０を示す。センサ回路１０は、関心対象の周波数帯域内の電気信号を検出するように設計されている。例示的な実施形態では、関心対象の周波数帯域は、いくつかのカットオフ周波数より上の周波数を含む。カットオフ周波数は、ミリヘルツ範囲（たとえば、１００ｍＨｚ程度）であってもよい。例示的な実施形態では、関心対象の周波数帯域が１００ｍＨｚ〜１００Ｈｚまたは１ｋＨｚ程度である。この周波数帯域は、特定のＥＥＧ用途において有用な周波数帯域である。関心対象の周波数帯域の正確な上限および下限は重要ではない。他の周波数帯域が、他の用途における関心対象であってもよい。

センサ回路１０は、入力１２Ａおよび出力１２Ｂを有する増幅器１２を備える。入力１２Ａは、たとえば、被験者の皮膚に近接して電極を備えることができるセンサ１４に接続されている。電極が被験者の皮膚と導電接触することは不要である。センサは、たとえば、ドライ電極または非接触電極を備えることができる。

センサ１４が被験者の皮膚との良好な導電接触を行えない、または、被験者の皮膚との導電接触を全く行えない場合であっても、被験者の皮膚における電位の小さな変化のセンシングを容易にするよう、増幅器１２は、高入力インピーダンスを有する。増幅器１２は、たとえば、演算増幅器のような従来の増幅器を含むことができる。いくつかの実施形態では、増幅器１２は、ユニティゲイン構成の演算増幅器を含む。

回路１０は、センサ１４と増幅器１２との間にキャパシタ１５を含んでいる。キャパシタ１５は、センサ１４の静電容量によって、および別個の構成要素によって、あるいは、センサ１４の静電容量によって、または、別個の構成要素によって提供されてもよい。別個の構成要素としてキャパシタ１５を提供することにより、キャパシタ１５が故障しない限り、回路１０が被験者に直流電流を供給し得ないことを確実にするというさらなる安全性の利点を提供できる。

回路１０は、増幅器１２の入力における電荷不均衡を補正するための回路を含む。増幅器１２が高入力インピーダンスを有し、キャパシタ１５も直流電流に対して高インピーダンスを提示するので、電荷を増幅器１２の入力において蓄積することができる。電荷蓄積を増幅器１２によって必要とされるバイアス電流（Ｉ_ＢＩＡＳとして示される）により引き起こすことができ、それは（場合によってはピコアンペアまたはフェムトアンペアの範囲内と）小さいかもしれないが、ゼロではない。静電放電はまた、電荷を増幅器１２の入力において蓄積させることがある。

回路１０は、関心対象の周波数帯域内のすべての周波数に対して高インピーダンスを維持しながら、関心対象の周波数帯域外の１つ以上の周波数において、増幅器１２の入力１２Ａにおける電荷不均衡に対処するために、比較的低いインピーダンスの経路を提供するように構成されている。これは、フィルタ１６と、フィルタ１６の出力１６Ｂおよび増幅器１２の入力１２Ａの間に接続されたインピーダンス１８との組み合わせによって達成される。フィルタ１６への入力１６Ａは、増幅器１２の出力１２Ｂに接続される。インピーダンス１８は、単純な場合には抵抗を備える。他の場合は、以下に記載される。インピーダンス１８の電気抵抗は、増幅器１２の入力インピーダンスよりもはるかに低くすることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、増幅器１２は、１０^９オーム以上の入力インピーダンスを有してもよく、一方、インピーダンス１８は、１０^７オーム程度のオーダーの抵抗を有する。インピーダンス１８の抵抗の正確な値は、重要ではない。いくつかの実施形態では、インピーダンス１８のインピーダンスの抵抗成分は、増幅器１２の入力１２Ａと被験者との間の接続のインピーダンスの抵抗成分よりも著しく低い。いくつかの実施形態では、インピーダンス１８のインピーダンスの抵抗成分は、増幅器１２の入力１２Ａへの任意の他の接続のインピーダンスの抵抗成分よりも著しく低い。

増幅器１２およびフィルタ１８のゲインは、関心対象の周波数帯域内の信号について、増幅器１２およびフィルタ１８の合成利得がユニティであるように選択される。関心対象の周波数帯域内にて、この条件が満たされる場合、フィルタ１６の出力１６Ｂにおける信号は、増幅器１２の入力１２Ａにおける信号と同じである。よって、関心対象の周波数帯域内の信号について、インピーダンス１８の両端の電位差がないので、電流はインピーダンス１８を流れない。関心対象の周波数帯域内で、それはあたかもインピーダンス１８が存在しないかのようであるため、インピーダンス１８はファントムインピーダンスと呼ばれてもよい。

フィルタ１６の周波数応答は、関心対象の周波数帯域にわたって比較的平坦（一定）であることが望ましい。多くの用途では、周波数応答は、関心対象の周波数帯域全体で±．５％内で、または、より要求の厳しい用途では±．１％内で平坦でなければならない。また、増幅器１２およびフィルタ１６の合成利得は、関心対象の周波数帯域内で良好な精度でユニティであることが望ましい。いくつかの実施形態では、フィルタ１６および増幅器１２の合成利得は、（たとえば、周波数帯域または１ｍＨｚ〜１ＫＨｚに及ぶ周波数帯域のサブセットであってもよい）関心対象の周波数帯にわたって１±．００５または１±０．００１である。要求される公差は、用途に依存する。

