RO130205A2 - Procedeu şi circuit pentru măsurarea impedanţei de contact piele-electrod - Google Patents
Procedeu şi circuit pentru măsurarea impedanţei de contact piele-electrod Download PDFInfo
- Publication number
- RO130205A2 RO130205A2 ROA201300611A RO201300611A RO130205A2 RO 130205 A2 RO130205 A2 RO 130205A2 RO A201300611 A ROA201300611 A RO A201300611A RO 201300611 A RO201300611 A RO 201300611A RO 130205 A2 RO130205 A2 RO 130205A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- electrode
- measuring
- active
- amplifier
- skin
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 25
- 235000008331 Pinus X rigitaeda Nutrition 0.000 claims description 6
- 235000011613 Pinus brutia Nutrition 0.000 claims description 6
- 241000018646 Pinus brutia Species 0.000 claims description 6
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 3
- 102100029952 Double-strand-break repair protein rad21 homolog Human genes 0.000 claims description 2
- 101000584942 Homo sapiens Double-strand-break repair protein rad21 homolog Proteins 0.000 claims description 2
- 101001024120 Homo sapiens Nipped-B-like protein Proteins 0.000 claims description 2
- 102100035377 Nipped-B-like protein Human genes 0.000 claims description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000009432 framing Methods 0.000 claims 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 11
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Invenţia se referă la un procedeu şi la un circuit de măsurare a impedanţei de contact între piele şi un electrod activ de măsurare neinvazivă de biosemnale, ce permite măsurarea impedanţei cu acelaşi echipament cu care se măsoară biosemnalele prelevate. Circuitul de măsurare, conform invenţiei, include un electrod () activ, compus din trei pini conectaţi galvanic între ei, şi un electrod () auxiliar, format tot din trei pini conectaţi galvanic între ei, pinii fiind amplasaţi circular, astfel încât pinii electrodului () activ şi ai electrodului () auxiliar să fie decalaţi între ei, cinci comutatoare () electronice comandate de o unitate de procesare () realizată cu un microprocesor de complexitate mică, prevăzut cu un algoritm de măsurare, un amplificator () instrumental ce amplifică şi condiţionează biosemnalele prelevate cu ajutorul electrozilor (), în care, în modul de măsurare a biosemnalelor, comutatoarele () sunt astfel poziţionate, încât semnalul de la ieşirea amplificatorului () instrumental se aplică la intrarea diferenţială a unui amplificator () cu câştig programabil, iar în modul de măsurarea a impedanţei de contact, comutatoarele () sunt poziţionate în aşa fel, încât la intrările diferenţiale ale amplificatorului () cu câştig programabil se aplică potenţialele prelevate de pe electrodul () activ, respectiv, electrodul () auxiliar, două surse de curent constant (), de valoare egală şi sens opus, fiind conectate la electrodul () activ şi, respectiv, la electrodul () auxiliar, semnalul de la ieşirea amplificatorului () cu câştig programabil fiind proporţional cu impedanţa contactului electrod activ-piele, în ambele cazu
Description
Invenția se referă la un procedeu și circuit pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor, care permite măsurarea impedanței de contact cu același echipament cu care se măsoară biosemnalele prelevate, fără utilizarea electrodului comun, a electrodului de referință, a electrodului DRL, sau a unui semnal furnizat de un alt echipament, pentru determinarea impedanței de contact. Datorita impedanței de contact variabile, a existentei artefactelor de mișcare, de polarizare, de zgomot - la nivel de contact între electrodul de măsurare și piele, interfața piele-electrod poate cauza numeroase probleme. Limitările metodelor de măsurare a acestor biosemnale, deci posibilitatea de extragere a cât mai multe informații din semnale, depind de calitatea contactului electrod-piele, care poate fi evaluată - și în ultimă instanță corectată - cu ajutorul metodelor și a soluțiilor utilizate în echipamentul de măsurare a biosemnalelor.
