用于测量生物信号的控制模块和装置.pdf

本发明公开了一种用于测量生物信号的装置。所述装置包括传感器模块(21)和控制模块(12)。所述传感器模块(21)包括用于感测至少一个生物信号的装置和用于与所述控制模块连接的第一连接器。所述控制模块(12)包括：第一配对连接器，其连接至所述传感器模块(21)的所述第一连接器；用于处理使用所述传感器模块(21)所感测到的生物信号数据的装置；存储器，其用于存储经处理的生物信号数据；可充电电池，其用于为所述控制模块提供操作电力；用于将所述经处理的生物信号数据无线发送至用于后处理的计算设备(诸如PC、平板PC或智能电话)的装置；以及第二连接器，其用于与第二电极(23)连接。

1.  一种用于测量生物信号的控制模块(12)，其中，所述控制模块(12)包括：
第一配对连接器，其能附接到包括用于借助于第二电极(23)感测至少一个生物信号的第一电极(212)在内的传感器模块(21)的第一连接器，其中，所述第一连接器和所述第一配对连接器形成用于将生物信号数据从所述传感器模块(21)传送至所述控制模块(12)的接口，其特征在于，所述控制模块(12)包括：
用于与所述第二电极(23)连接的第二连接器，
用于处理使用所述传感器模块(21)所感测到的所述生物信号数据的装置，
用于存储经处理的生物信号数据的存储存储器，
用于为所述控制模块提供操作电力的可充电电池，以及
用于将所述经处理的生物信号数据无线发送至诸如PC、平板PC或智能电话的用于后处理的计算设备的装置。

2.  如权利要求1中所要求保护的控制模块(12)，其特征在于，所述第二电极(23)适合于附接到用户的耳朵。

3.  如权利要求1或2中所要求保护的控制模块(12)，其特征在于，所述第二电极(23)适合于附接到用户的臂。

4.  如前述权利要求中的任一项所要求保护的控制模块(12)，其特征在于，所述控制模块(12)包括：
用于通过所述第一连接器与所述第一配对连接器之间的连接来为所述传感器模块供应操作电力的装置。

5.  如前述权利要求中的任一项所要求保护的控制模块(12)，其特征在于，所述第二连接器是标准头戴式耳机插头插座。

6.  如前述权利要求中的任一项所要求保护的控制模块(12)，其特征在于，所述控制模块(12)包括诸如MP3播放器的音频记录播放器。

7.  一种用于测量生物信号的装置，其特征在于，所述装置包括如前述权利要求中的任一项所要求保护的控制模块(12)和传感器模块(11、21、41)，所述传感器模块(11、21、41)包括：
用于感测至少一个生物信号的装置，以及
第一连接器，其用于与所述控制模块(12)连接以便将生物信号数据从所述传感器模块(11、21、41)传送至所述控制模块(12)。

8.  如权利要求7中所要求保护的装置，其特征在于，所述第一连接器和所述第一配对连接器实现诸如USB的标准计算机接口。

9.  如权利要求7或8中所要求保护的装置，其特征在于，所述装置包括：
用于根据所述经处理的生物信号数据来产生音频反馈的装置。

10.  如权利要求7和8中的任一项所要求保护的装置，其特征在于，
所述装置适用于测量穿戴所述装置的用户的心率变异性，
所述传感器模块(21)包括臂带(211)，所述臂带(211)包括用于感测心率变异性(HRV)的第一电极(212)，并且
所述装置还包括用于感测心率变异性(HRV)的第二电极(23)，其中，所述第二电极(23)连接至所述控制模块(12)的所述第二连接器，并且其中，所述第二电极(23)适合于附接到所述用户的耳朵。

