DE2429955C3

DE2429955C3 - Schaltungsanordnung zur Verarbeitung physiologischer Meßsignale

Info

Publication number: DE2429955C3
Application number: DE2429955A
Authority: DE
Inventors: Thomas Vaellingby Ohlsson (Schweden)
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-06-21
Filing date: 1974-06-21
Publication date: 1978-11-23
Also published as: DE2429955A1; GB1515352A; SE400172B; US3991748A; NL181971C; JPS5116794A; DE2429955B2; FR2275185B1; JPS6036782B2; FR2275185A1; SE7506865L; NL7506366A; NL181971B; IT1038808B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung physiologischer Meßsignale, welche mit Hilfe von Elektroden an einem Patienten abgegriffen sind, mit einer Anzahl von Eingangsverstärkern, an denen die Elektroden angeschlossen sind und denen Differenzverstärker nachgeschaltet sind, von denen jeder an den Ausgängen von mindestens zwei Eingangsverstärkern gemäß einem gewählten Programm über einen Programmwähler angeschlossen ist

Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist in Verbindung mit einem Elektrokardiographen in der Zeitschrift »Philips technische Rundschau«, 1959—1960, Nr. 2, S. 51 bis 65 beschriebea Bei einem Elektrokardiographen besteht die Forderung, daß den auf den Ausgangskanälen erscheinenden, die EKG-Wiedergabeeinrichtung steuernden Signalen Eichimpulse überlagert werden können, die es einerseits ermöglichen, die Höhe der EKG-Signale festzustellen und die andererseits eine Überprüfung der Schaltungselemente in den einzelnen Kanälen erlauben, d.h. das Schadhaftwerden eines dieser Schaltungselemente anzeigen.

Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art genügt es nicht, zur Eichung Eichsignale einfach den Eingangsverstärkern zuzuführen, wie dies z.B. in der DE-OS 18 02 755 angedeutet ist In dieser Schrift ist ein Eichsignalgenerator dargestellt, der an einem EKG-Verstärker angeschlossen ist. Wenn bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ein Eichsignalgenerator gemäß dieser DE-OS nur an den Eingängen der Eingangsverstärker angeschlossen wird, sind bei intakter Schaltung am Ausgang der Differenzverstärker überhaupt keine Eichimpulse erzeugbar. In der Zeitschrift »radio fernsehen elektronik«, 1973, Heft 4, Seite 108 ist ein Schwellwertdetektor mit einem Operationsverstärker dargestellt bei dem an einem Eingang des Operationsverstärkers eine Referenzspannung liegt und der ein Ausgangssignal erzeugt wenn die Eingangsspannung die Referenzspannung überschreitet Diese Literaturstelle befaßt sich nicht mit dem Problem der Oberprüfung sämtlicher Schaltungselemente durch Eichimpulse.

In der Zeitschrift »The Review of Scientific Instruments«, 1959, Nr. 12, S. 1102-1106 und in der DE-OS 2122 919 sind Schaltungsanordnungen zur Verarbeitung physiologischer Meßsignale beschrieben, bei denen Eichimpulsgeneratoren vorgesehen sind. Das bei diesen Schaltungsanordnungen angewandte Prinzip der Einspeisung der Eichimpulse ist jedoch nicht auf

^5 eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zur Überprüfung sämtlicher Schaltungselemente übertragbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so

so auszubilden, daß durch die Eichimpulse eine Überprüfung sämtlicher Schaltungselemente, also auch der Eingangsverstärker, möglich ist

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein manuell steuerbarer Eichimpulsgenerator vorgese hen ist, von welchem sowohl den Eingängen aller Eingangsverstärker gleichzeitig ein Eichsignal zuführbar ist, als auch den Differenzverstärkern über je einen derart geschalteten Eicheingang ein Eichsignal zuführbar ist, daß in jedem Differenzverstärker das Eichsignal

<>o dem aus den Ausgangssignalen der Eingangsverstärker gebildeten Differenzsignal überlagert wird. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird bei allen Eingangsverstärkern beim Betätigen eines Eichschalters das Eingangssignal erhöht, so daß diese und alle

•>5 nachgeschalteten Schaltungselemente überprüft werden. Das Eichsignal wird von der Wiedergabeeinrichtung aufgezeichnet und erlaubt eine Bestimmung der Höhe der aufgezeichneten Meßgrößensignale.