Se cunosc mai multe procedee pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul de măsurare neinvazivă a biosemnalelor [1], [2], [3], [4], [5]. Acestea diferă între ele în modul de integrare a circuitului de măsurare în lanțul de condiționare a biosemnalului, în algoritmii de monitorizare a parametrilor tehnici, și procesarea numerică a informației. Aceste soluții prezintă dezavantajul unei sensibilități importante a circuitului de măsurare a biosemnalelor la procesul de măsurare a impedanței de contact, creșterea însemnată a circuitelor electronice de complexitate ridicată folosite, și în unele cazuri contribuie la degradarea parametrilor tehnici ai echipamentului. Pe de altă parte, aceste soluții prezintă o structură rigidă, fără posibilitatea de modificare în vederea obținerii altor funcțiuni, aparatul fiind specializat strict pentru un tip de algoritm de măsurare, sau chiar numai pentru măsurarea impedanței de contact. Un alt dezanvantaj al acestor soluții este că nu se măsoară impedanța unui singur contact electrod-piele, ci suma impedanțelor a cel puțin doua contacte electrod-piele, astfel în cazul unor variații de impedanță, este greu de determinat la care punct de contact a a părut un artefact.
Problemele pe care le rezolva invenția constă în: monitorizarea aplicării corecte a electrozilor de măsurare biosemnale pe piele; măsurarea precisă a impedanței unui singur punct de contact electrodpiele; determinarea artefactelor apărute în punctele de măsurare neinvazivă a biosemnalelor; reducerea zgomotului suplimentar întrodus de circuitul de măsurare a impedanței; programarea nivelului câștigului de tensiune al canalului comun de amplificare a semnalelor, în vederea încadrării tuturor tipurilor de semnale măsurate în domenul maxim de tensiune măsurabilă.
Circuitul pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor, conform invenției, utilizează un electrod activ de construcție specială, format din electrodul propriu-zis compus din 3 pini conectați între ei galvanic, și electrodul auxiliar format tot din 3 pini conectați între ei galvanic. Pinii sunt amplasați circular, pinii electrodului propriu-zis și celui auxiliar fiind decalați între ei, astfel după un pin propriu-zis urmează pe cercul imaginar de amplasare un pin auxiliar, după care se repetă configurația de amplasare a pinilor. Măsurarea impedanței de contact se realizează cu ajutorul a cinci comutatoare electronice comandate de către unitatea centrală de procesare realizată cu un microprocesor de mică complexitate care conține și algoritmul de măsurare implementat în firmware. Biosemnalul prelevat - diferența de potențial între electrodul activ propriu-zis și electrodul de referință - este amplificat și condiționat cu ajutorul unui amplificator instrumental. Semnalul de mod comun furnizat de amplificatorul instrumental este trecut printr-un amplificator operațional repetor și este aplicat electrodului DRL. în modul de măsurare biosemnale, comutatoarele sunt astfel poziționate, încât la intrarea diferențială a unui amplificator cu câștig programabil se aplică semnalul de la ieșirea amplificatorului instrumental respectiv tensiunea de referință internă, care este de regulă media celor două tensiuni de alimentare. Semnalul de la ieșirea amplificatorului cu câștig programabil este convertit în valoare numerică de către un convertor analog-
^-2013 υ06 1 1 -1 9 -08- 2013 digital și este transferat unității centrale de procesare în vederea prelucrărilor numerice ulterioare. în modul de măsurare a impedanței de contact, comutatoarele se poziționează în așa fel încât la intrarea diferențială a amplificatorului cu câștig programabil se aplică potențialele prelevate de pe electrodul activ propriu-zis, respectiv de pe electrodul auxiliar, iar cu ajutorul comutatoarelor se conectează la electrodul propriu-zis și cel auxiliar două surse de curent constant de valoare egală și de sens opus. Semnalul la ieșirea amplificatorului cu câștig programabil va fi proporțional cu impedanța contactului electrod activ - piele. Această valoare este convertită în valoare numerică printr-un convertor analogdigital și transferată unității centrale de procesare pentru evaluare. în afară de prelucrarea semnalelor măsurate, procesorul generează semnalele de comandă pentru comutarea comutatoarelor; generează semnalul de comandă și control pentru convertorul analog-digital; generează semnalul de comandă și control pentru amplificatorul cu câștig programabil; generează semnalele de comandă și control pentru canalul de condiționare analogică a biosemnalului măsurat.
