DE2813764C3 - Elektromedizinisches Gerät zur Abnahme und Verarbeitung von elektrischen physiologischen Signalen - Google Patents
Elektromedizinisches Gerät zur Abnahme und Verarbeitung von elektrischen physiologischen SignalenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht bich auf ein elektromedizinisches
Gerät zur Abnahme und Verarbeitung von elektrischen physiologischen Signalen, die in einer
Mehrzahl von Eingangskanälen einer ersten Geräteeinheit auf der Patientenseite anfallen und von dort mittels
einer Multiplexereinheit nach dem Zeitmultiplex-Prinzip zeitverschachtelt über eine galvanisch trennende
Koppelstelle zu einer Demultiplexereinheit einer zweiten Geräteeinheit auf der Weiterverarbeitungsseite
mit entsprechender Zahl von Ausgangskanälen übertragen werden.
Bei elektromedizinischen Geräten dieser Art, wo also
Signale von mehreren Eingangskanälen einer ersten ■>
Geräteeinheit galvanisch entkoppelt zu mehreren Ausgangskanälen in einer zweiten Geräteeinheit übertragen
werden sollen, besteht das Problem, daß für jeden der Kanäle eine galvanische Trennung vorgesehen
werden muß. Zur Vermeidung eines unerwünscht
ίο hohen Aufwandes an separaten Koppelstellen mit
jeweils zugehöriger Signalverarbeitungselektronik wird in der allgemeinen Technik das Zeitmultiplex-Prinzip
verwendet. Beispielsweise ist aus der DE-OS 24 55 517 eine Schaltungsanordnung zur zeitlichen Parallel/Serien-Umwandlung
elektrischer Signale vorbekannt In der Medizintechnik werden solche Multiplexersysteme
vorzugsweise zur Signalübertragung gleichzeitig anfallender physiologischer Meßgrößen von einem Patienten
zu einem Signalverarbeitungsgerät verwendet Die Signalübertragung kann dabei beispielsweise telemetrisch,
also drahtlos, vom freibeweglichen Sendeobjekt zu einem ortsfesten Empfangsgerät erfolgen. Speziell
die Empfangseinrichtung einer Zeitmultiplex-Übertragungsanorrlnung
zur zeitverschachtelten Signalübertragung ist weiterhin aus der DE-OS 26 31 730 bekannt. Bei
dieser Einrichtung ist zwischen der empfangsseitigen Schalteranordnung und der Auswerteanordnung eine
analoge Zwischenspeicheranordnung vorhanden, wobei spezielle elektronische Mittel zur Synchronsteuerung
jo von Sende- und Empfangsseite bei der Übertragung der
Signale vorgesehen sind.
Bei elektromedizinischen Geräten der eingangs genannten Art tritt nun das Problem auf, die in einer
Mehrzahl von Eingangskanälen anfallenden Signale von
j5 einer ersten patientenseitig floatenden Geräteeinheit zu
einer zweiten Geräteeinheit zwecks Weiterverarbeitung der Signale zu übertragen. Hierzu sind einerseits
die Übertragungsstellen galvanisch zu entkoppeln, andererseits soll aber der Patientenableitstrom so
gering wie möglich sein; Nebenbedingung ist eine exakte Signalübertragung zur genauen Auswertung der
physiologischen Signale, beispielsweise eines Elektrokardiogramms. Es besteht also die Aufgabe, das gesamte
Übertragungssystem mit einem Minimum an Ansteueraufwand aufzubauen.
Die Aufgabe wird bei einem Gerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
zwischen Multiplexereinheit der ersten Geräteeinheit und Demultiplexereinheit der zweiten Geräteeinheit in
w Serie ein Pulsamplitudenmodulator eingeschaltet ist, so
daß die entkoppelte Signalübertragung im Zeitmultiplex-Prinzip in Verbindung speziell mit Pulsamplitudenmodulation
erfolgt, wobei ein zentraler Oszillator vorhanden ist, dessen Zeittakt neben der Kanalanwahl
*>*>
für Multiplexereinheit und Demultiplexereinheit die Amplitudenmodulation des Signals im angewählten
Eingangskanal bewirkt, und wobei zur Synchronsteuerung der Multiplexereinheit in der ersten Geräteeinheit
und der Demultiplexereinheit in der zweiten Geräteeinheit ein zusätzlicher Synchronisationskanal zugeordnet
ist.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es also vorteilhaft möglich, bei elektromedizinischen Geräten
Zeitmultiplex in Verbindung mit Pulsamplitudenmodulation einzusetzen. Bei vom Stand der Technik
bekannten Geräten wurde bisher dagegen immer ι equenzmodulation zur Signalübertragung vorgenommen,
wofür jedoch ein vergleichsweise großer techni-
scher Aufwand nötig war. Demgegenüber ist bei vorliegender Erfindung der technische Aufwand äußerst
gering gehalten. In vorzugsweiser Weiterbildung der Erfindung ist der Oszillator ein einziger Leistungsoszillator
in der zweiten Geräteeinheit, der gleichzeitig über eine weitere galvanisch trennende Koppelstelle zur
Spannungsversorgung der ersten, elektrisch floatenden Geräteeinheit dient. Dabei kann ein Optokoppler als
weitere galvanisch trennende Koppelstelle zur Synchronsteuerung von Multiplexereinheit in der ersten
Geräteeinheit und Deinultiplexereinheit in der zweiten Geräteeinheit zur Übertragung von Synchronimpulsen
dienen.