11.  如权利要求7和8中的任一项所要求保护的装置，其特征在于，所述第二电极(23)适合于附接到所述用户的耳朵。

12.  如权利要求11中所要求保护的装置，其特征在于，所述第二电极(23)还包括用于耳朵体积描记器的装置。

13.  如权利要求10或11中所要求保护的装置，其特征在于，
所述第二电极(23)被实现为适用于在所述控制模块与所述用户的耳朵之间形成电接触的头戴式耳机装置。

14.  如权利要求7和8中的任一项所要求保护的装置，其特征在于，所述第二电极(23)适合于附接到所述用户的其它臂。

15.  如前述权利要求中的任一项所要求保护的装置，其特征在于，所述传感器模块(41)包括头带(411)，所述头带(411)包括多个电极(412)。

用于测量生物信号的控制模块和装置
技术领域
本发明涉及测量生物信号(biosignal)。
背景技术
能够在许多不同的应用中利用生物信号的测量和解释。生物信号在本上下文中是表示生物的可测量变量的信号。生物信号的示例是身体运动和温度、心率变异性(HRV)、心电图(ECG)、肌电图(EMG)和脑电图(EEG)。然而，术语生物信号不限于本公开中的这些示例。它可以是生物的任何可测量变量。
为了测量生物信号(诸如心率变异性(HRV))，其生物信号被测量的人可以装有附接到胸部的一对电极。可以通过使用围绕胸部伸展的带将这些电极固定至它们的位置。
电极和胸带的布线(wiring)对于人可能是非常限制性的。布线对于移动性可能是限制性的，并且胸带可能限制呼吸，特别是在运动中。
发明内容
本发明的目的是提供一种装置(arrangement)，以便减少上述缺点。通过由独立权利要求中所陈述的来表征的装置以及用于所述装置的控制模块、传感器模块和电极来实现本发明的目的。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。
所公开的装置包括附接到控制模块的传感器模块。所述传感器模块能够感测至少一个生物信号。所述传感器模块可以例如被用来感测心率变异性(HRV)。所述传感器模块可以附接到用户(即穿戴所述装置的个体)的胸部。另选地，能够以借助于连接至该用户的一只耳朵的电极来感测HRV的臂带的形式来实现感测模块。
所述控制模块处理使用所述传感器模块所感测到的生物信号。所述控制模块能够将经处理的生物信号数据存储到所述控制模块上的存储存储器和/或将所述生物信号数据无线发送至计算设备(诸如PC、平板电脑、智能电话等)。所述计算设备然后能 够被用于后处理所述生物信号数据和/或在用户界面上使其可视化。
所述传感器模块和所述控制模块可以通过形成连接器接口的连接器对来彼此连接。能够通过所述接口将生物信号数据从所述传感器模块传送至所述控制模块。
所述连接器接口的连接器能够是可分离的。以这种方式，所述控制模块能够与所述传感器模块分离，并且附接到另一传感器模块。所述控制模块包括可充电电池。所述可充电电池还能够被用来通过所述连接器接口给所附接的传感器模块供电。当所述连接器接口是标准连接器接口(诸如USB)时，所述控制模块还能够容易连接至以用于后处理和/或可视化的计算设备。此外，所述计算设备能够被用于通过所述连接器接口对控制单元的电池进行充电。
所述控制模块可以连接至传感器模块，该传感器模块包括臂带，所述臂带具有设置在所述臂带的面向用户的皮肤的表面中的第一电极。所述控制模块还可以包括用于第二电极的连接器。该电极可以例如适合于附接到用户的耳朵或臂。
在所公开的装置的传感器模块和控制模块之间具有可分离的连接器接口的模块化结构允许用于以不止一种方式来感测生物信号的划算方式。所述模块化结构还允许维护用户的个人安全。能够将生物信号数据传送至所述计算设备，并且能够在没有到用户的电连接的情况下对所述控制模块进行充电。这还允许永久电极的使用。
通过使用具有耳电极和臂带中的电极的所公开的装置，能够在不需要任何限制性电极布线或胸带的情况下感测HRV。
附图说明
在下文中将参照附图借助于优选实施方式更详细地描述本发明，其中，
图1a和图1b例示了所公开的装置的实施方式；
图2例示了具有适合于附接到用户的耳朵的电极的所公开的装置的另一实施方式；
图3例示了其中以头戴式耳机(headphone)的形式实现电极的所公开的装置的又一实施方式；
