本發(fā)明涉及一種即使電極之間出現(xiàn)阻抗不平衡，也能準(zhǔn)確提取通過校正信號控制同相噪聲的生物信號波形的生物信號測量裝置。

背景技術(shù)：

生物信號是產(chǎn)生于人體細(xì)胞之間的微小電信號，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用于確認(rèn)患者狀態(tài)及肌電狀態(tài)，主要有心電圖、肌電圖、腦波等。

如圖1所示，用于測量生物信號的心電圖檢測裝置包括接觸于可感應(yīng)生物信號的人體特定部位而測量生物電勢的兩個電極10、20；通過分別連接于電極10、20的導(dǎo)線11、21接收生物電勢信號并對其進(jìn)行差動運(yùn)算而獲得生物信號的生物信號提取部40； 用于儲存、分析、無線傳送或有線傳送提取的生物信號的信號處理部50。所述心電圖檢測裝置還包括右腿驅(qū)動電路60和用于檢測生物電勢的電極之外的接觸于人體特定部位的參考電極30，從而從生物信號提取部40提取同相噪聲、并通過反相放大器Gr進(jìn)行放大后通過導(dǎo)線31施加于參考電極30。

通過兩個電極10、20以兩個通道測量的生物電勢信號為微小生物信號和相對大的外部同相噪聲信號之合。外部噪聲信號為同相信號，可在兩個電極10、20同時檢測到，因此，可以通過生物信號提取部40的差動運(yùn)算來控制而獲得生物信號。

具有代表性的同相噪聲信號有通過常用電Vs流入的噪聲信號。例如，韓國常用電的頻率為60Hz，因此，噪聲信號為60Hz，歐洲常用電的頻率為50Hz，因此，噪聲信號為50Hz。

雖然圖1中只示有由兩個電極10、20構(gòu)成的一組單位測量裝置，但是，也可以將多組單位測量裝置連接于多路復(fù)用器（MUX，multiplexer），并把特定單位測量裝置有選擇地連接于生物信號提取部40。如韓國第10-2012-0102444號公開專利，可以利用多組單位測量裝置提取生物信號。

但是，當(dāng)電極和人體之間的阻抗發(fā)生變化而兩個電極產(chǎn)生的阻抗發(fā)生變化時，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于待測量生物信號的同相噪聲有可能不能通過生物信號提取部40的差動運(yùn)算得到控制。

即，兩個電極之間發(fā)生阻抗不平衡時，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生物信號的同相噪聲信號不能通過差動運(yùn)算得到充分控制，而以大信號殘留，從而大幅降低生物信號測量的準(zhǔn)確度。

為了解決上述問題，韓國授權(quán)專利第10-0868071號中公開了可檢測阻抗不平衡的電極阻抗檢測方法。

但是，由于人體活動，阻抗隨時發(fā)生不平衡。并且，當(dāng)利用電解質(zhì)凝膠將電極附著于人體時，電解質(zhì)凝膠的硬化程度也會導(dǎo)致阻抗的不平衡。針對每次的阻抗不平衡進(jìn)行阻抗的平衡，不但繁瑣，而且不準(zhǔn)確。

[在先技術(shù)文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)]

（專利文獻(xiàn)1） KR 10-0868071B1 2008.11.04；

（專利文獻(xiàn)2） KR10-2012-0102444A 2012.09.18。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種即使電極之間出現(xiàn)阻抗不平衡，也能對電極檢測的生物信號進(jìn)行信號處理，控制阻抗不平衡導(dǎo)致的殘余同相噪聲，從而迅速解決由阻抗不平衡產(chǎn)生問題的生物信號測量裝置。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明生物信號測量裝置包括兩個通過兩個電極檢測人體生物電勢的通道；設(shè)有兩組經(jīng)放大器分別放大通過兩個通道輸入的生物電勢后由差動運(yùn)算器進(jìn)行差動運(yùn)算的檢測器，并有選擇地采納兩組檢測器的輸出信號而獲得生物信號的生物信號提取部；調(diào)節(jié)設(shè)置于兩組檢測器的放大器放大率，以降低摻雜在從生物信號提取部獲得的生物信號中的同相噪聲功率，從而控制因通道之間阻抗不平衡而形成的同相噪聲的阻抗校正器。

所述阻抗校正器輪流選擇兩組檢測器，調(diào)節(jié)被選檢測器的放大器放大率直至同相噪聲小于未選檢測器的同相噪聲，當(dāng)同相噪聲功率達(dá)到預(yù)先設(shè)定的收斂條件時，將兩組檢測器中同相噪聲相對小的檢測器的輸出信號作為生物信號。

各通道在一個檢測器連接于連接在差動運(yùn)算器“+”輸入端的放大器，在另一個檢測器連接于連接在差動運(yùn)算器“－”輸入端的放大器，所述生物信號提取部包括對兩組檢測器的輸出信號進(jìn)行差動運(yùn)算而獲得生物信號的差動運(yùn)算部，所述阻抗校正器調(diào)節(jié)按通道分別設(shè)置于兩組檢測器的放大器放大率，以使摻雜于通過所述差動運(yùn)算部獲得的生物信號中的同相噪聲功率變小。

本發(fā)明生物信號測量裝置的有益效果是：在通過兩個電極輸入生物電勢的兩個通道分別設(shè)置放大器，并通過調(diào)節(jié)放大器的放大率來減小同相噪聲信號的功率，從而通過兩個電極的兩個通道之間即使發(fā)生阻抗不平衡，也能獲得控制同相噪聲的生物信號。