Die Ausführungsform gemäß dem Anspruch 2 hat den Vorteil, daß das Eichsignal nicht auftritt, wenn der Eichimpulsgenerator die Eingangsspannung der Eingangsverstärker nicht erhöht, also fehlerhaft ist

Bei der Weiterbildung gemäß dem Anspruch 3 wird das Ausgangssignal wenigstens eines Eingangsverstärkers mit dem Eichsignal von einem Dhferenzverstärker verglichen, so daß nur dann, wenn diese beiden Signale gleich sind, am Ausgang des Differenzverstärkers ein korrektes Ausgangssignal erscheint Bei den meisten jo EKG-Progi^mmen für drei oder sechs Wiedergabeeinrichtungen wird dieses verglichene Eingangssignal auch zu einem anderen Differenzverstärker geführt, wo es mit noch einem anderen Eingangssignal verglichen wird. Auch dieses Eingangssignal muß also wie das Eichsignal is aussehen, wenn fehlerfreie Bauelemente vorhanden sind.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung und

F i g. 3 eine Schaltungseinzelheit des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 2.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele dienen zur Erfassung des Elektrokardiogramms eines Patienten.

In der F i g. 1 sind drei Eingangskanäle R, L und F dargestellt, die zu drei am Körper des Patienten, und zwar am rechten und linken Arm und an einem Fuß anzulegenden Elektroden führen. Zu diesen drei so Eingangskanälen kommen in bekannter Weise noch Eingangskanäle für Elektroden, die an der Brustwand des Patienten befestigt werden und die in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Der Eingang R führt zu dem Eingang 1 eines Differenzver- is stärkers 2, der Eingang L zum Eingang 3 eines Differenzverstärkers 4 und der Eingang Fzum Eingang 5 eines Differenzverstärers 6. Die Eingänge 1, 3 und 5 besitzen dabei alle dieselbe Polarität. Die zweiten Eingänge 7 bis 9 der Differenzverstärker 2,4 und 6 sind miteinander verbunden und liegen am Ausgang 10 eines Impedanzwandlers U, der an seinem Eingang 12 mit dem Eingangskanal R verbunden ist Der Eingang 13 des Impedanzwandlers 11 führt zu einem Eichkreis 14. Der Impedanzwandler 11 besitzt einen hohen Eingangswiderstand und einen niedrigen Ausgangswiderstand, so daß die dem Eingangskreis R zugeordnete Elektrode durch die Differenzverstärker 1, 4 und 6 nicht belastet wird.

Das Bezugspotential des Eingangskreises ist das w Ausgangspotential des Impedanzwandlers U auf der Leitung 10. Dieses Ausgangspotential ist mit denselben Störsignalen überlagert, die auch an den Eingängen R, L und F liegen. Da die Eingangsverstärker 2» 4 und 6 Differenzverstärker sind, verstärken sie die Störsigiiale nicht, sondern nur die Differenzsignale, so daß die Signale an den Ausgängen IS bis 17 von Störsignalen befreit sind.

Zur Abtrennung von Gleichspannungspotentialen sind an den Ausgängen 15 bis 17 RC-Glieder 21 bis 23 «> angeschlossen. Die Ausgänge der RC-Glieder 21 bis 23 sind an einem Programmwähler 27 angeschlossen. Bezüglich des bisher beschriebenen Eingangskreises ist somit festzuhalten, daß das Bezugspotential dieses Eingangskreises von einer der Abnahmeelektroden für t>-> das EKG abgeleitet ist und daß dieses Bezugspotential für den gesamten Eingangskreis bis zu dem Programmwähler 27 dient, wodurch Störsignale (Brumm) weitge hend unterdrückt werden.