图4例示了其中传感器模块包括头带的所公开的装置的又一示例性实施方式；以及
图5例示了其中在两个臂之间测量生物信号的示例性实施方式。
具体实施方式
本公开公开了用于测量生物信号的装置。本公开还公开了用于该装置的传感器模块、控制模块和电极。
所公开的装置包括连接至控制模块的传感器模块。传感器模块包括用于感测至少一个生物信号的装置。传感器模块可以例如适用于感测心率变异性(HRV)、心电图(ECG)、肌电图(EMG)或脑电图(EEG)。
传感器模块还包括用于与控制模块连接的第一连接器，而控制模块包括附接到第一连接器的第一配对连接器。能够通过由连接至第一配对连接器的第一连接器形成的接口将生物信号数据从传感器模块传送至控制模块。
第一连接器和第一配对连接器能够被调节成使得能够断开传感器模块与控制模块之间的连接。以这种方式，控制模块能够与所述传感器模块分离并且连接至另一传感器模块。因此，一个控制模块能够被用来通过使用不同的传感器模块来测量不止一个生物信号。
控制模块包括用于处理使用传感器模块所感测到的生物信号数据的装置。这些处理装置能够被用来将所感测到的生物信号数据转换成能够被更容易转发或存储的形式。控制模块可以例如包括用于将经处理的生物信号数据无线发送至用于后处理的计算设备(诸如PC、平板PC或智能电话)的装置。所述后处理可以例如是数据的解释和/或数据在计算设备的用户界面上的可视化。
对于其中没有用于接收已发送的经处理的生物信号数据的装置可用的情形，控制模块可以包括用于存储经处理的生物信号数据的存储存储器。生物信号数据因此可以被收集并存储到该存储存储器，并且被稍后传送至用于后处理的计算设备。该存储存储器可以例如被实现为诸如闪速存储器这样的非易失性存储器。可以以闪速存储器卡(诸如安全数字(SD)卡)的形式来实现闪速存储器。
当第一连接器和第一配对连接器实现标准计算机接口(诸如USB)时，控制模块的第一配对连接器能够连接至实现该标准计算机接口的计算设备。因此，能够通过标准计算机接口将经处理的生物信号数据从控制模块传送至计算设备。此外，能够通过计算机接口对控制模块进行充电。
第一配对连接器还能够被用于将诸如参数和配置数据这样的数据从计算设备传 送至控制模块。
控制模块可以包括用于为该控制模块提供操作电力的可充电电池。可充电电池允许所公开的装置的无线操作。控制模块还可以包括用于通过第一连接器与第一配对连接器之间的连接为传感器模块供应操作电力的装置。
因为控制模块是可分离的，所以用户不束缚于对控制模块进行充电的充电器。如果第二控制模块可用，则能够在第一控制模块正在充电的同时操作所公开的装置。在充电的同时不必移除用于感测生物信号的电极。这允许在不限制用户的移动性的情况下使用永久电极。因为能够传送生物信号数据并且能够在不具有到用户的电连接的情况下对控制模块进行充电，所以能够维护用户的个人安全。
该装置还可以包括用于根据经处理的生物信号数据来产生音频反馈的装置。所公开的装置可以例如向用户警告能够降低心脏骤停的风险的心力劳倦过度或衰竭。可以例如在控制模块上实现用于产生音频反馈的所述装置。
图1a和图1b例示了用于测量穿戴所公开的装置的用户的生物信号的所述装置的示例性实施方式。所述装置包括传感器模块11和控制模块12。
传感器模块11连接至附接到用户的胸部的一次性(disposable)电极。传感器模块11可以包括诸如A/D转换电路这样的测量电子电路(electronics)，该测量电子电路用作用于感测心率变异性(HRV)的装置。传感器模块11还包括作为用于与控制模块12连接的第一连接器的微型USB插头。
控制模块12包括作为第一配对连接器的微型USB插座(receptacle)。控制模块12还具有用于为控制模块提供操作电力的可充电电池。控制模块12通过微型USB插座和插头来为传感器模块11供应操作电力。微型USB插头能够与微型USB插座分离，并且控制模块12能够附接到另一传感器模块或计算设备。
控制模块12包括用于处理使用传感器模块所感测到的生物信号数据的装置。这些装置可以例如是微处理器、DSP、FPGA或ASIC。用于处理的装置可以例如将所感测到的生物信号数据处理成适合于被存储或传送到计算设备的形式。