并且，當(dāng)發(fā)生通道之間阻抗不平衡時，通過在差動運(yùn)算之前利用放大器進(jìn)行放大運(yùn)算的信號處理來消除阻抗不平衡，因此，測量生物信號時，即使因人體活動而使通道阻抗不斷發(fā)生變化，也能迅速應(yīng)對，從而獲得準(zhǔn)確的波形生物信號。

另外，通過噪聲消除器消除利用本發(fā)明放大器控制同相噪聲后殘留的同相噪聲，從而可獲得更加準(zhǔn)確的生物信號。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有生物信號測量裝置的示意圖。

圖2是本發(fā)明生物信號測量裝置的第一實施例示意圖。

圖3是圖2的局部示意圖。

圖4是本發(fā)明生物信號測量裝置的第二實施例示意圖。

圖5是本發(fā)明生物信號測量裝置的第三實施例示意圖。

圖6是本發(fā)明生物信號測量裝置的第四實施例示意圖。

圖中，Z11、Z21：串聯(lián)阻抗；Z12、Z22：并聯(lián)阻抗；G1、G2、G3：差動運(yùn)算放大器；G11、G12、G21、G22、G31、G32：放大器；10、20：電極；11、21：導(dǎo)線；30：參考電極；40：生物信號提取部（現(xiàn)有技術(shù)）；50、信號處理部；60：右腿驅(qū)動電路；100：生物信號提取部（本發(fā)明）；110、120：預(yù)處理部；130、差動運(yùn)算部；200：阻抗校正器；210、功率提取部；220：增益調(diào)節(jié)部；300：殘余噪聲消除器；310：同相噪聲提取部；320：功率比提取部；330：同相噪聲規(guī)范化部；340：減法部。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的最佳實施例進(jìn)行說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員易于實施。對本發(fā)明進(jìn)行說明時，如果對公知功能或公知結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說明影響對本發(fā)明要點(diǎn)的清晰描述，則省略詳細(xì)說明。

圖2是本發(fā)明生物信號測量裝置的第一實施例示意圖。

如圖2所示，本發(fā)明生物信號測量裝置包括至少兩個在根據(jù)待測量的生物信號種類而指定的相互不同的特定部位檢測人體表皮生物電勢的電極10、20；用于獲得對通過多個電極中選擇的兩個電極檢測的生物電勢進(jìn)行差動運(yùn)算而控制同相噪聲的生物信號的生物信號提取部100；及用于儲存、分析、有線傳送或無線傳送所提取的生物信號的信號處理部50。

還包括兩個設(shè)置于所述生物信號提取部100、用于分別放大通過兩個電極輸入的生物電勢后進(jìn)行差動運(yùn)算的放大器G11、G12、通過所述放大器放大率的調(diào)節(jié)來減小摻雜于通過生物信號提取部100提取的生物信號中的殘留同相噪聲信號功率的阻抗校正器200、進(jìn)一步控制通過阻抗校正器200控制同相噪聲后仍殘留于通過生物信號提取部100提取的生物信號中的同相噪聲而傳送至信號處理部50的殘余噪聲消除器300。

所述多個電極10、20通常為可直接粘附于人體表皮的接觸式電極，通過導(dǎo)線11、21電信號方式連接于所述生物信號提取部100。雖然附圖中只示有兩個電極10、20，但是測量肌電圖、心電圖或腦波時使用至少三個電極。

使用至少兩個電極時，可以利用多路復(fù)用器（MUX,multiplexer）或開關(guān)將任意電極有選擇地連接于生物信號提取部100，也可以配置多個生物信號提取部100而同時測量多個電極信號。其連接方式根據(jù)生物信號測量軟件的不同而不同。

如圖2所示，當(dāng)噪聲信號Vs以同相噪聲出現(xiàn)于人體皮膚時，可增設(shè)從生物信號提取部100提取同相噪聲后進(jìn)行反相放大的右腿驅(qū)動電路60，并通過連接于導(dǎo)線31的參考電極30將反相放大的同相噪聲信號反饋于人體。

所述信號處理部50可根據(jù)生物信號測量裝置的安裝方式（例如，人體穿戴方式）或使用目的以不同形式變形設(shè)置。

所述電極10、20、參考電極30、右腿驅(qū)動電路60及信號處理部50為公知技術(shù)，關(guān)于噪聲信號Vs，例如，對具有一定頻率的常用電產(chǎn)生的噪聲信號表現(xiàn)為同相噪聲的現(xiàn)象的分析也為公知，因此在此簡略詳細(xì)說明。

下面結(jié)合附圖3對本發(fā)明的放大器G11、G12、阻抗校正器200及殘余噪聲消除器300進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖3是圖2的詳細(xì)示意圖。

如圖3所示，圖3中未標(biāo)示圖2中的電極10、20及導(dǎo)線11、21，而將包含電極10、20及導(dǎo)線11、21的構(gòu)成要素標(biāo)示為電等效電路。

即，生物信號提取部100通過由電極10、20及導(dǎo)線11、21構(gòu)成的兩個通道接收生物電勢信號，因此，標(biāo)示為產(chǎn)生于兩個通道的輸入阻抗。

通過兩個通道分別顯現(xiàn)的輸入阻抗包括電極10、20和人體皮膚之間的接觸阻抗、導(dǎo)線11、12產(chǎn)生的阻抗及對通過導(dǎo)線接收的信號輸入于生物信號提取部100之前進(jìn)行信號處理的過濾器或放大器（未圖示）的阻抗（未圖示）等。如圖3所示，可以簡化成串聯(lián)阻抗Z11、Z12和并聯(lián)阻抗Z12、Z22標(biāo)示。并且，針對連接于右腿驅(qū)動電路60的導(dǎo)線31及參考電極30而言，也可以把右腿驅(qū)動電路60的輸出端以串聯(lián)阻抗Z31和并聯(lián)阻抗Z32標(biāo)示。