Insgesamt ergibt sich also ein einfach aufgebautes Übertragungssystem für die in mehreren Eingangskanälen
nebeneinander anfallenden physiologischen Signale. In einfachster Realisierung kann dabei der Zeittakt für
die Anwahl der Signalkanäle in der Multiplexer- und Demultiplexereinheit zugleich die Amplitudenmodulation
des Signals im angewählten Eirjangskanal bewirken. Die aufwendige Frequenzmodulation ist also
umgangen. Der Pulsamplitudenmodulator kann auch unmittelbar in der Schalteinheit des Multiplexers
integriert sein.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung
eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den übrigen Unteransprüchen. Es
zeigt
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Prinzipschaltbild,
Fig.2 ein Impulsdiagramm der wesentlichsten, im
Prinzipschaltbild der F i g. 1 auftretenden Signale.
In der F i g. 1 sind mit C 1 eine erste Geräteeinheit auf
der Patientenseite und mit G 2 eine zweite Geräteeinheit auf der Weiterverarbeitungsseite bezeichnet. An
der Nahtstelle zwischen den beiden Geräteeinheiten Gi und G 2 befinden sich drei galvanisch trennende
Koppelstellen. Die erste Koppelstelle ist ein induktiver Leistungsübertrager 1, die zweite Koppelstelle ein
induktiver Signalübertrager 2 und die dritte Koppelstelle ein Optokoppler 3.
An der Primärseite des Leistungsübertragers 1 ist ein Leistungsoszillator 8 mit einer Oszillatorfrequenz von
etwa Λ»50 kHz angeschaltet. Sekundärseitig liegt am
Übertrager 1 eine Stromversorgungseinheit 9. Von beiden Seiten des Übertragers 1 wird je ein Signal
abgenommen und auf eine Taktaufbereitungsschaltung 10 bzw. 11 gegeben. In der Taktaufbereitungsschaltung
10 wird aus der Oszillatorfrequenz / ein Zähltakt für einen nachgeschalteten Binärzähler 12 mit einem
Zählbereich von 0 bis π gewonnen. Mittels eines nachgeschalteten Decodierers 13 wird jeweils der
binäre Zählerstand des Zählers 12 in einen eins aus η-Code umgewandelt. In entsprechender Weise wird
der mit der Taktaufbereitungsschaltung U gewonnene Zähltakt auf einen Binärzähler 14 gegeben und mittels
Decodierer 15 in einen eins aus n-Code umgewandelt. Zur Synchronisierung der beiden Zähler 12 und 14 in
den beiden Geräteeinheiien Cl und G2 dient der
Optokoppler 3. Dieser umfaßt eine Leuchtdiode 4, die über eine Treiberschaltung 5 aktivierbar ist. Er umfaßt
ferner ein auf die Leuchtdiode 4 abgestimmtes
'< Fotoelement 6, beispielsweise Fototransistor oder
Fotodiode, mit zugehöriger Empfangsschaltung 7. Vom Decodierer 13 wird die Treiberstufe 5 der Leuchtdiode 4
aktiviert. Das in der Empfangsschaltung 7 empfangene Signal wird auf den Binärzähler 14 übertragen. Dieser
wird damit auf denselben Zählerstand wie beim Zähler 12 gesetzt Dadurch ist erreicht, daß die Zähler 12 und 14
exakt synchron zählen.
Zur eigentlichen Signalübertragung dient der Signalübertrager 2 mit der eingangsseitigen Zeitmultiplexer-
^ einheit 16 in der ersten Geräteeinheit Gi. Die
Eingangskanäle (angedeutet sind beispielsweise drei Eingangskanäle) sind mit 17, 18 und 19 bezeichnet
Mittels der Multiplexereinheit 16 werden die Kanäle 17 bis 19 zeitlich nacheinander abgetastet Das Abtastsi-
-" gnal wird auf einen rückgekoppelten Verstärker 17'
gegeben und von dort über einen Pulsamplitudenmodulator 36 der Signalkoppelstelle 2 zugeleitet. Nach
Übertragung in die zweite Geräteeinheit G 2 wird das Empfangssignal auf einen Operationsverstärker 20
2r> zwecks Impedanzanpassung gegeben. Vom Ausgang
des Anpaßgliedes 20 erreicht es schließlich eine Demultiplexereinheit 22 mit Speicherkondensatoren 26,
27 und 28 an den Ausgangsleitungen 23,24 und 25. Nach Filterung in Ausgangsfiltern 29, 30, 31 ergeben sich die
i» abgetrennten Ausgangssignale an den Ausgängen 32,33
und 34.