いくつかの実施形態では、増幅器１２およびフィルタ１６の合成利得は、次の式によって与えられるファクタ内でユニティである。
Ｒ_１８×２πＦＣ_１５
ここで、Ｒ_１８は関心対象の周波数帯域での最高周波数Ｆにおけるインピーダンス１８のインピーダンスであり、Ｃ_１５は、キャパシタ１５の静電容量である。よって、たとえば、インピーダンス１８が１０ΜΩの抵抗値を有する抵抗によって提供され、キャパシタ１５が０．１ピコファラッドの値を有し、関心対象の最大周波数が４００Ｈｚである場合、そのような実施形態における増幅器１２およびフィルタ１６の合成利得は、±０．００２７のファクタ内でユニティである。

いくつかの実施形態では、増幅器１２およびフィルタ１６の両方は、関心対象の周波数帯域の信号について、１のゲインを有する。多少、公差から外れるかもしれない温度変化や構成要素があっても、ユニティゲインを維持する増幅器のよく知られた構造があるので、これは好ましい。特定の非ユニティゲインを確実に維持する増幅器を設計するほうがより困難である。それにもかかわらず、いくつかの代替の実施形態においては、増幅器１２は、非ユニティゲインを有しており、フィルタ１６は、関心対象の周波数帯域内の増幅器１２のゲインの逆数であるゲインを有する。

また、増幅器１２およびフィルタ１６が、関心対象の周波数帯域内の信号に正味の位相シフトを導入しないことが望ましい。特に比較的低い周波数の信号（たとえば、数ＫＨｚ未満の周波数を有する信号）について、関心対象の周波数帯域内の信号の位相を著しくシフトしないフィルタおよび増幅器の組み合わせを設計することは、当技術分野における日常的技術のレベルの範囲内である。何らかの理由で、位相シフトを導入することができる増幅器１２またはフィルタ１６を使用することが望まれる場合には、等しい、および、反対の位相シフトを導入するように増幅器１２およびフィルタ１６の他方を構成することができ、または、１つ以上の追加の回路素子を位相シフトを補正するために導入してもよい。

フィルタ１６は、多種多様の構造を有することができる。いくつかの実施形態では、フィルタ１６は、パッシブフィルタである。他の実施形態では、フィルタ１６は、アクティブ構成要素を有している。フィルタ１６は、アナログフィルタまたはデジタルフィルタであってもよい。フィルタ１６は、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタであってもよい。フィルタ１６がパッシブ構成要素を伴うアナログフィルタである場合の例として、フィルタ１６がＲＣフィルタまたはＬＲＣフィルタである場合がある。特に、関心対象の周波数帯域の下端が低周波数である場合、フィルタ１６が関心対象の周波数帯域の低周波数端未満であるカットオフ周波数を有することが望ましい。いくつかの実施形態では、フィルタ１６は、一次ハイパスフィルタである。他の実施形態では、フィルタ１６は、二次またはより高次のフィルタであってもよい。

理想的な場合には、フィルタ１６は、関心対象の周波数帯域内の周波数については平坦な周波数応答を、そして、少なくとも関心対象の周波数帯域未満の周波数については脱落する周波数応答を有する。

関心対象の周波数帯域の外では、フィルタ１６の出力における信号は、増幅器１２の入力１２Ａにおいて信号から逸脱する。たとえば、周波数が下側カットオフ周波数未満に減少するにつれて固定電位に収束する出力を有する二次フィルタを、フィルタ１６は備えることができる。固定電位と異なる値を有する増幅器１２の入力１２Ａでの任意のＤＣ信号は、インピーダンス１８を介して比較的低いインピーダンスの経路にまみえ、固定電位に等しくなる。この機構により、バイアス電流は、増幅器１２に供給することができ、関心対象の周波数帯域内の信号について高入力インピーダンスを維持しながら、静電気による増幅器入力１２Ａにおける電荷不均衡が中和される。

信号は、フィルタ１６の出力から、または、さらなる処理のために増幅器１２の出力１２Ｂから、取り出すことができる。たとえば、信号は、コンディショニングされ、さらにフィルタリングされ、アナログ−デジタル変換器等によってデジタル化されてもよい。センサ１４に存在する信号の監視、信号処理による被験者についての生理学的情報の判定、フィードバック信号の生成などの用途を含む広範囲の用途のいずれかに信号を適用することができる。

フィルタ１６の出力を、低インピーダンスシールドまたはシールド１９を駆動するために任意選択的に使用することができる。いくつかの実施形態では、シールド１９は、センサ１４からの信号を回路１０に伝送するために接続された１つ以上のシールドケーブルのシールドを含んでいてもよい。このような実施形態では、シールド１９は、アクティブに、関心対象の周波数帯域内の周波数について検出される信号と同じ電位に維持される。これは、電気的ノイズのピックアップを低減する。シールド１９は、センサ１４、センサ１４を増幅器１２に接続する導体、増幅器１２、およびフィルタ１６の少なくとも１つを遮蔽するよう配置されてもよい。例示的な実施形態では、シールド１９は、センサ１４、入力キャパシタ１５、インピーダンス１８、増幅器１２の入力、および、増幅器１２を含む回路の一部にセンサ１４を接続する導体を含むケーブル（存在する場合）の側を遮蔽する。

いくつかの実施形態では、インピーダンス１８は、抵抗１８Ａに加えて構成要素を含む。たとえば、インピーダンス１８は、任意選択的に抵抗１８Ａに並列にキャパシタ１８Ｂを提供する。キャパシタ１８Ｂは、静電放電に対する何らかの保護を提供することができ、また、高周波信号について低減されたインピーダンスの経路を提供してもよい。