如上所述，通過電極感應(yīng)的生物信號受輸入阻抗的影響、輸入于生物信號提取部100，當(dāng)兩個通道的輸入阻抗發(fā)生不平衡時，本發(fā)明可通過放大器G11、G12、阻抗校正器200及殘余噪聲消除器300解除不平衡產(chǎn)生的影響。

所述放大器G11、G12由可通過阻抗校正器200調(diào)節(jié)放大率的放大器構(gòu)成，并分別連接于在所述生物信號提取部100進(jìn)行差動運(yùn)算的差動運(yùn)算元件G1的（+）輸入端及（-）輸入端，從而將通過兩個通道輸入的生物電勢信號輸入于差動運(yùn)算元件G 1的（+）輸入端及（-）輸入端之前分別變化放大率而進(jìn)行放大。

例如，所述放大器G11、G12可以由放大率隨施加于控制端的直流電大小而變化的可控電壓放大器（VCA：voltage controlled amplifier）構(gòu)成，所述阻抗校正器200可以將用于調(diào)節(jié)所述放大器G11、G12放大率的直流電施加于所述放大器G11、G12的控制端。

對比將所述放大器G11、G12設(shè)置于生物信號提取部100之前和之后進(jìn)行說明如下。

首先，對設(shè)置所述放大器G11、G12之前進(jìn)行說明。

提取生物信號的最佳狀態(tài)是，生物信號提取部100的輸入端串聯(lián)阻抗Z11、Z12相同、并聯(lián)阻抗Z12、Z22相同的阻抗平衡狀態(tài)。當(dāng)阻抗平衡狀態(tài)時，輸入于生物信號提取部100的同相噪聲的大小相同，從而可通過差動運(yùn)算消除同相噪聲。

但是，人體有稍微的活動，也會處于串聯(lián)阻抗Z11、Z12根據(jù)電極和人體皮膚之間的接觸電阻等的變化而發(fā)生變化、而具有不同值的阻抗不平衡狀態(tài)。也就是，即使初期測量生物信號時阻抗處于平衡狀態(tài)，但是，由于人體的活動，不能維持阻抗平衡狀態(tài)。并且，電極和人體皮膚之間的接觸電阻、構(gòu)成各通道的要素的特性誤差等也會導(dǎo)致阻抗的不平衡。

阻抗不平衡導(dǎo)致的同相噪聲的影響如下。

為了便于計算，不做復(fù)數(shù)計算，并假設(shè)串聯(lián)阻抗Z11、Z21和并聯(lián)阻抗Z12、Z22均由電阻成份或電容器成份構(gòu)成，并且，假設(shè)阻抗平衡狀態(tài)下，串聯(lián)阻抗Z11、Z12為100Ω、并聯(lián)阻抗Z11、Z21為1000Ω、差動運(yùn)算放大器G1的放大率為1000倍。將人體產(chǎn)生的生物信號假設(shè)為1mV時，同相噪聲幾乎能達(dá)到生物信號的數(shù)百倍至數(shù)千倍，因此，作為本發(fā)明的一實施例將人體生物信號假設(shè)為1000mV。當(dāng)某一串聯(lián)阻抗Z21處于100Ω變成110Ω的不平衡狀態(tài)時，測出摻雜有如表1所示的大值同相噪聲的殘余信號。

表1

如表1所示，某一串聯(lián)阻抗Z21增加10%而處于阻抗不平衡狀態(tài)時，流入生物信號提取部100的同相噪聲的大小也發(fā)生變化。如果用此數(shù)進(jìn)行差動運(yùn)算的話， 1V（1000mV）的生物信號里摻雜有8190mV的同相噪聲，也就是，產(chǎn)生的同相噪聲比生物信號大很多。最終，由于通道之間微小的阻抗之差而不能獲得生物信號的波形。

與此相反，本發(fā)明的實施例中，在生物信號提取部100設(shè)置用于放大進(jìn)行差動運(yùn)算之前通過各通道輸入的信號的所述放大器G11、G12，并通過某一放大器G12增益的微調(diào)進(jìn)行放大時，可獲得如表2所示的同相噪聲得到控制的信號，即，待測量生物信號顯突的信號。

表2

如表2所示，即使處于通道阻抗不平衡狀態(tài)，通過某一放大器G12增益的微調(diào)進(jìn)行放大，也能使輸入于差動運(yùn)算放大器G1的兩個通道的同相噪聲幾乎相同。因此，放大后進(jìn)行差動運(yùn)算而獲得的約1V（1000mV）的生物信號里摻雜有81.9mV同相噪聲的波形。也就是，可獲得摻雜有生物信號大幅減小的同相噪聲的信號波形。

在此，為了便于對比表2和表1，只對某一放大器G12的增益進(jìn)行了調(diào)節(jié)，但本發(fā)明的實施例中，可增大某一放大器G12的增益時，減小另一放大器G11的增益，使差動運(yùn)算后得出的生物信號幾乎沒有功率變化，從而控制同相噪聲。