Die Steuerung der Zeitmultiplexereinheit 16, der Demultiplexereinheit 22 und des Pulsamplitudenmodulators
36 erfolgt durch die Ausgangssignale der
r> Taktaufbereitungsschaltungen 10 bzw. 11 in Abhängigkeit
von der Frequenz des zentralen Oszillators 8. Der dem Verstärker 17' vorgeschaltete ohmsche Widerstand
35 verhindert Übersteuerungen des Verstärkers, wenn vom Multiplexer 16 her kein Eingangssignal auf
4n den Verstärker aufgeschaltet wird (offene Multiplexerschalter).
Der Widerstand 21 am Eingang des Impedanzwandlers 20 definiert ferner zusammen mit der
Induktivität des Übertragers 2 eine Zeitkonstante, die kleiner ist als die Zeit zwischen zwei Abtastimpulsen des
•15 Pulsamplitudenmodulators 36. Hierdurch wird erreicht, daß die während der Abtastzeit des Modulators
aufgenommene Energie in der Zeit zwischen zwei Abtastimpulsen restlos abgebaut wird. Dies gewährleistet
gute Kanaltrennung mit optimal niedrigem
5ü Kanalübersprechen. Die Zeitdauer zwischen den Abtastimpulsen
des Pulsamplitudenmodulators 36 liegt vorzugsweise im Bereich > des 5fachen der Zeitkonstante.
Der Widerstand 21 bestimmt mit seinem Widerstandswert auch die Abschaltspannung am
Übertrager 2 zum Abschaltzeitpunkt des Pulsamplitudenmodulators 36. Die Abschaltspannung soll kleiner
bzw. gleich der maximal zulässigen Signalspannung des Pulsamplitudenmodulators sein.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Elektromedizinisches Gerät zur Abnahme und Verarbeitung von elektrischen physiologischen
Signalen, die in einer Mehrzahl von Eingangskanälen einer ersten Geräteeinheit auf der Patientenseite
anfallen und von dort mittels einer Multiplexereinheit nach dem Zeitmultiplex-Prinzip zeitverschachtelt
über eine galvanisch trennende Koppelstelle zu einer Demultiplexereinheit einer zweiten Geräteeinheit
auf der Weiterverarbeitungsseite mit entsprechender Zahl von Ausgangskanälen übertragen
werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Multiplexereinheit (16) der ersten Geräteeinheit
(G 1) und Demultiplexereinheit (22) der zweiten Geräteeinheit (G 2) in Serie ein Pulsamplitudenmodulator
(36) eingeschaltet ist, so daß die entkoppelte Signalübertragung im Zeitmukiplex-Priiizip
in Verbindung speziell mit Pulsamplitudenmodulation erfolgt, wobei ein zentraler Oszillator (8)
vorhanden ist, dessen Zeittakt neben der Kanalanwahl
für Multiplexereinheit (16) und Demultiplexereinheit (22) die Amplitudenmodulation des Signals
im angewählten Eingangskanal (17—19) bewirkt, und wobei zur Synchronsteuerung der Multiplexereinheit
(16) in der ersten Geräteeinheit (G 1) und der Demultiplexereinheit (22) in der zweiten Geräteeinheit
(G 2) ein zusätzlicher Synchronisationskanal zugeordnet ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (8) ein einziger Leistungsoszillator
in der zweiten Geräteeinheit (G 2) ist, der gleichzeitig über eine weitere galvanisch trennende
Koppelstelle (1) zur Spannungsversorgung der ersten Geräteeinheit (G 1) dient.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Synchronisationskanal
zur Synchronsteuerung von Multiplexereinheit (16) in der ersten Geräteeinheit (G 1) und der
Demultiplexereinheit (22) in der zweiten Geräteeinheit (G 2) ein Optokoppler als weitere galvanisch
trennende Koppelstelle (3) zwischen den Geräteeinheiten zur Übertragung von Synchronimpulsen ist.
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als galvanisch trennende
Koppelstelle (2) im Signalweg zwischen Multiplexereinheit (16) und Demultiplexereinheit (22) ein
induktiver Übertrager dient, dessen Zeitkonstante kleiner ist als die Zeit zwischen zwei Abtastimpulsen
des Pulseamplitudenmodulators (36).
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer zwischen zwei Abtastimpulsen
des Pulsamplitudenmodulators (36) im Bereich > des 5fachen der Zeitkonstante des induktiven
Übertragers (2) liegt.
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