別の例として、インピーダンス１８は、過渡電圧抑制（ＴＶＳ：ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）ダイオード、ツェナーダイオード、積層バリスタ、セラミックキャパシタなどの１つ以上の任意選択の静電放電保護デバイス（ＥＳＤ：ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）と並列に抵抗１８Ａを有してもよい。上記と同様の理由により、これらのデバイスは、関心対象の周波数帯域内の信号についての回路の入力インピーダンスに影響を与えないが、静電放電によって生じる電圧を消散するために利用可能である低インピーダンス経路を提供する。静電放電は、非常に速い立ち上がり時間（高周波）を有する傾向がある。フィルタ１６はこのような高周波をブロックすることができ、それにより、静電放電が、ＥＳＤの動作をトリガすることができるインピーダンス１８の両端の電圧となる。ＥＳＤ１８Ｃが示されている。

また、インピーダンス１８の抵抗成分がディスクリート抵抗１８Ａによって提供されていることは必須ではない。いくつかの実施形態では、インピーダンス１８は、フィルタ１６の出力と増幅器１２の入力１２Ａとの間の電気抵抗を提供し、他の機能も提供するデバイスによって提供される。

いくつかの実施形態では、フィルタ１６は、デジタルフィルタとして、たとえば、可変利得を提供するようにプログラムされたデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）内で、実装される。ソフトウェア命令２２を実行するＤＳＰ２０によってフィルタ１６が実装される実施形態による例示的な回路１０Ａを、図１Ａは示す。増幅器１２からのアナログ出力信号Ｖ_ＯＵＴは、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）２３によってデジタル形式に変換される。デジタル信号は、ＤＳＰ２０によって処理される。ＤＳＰ２０のデジタル出力は、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）２４によってアナログに変換され、上記のように動作するインピーダンス１８に印加される。

いくつかの実施形態では、フィルタ１６は、関心対象の周波数帯域内の可変利得を有する。フィルタ１６のゲインをアクティブに、増幅器１２のゲインの逆数であるゲインを維持するように制御することができる。図１Ａの実施形態では、増幅器１２のゲインを測定するために、ＤＳＰ２０はソフトウェア２２によって構成されてもよい。たとえば、回路１０Ａを、既知の振幅、および、関心対象の周波数帯域の外側（たとえば、すぐ上）の周波数を有するテスト信号を生成するよう構成することができる。テスト信号は、別個の発振器または信号発生器によって生成することができるが、テスト信号を生成し、その出力にテスト信号を印加するようにＤＳＰ２０をプログラムするほうが簡便である。

ＤＳＰ２０は、増幅器１２の出力においてテスト信号を検出し、増幅器１２の出力における増幅されたテスト信号の振幅とテスト信号の初期振幅を比較することにより増幅器１２のゲインを決定するように構成されている。そして、ＤＳＰ２０は、フィルタ１６のゲインを、増幅器１２の測定されたゲインの逆数として、および、必要に応じてそうなるように、調整することができる。

所望の既知の値を有するようにテスト信号の振幅を調節することができるが、任意選択的にアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を使用して初期テスト信号１２の振幅を測定するようにＤＳＰ２０を構成することができるので、これは必須ではない。

図２は、差動構成に接続された２つのセンサ回路３１−１および３１−２を提供する別の例示的な回路３０を示している。図２では、要素がどちらのセンサ回路（３１−１または３１−２）の一部であるかを示すためにサフィックス「−１」および「−２」が追加されていることを除いて、図１に示されている要素と同一または同様の要素には、同じ参照番号が付される。要素を大略的に議論するときには、これらのサフィックスを省略することがある。各センサ回路３１は、増幅器１２、フィルタ１６およびインピーダンス１８を含み、それらの全てが本明細書中に記載される。

回路３１−１および３１−２は、そのそれぞれが、増幅器１２−１および１２−２からの出力信号を受信するように接続された入力、および、対応するフィルタ１６に接続された出力を有する差動回路３２を含むという点で、上記の回路１０および１０Ａとは異なる。差動回路３２は、デジタルまたはアナログ領域で実装することができる。フィルタ１６がデジタル的に実装される場合には、フィルタ１６を実装するために使用される同一のプロセッサ（複数可）（たとえば、ＤＳＰ）内に差動回路３２を実装することが簡便であろう。

動作中、第１電圧信号（Ｖ_ＩＮ１）は、センサ１４−１で検出され、キャパシタ１５−１を介して増幅器１２−１の入力に印加される。第２の電圧信号（Ｖ_ＩＮ２）は、センサ１４−２で検出され、キャパシタ１５−２を介して増幅器１２−２の入力に印加される。これに応答して、出力電圧Ｖ_ＯＵＴ１およびＶ_ＯＵＴ２がそれぞれ、増幅器１２−１および１２−２の出力において提示される。

差動回路３２−１は、Ｖ_ＯＵＴ１およびＶ_ＯＵＴ２間の差分を決定し、フィルタ１６−１の入力にその差分を印加する。差動回路３２−２は、Ｖ_ＯＵＴ２およびＶ_ＯＵＴ１間の差分を決定し、フィルタ１６−２の入力にその差分を印加する。フィルタ１６−１の出力における信号が次式によって与えられるように１／２のゲインが差動回路３２またはフィルタ１６に提供される。

ここで、Ｖ_１６−１はフィルタ１６−１の出力における信号であり、Ｖ_ＩＮ１およびＶ_ＩＮ２は上述の通りであり、Ｖ_ＡＶＧはＶ_ＩＮ１およびＶ_ＩＮ２の平均値である。フィルタ１６−２の出力における信号は、Ｖ_ＩＮ１およびＶ_ＩＮ２が入れ替わっている点を除いて同様の関係で与えられる。