通過阻抗校正器200調(diào)節(jié)用于彌補(bǔ)通道間阻抗不平衡的設(shè)置于生物信號提取部100的放大器G11、G12放大率。

所述阻抗校正器200包括從通過所述生物信號提取部100的差動運(yùn)算而獲得的信號中提取同相噪聲功率的功率提取部210；及微調(diào)設(shè)置于所述生物信號提取部100的放大器G11、G12放大率的同時觀察同相噪聲功率的變化，而跟蹤使同相噪聲功率變小的放大率，從而調(diào)節(jié)放大器G11、G11放大率的增益調(diào)節(jié)部220。

所述增益調(diào)節(jié)部220以增大兩個放大器G11、G12中任意一個放大器的放大率，而減小另一個放大器放大率的方式改變兩個放大器G1、G12的放大率。

調(diào)節(jié)所述放大器G11、G12放大率是為了彌補(bǔ)通道間阻抗的不平衡。具體而言，當(dāng)調(diào)節(jié)放大率時，預(yù)獲得的生物信號功率最好保持不變。因此，微增某一放大率的同時微減另一放大率，找出可減小同相噪聲功率的放大率。此時，起初增大放大率變化量，然后逐漸減小放大率變化量，以此重復(fù)調(diào)節(jié)放大率，直至同相噪聲的功率收斂為預(yù)先設(shè)定值以內(nèi)為止。當(dāng)增大某一放大率、減小另一放大率的狀態(tài)下同相噪聲功率變大時，反向變化放大率的方向而尋找可使同相噪聲功率變小的放大率。

所述功率輸出部210可以將同相噪聲信號的功率做為常用電頻率成分功率。為此，所述功率輸出部210從通過所述生物信號提取部100進(jìn)行差動運(yùn)算而獲得的信號中提取常用電頻率成分功率，所述增益調(diào)節(jié)部220微調(diào)所述放大器G11、G12的同時觀察常用電頻率成分功率，并找出減小常用電頻率成分功率的放大率。這是因為提取生物信號時流入由常用電導(dǎo)致的噪聲信號。例如，韓國將60Hz成分作為同相噪聲，歐洲將50Hz成分作為同相噪聲。

通過用于將同相噪聲反向反饋于人體的右腿驅(qū)動電路60的參考電極30或第三個電極將人為地引入到人體的同相噪聲信號施加于人體后，觀察相應(yīng)的同相噪聲信號而調(diào)節(jié)所述放大器G11、G12的放大率。

所述意圖的同相噪聲信號可以適用特定頻率或特定模式等名種形式的信號。當(dāng)意圖的同相噪聲信號為特定頻率時，通過如FFT的調(diào)頻進(jìn)行提取或利用過濾器進(jìn)行提?。欢鈭D的同相噪聲信號為特定模式時，則利用相關(guān)分析（correlation analysis）法提取噪聲大小后進(jìn)行監(jiān)測。

為了利用所述意圖的同相噪聲信號，設(shè)置用于生成使用者預(yù)先設(shè)定頻帶的特定頻率信號或者使用者預(yù)先設(shè)定模式的特定模式信號的信號生成器（未圖示）和用于把信號生成器生成的信號施加于人體的參考電極30或第三個電極。

當(dāng)把特定頻率信號施加于人體時，所述功率輸出部210從通過所述生物信號提取部100進(jìn)行差動運(yùn)算得出的信號中提取所述預(yù)先設(shè)定的頻帶信號功率，所述增益調(diào)節(jié)部220微調(diào)所述放大器G11、G12放大率的同時查看所述預(yù)先設(shè)定的頻帶信號功率，找出可減小所述預(yù)先設(shè)定的頻帶信號功率的放大率。

當(dāng)把特定模式信號施加于人體時，特定模式信號通過電極感應(yīng)并通過生物信號提取部100進(jìn)行信號處理后輸出。因此，所述功率提取部210計算生物信號提取部100進(jìn)行差動運(yùn)算得出的信號和施加于人體的所述特定模式信號之間的相關(guān)圖，所述增益調(diào)節(jié)部220微調(diào)所述放大器G11、G12的放大率，并觀察相關(guān)圖的最終值而找出可減小相關(guān)圖的放大率。調(diào)節(jié)放大率減小相關(guān)圖與減小噪聲功率具有相同的意義。

也可以不把特定頻帶信號定為同相噪聲，而調(diào)節(jié)用于減小通過所述生物信號提取部100進(jìn)行差動運(yùn)算得出的信號功率的放大率。此方法可適用于阻抗嚴(yán)重不平衡而所述生物信號提取部100進(jìn)行差動運(yùn)算得出信號中的同相噪聲信號遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生物信號的狀態(tài)。即，同相噪聲信號非常大時，也可以不提取特定頻率，而通過調(diào)節(jié)放大率減小功率的方法部分解決阻抗不平衡。

當(dāng)所述阻抗校正器200、殘余噪聲消除器300的功率比提取部320及信號處理部50以微處理器構(gòu)成時需要使用A/D轉(zhuǎn)換器（analog-to-digital converter）（圖3中未示）。為了通過微處理器調(diào)節(jié)所述放大器G11、G12的放大率，需要通過D/A轉(zhuǎn)換器（dingital-to-analog converter）轉(zhuǎn)換放大率、調(diào)節(jié)信號后輸入于所述放大器G11、G12的控制端。用于所述生物信號提取部100差動運(yùn)算的元件可以由差動運(yùn)算放大器構(gòu)成，但也可以由進(jìn)行差動運(yùn)算而獲得數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。所述A/D轉(zhuǎn)換器或D/A轉(zhuǎn)換器為公知技術(shù)，在此省略詳細(xì)說明。