Procedeul pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:
- monitorizarea online a stării electrozilor! aplicați pe piele
- măsurarea cu precizie a impedanței unui singur contact electrod-piele
- detectarea avansată a artefactelor de mișcare, de polarizare și ale semnalelor perturbatoare
- folosirea în mare parte a circuitului de măsurare a biosemnalelor, pentru măsurarea impedanței
- posibilitatea integrării echipamentului în sisteme mobile de măsurare
- posibilitatea măsurării impedanței de contact în cazul folosirii electrozilor uscați
- posibilitatea modificării algoritmului de măsurare prin schimbarea firmware-ului înscris în UCP
- posibilitatea de calibrare a offsetului tensiunii de intrare și a câștigului de tensiune
- posibilitatea utilizării procedeului în sistemele dedicate interfețelor creier-calculator (BCI)
Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu figurile 1 - 6, care reprezintă:
- fig. 1, desen de realizare a electrodului activ de măsurare biosemnale, conform invenției
- fig.2, schema bloc a circuitului pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor, aflat în modul de măsurare biosemnale
- fig.3, schema bloc a circuitului pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor, aflat în modul de măsurare impedanța de contact, sens +
- fig.4, schema bloc a circuitului pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor, aflat în modul de măsurare impedanța de contact, sens -
- fig.5, schema electronică generală a unui circuit pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor, conform invenției
- fig.6, fotografia unui nod de măsurare biosemnale, prevăzut cu circuit pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor, realizat conform invenției
Circuitul pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor, conform invenției, utilizează un electrod activ de construcție specială, format din electrodul propriu-zis EA compus din 3 pini conectați între ei galvanic, și electrodul auxiliar EAa format tot din 3 pini conectați între ei galvanic. Pinii sunt amplasați circular, pinii electrodului
6\- 2 ο 1 3 Ο Ο 6 1 1 - 1 9 -08- 2013 propriu-zis și celui auxiliar fiind decalați între ei, astfel după un pin propriu-zis urmează pe cercul imaginar de amplasare un pin auxiliar, după care se repetă configurația de amplasare a pinilor. Astfel pinii electrodului activ sunt decalați între ei cu câte 60° (figura 1.). Măsurarea impedanței de contact se realizează cu ajutorul celor cinci comutatoare electronice K1-K5 (4,5,6,7,8) comandate de către unitatea centrală de procesare UCP (13) realizată cu un microprocesor de mică complexitate care conține și algoritmul de măsurare implementat în firmware. Biosemnalul prelevat - diferența de potențial între electrodul activ propriu-zis EA și electrodul de referință ER - este amplificat și condiționat cu ajutorul amplificatorului instrumental Al (2). Semnalul de mod comun SMC furnizat de amplificatorul instrumental Al (2), este trecut prin amplificatorul operațional în montaj repetor de tensiune AOR (3) și este aplicat electrodului DRL. în modul de măsurare biosemnale (figura 2), comutatoarele K1-K5 (4,5,6,7,8) sunt astfel poziționate, încât la intrarea diferențială a amplificatorului cu câștig programabil ACP (9) se aplică semnalul de la ieșirea amplificatorului instrumental Al (2) respectiv tensiunea de referință internă UREf, care este de regulă media celor două tensiuni de alimentare Ua+ și Ua-. Semnalul de la ieșirea ACP (9) este convertit în valoare numerică de către convertorul analog-digital CAD (10) și este transferat unității centrale UCP (13) în vederea prelucrărilor numerice ulterioare. în modul de măsurare a impedanței de contact (figura 3), comutatoarele K1-K5 (4,5,6,7,8) se poziționează în așa fel încât la intrarea diferențială a ACP (9) se aplică potențialele prelevate de pe electrodul activ propriu-zis EA, respectiv de pe electrodul auxiliar EAa, iar cele două surse de curent constant SCC1 (11) și SCC2 (12) de valoare egală și de sens opus, se conectează la electrodul propriu-zis EA și cel auxiliar EAa. Semnalul la ieșirea ACP(9) va fi proporțional cu impedanța contactului electrod activ - piele. Această valoare este convertită în valoare numerică prin convertorul analog-digital CAD (10) și transferată unității centrale UCP (13) pentru evaluare. Deoarece comutatoarele K2 (5) și K3 (6) au trei poziții (stări) de comutare, ele se pot poziționa astfel încât într-o situație curentul surselor de curent constant să curgă dinspre electrodul activ propriu-zis către electrodul auxiliar (sens +), iar într-o altă situație să curgă dinspre electrodul auxiliar către electrodul propriu-zis. Prin alterarea sensurilor curenților în timpul măsurării impedanțelor de contact, se poate evita fenomenul de polarizare a electrozilor datorită efectului de electroliză. în afară de prelucrarea semnalelor măsurate (s5), procesorul generează semnalele de comandă pentru comutarea comutatoarelor (sl, s2, s3, s4, s6); generează semnalul de comandă și control pentru convertorul analog-digital (s7); generează semnalul de comandă și control pentru amplificatorul cu câștig programabil (s8); generează semnalele de comandă și control pentru canalul de condiționare analogică a biosemnalului măsurat (s9).