センサ回路３１−１および３１−２へのコモン信号は差動回路３２によって除去されるので、これらのコモン信号は、フィルタ１６−１および１６−２の出力には存在しない。フィルタ１６の出力においてコモン信号が存在しないことにより、インピーダンス１８−１および１８−２がコモン信号について比較的低いインピーダンスの経路を提供する。これにより、コモン信号は回路３０により排除される。さらに、コモン信号についてのセンサ回路３１−１および３１−２のゲインは非常に低く、それにより、Ｖ_ＩＮ１およびＶ_ＩＮ２におけるコモン成分の存在が増幅器１２のいずれかの出力をその限界にまで押し上げることはない。回路３０は、あたかもそれが被験者への駆動接地接続を有するが、被験者への別個の物理接地接続を必要としない（そのような接地接続は、任意選択的に存在してもよいが）かのように振る舞う。回路３０は仮想駆動接地を提供すると言うこともできる。

第１ならびに第２、あるいは、第１または第２のセンサ回路３１−１および３１−２からの差分信号は、意図した用途のために処理することができる。差分信号は、フィルタ１６−１および１６−２の一方または差動回路３２−１および３２−２の一方の出力において得ることができる。代替的に、別個の差動回路は、増幅器１２−１および１２−２の出力間の差分を決定して、データプロセッサ、たとえばＤＳＰ、マイクロプロセッサ、埋め込みプロセッサなどのプログラム可能なプロセッサ、または、ハードワイヤード論理回路、カスタムロジックチップ（たとえば、ＡＳＩＣ（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ））、適切に構成された構成可能論理回路（たとえば、構成されたフィールドプログラマブルゲートアレイ−ＦＰＧＡ）などの論理回路、または、これらの適切な組み合わせに提供することができる差分信号を生成することができる。

図３は、本明細書に記載の回路を用いて（たとえば、センサ回路３１−１および３１−２を使用して）信号を感知することによって、ブロック３４−１および３４−２でそれぞれ得られた出力Ｖ_ＯＵＴ１およびＶ_ＯＵＴ２が、差分信号Ｖ_１２を生成するようブロック３５で減算される例示的な場合を示す。ブロック３５は、アナログ差動回路を用いて実装され得るか、または、Ｖ_ＯＵＴ１およびＶ_ＯＵＴ２のデジタル化の後に行われる数値減算ステップを含むことができる。差分信号Ｖ_１２は、ブロック３６で処理される。ブロック３６は、データプロセッサ、論理回路などに実装されたアルゴリズムに従って差分信号Ｖ_１２を処理して出力３７を生成することを含んでもよい。いくつかの実施形態では、出力３７は、聴覚系、視覚系または触覚系などの人間の感覚系によって、（意識的または潜在意識的に）検出可能であるフィードバック信号である。いくつかの実施形態では、出力は、被験者に提示されている音への変調または他の変更を含む。

いくつかの実施形態では、１つ以上のセンサのための１つ以上の電極が、プリント回路基板における層によって提供される。電極から電気的に絶縁された導電性シールドを、プリント回路基板の別の層によって提供することができる。シールドおよび電極は、たとえば、プリント回路基板の非導電層によって分離することができる。いくつかの実施形態におけるシールドは、電極の端部より大きく、電極の端部と重なる。プリント回路基板に電極を提供する実施形態では、センサ回路は、同一のプリント回路基板上に設けられていてもよい。このような実施形態では、センサ回路は、存在する場合、プリント回路基板の導電性要素によって、電極およびシールドに接続されてもよい。いくつかの実施形態では、プリント回路基板は可撓性である。このような実施形態では、プリント回路基板は、人物などの被験者の一部の曲率に一致する電極に湾曲を引き起こすために屈曲されてもよい。

いくつかの実施形態では、１つまたは２つ超のセンサを含むシステムを提供することが望ましい場合がある。センサは、差動対に配置することもでき、配置しなくてもよい。図４は、複数のセンサ回路５１−１、５１−２、…、５１−Ｎを備えた例示的な回路５０を示している。回路５０は、センサ回路５１の任意の適切な数を含むことができる。各センサ回路５１は、上述したように、センサ回路１０または１０Ａに類似し得る。回路５０は、フィルタ１６に入力される信号において、上述の回路と異なる。

回路５０では、各フィルタ１６への入力は、対応する増幅器１２の出力と、増幅器１２の１つまたは複数の他のものの出力に基づく代表信号との組み合わせを含む。代表信号は、増幅器１２の集合出力を代表する平均（ａｖｅｒａｇｅ）、平均値（ｍｅａｎ）または中央値などの値を有していてもよい。代表信号を、対応する増幅器１２の出力から減算することができる。そして、各増幅器１２の出力は、対応する入力信号（たとえば、Ｖ_ＩＮ１）と代表信号との間の差分であってもよい。これは、測定信号の絶対値は重要ではないが、測定信号間の関係が重要なものである場合に、有利であり得る。

合成回路は、フィルタに入力された信号を生成するために、増幅器の出力とフィルタの入力との間に接続することができる。いくつかの実施形態では、合成回路は、差動（減算）回路を備える。合成は、アナログまたはデジタル領域で実行されてよい。いくつかの実施形態では、差動回路は、増幅器の出力信号から、追加の信号センサからの出力信号の関数を減算するように構成されている。

例示的な実施形態において、フィルタ１６−１への入力は次の式で与えられる。

ここで、Ｋは定数である。Ｋは、たとえば、０．１〜２０の範囲の値を有する。いくつかの実施形態において、Ｋ＝１である。他のフィルタ１６への入力は、Ｖ_ＯＵＴ１を、対応する増幅器１２からの出力信号と置換することによって変更された同じ式（２）によって提供される。

