[发明专利]电容感测和传达

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种用于感测生理信号并且传达身体耦合通信(BCC)信号的设备、系统、方法和计算机程序。

背景技术

身体区域网络(BAN)是无线个人区域网络(WPAN)的子集，该WPAN又是个人区域网络(PAN)的子集。这样的网络可以用于在位于个人附近的设备之间传达数据。

已经提出BCC作为用于BAN物理层技术的首选。也在IEEE 802.15.6BAN标准化中考虑它。

通过人体而不是通过空气传送BCC信号。因此，基于这样的信号的通信限于接近人体的区域。这与其中覆盖大得多的区域的射频(RF)通信形成对照。

因此当使用BCC信号时，仅在处于相同人体上、连接到该人体或者放置于该人体附近的设备之间有可能通信。这使得能够创建安全BAN。

在图7中示出了BCC系统的示意图。BCC系统700包括发送器705和接收器710以及电极715、720、725和730。发送器705连接到电极715和720，而接收器710连接到电极725和730，其中各电极715、720、725和730在图7中图示为平板。发送器705通过人体电容耦合到接收器710以便从前者向后者发送信号。例如，它们可以如图7中所示通过人的前臂来电容耦合。在静电耦合用来从发送器705向接收器710发送信号时，需要电流返回路径。这样的返回路径由空气(电介质)和接地(电介质和导体)提供。

BAN技术可以应用于医疗身体上传感器网络中，其中重要的是传感器仅与相同人体上的其它传感器交换数据(或者标识密钥)。这一技术的其它应用可以例如是体育、军用和安全领域。

另一方面，也已经提出电容技术用于感测生理信号，如例如心电图(ECG)信号、脑电图(EEG)信号和肌动电流图(EMG)信号。当使用电容技术时，感测可以是无接触式的。也就是说，传感器无需触摸人的身体。这与先前提出的传感器系统如例如常用ECG系统形成对照。利用这些系统，传感器需要用胶粘贴或者连接到人的身体。由于当使用电容技术无需这样的接触时，所以传感器可以利用这一技术例如集成于衣物中。因此，通过将电容技术运用于感测目的来实现如例如在康复领域中的新应用。

在图8中示出了电容生理感测设备的示意图。电容生理感测设备800包括传感器处理单元805以及电极810和815。传感器处理单元805连接到电极810和815。电极810和815放置于人体附近以便借助电容耦合从人体拾取信号。如图8中所示，它们可以例如放置于人的前臂。向传感器处理单元805输入由电极810和815拾取的原始信号，该传感器处理单元调节和处理这一原始信号以获得所需生理信号，如例如ECG信号。

可以通过导线或者经由RF技术(如例如ZigBee或者WiFi)发送由电容生理感测设备(如例如图8中所示电容生理感测设备800)输出的生理信号。如果通过导线发送生理信号，则所有电容生理感测设备必须由导线连接。这可能在包括多个电容生理感测设备的系统的操作期间造成许多错误。例如，当在临床环境中使用这样的系统时，可能由于松弛接触和人员移动而出现错误。另外，这一种系统由于导线混乱而没有为生活方式应用如例如康复和体育提供便利感测。总言之，基于有线通信的感测系统既不可靠也不便利。

可以通过将RF连接或者链路用于发送生理信号来解决上文提到的问题。然而，这样的RF链路的弊端在于用于感测生理信号的感测设备所在的人体阻碍RF链路。另外，RF通信范围并不限于一个人。RF方式的另一弊端包括必须向每个感测设备添加额外RF通信解决方案，这明显增加解决方案的成本及其功率消耗。

因此，基于RF的感测系统的操作由于身体阻碍而变得不可靠。另外，它们的操作甚至由于提供不限于或者不止于一个人的通信范围而变得不安全。此外，这样的系统的各感测设备需要用于通信的额外天线和RF解决方案。

WO 2006/064397A2公开一种用于监视患者的无线网络，其中无线网络包括至少一个可佩带监视器，该监视器包括：生理条件传感器，其耦合到患者以感测与患者的一个生理功能有关的数据；以及第一身体通信单元，其对接生理条件传感器以利用近场电容身体耦合协议通过患者进行通信。无线网络还包括中继系统，该中继系统包括：利用近场电容身体耦合协议从第一身体通信单元接收数据并且与第一身体通信单元通信的第二身体通信单元；以及外部通信单元，其向远程医疗监视站传达数据。也就是说，在这一文献中描述的布置包括专用于感测目的的常规传感器和专用于通信目的的单独身体通信单元。

发明内容