DE2429953C3

DE2429953C3 - Schaltungsanordnung zur Verarbeitung physiologischer Meßsignale

Info

Publication number: DE2429953C3
Application number: DE2429953A
Authority: DE
Inventors: Thomas Vaellingby Ohlsson
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-06-21
Filing date: 1974-06-21
Publication date: 1987-10-22
Also published as: FR2275183B1; DE2429953A1; US4023565A; IT1038814B; JPS5176880A; JPS6017531B2; SE7506864L; NL7506223A; GB1515351A; DE2429953B2; FR2275183A1; SE399817B; NL181970B; NL181970C

Description

Eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist aus dem Aufsatz von Schrader, Meyer und Varchim, Seite 57 und 58 der veröffentlichten Tagesvorträge der 3. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik, Mai bekannt, in dem der Aufbau von Mehrkanal-EKG-Verstärkern mit hoher Gleichtaktunterdrückung und geringer Drift beschrieber; ist. Durch diese Schaltung ist erreicht, daß Störsignale (Brumm), die bewirken, daß das Potential des gesamten Körpers eines Patienten von Null abweicht, im Gegensatz zu den abgegriffenen Biopotentialen in den Eingangsverstärkern nicht verstärkt werden und damit in den anschließenden Differenzverstärkern eliminiert werden. Wesentlich für das Funktionieren dieser Schaltung ist, daß der gemeinsame Referenzpunkt nicht geerdet wird.

Eine einwandfreie Wirkungsweise ist bei diesem bekannten EKG-Verstärker nur dann gewährleistet, wenn sämtliche Abnahmeelektroden an dem Patienten angeschlossen sind und damit an dem gemeinsamen Potentialpunkt ein deffiniertes Potential vorliegt.

Der Erfindung liegt diu Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schiffen, bei d<?r ?»'r.h dann, wenn eine oder mehrere Abnahmeelektroden nicht angeschlossen sind - was bei der Erfassung des EKG oder EEG vorkommen kann - eine einwandfreie Gleichtaktunterdrückung, d. h. Unterdrückung von Störsignalen, sicher gewährleistet ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Wie beim Stand der Technik kann jeder Eingangsverstärker aus einem handelsüblichen Operationsverstärker bestehen, der durch zwei zusätzliche Widerstände beschaltet ist. Die Unterdrückung der Gleichtaktsignale erfolgt durch die den Eingangsverstärkern nachgeschaiteten Differenzverstärker. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird das Störsignal eines Eingangskanals sämtlichen Eingangsverstärkern als Störsignale aufgedrückt, so daß die die Störsignale verkörpernden Ausgangssignale der Eingangsverstärker alle gleich sind und bei der Differenzbildung in den nachgeschalteten Differenzverstärkern eliminiert werden. Wesentlich ist bei der Benutzung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, daß diejenige Abnahmeelektrode, die am gemeinsamen Potentialpunkt angeschlossen ist, am Patientenkörper angelegt ist. Nur so ist es möglich, daß eine oder mehrere andere Abnahmeelektroden nicht an den Patienten angeschlossen werden und trotzdem die Störsignalunterdrückung nach wie vor erfolgt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Das Ausfuhrungsbeispiel dient zur Erfassung eines EKG. Es sind drei Operationsverstärker 1 bis 3 vorhanden, an deren Pluseingängen drei Abnahmeelektroden R, L und F angeschlossen sind. Die gestrichelte Linie deutet an, daß noch weitere Elektroden vorhanden sind, denen je ein weiterer Operationsverstärker zugeordnet ist. Die Minuseingänge der Operationsverstärker 1 bia 3 sind über Widerstände &Lgr;1 mit deren Ausgängen und über Widerstände Rl mit einem gemeinsamen Potentialpunkt S verbunden. Die Operationsverstärker besitzen eine hohe Verstärkung im nicht rückgekoppelten Zustand sowie eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz. Es ergibt sich, daß die Gleichtaktsignale (Störsignale) an den Eingängen der Operationsverstärker 1 bis 3 unverändert an deren Ausgängen wieder erscheinen, während das Differenzsignal zwischen den Ausgangssignalen zweier Operationsverstärker gegenüber dem Differenzsignal zwischen den entsprechenden Eingangssignalen um den

Faktor 1 + £±
KZ
verstärkt ist.

Die Ausgänge der Operationsverstärker 1 bis 3 sind mit Differenzverstärkern 6 bis 8 über einen Programmwähler 9 nach einem vorbestimmten Programm verbunden. Der Differenzverstärker 6 bildet z. B. die Differenz aus den Ausgangssignalen der Operationsverstärker 1 und 2. Bei der Differenzbildung werden die Störsignale eliminiert, während die Differenzsignale

so zwischen den Eingangssignalen, z. B. zwischen den

Signalen R und L, um den Faktor 1 + ^

KZ

verstärkt erfaßt werden. Die Differenzverstärker 6 bis 8 steuern EKG-Wiedergabeeinrichtungen 10 bis 12, z. B.

Schreiber.