例如，在图1a和图1b中，控制模块12还具有作为用于向膝上型PC 13无线发送经处理的生物信号数据的装置的蓝牙(Bluetooth)芯片。PC 13然后能够被用来后处理生物信号数据。例如，在PC 13上操作的软件能够被用来解释生物信号数据，并且能够在PC 13的屏幕上显示根据所述生物信号数据所确定的信息。在图1a中，控 制模块12的微型USB插座连接至传感器模块11的微型USB插头，并且向PC 13无线发送生物信号数据。
控制模块12还包括用于存储经处理的生物信号数据的、被实现为SD存储器卡的存储存储器。存储器的大小可以例如是2至32GB。在图1b中，控制模块12已经与传感器模块11分离并且经由连接器线缆附接到PC 13，以便将生物信号数据传送至该PC并对控制模块12进行再充电。
在某些条件下，到图1a和图1b中的用户的身体的电极触点可能被出汗和/或运动损害。因此，图2例示了所公开的装置的另一示例性方法。图2中的装置也适用于测量穿戴该装置的用户的心率变异性(HRV)。该装置包括图1a和图1b的控制模块12以及传感器模块21。传感器模块21包括臂带211，该臂带211包括用于感测心率变异性(HRV)的第一电极212。电极212可以例如设置在臂带211的内表面上。
传感器模块21还包括用于与控制模块12连接的微型USB插头。这使得能够使用与图1a和图1b中相同的控制模块。
图2的装置还包括用于感测心率变异性(HRV)的第二电极23，其中，第二电极23适合于附接到用户的耳朵。第二电极23可以还包括用于感测其它生物信号的装置，诸如耳朵体积描记器(plethysmography)。控制模块12包括用于与第二电极23连接的第二连接器。
另选地，第二电极可以适合于附接到用户的其它臂。例如，第二电极可以具有另一臂带的形式。控制模块12可以适合于支持两种电极。根据第二电极，控制模块12可以对所感测到的生物信号使用不同的数字滤波和信号处理。
图5例示了在用户的两臂之间测量生物信号的示例性实施方式。该装置包括可以与图1a、图1b、图2、图3和图4中相同的控制模块12。该装置还包括传感器模块51。传感器模块51包括第一臂带511，该第一臂带511包括第一电极512。该装置还包括第二臂带52中的第二电极521。例如，电极512和电极521可以设置在臂带511和52的内表面上。
第二电极521可以通过控制模块12的第二连接器连接至控制模块12。另选地，第二电极521可以通过传感器模块51连接至控制模块12。图5示出了将第二电极521连接至传感器模块51的第一臂带511上的连接器的连接器线缆53。传感器模块51通过第一连接器将使用第一电极512和第二电极521所感测到的生物信号传送至控制 模块12。
在图2中，第二电极23连接至控制模块12的第二连接器。在图1a和图1b中，不使用控制模块12的第二连接器，因为传感器模块11已经包括两个电极。
第二连接器可以是标准头戴式耳机插头插座，并且可以以头戴式耳机的形式来实现第二电极。图3例示了其中第二电极被实现为适合于在控制模块12与用户的耳朵之间形成电(galvanic)接触的头戴式耳机33的示例性实施方式。
除感测生物信号之外，头戴式耳机33还能够被用作用于根据经处理的生物信号数据来产生音频反馈的装置。通过头戴式耳机33，控制模块12能够例如根据经处理的生物信号数据向用户提供关于适当训练强度或表现水平的指令和/或信息。
除响应于经处理的生物信号数据的音频反馈之外，控制模块还可以包括音频记录播放器，诸如MP3播放器。音频记录(例如音乐)可以被存储到用于存储生物信号数据的存储存储器中并且在测量生物信号的同时播放。
图4例示了所公开的装置的又一示例性实施方式。在图4中，传感器模块41包括头带411。该头带可以包括设置在头带411的内表面上的多个电极412。
图4的具有头带42的装置可以例如被用于测量眼运动和/或脑生物信号(诸如阿尔法(alpha)波)。如果驾驶汽车的驾驶员正要入睡，则图4的所公开的装置可以例如被用来向该驾驶员发出音频警告。
图1至图4中的控制模块12还可以包括用于确定穿戴该控制模块12的用户的运动、位置和/或活动的装置。这些装置能够例如以加速度计的形式来实现。控制模块12还可以包括用于用户的全球定位的装置。用于全球定位的所述装置可以例如以GPS模块的形式在控制模块12中来实现。
对于本领域技术人而言将显而易见的是，能够以各种方式来实现本发明构思。本发明及其实施方式不限于以上描述的示例，而是可以在权利要求的范围内改变。