式（２）の右辺第２項により提供される平均は、任意選択的に、たとえば次の式によって与えられた加重平均であってもよい。

ここで、Ｃ_ｉは、一般的に、ｉの異なる値に対して異なっていてよい重み係数である。

回路５０は、式（２）の右辺第２項に相当する平均化回路５５を含んでいる。各センサ回路５１における差動回路３２は、対応する増幅器１２の出力から平均化回路５５の出力を減算するように接続されている。たとえば、センサ回路５１−１における差動回路３２−１は、増幅器１２−１の出力から平均化回路５５の出力を減算するように接続されている。平均化回路５５を、アナログ回路として、デジタル処理として、またはそれらの組み合わせとして、実現してもよい。

回路５０内の各センサ回路５１の出力は、その回路５０によりピックアップされた信号Ｖ_ＩＮと代表信号値（たとえば、センサ回路５１の全ての平均出力）との間の差を示す。したがって、回路５０は、被験者に接続された接地を提供し、代表信号によって駆動される（たとえば、感知された信号の平均に等しい電位を有する）回路と同様の出力を提供する。

いくつかの実施形態では、代表信号は、図４に示すような増幅器１２の出力における信号の代わりに、フィルタリングされた信号（たとえば、フィルタ１６の出力における信号）から構成されている。

本明細書に記載のセンサ回路は、非常に広い範囲の用途を有する一方、本発明者らにとって特に関心対象となる１つの用途は、バイオセンシング、特にニューロセンシングである。図５は、少なくとも４つのセンサ、１４−１、１４−２、１４−３および１４−４を備える例示的なニューロセンシングシステム６０を示す。信号センサ１４−１および１４−２は、差動センサ回路６１−１に接続されている。信号センサ１４−３および１４−４は、差動センサ回路６１−２に接続されている。

センサ回路６１−１は、センサ１４−１および１４−２でピックアップされた信号の間の差分を表す差分信号を出力するように構成されている。同様に、センサ回路６１−２は、センサ１４−３および１４−４でピックアップされた信号の間の差分を表す差分信号を出力するように構成されている。センサ１４−１および１４−２は、被験者の頭部の一方（たとえば左側）の信号を検出するように配置することができる一方、センサ１４−３および１４−４は、被験者の頭部の他方（たとえば右側）の信号を検出するように配置することができる。得られた左右の差分信号６４，６５はデータプロセッサ６６に送られ、データプロセッサ６６は、差分信号を処理し、被験者に送達されるようにフィードバックを生成するアルゴリズムを実行する。

たとえば、データプロセッサ６６は、被験者の左脳の活動と右脳の活動との間のバランスを評価するために信号６４および６５を分析することができる。そして、データプロセッサ６６は、被験者にオーディオコントローラ６７によって送達され得る変更されたサウンド信号６９を生成するようサウンド信号６８を変更するためにオーディオコントローラ６７に制御信号を発行することができる。たとえば、オーディオコントローラ６７は、被検者の左脳および右脳の活性レベル間で検出された不均衡がある場合にはサウンド信号６８にオーディオドロップアウトを挿入するように制御することができる。

図６は、他の例示的な実施形態によるシステム７０を示している。システム７０は、ユーザの皮膚や頭皮上の電荷を感知する少なくとも２つの静電容量センサ７２−１および７２−２を備える。静電容量センサは、被験者からの信号をピックアップするための低インピーダンス電気伝導に依存しないセンサである。静電容量センサは、被験者の皮膚（いくつかの実施形態では、頭皮）に静電容量的に結合された電極を提供する。静電容量センサの電極は、たとえば、誘電体材料の層によって、被験者の皮膚から電気的に絶縁されることが可能ではあるが、必須ではない。

静電容量センサ７２は、静電容量センサ７２によってピックアップされた信号を検出および処理するデバイス７４に接続されている。デバイス７４は、本明細書に記載の１つ以上のセンサ回路を内蔵する、高インピーダンスのフロントエンド７３を備える。

システム７０において、デバイス７４は、データ取得モジュール７６と、アルゴリズム８２を実行するデータプロセッサ８０によって提供することができるデータ分析モジュール７８とを含むＥＥＧデバイスを備える。データ分析モジュール７８は、出力デバイス８４を制御する。出力デバイス８４は、ディスプレイ、プリンター、サウンドジェネレータ、データロガー、別のデバイスのためのデジタルまたはアナログ制御信号等の出力デバイスを含むさまざまなタイプの任意の１つ以上のデバイスを含むことができる。

いくつかの実施形態では、同一のプロセッサが、図１Ａを参照した例について説明したようなデジタルフィルタリングの実行、および、検出信号の処理、の両方に適用される。
例示的な実施形態では、ＥＥＧデータが静電容量センサ７２により取得されるので、脳のパフォーマンスについての情報が、データ解析モジュール７８内の信号処理アルゴリズム８２によって計算される。被験者の脳の右側および左側の活動の間で検出された不均衡は、信号処理アルゴリズム８２による不均衡の決定、および、プロセッサ８０による、被験者に再生されているサウンド信号を（たとえば、サウンド信号に１つ以上の聴覚ドロップアウトを挿入することによって）変更するための出力デバイス８４へのシグナリングに帰結する。サウンド信号は、いくつかの実施形態では、音楽信号を含む。