即使在進(jìn)行差動運(yùn)算的生物信號提取部100上設(shè)置放大器G11、G12，并通過阻抗校正器200調(diào)節(jié)放大器G11、G12的放大率來控制通道間阻抗不平衡導(dǎo)致的同相噪聲，但是，同相噪聲也有可能不能完全得到控制而殘留。即，如表2所示，即使微調(diào)放大器G11、G12的放大率，也能大幅控制同相噪聲，然而難以精密調(diào)節(jié)放大器。因此，通過阻抗校正器200最大限度地控制殘留同相噪聲使其達(dá)到預(yù)先設(shè)定的殘留同相噪聲后，利用殘余噪聲消除器300控制殘留的同相噪聲。

所述殘余噪聲消除器300從所述生物信號提取部100提取同相噪聲信號，并規(guī)范化成摻雜于通過所述生物信號提取部100進(jìn)行差動運(yùn)算而得出的信號中的同相噪聲功率后，從通過所述生物信號提取部100進(jìn)行差動運(yùn)算得出的信號中減去。以此，通過所述殘余噪聲消除器300消除通過兩個放大器G11、G12及阻抗校正器200未得到控制而殘留的同相噪聲，從而獲得充分控制同相噪聲的生物信號。

所述殘余噪聲消除器300包括相加分別通過設(shè)置于所述生物信號提取部100的兩個放大器放大的信號而獲得同相噪聲信號的同相噪聲提取部310、用于獲得得出同相噪聲信號的功率對通過所述生物信號提取部100的差動運(yùn)算得出信號的同相噪聲功率的功率比的功率比提取部320、相乘獲得的所述同相噪聲信號和所述功率比而進(jìn)行規(guī)范化的同相噪聲規(guī)范化部330、及從所述生物信號提取部100差動運(yùn)算得出的信號中減去規(guī)范化同相噪聲信號的減法部340。

由于相加分別通過設(shè)置于所述生物信號提取部100的兩個放大器進(jìn)行放大的信號中也摻雜有生物信號或常用電頻率成分以外的噪聲信號，因此，所述功率比提取部320利用所述功率提取部210使用的處理器從通過所述同相噪聲提取部310獲得的信號和所述生物信號提取部100進(jìn)行差動運(yùn)算而獲得的信號中分別獲得所述常用電頻率成分功率，從而獲得用于獲得功率比的同相噪聲功率。

也可以在非生物電勢測量用電極上施加預(yù)先設(shè)定的頻帶信號，并從通過所述同相噪聲提取部310獲得的同相噪聲信號和通過所述生物信號提取部100進(jìn)行差動運(yùn)算而獲得的信號中分別獲得所述預(yù)先設(shè)定頻帶成分功率，從而得出所述功率比。

特定頻率（常用電頻率成分或所述預(yù)先設(shè)定頻率）成分功率可以通過快速傅立葉變換（FFT：Fast Fourier Transform）提取并獲得特定頻帶功率。

把特定模式信號施加于人體時，計算施加于人體的特定模式信號和通過所述同相噪聲提取部310獲得的同相噪聲信號間的相關(guān)圖、施加于人體的特定模式信號和通過所述生物信號提取部100進(jìn)行差動運(yùn)算而獲得的信號間的相關(guān)圖后，用分別算出的相關(guān)圖之比代替功率比使用。

先啟動所述阻抗校正器200后再啟動所述殘余噪聲消除器300，從而最大限度地控制兩個通道阻抗不平衡導(dǎo)致的同相噪聲后對殘留噪聲進(jìn)行控制，進(jìn)而獲得充分消除同相噪聲流入的生物信號波形。

下面對本發(fā)明的第二實施例、第三實施例和第四實施例進(jìn)行說明。

本發(fā)明的第二、第三、第四實施例中，生物信號提取部100將兩組檢測器并聯(lián)于兩個通道，所述檢測器用于將通過兩個通道輸入的生物電勢分別通過放大器進(jìn)行放大后通過差動運(yùn)算器進(jìn)行差動運(yùn)算，第一實施例中只設(shè)有一個生物信號提取部100，但是，第二、第三實施例中設(shè)有兩組生物信號提取部100：100-1、100-2，第四實施例中設(shè)有兩組預(yù)處理部110、120。

并且，所述兩組檢測器上還設(shè)有可對分別輸出的信號有選擇地進(jìn)行選擇而獲得同相噪聲得到控制的生物信號的裝置。即，第二實施例、第三實施例中包括對兩組檢測器進(jìn)行輪流選擇后最終選擇某一檢測器的選擇裝置，第四實施例中包括選擇兩組檢測器而對輸出于每個檢測器的信號進(jìn)行處理而獲得生物信號的裝置。

圖4是本發(fā)明生物信號測量裝置的第二實施例示意圖。

如圖4所示，本發(fā)明生物信號測量裝置包括兩個設(shè)有放大器的生物信號提取部100，所述生物信號提取部100由第一生物信號提取部100-1和第二生物信號提取部100-2構(gòu)成，所述第一生物信號提取部100-1和第二生物信號提取部100-2并聯(lián)于兩個通道。

并且，阻抗校正器200的功率提取部210從第一生物信號提取部100-1和第二生物信號提取部100-2分別獲得進(jìn)行差動運(yùn)算的信號而獲得同相噪聲功率。