Dem Programmwähler 27 sind sechs Ausgangskanäle 28 bis 33 zugeordnet, die zu sechs EKG-Wiedergabeeinrichtungen 60 bis 65, z. B. zu sechs Schreibern, führen. Jeder der Ausgangskanäle 28 bis 33 kommt von einem Differenzverstärker 34 bis 39. Die Differenzverstärker 34 bis 39 besitzen je zwei Eingänge, denen über den Programmwähler 27 das Ausgangssignal zweier Eingangsverstärker zuführbar ist An dem Programmwähler 27 sind programmierte Ausgangspaare der Eingangsverstärker für jeden nachgeschalteten Differenzverstärker 34 bis 39 auswählbar. Durch die gestrichelten Linien im Programmwähler 27 ist angedeutet, daß beispielsweise der Differenzverstärker 34 an seinem Eingang 40 das Ausgangssignal des Eingangsverstärkers 2 und an seinem Eingang 41 das Ausgangssignal des Eingangsverstärkers 4 erhält Bei diesem Beispiel erhält der Differenzverstärker 35 an seinem Eingang 42 das Ausgangssignal des Eingangsverstärkers 2 und an seinem Eingang 43 das Ausgangssignal des Eingangsverstärkers 6.

Bei dem dargestellten Beispiel bildet der Differenzverstärker 34 die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Eingangsverstärker 2 und 4 und liefert somit an seinem Ausgang 28 ein dieser Differenz entsprechendes Signal. Der Differenzverstärker 35 bildet die Differenz der Ausgangssignale der Eingangsverstärker 2 und 6. Durch die weiteren Differenzverstärker 36 bis 39 erfolgt gemäß dem am Programmwähler 27 gewählten Programm ebenfalls die Differenzbildung zwischen je zwei Ausgangssignalen der Eingangsverstärker.

Bei einem Elektrokardiographen besteht die Forderung, daß dieser geeicht werden kann, d.h. daß den Signalen an den Ausgängen 28 bis 33 Eichimpulse überlagert werden können, die einerseits eine bestimmte Spannungsamplitude kennzeichnen und andererseits ermöglichen, daß überprüft werden kann, ob alle Verstärkungskanäle einwandfrei arbeiten, ob also ein Bauelement defekt ist oder nicht.

Hierzu besitzen die Differenzverstärker 34 bis 39 Eicheingänge 44 bis 49, die gemeinsam am Ausgang 50 eines Verstärkers 51 liegen. Dem Verstärker 51 ist am Eingang 52 das vom Gleichpotential befreite Ausgangssignal des Eingangsverstärkers 2 zugeführt

Wird eine Eichtaste 54 im Eichkreis 14 betätigt, so ändert sich das Bezugspotential am Ausgang 10 des Impedanzwandlers 11. Da durch die Differenzverstärker 34 bis 39 die Differenz zwischen je zwei Ausgangssignalen der Eingangsverstärker gebildet wird, erfolgt durch Veränderung des Bezugspotentials auf der Leitung 10 keine Veränderung der Ausgangssignale auf den Ausgängen 28 bis 33, wenn die Eingangsverstärker in Ordnung sind. Wenn ein Eingangsverstärker schadhaft ist, erscheint somit an mindestens einem Ausgangskanal ein Fehlersignal. Voraussetzung ist natürlich, daß der fehlerhafte Eingangsverstärker bei dem am Programmwähler 27 gewählten Programm verwendet ist Es ändert sich aber das Ausgangssignal aller Eingangsverstärker und damit auch des Verstärkers 2 und deshalb das Signal am Eingang 52 des Verstärkers 51.

Es tritt somit am Ausgang 50 ein Eichimpuls auf, der in den Differenzverstärkern 34 bis 39 den durch Differenzbildung gewonnenen Signalen überlagert wird und daher an den Ausgängen 28 bis 33 ebenfalls als Eichimpuls erscheint. Die Eichimpulse an den Ausgängen 28 bis 33 müssen dann, wenn der Elektrokardio-

graph in Ordnung ist, auf allen Ausgängen gleich groß sein und gleiche Polarität besitzen. Ist dies nicht der Fall, so kann auf den jeweils schadhaften Kanal geschlossen werden. Ferner ermöglichen die Eichimpulse einen Vergleich der EKG-Signale mit einer Bezugsspannung.