例示的な実施形態によるニューロフィードバックシステムにおいて、本明細書に記載の１つ以上の回路は、増幅器の入力に結合された電位感知コンタクトをも支持するヘッドセットに搭載されている。ヘッドセットが着用されると、電位感知コンタクトで検出されたＥＥＧ信号が増幅器１２によって増幅される。いくつかの実施形態では、ヘッドセットは、ヘッドセットを着用しているときに人の頭皮の左側に接触する電位感知コンタクトの少なくとも１つの第１の対、および、ヘッドセットを着用しているときに人の頭皮の左側に接触する電位感知コンタクトの少なくとも１つの第２の対を支持する。

電位感知コンタクトは、電極、非接触センサ、高インピーダンスセンサなどを含むことができる。いくつかの実施形態では、電位感知コンタクトは、１ΜΩを超えるまたは１０ΜΩを超えるＤＣインピーダンスを有する。いくつかの実施形態では、電位感知コンタクトは、（キャパシタ１５によって）対応する増幅器１２の入力に静電容量的に結合されている。

本発明の別の態様は、電位を検出するための方法を提供する。一態様では、増幅器の入力に電位を結合し、増幅器の出力において、関心対象の信号を備える増幅器出力信号を検出する工程と、増幅器出力信号から関心対象の信号を抽出する工程と、インピーダンスの１つの端部に、抽出された関心対象の信号を印加する工程であって、インピーダンスは増幅器の入力に接続された第２の端部を有する、工程ととを備える。いくつかの実施形態では、関心対象の信号が、特定の周波数帯域内の信号である。このような実施形態では、関心対象の信号を抽出することは、バンドパスフィルタまたはローパスフィルタにおいて増幅器出力信号をフィルタリングすることを備える。いくつかの実施形態では、関心対象の信号は、２つの位置で測定された電位を表す信号の間の差分を備える。このような実施形態では、関心対象の信号を抽出することは、増幅器出力信号から別の信号を減算することを備える。いくつかの実施形態は、インピーダンスを介して増幅器のＤＣバイアス電流を供給することを備える。

上述の回路における増幅器１２は、集積化された演算増幅器（オペアンプ）によって簡便に提供することができるが、これは必須ではない。非常に高い入力インピーダンスおよび低バイアス電流要件を有する演算増幅器は、市販されている。本明細書に記載の増幅器、フィルタおよび差動回路は、互いに別個でディスクリートであることが必須ではない。これらの要素は、構成要素を共有することができる。たとえば、増幅器は、上記のフィルタリング機能を提供する帯域通過特性を有することができ、その場合、別個のフィルタは存在しなくてもよく、または必要ではないかもしれない。差動出力を提供するように２つの増幅器が接続されて示されている実施形態では、代替実施形態は、各入力のために別個のフィードバック経路を有する単一の差動増幅器を使用することができる。

本明細書で説明する例示的な実施形態の利点は、特にこの明細書で示された手段および組み合わせによって実現および達成することができる。前述の一般的説明および以下の詳細な説明は、例示および説明に過ぎず、以下の特許請求の範囲を限定するものではないことを理解すべきである。例示的な実施形態を詳細に説明してきたが、前述の説明は、すべての面で例示であって制限的なものではない。多数の他の変更および変形は、例示的な実施形態の範囲から逸脱することなく考案され得ることが理解される。

本発明は、特定の開示された例示的実施形態に限定されるものではないことを理解すべきである。当業者は、日常実験を使用するだけで、本明細書に記載の特定の例示的実施形態の多くの修正および均等物を認識し、または確認することができるであろう。このような均等物は、添付のまたはその後に提出された特許請求の範囲に含まれることが意図される。たとえば、別の実施形態では、単一のセンサ回路は、その周波数応答が関心対象の帯域未満で非ユニティである場合に１つの増幅器のみを用いて実施される。同様に、増幅器が差動増幅器である場合には、デュアルセンサを差動回路なしで実装することができる。さらに、増幅器の波数応答が関心対象の帯域幅未満で非ユニティであれば、単一またはデュアルセンサを、フィルタ１６なしで実装することができる。
用語の解釈
詳細な説明および特許請求の範囲を通じて、文脈が明確にそれ以外であると要求しない限り、以下の意味を含む。

・「含む」、「含んでいる」などは、排他的または網羅的な意味とは反対に、包括的な意味で解釈されるべきである。すなわち「含むがこれらに限定されない」の意味である。
・「接続される」、「結合される」、またはその任意の変形は、２つ以上の要素間の直接または間接のいずれかでの、任意の接続または結合を意味する。要素間の結合または接続は、物理的、論理的、またはそれらの組み合わせであってもよい。

・「本明細書に」、「上記」、「下記」、および類似の意味の語は、この明細書を説明するために使用される場合、本明細書全体を指し、本明細書の特定の部分を指すのではない。

・「または」は、２つ以上の項目のリストを参照して、以下の単語の解釈のすべてをカバーする。リスト内の項目のいずれか、リスト内のすべての項目、およびリスト内の項目の任意の組み合わせ。

・本明細書中で使用されるすべての単語は、状況に応じた性別や数（単数または複数）であることが解釈されるものとする。
・文脈が明確に複数形であると指示しない限り、任意の適切な複数形の意味を含む。

・記述的見出しは、便宜上に過ぎず、明細書のいずれかの部分の意味や構造を制御するものではなく、それらに影響を与えない。
・「または」および「任意の」は、排他的ではなく、「含む」、「含んでいる」とは、文脈が明確にそれ以外であると指示しない限り限定されない。

本明細書および任意の添付の請求項（存在する場合）において使用される、「垂直」、「横」、「水平」、「上方」、「下方」、「前方」、「後方」、「内向き」、「外向き」、「垂直」、「横」、「左」、「右」、「前」、「後」、「上」、「下」、「の下に」、「の上に」、「の下方に」などの方向を示す言葉は、説明および図示された装置の特定の向きに依存する。本明細書に記載される主題は、さまざまな代替の方向をとることができる。したがって、これらの方向を示す用語は、厳密に定義されておらず、狭義に解釈されるべきではない。