所述增益調(diào)節(jié)部220重復(fù)進(jìn)行如下調(diào)節(jié)過程，即，調(diào)節(jié)兩組生物信號提取部100：100-1、100-2中的某一放大器的放大率使其同相噪聲小于另一同相噪聲時，以調(diào)節(jié)某一放大器放大率的狀態(tài)調(diào)節(jié)另一放大器放大率的過程。當(dāng)同相噪聲功率達(dá)到預(yù)先設(shè)定的收斂條件時，用開關(guān)230選擇從同相噪聲功率小的生物信號提取部獲得的生物信號而傳送至殘余噪聲消除器300，所述開關(guān)230可以由多路復(fù)用器（MUX,multiplexer）構(gòu)成。

所述預(yù)先設(shè)定的收斂條件可以是同相噪聲功率下調(diào)到小于預(yù)先設(shè)定值的條件、或者即使調(diào)節(jié)放大率，也因為同相噪聲功率變小的比率或變小程度緩慢，而能達(dá)到小于預(yù)先設(shè)定的比率或程度的比率或程度的條件。

具體實施例如下。

首先，對在第一生物信號提取部100-1放大器G11、G12放大率和第二生物信號提取部100-2放大器G21、G22放大率相同的狀態(tài)下進(jìn)行差動運(yùn)算而得出的同相噪聲功率進(jìn)行比較后，選擇流入更小同相噪聲的生物信號提取部。比如，如果第一生物信號提取部100-1的同相噪聲更小，那么改變第二生物信號提取部100-2放大器G21、G22的放大率，觀察同相噪聲是否能變小、而且小于第一生物信號提取部100-1的同相噪聲。所述放大率的改變是指增大放大器G21、G22中某一放大器的放大率，而減小另一放大器的放大率。

然后，改變第二生物信號提取部100-2放大器G21、G22的放大率，當(dāng)同相噪聲小于第一生物信號提取部100-1時，把改變的放大率直接適用的狀態(tài)下改變第一生物信號提取部100-1放大器G11、G12的放大率，并觀察同相噪聲是否小于第二生物信號提取部100-2。先把第一信號提取部100-1放大器G11、G12的放大率調(diào)節(jié)為已調(diào)節(jié)的第二生物信號提取部100-2放大器G21、G22放大率之后改變放大率。這雖然是相對于另一放大器，但是可以反映其放大率而作為改變放大率的起始點(diǎn)。

如上所述，輪流調(diào)節(jié)第一生物信號提取部100-1放大器G11、G12和第二生物信號提取部100-2放大器G21、G22的過程中如果達(dá)到所述預(yù)先設(shè)定的收斂條件時，通過開關(guān)230選擇從摻雜于通過差動運(yùn)算得出信號的同相噪聲功率相對小的某一生物信號提取部獲得的生物信號。當(dāng)阻抗差發(fā)生變化時，重復(fù)上述過程并通過開關(guān)230在兩組生物信號提取部中重新進(jìn)行選擇。

殘余噪聲消除器300包括接收在兩組生物信號提取部100：100-1、100-2分別通過放大器放大的信號，并從接收的信號中選擇并采納為用于獲得同相噪聲信號的信號的多路復(fù)用器（MUX,multiplexer）350。由于所述阻抗校正器200已經(jīng)通過開關(guān)230選擇兩組生物信號提取部100：100-1、100-2中的某一個，因此，所述多路復(fù)用器（MUX,multiplexer）350最好從通過開關(guān)230選擇的生物信號提取部接收信號而獲得同相噪聲信號。然后，利用通過多路復(fù)用器（MUX,multiplexer）350選擇的信號啟動功率比提取部320、同相噪聲規(guī)范化部330及減法部340的過程與本發(fā)明的第一實施例相同，省略詳細(xì)說明。

本發(fā)明的實施例中包括右腿驅(qū)動電路60，因此，可以從所述多路復(fù)用器（MUX,multiplexer）350選擇的信號中獲得不反饋于人體的同相噪聲信號，也可以設(shè)置另一多路復(fù)用器（MUX,multiplexer）而從開關(guān)230選擇的生物信號提取部接收信號而獲得不反饋于人體的同相噪聲信號。

圖5是本發(fā)明生物信號測量裝置的第三實施例示意圖。

如圖5所示，本發(fā)明生物信號測量裝置的第三實施例如同第二實施例設(shè)有兩組生物信號提取部100：100-1、100-2，并通過阻抗校正器200對兩組生物信號提取部100：100-1、100-2輪流調(diào)節(jié)放大器放大率，而選擇同相噪聲相對小的生物信號提取部。不同的是，以多路復(fù)用器230′代替第二實施例中的開關(guān)230選擇生物信號提取部。

殘余噪聲消除器300不包括如第一實施例和第二實施例中的同相噪聲提取部310，而利用在兩組生物信號提取部100：100-1、100-2中未被所述多路復(fù)用器230′選擇的生物信號提取部獲得同相噪聲信號。

具體而言，阻抗校正器200的增益調(diào)節(jié)部220如同第二實施例，對兩組生物信號提取部100：100-1、100-2輪流進(jìn)行放大器放大率的調(diào)節(jié)，而選擇在預(yù)先設(shè)定的收斂條件下同相噪聲相對小的生物信號提取部后，控制沒被選擇的生物信號提取部兩個放大器中的一個而進(jìn)行反相放大或者阻斷放大信號的輸出（與放大率為0時相同）。此時，在未被選擇的生物信號提取部進(jìn)行差動運(yùn)算而得出的信號為同相噪聲占優(yōu)勢的信號，即，雖然摻雜有待測量的生物信號，但是同相噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生物信號。

所述多路復(fù)用器230′選擇同相噪聲小的生物信號提取部的同時，進(jìn)行交換而使未被選擇的另一生物信號提取部的輸出傳送至殘余噪聲消除器300的同相噪聲規(guī)范化部330。