Die gestrichelte Linie 55 deutet an, daß zwischen den Eingangsverstärkern 2,4 und 6 noch weitere Eingangsverstärker liegen, die den weiteren Elektroden, nämlich den Brustwandelektroden, zugeordnet sind. Diese weiterenVerstärker werden in vorprogrammierter Weise über den Programmwähler 27 an die Differenzverstärker 36 bis 39 angeschaltet

Der Impedanzwandler 11 besitzt eine Spannungsverstärkung von eins, während die Spannungsverstärkung der Eingangsverstärker 2,4 und 6 z. B. dreißig betragen kann. Am Eingang 52 des Verstärkers 51 liegt beim Betätigen der Eichtaste 54 z. B. ein Impuls von 60 mV, wenn ein Eichimpuls 2 mV beträgt. Die Verstärkung des Verstärkers 51 ist so gewählt, daß dieser Eichimpuls an den Ausgängen 28 bis 33 ein Eichsignal hervorruft, das einem EKG-Signal von 1 mV entspricht. Wegen dieses 2 mV-Eichimpulses erhält man an den Ausgängen 28 bis 33 größere Fehlersignale, als bei der Verwendung von 1 mV-Eichimpulsen, wenn einer oder mehrere Eingangsverstärker schadhaft sind.

Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 erlaubt beim Betätigen der Eichtaste 54 eine Überprüfung aller Schaltungselemente. Die Eichspannung wird dabei am Minuseingang der Differenzverstärker 2, 4 und 6 zugeführt Ergeben sich keine Störungsimpulse im EKG, so kann mit großer Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, daß auch die Pluseingänge der Differenzverstärker 2,4 und 6 in Ordnung sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 sind Teile, die gleich sind mit Teilen des Beispiels gemäß F i g. 1 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet Als Eingangsverstärker sind dabei Differenzverstärker 66 bis 68 benutzt die in der dargestellten Weise mit Additionsgliedern 69 bis 71 zusammengeschaltet sind. Die Eingangsverstärker bewirken in Verbindung mit den Additionsgliedern, daß die Differenzspannungen zwischen den Ableitungselektroden um den Verstärkungsfaktor der Verstärker 66 bis 68 (z. B. 30-fach) verstärkt durch die Differenzver stärker 34 bis 39 erfaßt werden, daß aber Gleichtaktsi gnale (Brumm) nicht verstärkt werden und daher aul den Ausgangsleitungen 15 bis 17 wieder erscheinen. Sie werden bei der Differenzbildung in den Differenzverstärkern 34 bis 39 eliminiert. Toleranzen der Bauteile des Eingangskreises gehen dabei nicht in die Gleichtaktunterdrückung ein.

Der Eichkreis enthält auch bei diesem Beispiel einer

ίο Impedanzwandler, der an der Ableitungselektrode R angeschlossen ist, dem eine Eichtaste 54 zugeordnet ist die eine Gleichspannungsquelle 74 an den Impedanz wandler U anschalten kann und damit das gemeinsame Bezugspotential der Minuseingänge der Verstärker 6i

•5 bis 68 anheben kann. Der 2-mV-Ausgangsimpuls de; Impedanzwandlers 11, der beim Betätigen der Eichtaste 54 auftritt, ist auch einem Differenzverstärker 75 ar seinem Minuseingang zugeführt. Am Pluseingang erhält der Differenzverstärker 75 das Ausgangssignal des Eingangsverstärkers 66, das bei 30-facher Verstärkung —6OmV beträgt. Die Differenzspannung von 62 mV beeinflußt wie bei dem Beispiel gemäß Fig.2 die Differenzverstärker 34 bis 39.