Referințe:
[1] M. Teplan, Fundamentals of EEG measurement, Measurement Science Review, Voi.2, Sec.2, 2002, Slovak Academy of Sciences, Institute of Measurement Science [2] Brevet USA: US Patent 6292690/18.09.2001 [3] Brevet USA; US Patent 7894887/22.02.2011 [4] Brevet USA; US Patent 5206602/27.04.1993 [5] Brevet USA: US Patent 0066054/17.03.2011
Claims (7)
1. Procedeu și circuit pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor, caracterizată prin aceea că utilizează un electrod activ de construcție specială, format din electrodul propriu-zis compus din 3 pini conectați între ei galvanic, și electrodul auxiliar format tot din 3 pini conectați între ei galvanic, pinii sunt amplasați circular, pinii electrodului propriu-zis și celui auxiliar fiind decalați între ei, astfel după un pin propriu-zis urmează pe cercul imaginar de amplasare un pin auxiliar, după care se repetă configurația de amplasare a pinilor.
2. Procedeu și circuit pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că se utilizează un comutator electronic K1 (4) comandat de unitatea centrală UCP (13), pentru a selecta biosemnalul prelevat de pe electrodul activ de măsurare, sau biosemnalul prelevat și trecut prin canalul de condiționare analogică Al (2), care urmează să fie aplicat la intrarea amplificatorului cu câștig programabil ACP (9).
3. Procedeu și circuit pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor conform revendicării 1 și 2, caracterizată prin aceea că se utilizează trei comutatoare electronice K2, K3 și K4 (5,6 și 7) comandate de către unitatea centrală UCP (13), pentru a multiplexa pe intrările diferențiale ale amplificatorului cu câștig programabil ACP (9), a biosemnalul prelevat de pe electrodul activ de măsurare, a biosemnalul prelevat și trecut prin canalul de condiționare analogică Al (2), a semnalului prelevat de pe electrodul auxiliar EAa, sau a tensiunii de referință UREF, în succesiunea prescrisă de protocolul de măsurare.
4. Procedeu și circuit pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor conform revendicării 1, 2 și 3, caracterizată prin aceea că se utilizează un comutator electronic dublu K5 (8) comandat de unitatea centrală UCP (13), pentru a aplica două surse de curent constant SCC1 (11) și SCC2 (12) de valoare egală și de sens opus la intrările diferențiale ale amplificatorului ACP (9), în timpul măsurării impedanței de contact, adică în momentele în care la intrările diferențiale ale ACP (9) sunt aplicate semnalele prelevate direct de pe electrodul activ propriuzis EA respectiv de pe electrodul auxiliar EAa.
5. Procedeu și circuit pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor conform revendicării 1, 2, 3 și 4 caracterizată prin aceea că se utilizează pentru comutatoarele K2 (5) și K3 (6) comutatoare electronice cu trei poziții (stări) de comutare, care se pot comanda astfel încât într-o situație curentul surselor de curent constant să curgă dinspre electrodul activ propriu-zis către electrodul auxiliar (sens +), iar într-o altă situație să curgă dinspre electrodul auxiliar către electrodul propriu-zis, astfel prin alterarea sensurilor curenților în timpul măsurării impedanțelor de contact, se poate evita polarizarea electrozilor prin electroliză.
