A Study on comnon-mode-driven shield for capacitive coupling active electrode

용량성 결합 능동 전극의 공통 모드 구동 차폐

  • 임용규 (상지대학교 한방의료공학과)
  • Received : 2012.07.25
  • Accepted : 2012.11.03
  • Published : 2012.10.30

Abstract

The indirect-contact ECG measurement is a newly developed method for unconstrained and nonconscious measurement in daily life. This study introduced a new method of electrode circuit design developed for reducing the 60Hz power line noise observed at the indirect-contact ECG measurement. By the introduced common-mode-driven shielding, the voltage of the electrical shield surrounding the capacitive coupling electrode is maintained at the same as the common mode voltage. Though the method cannot reduce the level of common mode voltage itself, that reduces effectively the differential mode noise converted from the common mode voltage by the difference of cloth impedance between the two capacitive coupling electrode. The experiment results using the actual indirect-contact ECG showed that the 60Hz power line noise was reduced remarkably though the reduction ratio was smaller than the expected by the theory. Especially, the reduction ratio became large for the large difference of cloth. It is expected that the introduced method is useful for reducing the power line noise under condition of poor electrical grounding.

간접접촉 심전도 측정(Indirect-Contact ECG)은 일상생활에서의 무구속 무자각 측정에 적합한 심전도 측정 방법이다. 본 연구는, 간접접촉 심전도 측정에서 크게 관측되는 60Hz 전원선 잡음을 줄이기 위한 새로운 방법으로, 공통모드 구동 차폐 방식을 제안하였다. 공통 모드 구동 차폐 방식은, 간접 접촉 심전도에서 사용되는 용량성 결합 능동 전극(Capacitive coupling active electrode)을 둘러싼 전기적 차폐(electric shield)의 전압을 공통 모드 전압과 동일하게 유지하는 방법이다. 이 방법은 공통모드 전압의 크기는 그대로 유지하지만, 의복 임피던스 차에 의한 공통모드 전압의 차동 모드 전환에 의한 잡음은 효과적으로 줄일 수 있다. 따라서 두 전극 사이의 의복의 임피던스 차이가 커서 공통 모드 전원 잡음이 심각한 간접 접촉 심전도 측정에서, 효과적으로 공통 모드 잡음을 줄일 수 있다. 실제 간접 접촉 심전도 측정에 제안된 방법을 적용한 결과로 이론적 예상보다는 60Hz 잡음 감소비가 적었지만, 60Hz 잡음이 크게 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 특히 의복 임피던스 차가 크게 발생하는 경우, 예상대로 잡음 감소비가 커짐을 볼 수 있었다. 제안된 방법은 접지 특성이 좋지 않은 측정 조건에서 전원 잡음을 줄이는데 유용할 것으로 기대된다.

Keywords

References

  1. M. Ogawa and T. Togawa, "Attempts at Monitoring Health Status in the Home," in Ist Annu. Int. IEEE-EMBS Special Topic Conf. on Microtechnologies in Medicine & Biology, 2000, pp. 552-556.
  2. A. Kawarada, et al., "Fully Automated Monitoring System of Health Status in Daily Life," in Proc. 22nd Annu. EMBS Int. Conf., July 2000, pp. 531-533.
  3. W. W. FIemons, et al., "Home Diagnosis of Sleep Apnea: A Systematic Review of the Literature", Chest, 124, pp. 1543-1579, 2003. https://doi.org/10.1378/chest.124.4.1543
  4. Y. J. Chee, J. M. Han, et al. "Air mattress sensor system with balancing tube for unconstrained measurement of respiration and heart best movenents", J. Physiological Measurement, Vol.26, pp.413-422, 2005. https://doi.org/10.1088/0967-3334/26/4/007
  5. Y. G. Lim, K. H. Hong, et al., "A Non-intrusive Pre-ejection Period Measurement Utilizing Mechanocardiogram on a Chair", 2006 Proc. BioCAS
  6. J. S. Kim, J. W. Park, et al. "Development of a Nonintrusive Blood Pressure Estimation System for Computer Users", J. Telemedicine and e-Health, Vol. 13(1), pp.57-64, 2007 https://doi.org/10.1089/tmj.2006.0034
  7. Y. G. Lim, K. K. Kim, K. S. Park, "ECG measurement on a chair without conductive contact", IEEE Trans Biomed Eng, Vol. 53, pp. 956-959, 2006. https://doi.org/10.1109/TBME.2006.872823
  8. Y. G. Lim, K. K. Kim, K. S. Park, "ECG Recording on a Bed during Sleep without Direct Skin-Contact", IEEE Transactions on Biomedical Engineering, VoI.54, No.4, pp.718-725, 2007 https://doi.org/10.1109/TBME.2006.889194
  9. 임용규, 김고근, 박광석, "간접접촉 심전도 측정에서의 간접접촉 오른발 구동 접지 성능에 대한 연구", 신호처리 시스템학회 논문지, 제9권, 4호, pp 280-287, 2008.
  10. S. M. Lee, K. S. Sim, K. K. Kim, Y. G. Lim, and K. S. Park, "Thin and flexible active electrodes with shield for capacitive electrocardiogram measurement", Med. Biol. Eng. Comput. Vol. 48, pp. 447-457, 2010. https://doi.org/10.1007/s11517-010-0597-y
  11. D. K. Swanson and J. G. Webster, "A model for skin-electrode impedance", Biomedical Electrode Technology--Theory and Practice, ed. Harry A. Miller and Donald C. Harrison, New York: Academic Press Inc., 1974, pp. 117-128.