功率比提取部320計算分別輸出于兩個生物信號提取部100：100-1、100-2的信號中同相噪聲頻帶的功率，并計算對摻雜于所述多路復(fù)用器230′選擇的生物信號提取部的輸出信號（校正通道間阻抗不平衡而控制同相噪聲的信號）的同相噪聲頻帶功率的摻雜于沒被多路復(fù)用器230′選擇的生物信號提取部信號（同相噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于生物信號的信號）的同相噪聲頻帶功率之比，將計算的功率比反映于同相噪聲規(guī)范化部330。

通過同相噪聲規(guī)范化部330得到規(guī)范化的同相噪聲，并通過減法部340控制殘留于通過多路復(fù)用器230′選擇的生物信號提取部輸出信號的同相噪聲。圖5所示的第三實施例中，功率比提取部320、同相噪聲規(guī)范化部330及減法部340與第一、第二實施例相同，省略詳細(xì)說明。

如圖5所示，第三實施例也包括右腿驅(qū)動電路60，因此，另設(shè)有選擇兩組生物信號提取部100：100-1、100-2中的任意一個而獲得同相噪聲的多路復(fù)用器61。

所述的第三實施例與第二實施例相比未設(shè)有殘余噪聲消除器300。當(dāng)然也可以將阻抗校正器200及殘余噪聲消除器300作為一個微處理器，以使用于功率提取部210的用于獲取同相噪聲功率的處理器使用于功率比提取部320。

圖6是本發(fā)明生物信號測量裝置的第四實施例示意圖。

如圖6所示，生物信號提取部100包括分別通過放大器放大通過由電極及導(dǎo)線構(gòu)成的兩個通道ch1、ch2輸入的每個通道的生物電勢信號后進(jìn)行差動運(yùn)算而分別獲得已進(jìn)行預(yù)處理的信號的第一預(yù)處理部110及第二預(yù)處理部120、規(guī)范化功率使在第一預(yù)處理部110和第二預(yù)處理部120分別獲得的已進(jìn)行預(yù)處理的信號的同相噪聲功率相同后，進(jìn)行差動運(yùn)算而獲得控制同相噪聲的生物信號的差動運(yùn)算部130。

所述阻抗校正器200同時校正分別設(shè)置于由第一預(yù)處理部110及第二預(yù)處理部120構(gòu)成的兩組預(yù)處理部各通道的放大器放大率，并跟蹤調(diào)節(jié)放大率，使摻雜于通過所述差動運(yùn)算部130獲得的生物信號中的同相噪聲功率變小。

所述第一預(yù)處理部110及第二預(yù)處理部120并聯(lián)于通道ch1、ch2，通道分別連接于任意一個預(yù)處理部的差動運(yùn)算器 “+”輸入端，另一個預(yù)處理部的差動運(yùn)算器“-”輸入端。

具體而言，分別設(shè)置于第一預(yù)處理部110及第二預(yù)處理部120的差動運(yùn)算器G1、G2對輸入于“+”輸入端和“-”輸入端的信號進(jìn)行差動運(yùn)算，一個通道ch1分岔分別連接于第一預(yù)處理部110及第二預(yù)處理部120，在第一預(yù)處理部110通過放大器G11連接于差動運(yùn)算器G1的“+”輸入端，在第二預(yù)處理部120通過放大器G22連接于差動運(yùn)算器G2的“-”輸入端。

另一個通道ch2分岔而在第一預(yù)處理部110及第二預(yù)處理部120分別通過放大器連接于差動運(yùn)算器的另一輸入端。即，另一通道ch2在第一預(yù)處理部110通過放大器G12連接于差動運(yùn)算器G1的“-”輸入端，在第二預(yù)處理部120通過放大器G21連接于差動運(yùn)算器G2的“+”輸入端。

也就是，相互交換輸入通道信號的第一預(yù)處理部110的差動運(yùn)算器G1輸入端極性和第二預(yù)處理部120差動運(yùn)算器G2輸入端極性。

如上所述，將第一預(yù)處理部110及第二預(yù)處理部120連接于通道ch1、ch2，而通過兩個通道ch1、ch2流入的生物電勢信號中的同相噪聲成分經(jīng)過第一預(yù)處理部110和第二預(yù)處理部120時，通過第一預(yù)處理部110進(jìn)行預(yù)處理的噪聲成分和通過第二預(yù)處理部120進(jìn)行預(yù)處理的噪聲成分根據(jù)放大器G11、G12、G21、G22的放大率可以成為反相或同相。

但是，預(yù)先指定差動運(yùn)算器G1、G2輸入端極性中的任意一個極性，使連接于指定極性輸入端的放大器放大率和連接于另一極性的放大器放大率的比率大于通道間同相噪聲功率比時，摻雜于在第一預(yù)處理部110和第二預(yù)處理部120進(jìn)行預(yù)處理的信號中的噪聲成分信號變?yōu)橥唷?/p>

如圖6所示，在第一預(yù)處理部110中放大器G11對放大器G12的放大率比率和在第二預(yù)處理部120中放大器G21對放大器G22的放大率比率大于通過通道ch1、ch2流入的同相噪聲信號功率比時，摻雜于在第一預(yù)處理部110及第二預(yù)處理部120進(jìn)行預(yù)處理的信號中的噪聲成分信號變?yōu)橥唷?/p>