6. Procedeu și circuit pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor conform revendicării 1, 2 și 3 caracterizată prin aceea că pe traseul comun de amplificare a biosemnalelor respectiv a semnalelor proporționale cu impedanța de contact, se utilizează un amplificator cu câștig în tensiune programabil ACP (9), rezolvând astfel problema încadrării tuturor tipurilor de semnale măsurate în domenul maxim de tensiune măsurabilă.
7. Procedeu și circuit pentru măsurarea impedanței de contact între piele și electrodul activ de măsurare neinvazivă a biosemnalelor conform revendicării 1, 2, 3, 4, 5, și 6, caracterizată prin aceea că toate comenzile și reglările modulelor funcționale ale echipamentului de măsurare - comanda comuntatoarelor K1-K5 (4,5,6,7,8), controlul convertorului analog-digital CAD (10), controlul amplificatorului ACP (9), controlul canalului analogic de condiționare semnale Al (2) - se realizează la nivelul aceluiași microcontrolor încorporat.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201300611A RO130205B1 (ro) | 2013-08-19 | 2013-08-19 | Circuit pentru măsurarea impedanţei de contact piele-electrod |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201300611A RO130205B1 (ro) | 2013-08-19 | 2013-08-19 | Circuit pentru măsurarea impedanţei de contact piele-electrod |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO130205A2 true RO130205A2 (ro) | 2015-05-29 |
| RO130205B1 RO130205B1 (ro) | 2020-02-28 |
Family
ID=53188761
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201300611A RO130205B1 (ro) | 2013-08-19 | 2013-08-19 | Circuit pentru măsurarea impedanţei de contact piele-electrod |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO130205B1 (ro) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115916044A (zh) * | 2020-06-12 | 2023-04-04 | 泰尔茂株式会社 | 水肿检测 |
-
2013
- 2013-08-19 RO ROA201300611A patent/RO130205B1/ro unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115916044A (zh) * | 2020-06-12 | 2023-04-04 | 泰尔茂株式会社 | 水肿检测 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO130205B1 (ro) | 2020-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6565002B2 (ja) | 生体信号取得装置および生体信号取得方法 | |
| US9545212B2 (en) | Reconfigurable measuring apparatus and method for controlling apparatus | |
| US9763595B2 (en) | Apparatus and method of measuring bio impedance | |
| CN205083476U (zh) | 一种用于脑电图仪的接触阻抗检测电路及脑电图仪 | |
| US9291654B2 (en) | Patient electrode impedance measurement | |
| JP3980702B2 (ja) | 測定電極と中性電極およびそれらのリード線を監視する装置 | |
| JP2018500146A (ja) | チョッパ変調を用いる閉ループ・ユニットゲイン・アンプを有するアクティブ電極 | |
| EP3949833B1 (en) | Contact state detection device and wearable apparatus | |
| CN110840454A (zh) | 一种脑电信号采集装置和方法 | |
| EP3585258B1 (en) | An apparatus and method for measuring electrode impedance during electrophysiological measurements | |
| RO130205B1 (ro) | Circuit pentru măsurarea impedanţei de contact piele-electrod | |
| CN114699091B (zh) | 脑电检测装置、阻抗检测方法和存储介质 | |
| Olivieri et al. | Recent advances in analog front-end architectures for ECG signal acquisition | |
| CN105962928A (zh) | 建立与皮肤的电接触 | |
| WO2017037721A1 (en) | Configurable multi-channel ecg and eeg monitor | |
| JP7658523B2 (ja) | 電極品質の試験 | |
| EP4181769B1 (en) | Apparatus for biopotential measurement | |
| US20200245874A1 (en) | Ecg signal processor, personal identification system, and ecg signal processing method | |
| EP4431018A3 (en) | Extending the tracking volume in a probe tracking system | |
| US9936893B2 (en) | Device for detecting electric potentials | |
| JP7790654B2 (ja) | 双方向半導体デバイスにおける非対称性の検出 | |
| KR101772202B1 (ko) | 생체전극 부착 상태 모니터링 장치 및 방법 | |
| RO130035A2 (ro) | Senzor inteligent pentru măsurări biosemnale | |
| RO130207B1 (ro) | Dispozitiv pentru măsurări biosemnale | |
| Losonczi et al. | A novel bio-signal acquisition system for brain computer interfaces |