本発明の実施形態は、具体的には、本明細書において詳細に説明された方法の１つ以上のステップを実行するようにプログラムされた、構成された、もしくは構成された、および／または、これらの２つ以上の組み合わせのような、具体的に設計されたハードウェア、構成可能なハードウェア、データプロセッサ上で実行することができる（任意選択的に「ファームウェア」を含んでいてもよい）ソフトウェアの提供によって構成されたプログラム可能データプロセッサ、専用コンピュータまたはデータプロセッサを使用して実装することができる。具体的に設計されたハードウェアの例として、論理回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、大規模集積回路（ＬＳＩ）、超大規模集積回路（ＶＬＳＩ）などが挙げられる。構成可能なハードウェアの例は、プログラマブルアレイロジック（ＰＡＬ）、プログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）、およびフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つ以上のプログラマブルロジックデバイスである。プログラム可能なデータプロセッサの例としては、マイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、埋め込みプロセッサ、グラフィックスプロセッサ、数値演算コプロセッサ、汎用コンピュータ、サーバコンピュータ、コンピュータワークステーションなどが挙げられる。たとえば、バイオフィードバックデバイス内の１つ以上のデータプロセッサは、プロセッサにアクセス可能なプログラムメモリ内のソフトウェア命令を実行することにより本明細書に記載の方法を実装することができる。

本明細書における値の範囲の列挙には、本明細書でそれ以外であると示されていない限り、範囲内に入るそれぞれ別個の値に個々に言及する手短な方法として役立つように単に意図されており、本明細書中であたかも個々に列挙されたかのように、各別個の値が明細書中に組み込まれている。値の特定の範囲が提供される場合、文脈が明確にそれ以外であると指示しない限り、その範囲の上限と下限との間で、その下限の単位の１０分の１まで、各介在値、および、任意の他の記載値またはその記載範囲内の各介在値は、その中に含まれていると理解される。すべてのより小さいサブ範囲も含まれる。これらのより小さい範囲の上限および下限はまた、記載された範囲における任意の具体的に除外される限界を条件として、その中に含まれている。

それ以外であると定義しない限り、本明細書で使用される全ての技術用語および科学用語は、一般に、関連分野の当業者によって理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載のものと類似または均等の任意の方法および材料を使用することもできるが、許容される方法および材料はここに記載されている。

特に、本明細書にそれ以外であると示されているか、またはそうでなければ文脈によって明らかに矛盾しない限り、本明細書に記載された全ての方法は、任意の適切な順序で実行することができる。本明細書中に提供された、任意のおよび全ての例、または例示的な言語の使用（たとえば、「等」）は、より良く例示的な実施形態を説明するだけのものであり、別段特許請求しない限り特許請求された本発明の範囲を限定するものではない。本明細書中の言語は、必須なものとして任意の非特許請求の要素を示すものと解釈されるべきではない。

システム、方法および装置の具体例は、例示の目的のために本明細書に記載されている。これらは例である。本明細書で提供される技術は、上記の例のシステム以外のシステムにも適用することができる。たとえば、そのようなシステムは、生体電気信号のすべての方法を感知するために適用することができる。このような信号は、たとえば脳、心臓、および他の器官の機能を監視するために適用することができる。他の用途に加えて、本技術は、補綴、福祉機器、心臓モニタおよび筋運動記録デバイスおよび関連する方法などの医療デバイス、睡眠と覚醒の監視、ゲーム、デジタル家電とコンピュータの相互作用、車両や設備の制御、生理学的モニタリング機能を含むフィットネス機器などに適用されてもよい。本技術はまた、非生物学的起源の感知信号における用途も有する。本明細書に記載するセンシング回路は、衣類、帽子、ヘルメット等、または、（ハンドル、ノブ、椅子、ベッドなどの家具の表面、座席、ヘッドレスト、医療プローブなどの）使用中の人や動物の体の部分が接触するか隣接している表面、で支持されており、それらに統合することができる、あるいは、支持されているか、それらに統合することができる。

多くの変更、修正、追加、省略および置換は本発明の実施内で可能である。本発明は、当業者に明らかである説明した実施形態の変形を含み、これには、均等の特徴、要素および／もしくは行為による、特徴、要素および／もしくは行為の置換、異なる実施形態からの特徴、要素および／もしくは行為の混合および整合、本明細書に記載される実施形態からの特徴、要素および／もしくは行為と他の技術の特徴、要素および／もしくは行為の組み合わせ、ならびに／または、記載された実施形態からの特徴、要素および／もしくは行為の組み合わせの省略により得られた変形が含まれる。

したがって、次の添付の特許請求の範囲および以下に導入される特許請求の範囲を、合理的に推測することができるように、すべてのそのような変更、置換、追加、省略、およびサブコンビネーションを含むように解釈することが意図されている。特許請求の範囲は、実施例に記載された好ましい実施形態によって限定されるべきものではなく、全体としての説明と一致する最も広い解釈が与えられるべきである。

Claims (30)