Die Bauelemente 66, 69; 67, 70 und 68, 71 könner auch gemäß Fig.3 ausgebildet sein. So kann z.B. di< R-Abteilungselektrode an einem Operationsverstärkei 76 angeschlossen sein, dem zwei Widerstände R 1 und R 2 in der dargestellten Weise zugeordnet sind. Ir gleicher Weise können die anderen Eingangsverstärker ausgebildet sein. Jeder Eingangsverstärker ist in diesem Fall also ein Operationsverstärker, und an den Plus-Eingängen aller Operationsverstärker sind die Elektroden angeschlossen. Zwischen den Minus-Eingängen und den Ausgängen der Operationsverstärker liegen gleich große Widerstände Ri. Die zweiten Eingänge sind ferner über gleich große Widerstände R 2 mit einem gemeinsamen Potentialpunkt verbunden, der an der Leitung 10 und damit am Ausgang des Impedanzwandlers 11 angeschlossen ist.

Die Erfindung ist in Verbindung mit einem Elektrokardiographen beschrieben. Sie eignet sich aber z. B. auch zur Anwendung bei einem EEG-Gerät.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!.Schaltungsanordnung zur Verarbeitung physiologischer Meßsignale, welche mit Hilfe von Elektroden an einem Patienten abgegriffen sind, mit einer Anzahl von Eingangsverstärkern, an denen die Elektroden angeschlossen sind und denen Differenzverstärker nachgeschaltet sind, von denen jeder an den Ausgängen von mindestens zwei Eingangsverstärkern gemäß einem gewählten Programm Ober einen Programmwähler angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein manuell steuerbarer Eichimpulsgenerator (11 bis 14, 54, 74) vorgesehen ist, von welchem sowohl den Eingängen aller Eingangsverstärker (2, 4, 6; 66, 67, 68) gleichzeitig ein Eichsignal zuführbar ist, als auch den Differenzve-pstärkern (34 bis 39) über je einen derart geschalteten Eicheingang (44 bis 49) ein Eichsignal zuführbar ist, daß in jedem Differenzverstärker (34 bis 39) das Eichsignal dem aus den Ausgangssignalen der Eingangsverstärker (2,4,6; 66,67,68) gebildeten Differenzsignal überlagert wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Differenzverstärkern (34 bis 39) zugeführte Eichsignal von dem Ausgangssignal des Eichimpulsgenerators (U bis 14, 54, 74) abgeleitet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eichsignal nach einem Eingangsverstärker (2, 66) abgegriffen ist, der auf mindestens einen Differenzverstärker (34, 35) durchgeschaltet ist
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsverstärker Differenzverstärker sind, deren erste, gleichgepolte Eingänge mit den Ableitungselektroden und deren zweite Eingänge mit einer gemeinsamen Bezugselektrode verbunden sind und daß der Eichimpulsgenerator (U bis 14, 54, 74) zwischen dem gemeinsamen Punkt (10) der zweiten Eingänge (7,8, 9) und der Bezugselektrode (R) liegt
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Eingangsverstärker ein Operationsverstärker (76) ist, daß an den Plus-Eingängen der Operationsverstärker die Elektroden angeschlossen sind, daß zwischen den Minus-Eingängen und den Ausgängen der Operationsverstärker (76) Widerstände (R 1) liegen, daß die Minus-Eingänge über Widerstände (R 2) mit einem gemeinsamen Potentialpunkt (10) verbunden sind, der mit einer gemeinsamen Bezugselektrode (R) über einen Impedanzwandler (U) verbunden ist, daß der Eichimpulsgenerator Mittel (54) zum Erhöhen der Ausgangsspannung des Impedanzwandlers (U) besitzt und daß zur Bildung des den Eicheingängen (44 bis 49) zugeführten Eichsignals ein Differenzverstärker (75) vorhanden ist, der am gemeinsamen Potentialpunkt (10) und am Ausgang desjenigen Eingangskreises (21, 76) angeschlossen ist, der der Bezugselektrode f/ty zugeordnet ist.