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心电信号的非接触电容耦合式测量


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心电信号的非接触电容 耦合式测量Capacitive Sensing of NonContact ECG Measurement

13S001030 聂鲁振 智能测试及信息处理技术研究所

Contents
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Hospitals in the future Principle of ECG Conventional measurement of ECG Limitations of the conventional ways Non-contact ECG measurement

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Hospitals in the future
?

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Principle of ECG

电流源:每个心肌细胞的除极和复极过程 容积导体(volume conductor):人体组织是导电的, 看作是一个容积导体
.

心电图:所有心肌细胞的偶极子场在容积导体内 产生电场,从而有电位差产生,即心电图。

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Principle of ECG

? P, QRS, ST, T波
QRS

? Click to add Text ? Click t add Text

? Click to add Text ? Click to add Text ? Click to add Text

? Click to add Text ? Click to add Text ? Click to add Text
S-T

P



T

QT
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Principle of ECG

? Features of ECG

1.微弱性 ? Click to add Text ? Click to add Text 0.05~5mV ? Click t 一般只有 add Text ? Click to add Text ? Click to add Text ? Click to add Text ? Click to add Text 2.低频特性 人体心电信号的频谱范围在 0.05~100Hz ,频率 比较低。 3.高阻抗特性 作为心电的信号源,人体源阻抗一般较大,可 达几KΩ至几十KΩ。
? Click to add Text

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Conventional measurement of ECG

Ag/Agcl
金属和含有该金属 离子溶液所构成的 10% 体系称为电极

16%

把人体离子电 转化为电子传 导的电流

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Limitations of the conventional ways

Disportable

limitations

Can not be used in some conditions

unconvient
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Non-contact ECG measurement
1.在电磁学里,位移电流 (displacement current) 定义 为电位移对于时间的变率。位移 2.电位移 定义为 以方程

电流的单位与电流的单位相同。
如同真实的电流,位移电流也有 一个伴随的磁场。但是,位移电

其中, 是电常数, E是电场,P是电极化 强度。

流并不是移动的电荷所形成的电
流;而是电位移对于时间的偏导 数。
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Non-contact ECG measurement
位移电流密度 以方程定义为

在电介质内,这方程有两个项目

方程右手边的第一个项目,称为麦克斯韦修正项目。 在自由空间和电介质内,这项目都会存在。虽然不涉及任何 真实的电荷运动,它有一个伴随的磁场,它的物理行为就好 像是真实的电流。 第二个项目是电极化电流密度,与电介质内单独分子的极化 性有关。

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Non-contact ECG measurement
Ultrahigh input impedance is needed Problems to be solved in this kind of measurement The current /voltage noise The reduction of commonmode noise The proper shielding is needed(weaker signals)
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Non-contact ECG measurement
ultrahigh input impedance
It is a good thing for a voltage input, as if the input impedance is high compared to the source impedance then the voltage level will not drop too much due to the divider effect

The current / voltage bias
No current flows into either input terminal?

The proper shielding
Weaker signals

common-mode noise

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Non-contact ECG measurement
The current /voltage bias Ultrahigh input impedance

Solutions 1. A low-leakage biasing circuit and a positive feedback 2.Much simpler circuits
.

Fig. 1. Components of Indirect-contact ECG measurement system.

@H Prance et al,1998 @Yong Gyu Lim et al,2010

Fig. 2. Profile of Active Electrode for Indirect-contact ECG

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Non-contact ECG measurement
reduction of common-mode noise

Solutions Driven-right-leg circuit conventionaly

Fig. 3 Configuration of Indirect-contact ECG measurement system including Driven-right-leg circuit

@Yong Gyu Lim et al,2010

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Non-contact ECG measurement

EPIC Sensors...
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