CZ2010509A3 - System for measuring biological signals with suppression of interference - Google Patents

System for measuring biological signals with suppression of interference Download PDF

Info

Publication number
CZ2010509A3
CZ2010509A3 CZ20100509A CZ2010509A CZ2010509A3 CZ 2010509 A3 CZ2010509 A3 CZ 2010509A3 CZ 20100509 A CZ20100509 A CZ 20100509A CZ 2010509 A CZ2010509 A CZ 2010509A CZ 2010509 A3 CZ2010509 A3 CZ 2010509A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
amplifier
electrode
sub
interference
input
Prior art date
Application number
CZ20100509A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ302454B6 (en
Inventor
Hospodka@Jirí
Bortel@Radoslav
Original Assignee
Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická filed Critical Ceské vysoké ucení technické v Praze Fakulta elektrotechnická
Priority to CZ20100509A priority Critical patent/CZ2010509A3/en
Publication of CZ302454B6 publication Critical patent/CZ302454B6/en
Publication of CZ2010509A3 publication Critical patent/CZ2010509A3/en

Links

Landscapes

  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

Systém pro merení bioelektrických signálu s efektivním potlacením rušení typu common mode obsahuje tri elektrody (e.sub.1.n., e.sub.2.n., e.sub.3.n.) a dva nediferencní zesilovace (ZS6, ZS7). Pacient, z jehož tela jsou snímány biopotenciály, je zapojen do zpetné vazby invertujícího zesilovace ZS7. Systém s potlacením interference je založen na merení napetí mezi dvema elektrodami (e.sub.1.n.) a (e.sub.2.n.), umístenými na tele cloveka. Snímané napetí je zesilováno pomocí zesilovace (ZS6), pricemž je využito tretí elektrody (e.sub.3.n.) buzené invertujícím zesilovacem (ZS7) k minimalizaci vlivu rušení na merený signál. Elektroda (e.sub.2.n.) je pripojena na vstup invertujícího zesilovace (ZS7) a výstup invertujícího zesilovace (ZS7) je pripojen na elektrodu (e.sub.3.n.). Elektroda (e.sub.1.n.) je pripojena na vstup zesilovace (ZS6), z jehož výstupu je možné odebírat merené napetí (V.sub.O.n.). Toto dosahuje efektivní potlacení externího rušení pri použití dvou merících zesilovacu biopotenciálu.The system for measuring bioelectric signals with effective common mode interference suppression includes three electrodes (e.sub.1, e.sub.2, e.sub.3) and two non-differential amplifiers (ZS6, ZS7). The patient from whose body biopotentials are sensed is connected to the inverting amplifier ZS7. The interference suppression system is based on measuring the voltage between two electrodes (e.sub.1) and (e.sub.2) located on the human body. The sensed voltage is amplified by an amplifier (ZS6), whereby a third electrode (e.sub.3) excited by an inverting amplifier (ZS7) is used to minimize the effect of interference on the measured signal. The electrode (e.sub.2) is connected to the inverting amplifier input (ZS7) and the inverting amplifier output (ZS7) is connected to the electrode (e.sub.3). The electrode (e.sub.1) is connected to the input of the amplifier (ZS6), from which the measured voltage can be extracted (V.sub.O.n.). This achieves effective suppression of external interference by using two metering amplifiers.

Description

Systém pro měřeni biologických signálů s potlačením rušeniSystem for measuring biological signals with interference suppression

Oblast technikyField of technology

Předkládané řešeni se týká systémů pro měření biologických signálů, jako je například elektroencefalograf EEG, elektrokardiograf EKG a podobně. Konkrétné se jedna o úlohu změřit z povrchu nebo uvnitř živého organismu, zejména pak těla člověka, rozdíl potenciálů, který odpovídá aktivitě živých tkání.The present invention relates to biological signal measurement systems, such as an EEG electroencephalograph, an ECG electrocardiograph, and the like. Specifically, it is a task to measure from the surface or inside a living organism, especially the human body, the potential difference, which corresponds to the activity of living tissues.