1. 関心対象の周波数帯域内の電位を測定するための装置であって、
   第１ゲイン、入力および出力を有する増幅器と、
   前記第１ゲインの逆数である第２ゲインと、前記増幅器の出力から信号を受信するように接続された入力と、出力とを有するフィルタと、
   前記フィルタの出力と前記増幅器の入力との間に結合された抵抗成分を有するインピーダンスとを備え、
   前記フィルタは、直流信号を除外する通過帯域を有し、前記通過帯域は前記関心対象の周波数帯域を含み、前記増幅器および前記フィルタの組み合わせは、前記関心対象の周波数帯域内の信号についてユニティゲインを有する装置。
2. 信号源に前記増幅器の前記入力を結合するキャパシタを備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記インピーダンスは、抵抗を備える、請求項２に記載の装置。
4. 前記インピーダンスは、前記抵抗と並列に接続されたキャパシタを備える、請求項３に記載の装置。
5. 前記インピーダンスは、前記抵抗と並列に接続された静電放電保護装置を備える、請求項３に記載の装置。
6. 前記フィルタは、前記関心対象の周波数帯域内の平坦な周波数応答を有する、請求項１に記載の装置。
7. 前記フィルタは、ハイパスフィルタである、請求項１に記載の装置。
8. 前記フィルタは、バンドパスフィルタである、請求項１に記載の装置。
9. 前記フィルタは、前記インピーダンスを介して前記増幅器にバイアス電流を提供する、請求項１に記載の装置。
10. 前記関心対象の周波数帯域は、１Ｈｚ〜１００Ｈｚの範囲の周波数を備える、請求項１に記載の装置。
11. 前記関心対象の周波数帯域は、１００ｍＨｚ〜３００Ｈｚの範囲の前記周波数を備える、請求項１０に記載の装置。
12. 前記増幅器は、演算増幅器である、請求項１に記載の装置。
13. 前記フィルタは、デジタルフィルタを備える、請求項１に記載の装置。
14. 前記増幅器の出力からの前記信号をデジタル化するために接続されたアナログ−デジタル変換器と、デジタル化されフィルタリングされた信号を生成するために前記デジタル化された信号をデジタル的にフィルタリングするよう構成されたデジタルシグナルプロセッサと、アナログのフィルタリングされた信号に前記デジタル化されフィルタリングされた信号を変換するように構成され、前記インピーダンスを介して前記増幅器の入力へと前記アナログのフィルタリングされた信号を印加するために結合された出力を有するデジタル−アナログ変換器とを備える、請求項１３に記載の装置。
15. 前記フィルタの前記出力に接続され、前記増幅器の前記入力および前記インピーダンスの少なくとも１つを遮蔽するように配置された低インピーダンスシールドを備える、請求項１に記載の装置。
16. 前記増幅器または前記フィルタの前記出力からの信号を受信して処理するために接続されたニューロフィードバックシステムを含む、請求項１に記載の装置。
17. 前記増幅器の前記入力に結合された信号センサを含む、請求項１に記載の装置。
18. 前記信号センサは、電極を備える、請求項１７に記載の装置。
19. 前記信号センサは、関心対象の前記周波数帯域内において少なくとも１ΜΩのインピーダンスを有する、請求項１７に記載の装置。
20. 前記信号センサが、静電容量センサを備える、請求項１７に記載の装置。
21. 前記増幅器の前記出力および前記フィルタの前記入力の間に接続された合成回路を備え、前記合成回路は、前記フィルタの前記入力へと、前記増幅器からの増幅器出力信号と、１つまたは複数の追加の信号センサからの出力信号とを合成する信号を提供する、請求項１に記載の装置。
22. 前記合成回路は、前記追加の信号センサからの前記出力信号の関数を前記増幅器の出力信号から減算するように構成された差動回路を備える、請求項２１に記載の装置。
23. 前記追加の信号センサからの前記出力信号の前記関数は平均を含む、請求項２２に記載の装置。
24. 前記増幅器は、プリント回路基板上に搭載され、前記プリント回路基板は、前記増幅器の前記入力に電気的に結合された電極を備える、請求項１に記載の装置。
25. 前記プリント回路基板は、多層プリント回路基板であり、前記プリント回路基板は、前記フィルタの前記出力に接続された導電性シールドを提供し、前記導電性シールドは、前記電極から電気的に絶縁され、前記電極と物理的に重複している、請求項２４に記載の装置。
26. 前記電極および前記導電性シールドは、それぞれ前記プリント回路基板の第１および第２の異なる層上に形成される、請求項２５に記載の装置。
27. 関心対象の周波数帯域内の電位を検出するための方法であって、
    該電位に結合された入力および第１ゲインを有する増幅器によって関心対象の信号を備える前記電位を増幅し、前記増幅器の出力において、前記関心対象の信号を備える増幅器出力信号を検出する工程と、
    前記増幅器出力信号から前記関心対象の信号を、前記第１ゲインの逆数である第２ゲインを有するフィルタによって抽出する工程と、
    インピーダンスの１つの端部に、前記抽出された関心対象の信号を印加する工程であって、前記インピーダンスは前記増幅器の入力に接続された第２の端部を有する、工程とを備え、前記フィルタは、直流信号を除外する通過帯域を有し、前記通過帯域は前記関心対象の周波数帯域を含み、前記増幅器および前記フィルタの組み合わせは、前記増幅器の前記入力と前記インピーダンスの前記１つの端部との間において、前記関心対象の周波数帯域内の信号についてユニティゲインを有する、電位を検出するための方法。
28. 前記関心対象の信号が、特定の周波数帯域内の信号であり、前記関心対象の信号を抽出することは、前記増幅器出力信号をフィルタリングする工程を備える、請求項２７に記載の方法。
29. 前記関心対象の信号は、２つの位置で測定された電位を表す信号間の差を備え、前記関心対象の信号を抽出することは、前記増幅器出力信号から別の信号を減算することを備える、請求項２７に記載の方法。
30. 前記インピーダンスを介して前記増幅器のＤＣバイアス電流を供給することを備える、請求項２７に記載の方法。