[发明专利]一种用于同步同位检测生物电信号与压力信号的装置和方法

说明书

本发明公开了一种用于同步同位检测生物电信号与压力信号的装置和方法，所述装置包括传感模块、预处理模块、计算模块、反馈模块，其中：所述传感模块被配置成同步同位感测生物体表面的压力信号和生物电信号；所述预处理模块被配置成对所述压力信号和生物电信号进行去噪和滤波处理；所述计算模块被配置成对所述压力信号和所述生物电信号进行分析，来获得生物体的运动状态参数；所述反馈模块被配置成基于特定业务逻辑对所述运动状态参数进行解译、存储和/或显示。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域。具体地，本发明涉及一种同步同位检测生物电信号与压力信号的装置和方法。

背景技术

生物体的器官、组织、细胞在生命活动过程中会发生的电位和极性变化，生物体内广泛、繁杂的生物电现象能够反映其生命活动过程中的一些物理、化学变化。例如，在没有发生应激性兴奋的状态下，生物组织或细胞的不同部位之间呈现电位差，即静息电位。在受到刺激时，活的生物体产生应激性，细胞代谢或功能发生变化，进而产生电位变化，即产生生物电信号。例如对于植物来说，在植物组织受到曲、折(机械刺激)，可引起几十毫伏的电位变化；植物在光合作用中也会出现电位变化，这是一种由代谢变化引起的电反应。对于动物来说，神经冲动以电信号的形式传导。在动物肌肉的运动过程中，肌肉组织表面也会产生电信号。

在一定条件下，从统计意义上说这些生物电信号是有规律的，即一定的生理过程，往往也对应着一定的电反应。因此，在某些应用中，依据生物电的变化可以推知生理过程的状态，如心电图、脑电图、肌电图等生物电信息的检测等。

另外，生物的生命活动也会产生压力信号。如呼吸时，腹腔的压力变化；睡眠时，不同睡姿动作产生的头部压力变化；运动时，肌肉收缩产生形变引起的肌肉表面压力变化，运动产生的不同肢体位置与地面间的压力变化等。检测生物体与外界环境之间的压力变化可以反映生物体的生理活动状态，同样是人体健康相关指标和运动状况的监测和评估的重要手段。

现有的生物电信号传感技术可以分为侵入式传感和非侵入式传感两大类。侵入式传感的传感器一般为针型或钩型，可通过外科手术的方法植入待测部位或直接插入体内待测位点来传导电信号，可以用来记录深层、较小的肌肉、神经等放电，依据生物电信号的变化可以推知生物的生理过程。这种方法的缺点是有创口、对生物体健康影响较大、使用复杂以及成本较高。非侵入传感利用了生物体内部生理活动产生的电信号会传导到生物体体表而引起体表相应的电信号反应的现象，一般使用导电介质将生物体待测位点表面由于生理活动产生的电信号传导出来。

在现有技术中，在利用非侵入性电信号传感技术进行生物电信号检测时，存在如下问题，包括：生物电信号本身易受自身和环境干扰，例如待测位点与电极之间的微小运动造成的运动伪迹，生物电信号本身易受周围电、磁干扰的影响，易受环境温度、湿度的影响，易受生物体自身(如出汗等) 的影响，生物的生理状态由此而难以得到精确检测。同时不同组织(例如肌肉纤维)间的信号串扰也会引起信号高度失真。由于多种干扰源的影响以及多次测量时电极的定位上的微小差异，表面生物电信号的可重复性难度较高，而且由于不同用户的组织结构(例如肌肉)的差异性，其放置也难以标准化。

另外，在现有技术中，在需要同时应用生物电信号与压力信号的检测时，如果需要同步检测，则生物电信号与压力信号的检测点不能位于同一位点，即无法做到同位检测；如果需要同位检测，则需要先测量一种信号再测量另一种信号，即无法做到同步检测。例如在论文“Exploration of Force Myography and surface Electromyography in handgesture classification”(Medical EngineeringPhysics,2017.41:63-73页)中报道了Jiang X等在肌电检测领域的新近研究成果，其中公开了一种同步采集肌电与压力的装置，如图1所示。图1中示出了同步采集肌电与压力的装置，左侧的腕带部分设置有压力信号检测传感器。这样在统一时钟下，可以同步检测肌电信号和压力信号，但无法实现其两者的同位检测，也难以消除检测过程中环境条件变化所带来的影响。