Der gemeinsame Potentialpunkt 5 liegt am Ausgang eines Impedanzwandlers 13, dessen Pluseingang mit dem von der Elektrode R abgegriffenen Potential verbunden ist. Der Impedanzwandler 13 hat eine Spannungsverstärkung von 1:1, eine niedrige Ausgangsimpedanz und eine hohe Eingangsimpedanz. Er bewirkt, daß auch dann, wenn eine der Elektroden L und Fnicht am Patienten angeschlossen ist, die gleiche Gleichtaktspannung an den Ausgängen aller Operationsverstärker auftritt. Bei der Differenzbildung in den Differenzverstärkern 6 und 7 wird das Störsignal dann eliminiert. Die Schaltungsanordnung gemäß der Zeichnung ermöglicht es also, ein EKG auch dann aufzunehmen, wenn

»jcht alle Abnahmeelektroden am Patienten ange- Operationsverstärker mit den zugehörigen Widerstän-

schlossen sind, wobei auch in diesem Fall die Störsignale unterdrückt weiden.
Für die Ausgangsspannungen gilt folgendes bei

*&idiagr; = 30 ·
Rl ^JU ·

UAl = (UEl - UEl) -30+ UEl= UEl

UAl = (UEl ■ UEl) · 30 + UEl = 31 UEl - 30 UEl UAi = (UEi - UEl) ■ 30 + UEi = 31 UEi - 30 UEl.

Es gilt beispielsweise für das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 6 folgendes:

i/6 = 31 UEl - 31 UEl = 31 · (UEl - UEl).

Für das Ausgangssignal Ul gilt z. B.:
t/7 = 31 · (UEi - UEl).

den i?l und Rl im Ersatzschaltbild durch einen Differenzverstärker mit nachgeschaltetetn Addierglied dargestellt werden kann, das die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers zu der von der entsprechenden Elektrode kommenden Eingangsspannung addiert.

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Hinsichtlich des Brumms gilt, daß UEl = UEl = UEi ist, denn die Brummspannung an allen drei Eingängen ist gleich groß. Setzt man für die Brummspannung U, so gilt für die Brummspannung:

UAl= UAl = UAi = (U-U) -30+U=U.

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Während die Brummspannung in den Eingangskreisen nicht verstärkt und durch die Differenzverstärker eliminiert wird, sind die Differenzsignale um den Faktor 31 verstärkt. Toleranzen in den Verstärkungen der Operationsverstärker 1 bis 3, sowie Toleranzen der Widerstände Rl und Rl wirken sich nicht auf die Unterdrückung der Störsignale aus.

Wesentlich für die Schaltungsordnung ist, daß immer diejenige Elektrode, an der der Spannungsfolger 13 angeschlossen ist (R), am Patienten angelegt wird.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist ganz allgemein zur Verarbeitung physiologischer Meßsignale, z. B. auch eines EEG, anwendbar.

Aus der obigen Ableitung der Ausgangsspannungen ergibt sich, daß die Ausgangsspannung UAl = UEl ist. Im Rahmen der Erfindung kann daher der Operationsverstärker 1 entfallen, wenn das Ausgangssignal des Impedanzumwandlers 13 dem Programmwähler 9 und damit dem einen Eingang des Differenzverstärkers 6 direkt zugeführt ist. Wesentlich für diesen FaI! ist also, daß das Potential des gemeinsamen Potentialpunkts 5 dem Eingang eines oder mehrerer Differenzverstärkerbei dem Bespiel des Differenzverstärkers 6 und 7-50 unmittelbar zugeführt ist. Bei dem dargestellten Beispiel ist der Operationsverstärker 1 aus Symmetriegründen vorhanden. Abweichungen des Potentiris am gemeinsamen Potentialpunkt 5 von UEl wirken sich also in diesem Fall störend aus.

Zusammenfassend ergibt sich, daß wesentlich für die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung gemäß der Zeichnung ist, daß unabhängig davon, ob die Elektroden L und F am Patienten angeschlossen sind oder nicht die Ausgange aller Operationsverstärker &iacgr; bis 3 &ogr;&ugr; die gleiche Störspannung im Verhältnis zur Bezugserde annehmen, wie der Eingang des Operationsverstärkers 1, der mit dem Impedanzwandler 13 gekoppelt ist, also wie der Minuseingang des Operationsverstärkers 1. Bei der Bildung der Differenz zwischen zwei Ausgangsspannungen wird daher das Störsignal immer eliminiert.

Die obige Ableitung der Ausgangsspannungen der Operationsverstärker 1 bis 3 ergibt sich daraus, daß ein Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Verarbeiten physiologischer Meßsignale, die mittels Abnahmeelektroden von einem Patienten abgegriffen sind, bei der eine Anzahl von als Operationsverstärkern ausgebildeten Eingangsverstärkern mit je einem Plus- und einem Minus-Eingang vorhanden ist, wobei an die Plus-Eingänge die Abnahmeelektroden für die Signale unmittelbar angeschlossen sind, zwischen den Minus-Eingängen und den Ausgängen der Operationsverstärker Rückführungswiderstände liegen und die Minus-Eingänge über Widerstände mit einem gemeinsamen Potentialpunkte massefre; verbunden sind, und bei der an den Ausgängen für jeweils mindestens zwei Eingangsverstärker die beiden Eingänge eines Differenzverstärkers angeschlossen sind, dessen Ausgangssignal eine Wiedergabe-Einrichtung steuert, dadurch gekennzeichnet, daß eine an dem Patienten angeschlossene Abnahmeelektrode [R) über einen Impedanzwandler (13) mit dem gemeinsamen Potentialpunkt (5) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnahmeelektroden EKG-Elektroden sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential des gemeinsamen Potentialpunktes (5) dem Eingang eines oder mehrerer Differenzverstärker unmittelbar zugeführt ist.