Dosavadní stav technikyState of the art

Situace běžné se vyskytující při měřeni biologických signálů je znázorněna na oř. la. Elektrody e, a & jsou připojeny na tělo člověka a jejích signál je měřen diferenčním zesííovačem ZS1, který rozdíl potenciálů elektrod zesílí a převede na výstupní napět, Va. Současně je však přítomen i zdroj rušení^, který nejčastěji odpovídá rozvodné sítí elektrické energie. Rušeni proniká do tě.a měřeného člověka prostřednictvím impedanci Ž1 a δ. které jsou typicky tvořeny parazitními kapacitami mez, clovekem a rušivým zdrojem. Rušivý zdroj a měřící zesilovač mají obvykle oddelene sve nulové potenciály GND1 a GND2. jejichž propojení lze ilustrovat impedanci Při galvanickém odděleni obou potenciálů reprezentuje tato impedance Za parazitní kapacitu mezi nulovými potenciály GND1 a GND2 Přítomnost zdroje rušení Vp způsobuje změny potenciálu měřeného subjektu vzhledem k nulovému potenciálu měřícího zesilovače. Tyto změny se pak mohou prenest na výstup diferenčního zesilovače ZS1 jako rušící napětí.The situation common in measuring biological signals is shown in FIG. la . The electrodes e, a & are connected to the human body and their signal is measured by a differential amplifier ZS1, which amplifies the potential difference of the electrodes and converts it to the output voltage, V a . At the same time, however, there is also a source of interference, which most often corresponds to the electricity distribution network. The interference penetrates into the measured person through the impedances Ž1 and δ . which are typically formed by the parasitic capacitances of the boundary, human, and interfering source. The interfering source and the measuring amplifier usually have their zero potentials GND1 and GND2 separately. whose interconnection can be illustrated by impedance In the galvanic separation of both potentials, this impedance represents Z and the parasitic capacitance between the zero potentials GND1 and GND2. These changes can then be transmitted to the output of the differential amplifier ZS1 as an interfering voltage.

Pro popsání způsobu jakým se rušeni dostává na výstup reálného měřicího diferenčního zesdovače ZSt a s tím spojených technik, které se toto rušení snaží potlačit, je Situace z obr.ta znázorněna zjednodušeným náhradním obvodem na obr.lb. Zdroj rušeni a impedance Z,, Zz, & jsou zde reprezentovány náhradním Theven,novým obvodem V5 a & Pro jednoduchost je zde předpokiádáno, že napětí generovaná mřeným č.ovékem jsou nulová a ceié této, zde reprezentované uzlem e reso ~~ lmpedance & a & reprezentují impedance elektrod e, a respektive jej.ch nedokonalý kontakt a impedanci povrchové tkáně ReálnýTo describe the way in which the interference reaches the output of the real measuring differential inverter ZSt and the associated techniques which try to suppress this interference, the situation in FIG. The source of interference and impedance Z ,, Zz, & are represented here by the replacement Theven , the new circuit V 5 and & . and & represent the impedance of the electrodes and, respectively, their imperfect contact and the impedance of the surface tissue.

ZZ; ~ JS Ζ06 rePreZent0Vá zesilovačem _Z1 vstupními impedancemi a Zys. Do těchto vstupních impedanci Z a Z mus, byt navíc implementována galvanická cesta k nulovému potenciálu difeťnčn^ =Zaby vstupní obvody diferenčního zesítova. mohly vůbec pracoZ ideálních podmmek jsou impedance & a shodné a vstupní impedance a JSOU taky shodné. V tomto případě jsou na obou vstupech ideálního na Z? -β8°ν30θ ~ naPě 3 ^'UPni napě,i je u^ bez ohledu ve I, ost rusweho napětí Vs. Za reálných podmínek jsou vsak impedance ZE1 a ZE2 Z vTZTa ^se také ,išit v -— P YS se pak na obou vstupech ideálního diferenčního zesilovače DZ1 objeví ruzna napětí a napětí Vc tak začne ruáivým způsobem ovívat napětí Va ZZ; ~ JS Ζ06 represents the amplifier _Z1 input impedances and Zys. In addition, a galvanic path to zero potential must be implemented in these input impedances Z and Z to make the input circuits of the differential network. The ideal conditions for the impedances are identical and the input impedances are identical. In this case, both inputs are ideal for Z? - β8 ° ν30 θ ~ naPě 3 ^ ' UPni napě, i is u ^ regardless of I, ost rusweho voltage Vs. Under real conditions, however, the impedances ZE1 and ZE2 Z are vTZT , and a different voltage amplifier DZ1 then appears at both inputs of the ideal differential amplifier DZ1, and the voltage Vc thus begins to fan the voltage V and

Pro potlačení tohoto jevu bylo navrženo několik metod Byla navržena různá zapojení měřících zesilovačů která 7^7 · .Several methods have been proposed to suppress this phenomenon. Various connections of measuring amplifiers have been proposed which 7 ^ 7 ·.

impedanci Z a 7 zabezpečovala velké hodnoty vstupních pedanci a & cm se potlač! vliv rozdílnosti impedanci Z,, a zE2 jak je uvedeno v A. Miller. Coupling circuit with driven guard, ufepatent 4 191 195 1978 nebo v N.V. Thakor and J.G. Webster Ground electrodes ifff Tra , Ground-free ecg recording with twoimpedance Z and 7 provided large values of input pedances and & cm is suppressed! the effect of the difference in impedance Z1 and E2 as reported in A. Miller. Coupling circuit with driven guard, ufepatent 4 191 1 95 1978 or in NV Thakor and JG Webster Ground electrodes ifff Tra , Ground-free ecg recording with two

980 T f 7 θ'1 BiOmedCa' ^-27(12)^04 . Toto resem obvykle neumožůuje zmíněné galvanické spojení vstupů měřicího “ “ s nulovým potencíáíem a navíc je tento přístup často nedostačující ^Z980 T f 7 θ ' 1 BiOmedCa ' ^ -27 (12) ^ 04. This reset usually does not allow the mentioned galvanic connection of the inputs of the measuring "with zero potential" and moreover this approach is often insufficient.

Z t a ' ΡΠ8,υΡυ’θ na Ρ°ϋΖίe,ek,r°dy' ΜθΓΖ “ « nap ík ad ΓΖ ' T°to uvádí například B. Winter and J.G. Webster. Reduction of interference due to common mode voltage in biopotentia! amplifiers. IEEE Transactions on BioZca Engineering, BME-30(1):58^, i983. Konkrétni situace je nahradm obvod je na obr. 2b. Třetí elektroda je zde označena jako e3 a její 'mpedanceje označena jako fe. Funkce tohoto obvodu je podobná jako u ob’vodu zFrom t a ' ΡΠ8, υΡυ ' θ to Ρ ° ϋΖίe, ek, r ° dy ' Μ θ ΓΖ “ «for example ad ΓΖ' T ° this is stated, for example, by B. Winter and JG Webster. Reduction of interference due to common mode voltage in biopotentia! amplifiers. IEEE Transactions on BioZca Engineering, BM E-30 (1) : 58 ^, i 983 . The specific situation is to replace the circuit shown in Fig. 2b. The third electrode is denoted here as e 3 and its mpedance is denoted as fe. The function of this circuit is similar to that of circuit z

Obr 1b, s tím rozdílem, že pokud je impedance ZH třetí etektrody e3 dostatečně maía, způsobí sníženi rušivého nanětí V a tím - * “3 f . * . P a tim snizení celkového vlivu rušení na vystupn, napětí Va. Vstupní impedance Z* a představují v tomto případě oo vstupní impedanci použitého zesilovače. V případě MOSFETové realizace je to pouze vnitřní kapacita, případně zbytkový proud hradta. Existuj. však statecne male hodnoty impedance Za třetí elektrody e3 dosáhnout i například v případě. ie je použito tzv. suchých elektrod které X“ aplikací, ale značnou přechodovou včiZ° na °br· 3a' Tozapo'ani * ~ euman. Biopotential amplifiers. In J.G. Webster editor i station, John Wiley & Sons. 1^, nebo v q Prutchi and M “ °f Γ“' * Sons. 2005 čí e článku B, Winter and J.G. Webster. Driven-right-leg circuit design IEEE Transactions on Biomedical Engineering. BME-30(1 ) 62¾ Ι9β3 Toto “ “θ — - Driven Right ” Cir^í ~ jako obvod nzeni napětí pravé nohy. Pravá noha se uvádí z důvodu že na toto místo se V praxi výstup tohoto obvodu často připojuje. Tento obvod je uspořádá “ signa! z první e.ektrody e, a z druhé etektrody e, je zpraLn om zesilovačů 7^2 => J zpracován pomoci dvou 252 a nape na téchto zesilovačů ZS2 a ZS3 se sečte etektrody6~ Se Zpět a měfen« ^akt pomoci tře« naP^ PaR ZiSkánO výstupů zesilovačů ZS2 a ZS3 pomoc, diferenčního zesilovače ZS5. Zesilovače ZS2 a ZS3 a zaoo^H Ί 2eSll°VaC ^-na obr 3a jsou reálné zesilovače. Princip funkce tohoto zapojen, lze t na jeho nahradn|m oFig. 1b, with the difference that if the impedance Z H of the third electrode e 3 is sufficiently small, it causes a reduction of the disturbing nan V and thus - * “ 3 f . *. This reduces the overall effect of interference on the output, voltage V and . The input impedances Z * and in this case represent the input impedance of the amplifier used. In the case of MOSFET implementation, it is only the internal capacity or the residual current of the gate. There are. however, the vastly small values of the impedance Z and the third electrode e 3 can be reached even in the case. It is used so-called dry electrodes which X "application, but a considerable transition to ° br · 3a ' To ' ° zapo ' ani * ~ euman . Biopotential amplifiers. In JG Webster editor at the station, John Wiley & Sons. 1 ^, or v q Prutchi and M “° f Γ“ '* Sons. 2005 or Article B, Winter and JG Webster . Driven-right-leg circuit design IEEE Transactions on Biomedical Engineering. BME-30 (1) 62¾ Ι9 β3 This ““ θ - - Driven Ri ght ”Cir ^ í ~ as a circuit is not the tension of the right foot. The right foot is stated because in practice the output of this circuit is often connected to this place. This circuit is arranged by “signa! from the first electrode e, and from the second electrode e, the processing of the amplifiers 7 ^ 2 => J is processed by means of two 252 and the voltage of these amplifiers ZS2 and ZS3 is summed by the electrodes 6 ~ Se Back and converting The output of the amplifiers ZS2 and ZS3 is assisted by the differential amplifier ZS5. Amplifiers ZS2 and ZS3 and zaoo ^ H Ί 2eS11 ° VaC ^ - in Fig. 3a j are real amplifiers. The principle of operation of this circuit can be used to replace it

S3 jsou zde modelovány jako kombinace ideálních zesilovačů ZZ2 a 5a P slušných vstupních Impedanci & a & a reá!ný Invertujte! zesilovač je vytvoří“ nXoVertUjiC.ím ZeSil°VaČern Je Zřejmé' Že “ obvodu^ se yivonia smyčka záporné zpětně vazby která ía h/nřQn^ x. - .S3 are modeled here as a combination of ideal amplifiers ZZ2 and 5a P decent input Impedance & a & a real Invert! the amplifier creates a Xo VertUjiC . It is obvious that the circuit ^ is a negative feedback loop which is h / Qn ^ x. -.

772 o '.j ί - Y< KTera tv°rena ideálními zesilovači 77?772 o '.j ί - Y <KThera is made by ideal amplifiers 77?

ZZ3 a ideálním invertujícím zesilovačem 774 τ ♦ - ---’ n J z«snovacem ZZ4. Tato smyčka minimalizuje součtové napět, výstupů ídeá.ních zesilovačů ZZ2 a ZZ3 tlm. že působí proti ruěiZnX pnpade. ze zesílení ideálního invertujícího zesilovače ZZ4 roste nade všechnyZZ3 and the ideal inverting amplifier 774 τ ♦ - --- ' n J z «inverter ZZ4. This loop minimizes the sum voltage of the output amplifiers ZZ2 and ZZ3 . that it acts against ruěiZnX pnpade. from the amplification of the ideal inverting amplifier ZZ4 grows above all

e. musí součtové napět! výstupů Ídeá.ních zesilovačů ZZ2 a ZZ3 kíesat k nu.ee. must sum voltage! outputs of the amplifiers ZZ2 and ZZ3 are connected to nu.e

COZ se v případě nesymetrických signálových cest dosáhne pouze tím. že mvertujíci zesilovač ZZ4 svým výstupem vynuluje napětí Vs a tím vliv odstraní.In the case of unbalanced signal paths, COZ is only achieved by this. that the converting amplifier ZZ4 resets the voltage V s with its output and thus removes the effect.

ideální rušeníideal interference

Toto zapojeni se ukázalo jako vysoce efektivní způsob potlačeni sítového rušeni pr, snímaní biologických signálů. Jeho nevýhodou je však komplexnější obvodové resent, které vyžaduje použití čtyř zesilovačů, z čehož jeden je diferenčníThis involvement has proven to be a highly effective way of suppressing network interference by sensing biological signals. However, its disadvantage is the more complex circuit resent, which requires the use of four amplifiers, one of which is differential

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Navrhovaný systém pro měření biologických signálů s potlačením rušení spočívá ve využiti principů stoprocentní záporné zpětné vazby pomoci tři elektrod a pouze vou zesilovačů se společným nulovým potenciálem. Podstatou nového řešení je že první elektroda je připojena na vstup zesilovače, jehož výstup je výstupem systému Druha elektroda je připojena na vstup invertujiciho zesilovače, na jehož výstup je připojena třetí elektroda. Zesilovač a invertující zesilovač máji společný nulový potenciál. J The proposed system for measuring biological signals with interference suppression consists in the use of the principles of 100% negative feedback with the help of three electrodes and only amplifiers with a common zero potential. The essence of the new solution is that the first electrode is connected to the input of the amplifier, the output of which is the output of the system. The second electrode is connected to the input of the inverting amplifier, to the output of which the third electrode is connected. The amplifier and inverting amplifier have a common zero potential. J

V konkrétním provedeni je možné Invertující zesilovač realizovat například operačním zesilovačem bez zpětné vazby, jehož invertující vstup je připojen na druhou elektrodu, jeho neinvertujlcí vstup je připojen na nulový potenciál a jeho výstup je připojen na třetí elektrodu.In a particular embodiment, the inverting amplifier can be implemented, for example, by a non-feedback operational amplifier, whose inverting input is connected to the second electrode, its non-inverting input is connected to zero potential and its output is connected to the third electrode.

Výhodou navrhovaného řešeni je jednodušší obvodové řešení, které vyžaduje využit, jenom dvou zesilovačů, z kterých ani jeden nemusí být diferenční.The advantage of the proposed solution is a simpler circuit solution, which requires the use of only two amplifiers, none of which may be differential.

,'Popisř obrázků na výkresech, 'Description of the figures in the drawings

Na obr. 1a až 3b je uveden dosavadní stav techniky. Přiložený obr 1a znázorňuje system pro měření biologických signálů při dvoubodovém měření biologických signálů a obr. tb znázorňuje zjednodušený náhradní obvod situace z Obr. ta. Obr. 2a znázorňuje situaci při tříbodovém méření biologických sígnáíů a němu pnelusejic, obr. 2b znázorňuje zjednodušený náhradní obvod situace z obr 2a. Obr. 3a znázorňuje situaci při tříbodovém měření biologických signálů s využitím obvodu Driven Right Leg Circuit, jehož zjednodušený náhradní obvod je uveden naFigures 1a to 3b show the prior art. The attached Fig. 1a shows a system for measuring biological signals in a two-point measurement of biological signals, and Fig. Tb shows a simplified spare circuit of the situation of Figs. the. Giant. 2a shows the situation in a three-point measurement of biological signals and its pneeling, FIG. 2b shows a simplified spare circuit of the situation of FIG. 2a. Giant. 3a shows the situation in a three-point measurement of biological signals using the Driven Right Leg Circuit, the simplified replacement circuit of which is shown in

Přiklad systému pro měřeni biologických signálů s potlačením .ušení podle předkládaného řešeni je pak uveden na obr. 4a. 0br.4b znázorňuje zjednodušený náhradní obvod zapojení z obr. 4a.An example of a system for measuring biological signals with suppression of drying according to the present invention is then shown in Fig. 4a. Fig. 4b shows a simplified replacement circuit of the circuit of Fig. 4a.

Příklat/ provedení vynálezuEmbodiment / embodiment of the invention

Přiklad provedení navrhovaného uspořádání systému pro méření biologických signálu je na obr. 4a. Zesilovač ZS6 je svým vstupem připojen na první elektrodu e, a na jeho výstupu je odebírán zesílený výstupní signál. Invertujicí zesilovač ZS7 je svým vstupem připojen na druhou elektrodu a jeho výstup je připojen na třetí elektrodu &. Zesílení zesilovače ZS6 je dané požadavkem na zesílení rozdílového napět, mez, první elektrodou e, a druhou eíetkrodou fc. Zesílení invertujiciho zesilovače ZS7 je záporné a v absolutní hodnotě co možná největší, ideálně nekonečné. K dosažení tohoto cíle je s výhodou například možné použít operační zesilovač bez zpětné vazby. Neinvertujici zesilovač a invertujicí zesilovač mají společný nulový potenciál.An example of an embodiment of the proposed arrangement of a system for measuring biological signals is shown in Fig. 4a. The amplifier ZS6 is connected to the first electrode e by its input, and an amplified output signal is taken at its output. The inverting amplifier ZS7 is connected to the second electrode by its input and its output is connected to the third electrode &. The gain of the amplifier ZS6 is given by the requirement to amplify the differential voltage, limit, the first electrode e, and the second electrode fc . The gain of the ZS7 inverting amplifier is negative and as large as possible in absolute value, ideally infinite. To achieve this goal, it is advantageously possible, for example, to use an operational amplifier without feedback. The non-inverting amplifier and the inverting amplifier have a common zero potential.

Pro vysvětlení funkce tohoto uspořádání je na obr. 4b znázorněný jeho zjednodušený náhradní obvod, impedance první elektrody e,. druhé elektrody e, a treti elektrody & jsou zde reprezentovány náhradními impedancemi, a to p™i náhradní impedancí druhou náhradní impedanci ZE2 a třetí náhradní impedanciTo explain the function of this arrangement, Fig. 4b shows a simplified replacement circuit, the impedance of the first electrode e ,. the second electrodes e, and the third electrodes & are represented here by the spare impedances, namely at the spare impedance the second spare impedance Z E2 and the third spare impedance

Reálný zesilovač ZS6 je zde reprezentován ideálním zesilovačem ZZ6 a první vstupní impedancí Z» a reálný invertujicí zesilovač ZSZ je zde reprezentován ideálním mvertujícim zesilovačem ZZ7 a druhou vstupní impedancí Z„ Všechny zdroje rušivých napětí jsou reprezentovány zdrojem rušení vs a jeho výstupní impedancí & V obvodu je také zahrnut zdroj signálu V,, který reprezentuje napětí vytvořené biologickými tkáněmi v měřeném subjektu. Je zřejmé, že smyčka záporné zpětně vazby je tvořena ideálním inverujicim zesilovačem ZZ7, druhou náhradní impedancí třetí náhradní impedancí ZEJ_a druhou vstupní impedancí Zv7 Přítomnost teto smyčky způsobí, že v případě, že zesílení ideálního ínvertujíciho zesilovače ZZ7 roste nade všechny meze, napětí na jeho vstupu bude nulové Vzhledem k nulovému vstupnímu proudu ideálního ínvertujíciho zesilovače ZZ7 bude pak , napětí Ve nulové. Tím se eliminuje přítomnost rušení v uzlu C. Výstupní napétl Yp je pak dáno jenom zdrojem signálu impedančním děličem tvořeným první náhradní impedancí & a první vstupní impedancí Z^ a zesílením ideálního zesilovače ZZ6. Zdroj rušení Vs výstupní napětí VQ neovlivňuje.The real amplifier ZS6 is represented here by the ideal amplifier ZZ6 and the first input impedance Z »and the real inverting amplifier ZSZ is represented by the ideal converting amplifier ZZ7 and the second input impedance Z„ All sources of interfering voltages are represented by a signal source V 1 is also included, which represents the tension generated by the biological tissues in the subject being measured. It is obvious that the negative feedback loop consists of an ideal inverting amplifier ZZ7, a second surrogate impedance, a third surrogate impedance Z EJ and a second input impedance Z v7 . The presence of this loop causes that at its input will be zero Due to the zero input current of the ideal inverting amplifier ZZ7, then, the voltage Ve will be zero. This eliminates the presence of interference in node C. The output voltage Yp is then given only by the signal source by the impedance divider formed by the first spare impedance & and the first input impedance Z1 and the gain of the ideal amplifier ZZ6. The interference source Vs does not affect the output voltage V Q.

Podobně jako zapojení Driven Right Leg Circuit je i zapojení na obr. 4a schopno eliminovat rušení, nicméně je realizováno s podstatně jednodušším obvodem, kdy je namísto ctyr zesilovačů, ze kterých jeden musí být diferenční, použito pouze dvou nediferenčních zesilovačů.Like the Driven Right Leg Circuit, the circuit in Figure 4a is able to eliminate interference, but it is implemented with a much simpler circuit, where only two non-differential amplifiers are used instead of four amplifiers, one of which must be differential.

Pro úplnost je ještě uveden popis funkce systému s reálnými seučástkami podle o r.4a. Zesilovač ZS6 zesiluje napětí první elektrody vůči společnému nulovému potenciálu. Invertující zesilovač ZS7 zesiluje napětí druhé elektrody & opět vůči společnému nulovému potenciálu a jeho výstupní napětí je přivedeno zpět na meteny subjekt prostřednictvím třetí elektrody & Invertující zesilovač ZS7 takto vytvoř, smyčku stoprocentní záporné zpětné vazby, která se uzavírá přes měřený subjekt a způsebí. že potenciál v místě aplikace druhé elektrody & bude téměř shodný s nulovým potenciálem zesilovače ZS6 a ínvertujíciho zesilovače ZS7 Výstupní napětí zesilovače ZS6 pak odpovídá rozdílovému napětí mezí p^i elektrodou e, a druhou elektrodou Toto řešení vykazuje vysokou odolnost proti rušení, kdy měřené napětí není ovlivněné jinými zdroji rušeni a přitom vyžaduje použití jenom dvou obyčejných nediferenčních zesilovačů.For completeness, a description of the function of the system with real components according to r.4a is given. The ZS6 amplifier amplifies the voltage of the first electrode against a common zero potential. The inverting amplifier ZS7 amplifies the voltage of the second electrode & again against the common zero potential and its output voltage is fed back to the subject via the third electrode & inverting amplifier ZS7 thus creates a 100% negative feedback loop which closes through the measured subject and causes. that the potential at the application point of the second electrode & will be almost identical to the zero potential of the amplifier ZS6 and the inverting amplifier ZS7 The output voltage of the amplifier ZS6 then corresponds to the differential voltage between the electrode e affected by other sources of interference while requiring the use of only two ordinary non-differential amplifiers.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález lze využít při měřeni biologických signálů, jako je například elektroencefalogram, elektrocardiogram. a podobně, přičemž je odolný vůči elektromagnetické interferenci. Jeho výhodou je jednoduché obvodové řešeniThe invention can be used to measure biological signals, such as electroencephalogram, electrocardiogram. and the like, while being resistant to electromagnetic interference. Its advantage is a simple circuit solution

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Systém pro měřeni biopotenciálů sestávající ze tři elektrod pro připojeni na živý organizmus a ze dvou zesilovačů.vyznačující se tím, že první elektroda (e,) je připojena na vstup zesilovače (ZS6). jehož výstup je výstupem systému, druhá elektroda (¾) je pnpojena na vstup invertujícího zesilovače (ZS7), na jehož výstup je připojena třetí elektroda (e3), přičemž zesilovač (ZS6) a invertujíci zesilovač (ZS7) mají společný nulový potenciál.A system for measuring biopotentials consisting of three electrodes for connection to a living organism and two amplifiers, characterized in that the first electrode (e,) is connected to the input of an amplifier (ZS6). whose output is the output of the system, the second electrode (¾) is connected to the input of the inverting amplifier (ZS7), to the output of which the third electrode (e 3 ) is connected, the amplifier (ZS6) and the inverting amplifier (ZS7) having a common zero potential. 2, Systém pro měřeni biopotenciálů podle nároku 1, vyznačující se tím že mvertující zesilovač (ZS7) je tvořen operačním zesilovačem bez zpětné vazby, jehož invertujíci vstup je připojen na druhou elektrodu (e2), jeho neinvertující vstup je připojen na nulový potenciál a jeho výstup je připojen na třetí elektrodu (e3).Biopotential measurement system according to claim 1, characterized in that the converting amplifier (ZS7) is formed by a non-feedback operational amplifier, the inverting input of which is connected to the second electrode (e 2 ), its non-inverting input is connected to zero potential and its the output is connected to the third electrode (e 3 ).
CZ20100509A 2010-06-28 2010-06-28 System for measuring biological signals with suppression of interference CZ2010509A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20100509A CZ2010509A3 (en) 2010-06-28 2010-06-28 System for measuring biological signals with suppression of interference

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20100509A CZ2010509A3 (en) 2010-06-28 2010-06-28 System for measuring biological signals with suppression of interference

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ302454B6 CZ302454B6 (en) 2011-05-25
CZ2010509A3 true CZ2010509A3 (en) 2011-05-25

Family

ID=44041779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20100509A CZ2010509A3 (en) 2010-06-28 2010-06-28 System for measuring biological signals with suppression of interference

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2010509A3 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015055156A1 (en) 2013-10-15 2015-04-23 Univerzita Karlova V Praze, Lekarska Fakulta V Hradci Kralove Mobile device for long-term monitoring of visual and brain functions

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3880146A (en) * 1973-06-04 1975-04-29 Donald B Everett Noise compensation techniques for bioelectric potential sensing
US4981141A (en) * 1989-02-15 1991-01-01 Jacob Segalowitz Wireless electrocardiographic monitoring system
US5392784A (en) * 1993-08-20 1995-02-28 Hewlett-Packard Company Virtual right leg drive and augmented right leg drive circuits for common mode voltage reduction in ECG and EEG measurements
US7092750B2 (en) * 2003-04-16 2006-08-15 Medtronic Emergency Response Systems, Inc. ECG signal detection device
EP2101408B1 (en) * 2008-03-11 2012-05-16 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA - Recherche et Développement Floating front-end amplifier and one-wire measuring devices

Also Published As

Publication number Publication date
CZ302454B6 (en) 2011-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Spinelli et al. A capacitive electrode with fast recovery feature
US20190150777A1 (en) Dual-supply analog circuitry for sensing surface emg signals
JP6713482B2 (en) Active electrode, sensor system, and potential difference detection method
JP6162366B2 (en) Biological signal measuring apparatus and method, unit measuring instrument therefor, and recording medium according to the method
Spinelli et al. A novel fully differential biopotential amplifier with DC suppression
CN107137074B (en) A kind of instrument amplifier for bioelectrical signals
US9190966B2 (en) Impedance bootstrap circuit for an interface of a monitoring device
Gupta et al. Indigenous design of electronic circuit for electrocardiograph
CZ2010509A3 (en) System for measuring biological signals with suppression of interference
Kesto Electrocardiography circuit design
KR101693809B1 (en) Low voltage biosignal measurement circuit
Gargiulo et al. Unipolar ECG circuits: towards more precise cardiac event identification
US9968272B2 (en) Device for detecting electric potentials
EP3042607B1 (en) Biopotential signal acquisition system and method
Moni et al. A low power CMOS electrocardiogram amplifier design using 0.18 µm CMOS technology
JP6494635B2 (en) Active low impedance electrode
Ji et al. An active electrode design for weak biosignal measurements
Moreno-García et al. A capacitive bioelectrode for recording electrophysiological signals
Pourahmad et al. Two-wired current modulator active electrode for ambulatory biosignal recording
Haberman et al. A digital driven right leg circuit
CZ21460U1 (en) System to measure biological signals with suppression of interference
Burke et al. An ultra-low power pre-amplifier for pasteless electrocardiography
Alkhader et al. ECG Interface Circuit Design for Improving The Quality of ECG Signal
JP6530506B2 (en) Measuring signal amplifier and energy supply method for measuring signal amplifier
Manikandan et al. Design and implement of high gain and low noise neural amplifier using compensation techniques

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20210628