此時，通過差動運(yùn)算部130對通過第一預(yù)處理部110和第二預(yù)處理部120進(jìn)行預(yù)處理的信號進(jìn)行差動運(yùn)算來控制同相噪聲信號。

所述阻抗校正器200當(dāng)調(diào)節(jié)第一預(yù)處理部110和第二預(yù)處理部120的放大器放大率使通過所述差動運(yùn)算部130獲得的信號中同相噪聲變小時，放大器放大率收斂使其具有控制同相噪聲信號條件的放大率之間的比率。

本發(fā)明的實施例中，為了迅速跟蹤設(shè)置于第一預(yù)處理部110和第二預(yù)處理部120的放大器放大率，預(yù)先指定預(yù)處理部110、120差動運(yùn)算器輸入端極性中的某一極性，并使連接于指定極性輸入端的放大器放大率大于連接于另一極性的放大器放大率，以此調(diào)節(jié)放大率。具體而言，在設(shè)置于差動運(yùn)算器G1、G2“+”輸入端的放大器G11、G12放大率大于設(shè)置于差動運(yùn)算器G1、G2“-”輸入端的放大器G12、G22放大率的條件下微調(diào)放大率的同時進(jìn)行放大率的跟蹤。

與此相反，跟蹤放大率的過程中，根據(jù)用于獲得生物信號的電極10、20的位置（附著于人體的位置），通過兩個通道ch1、ch2流入的生物電勢信號中反相的生物信號成分即使經(jīng)過第一預(yù)處理部110及第二預(yù)處理部120，也就是通過第一預(yù)處理部110進(jìn)行預(yù)處理的生物信號成分和通過第二預(yù)處理部進(jìn)行預(yù)處理的生物信號成分均為反相。

即使通過差動運(yùn)算部130的差動運(yùn)算也不能對摻雜于通過預(yù)處理獲得的信號中的反相生物信號進(jìn)行控制，反而獲得具有充分大功率的生物信號。

如圖6所示，所述差動運(yùn)算部130分別通過放大器G31、G32對通過第一預(yù)處理部110及第二預(yù)處理部120進(jìn)行預(yù)處理而獲得的信號進(jìn)行放大后通過差動運(yùn)算器G3進(jìn)行差動運(yùn)算，并通過功率規(guī)范化部131調(diào)節(jié)各放大器G31、G32的放大率。

即，所述功率規(guī)范化部131從通過所述第一預(yù)處理部110及第二預(yù)處理部120進(jìn)行預(yù)處理的信號中提取同相噪聲成分信號功率，并調(diào)節(jié)所述放大器G31、G32的放大率，以使摻雜于通過所述第一預(yù)處理部110及第二預(yù)處理部120進(jìn)行預(yù)處理的信號中的同相噪聲成分信號的功率相同。也可以對兩個放大器G31、G32中的任意一個放大器的放大率進(jìn)行調(diào)節(jié)使同相噪聲成分信號的功率相同。

分別輸入于所述差動運(yùn)算器G3的“+”輸入端和“-”輸入端的信號的同相噪聲信號功率相同，因此，通過所述差動運(yùn)算器G3的差動運(yùn)算而控制同相噪聲的信號，即，可獲得控制同相噪聲、生物信號充分大的信號。提取同相噪聲功率的過程中會發(fā)生誤差等，因此，同相噪聲功率相同意味通過所述差動運(yùn)算器G3的差動運(yùn)算可以將同相噪聲充分控制成所需水平。

調(diào)節(jié)第一預(yù)處理部110放大器G11、G12的放大率及第二預(yù)處理部120放大器G21、G22的放大率，使通過設(shè)有所述功率規(guī)范化部131的差動運(yùn)算部130進(jìn)行差動運(yùn)算而獲得的信號中的同相噪聲最小，從而，即使發(fā)生阻抗不平衡也能獲得控制同相噪聲的生物信號，并利用可通過所述功率規(guī)范化部131調(diào)節(jié)放大率的放大器G31、G32使同相噪聲功率變相同后進(jìn)行差動運(yùn)算，實際上獲得的是消除同相噪聲的生物信號。因此，本發(fā)明的第四實施例中可以不包括本發(fā)明第一、第二、第三實施例中設(shè)有的殘余噪聲消除器300。

所述功率規(guī)范化部131的用于規(guī)范化的同相噪聲功率的提取及所述阻抗校正器200的用于放大率跟蹤的同相噪聲功率的提取可以由本發(fā)明第一、第二、第三實施例中說明的常用電頻率成分功率的提取、施加預(yù)先設(shè)定頻帶的信號后的預(yù)先設(shè)定頻帶信號功率的提取及將預(yù)先設(shè)定的特定模式信號施加于人體后的預(yù)先設(shè)定特定模式信號功率的提取中的任意一個構(gòu)成。

提取預(yù)先設(shè)定的特定模式信號功率時，所述阻抗校正器200調(diào)節(jié)放大率使相關(guān)圖變小，如本發(fā)明的第一實施例、第二實施例、第三實施例，所述差動運(yùn)算部130計算在兩組預(yù)處理部110、120分別進(jìn)行差動運(yùn)算而獲得的信號對預(yù)先設(shè)定特定模式信號的相關(guān)圖，從而調(diào)節(jié)放大器G31、G32的放大率，以使相關(guān)圖相同。

上述的說明僅是對本發(fā)明實施例的詳細(xì)描述，但本發(fā)明保護(hù)范圍并不限定于上述實施方式。在權(quán)利要求書和說明書及其附圖所示的范圍之內(nèi)通過一些修改，可實現(xiàn)不同的實施方式，而這種修改應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍。