DE4417609A1 - Virtueller Treiber für das rechte Bein und erweiterte Treiberschaltung für das rechte Bein zur Gleichtaktspannungsreduzierung bei EKG- und EEG-Messungen - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Verstärker, die von der Erd-Masse isoliert sind, und insbesondere auf biomedizini­ sche Verstärkerschaltungen mit einer hohen Gleichtaktspan­ nungsdämpfung.

Biomedizinische Messungen, z. B. Elektrokardiogramm-(EKG) und Elektroenzephalogramm-(EEG)Messungen, werden typischerweise durchgeführt, indem zwei oder mehr Elektroden an einem Pati­ enten befestigt werden. Die Elektroden sind elektrisch mit einem Instrumentierungsverstärker, der das elektrische Po­ tential zwischen den Elektroden mißt, verbunden. Eine Ur­ sache für einen Meßfehler ist die Gleichtaktspannung, die dem Verstärker angelegt wird. Die Gleichtaktspannung wird dem Patienten durch naheliegende Leistungsleitungen, stati­ sche Ladung oder andere elektrische Quellen induziert. Die Gleichtaktspannung wird beiden Verstärkereingängen gleicher­ maßen angelegt und hat, bei einem idealen Verstärker, keine Wirkung auf den Verstärkerausgang. Obwohl reale Verstärker Gleichtaktspannungen um 60 dB oder mehr dämpfen, wird eine Ausgangsspannung erzeugt, wodurch ein Meßfehler eingeführt wird.

Ein Lösungsansatz nach dem Stand der Technik, um die Fehler, die aus der Gleichtaktspannung resultieren, zu reduzieren, besteht darin, den Patienten mit Masse zu verbinden. Dieser Lösungsansatz wurde aus Sicherheitsgründen aufgegeben. Die Reduzierung von Gleichtaktspannungsfehlern in biopotentiel­ len Verstärkern wird von B.B. Winter u. a. in "Reduction Of Interference Due to Common Mode Voltage in Biopotential Amplifiers", IEEE Transactions on Biomedical Engineering, Band BME-30, Nr. 1, Januar 1983, Seiten 58-62, erörtert.

Ein weiterer Lösungsweg nach dem Stand der Technik, oft als eine "Treiberschaltung für das rechte Bein" bezeichnet, ist durch die Schaltung gemäß Fig. 1 veranschaulicht. Elektroden 10 und 12, in Fig. 1 als Widerstände dargestellt, sind an einem Patienten 14 befestigt. Die Elektroden 10 und 12 sind an den Eingängen 16 bzw. 18 eines Differenzverstärkers 20 (einschl. Operationsverstärkern 25 und 26 und Widerständen 27, 28 und 29) verbunden. Eine Gleichtaktspannung, die an den Eingängen des Verstärkers 20 angelegt ist, wird von Wi­ derständen 22 und 24, die zwischen die Ausgänge des Verstär­ kers 20 geschaltet sind, erfaßt. Eine erfaßte Spannung, die der Gleichtaktspannung entspricht, wird an den Eingang ei­ nes Integrationsverstärkers 30 angelegt. Der Ausgang des Verstärkers 30 ist mit einer dritten Elektrode 32, die an dem Patienten 14 befestigt ist, verbunden. Die dritte Elek­ trode 32 ist typischerweise mit dem rechten Bein des Patien­ ten für ein EKG und mit der Referenzelektrode für ein EEG verbunden. Der Integrationsverstärker 30 vervollständigt ei­ ne Rückkopplungsschleife, die den Patienten 14 Strom zu­ führt, um die Gleichtakteingangsspannungsänderung hinsicht­ lich der Versorgungsspannungen für den Verstärker 20 zu re­ duzieren. Weitere Details im Hinblick auf die Treiberschal­ tung für das rechte Bein sind von B.B. Winter u. a. in "Dri­ ven-Right-Leg Circuit Design", IEEE Transactions on Biome­ dical Engineering, Band BME-30, Nr. 1, Januar 1983, Seiten 62-66, betrachtet. Die Hauptbegrenzungen der Treiberschal­ tung für das rechte Bein bestehen darin, daß eine dritte Verbindung zu dem Patienten erforderlich ist, und daß die Dämpfung der 60 Hz Gleichtaktspannung typischerweise nur et­ wa 100 dB beträgt.

Noch eine weitere Schaltung nach dem Stand der Technik ist im US-Patent Nr. 4 191 195 offenbart. Eine Spannung, die die Gleichtaktspannung darstellt, wird verstärkt und an einen Kondensator, der mit der Schaltungsmasse verbunden ist, an­ gelegt. Die offenbarte Schaltung dämpft das Gleichtaktsignal ungenau, indem es die auf Masse bezogene Gleichtaktimpedanz ungenau erhöht.

Darüberhinaus stellt eine weitere Schaltung nach dem Stand der Technik eine Modifikation der Treiberschaltung für das rechte Bein, die in Fig. 1 gezeigt ist, dar. Ein Verstärker mit negativer Kapazität ist zwischen Masse und die Eingänge des Instrumentierungsverstärkers geschaltet. Der Verstärker mit negativer Kapazität dämpft das Gleichtaktsignal ungenau, indem er die auf Masse bezogene Gleichtaktimpedanz ungenau erhöht.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Treiber­ schaltung für das rechte Bein zu schaffen, die bei EKG- und EEG-Messungen eine genaue Dämpfung des Gleichtaktsignals aufweist, ohne den Patienten zu gefährden.

Diese Aufgabe wird durch isolierte Verstärker nach Anspruch 1 und Anspruch 5, sowie durch einen biomedizinischen Ver­ stärker nach Anspruch 8 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein isolierter Ver­ stärker folgende Merkmale auf:
einen Hauptverstärker mit einem ersten und einem zweiten Eingang zum Empfangen von Signalen, wobei der Hauptverstär­ ker eine oder mehrere Versorgungsspannungen empfängt und eine Schaltungsmasse aufweist, die elektrisch von der Ge­ häusemasse isoliert ist,
eine Einrichtung zum Erfassen der Gleichtaktspannung, die vom ersten und zweiten Eingang empfangen wird, und zum Schaffen einer Kompensationsspannung, die der Gleichtakt­ spannung entspricht, und
eine Kapazität auf Gehäusemasse zum Empfangen einer Span­ nung, die der Kompensationsspannung entspricht.

Die Einrichtung zum Abtasten und die Kapazität bewirken, daß die Versorgungsspannungen der Gleichtaktspannung nachlaufen. Der isolierte Verstärker ist typischerweise ein biomedizini­ scher Verstärker und empfängt Signale von einer ersten und einer zweiten Elektrode, die an einem Patienten befestigt sind. Die Einrichtung zum Erfassen schließt typischerweise einen Kompensationsverstärker zum Verstärken der Gleichtakt­ spannung ein.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Ausgang des Kompensationsverstärkers mit der Kapazität ge­ koppelt. Eine dritte Elektrode am Patienten ist nicht er­ forderlich.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung schließt der biomedizinische Verstärker eine Einrichtung zum Koppeln des Ausgangs des Kompensationsverstärkers mit einer dritten Elektrode, die am Patienten befestigt ist, ein, so daß die Spannung, die an der dritten Elektrode anliegt, relativ zu einer Spannung, die an der Kapazität anliegt, gedämpft ist. Die Kapazität dient beim zweiten Ausführungsbeispiel als Er­ weiterungskapazität. Die Koppeleinrichtung umfaßt vorzugs­ weise ein widerstandsbehaftetes Dämpfungsglied, das zwischen den Ausgang des Kompensationsverstärkers und die dritte Elektrode geschaltet ist.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt der biomedizinische Verstärker eine Einrichtung zum Koppeln des Ausgangs des Kompensationsverstärkers mit einer dritten Elektrode, die am Patienten befestigt ist, und umfaßt ferner eine Einrichtung zum Koppeln einer verstärkten Fassung des Kompensationsverstärkerausgangs mit der Kapazität. Beim dritten Ausführungsbeispiel dient die Kapazität als eine Erweiterungskapazität. Die Koppeleinrichtung umfaßt vor­ zugsweise einen zusätzlichen Verstärker, der zwischen den Ausgang des Kompensationsverstärkers und der Kapazität ge­ schaltet ist.

Die Elektroden am Patienten, der Hauptverstärker, der Kom­ pensationsverstärker und die Kapazität bilden eine Rückkopp­ lungsschleife. Die Kapazität auf Gehäusemasse hat einen Wert, der so gewählt ist, daß die Frequenzantwort der Rück­ kopplungsschleife bei einer Frequenz, die niedriger ist, als die 1 : 1-Verstärkungsfrequenz der Rückkopplungsschleife, den Wert Null annimmt. Dies ermöglicht es, die Verstärkung der Rückkopplungsschleife zu erhöhen, wodurch der Fehler, der aus der Gleichtaktspannung resultiert, reduziert wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein doppelt abgeschirmtes Kabel zwischen die Elektroden und den Haupt­ verstärker geschaltet. Das doppelt abgeschirmte Kabel schließt eine äußere Abschirmung, eine innere Abschirmung und eine oder mehrere Signalleitungen ein. Die Kapazität zwischen der äußeren Abschirmung des doppelt abgeschirmten Kabels und der Gehäusemasse dient als die Kapazität, die verwendet wird, um die Gleichtaktspannungsfehler zu redu­ zieren.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Treiberschaltung für das rechte Bein gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm eines virtuellen bio­ medizinischen Treiberverstärkers für das rechte Bein gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein schematisches Diagramm eines erweiterten bio­ medizinischen Treiberverstärkers für das rechte Bein gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein schematisches Diagramm eines alternativen er­ weiterten biomedizinischen Treiberverstärkers für das rechte Bein gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines doppelt abgeschirmten Kabels gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung.

Ein schematisches Diagramm eines isolierten Verstärkers, z. B. eines biomedizinischen Verstärkers, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Der Verstärker ist von der Gehäuse-, oder Erd-Masse iso­ liert. Die Schaltung wird eine "virtuelle Treiberschaltung für das rechte Bein" genannt, da der Bedarf nach einer drit­ ten Elektrode, die typischerweise mit dem rechten Bein des Patienten verbunden ist, eliminiert ist. Elektroden 40 und 42, die in Fig. 2 als Widerstände dargestellt sind, sind mit einem Patienten 44 verbunden. Die Elektroden können EKG-, EEG- oder andere biopotentielle Erfassungselektroden sein. Die Elektroden 40 und 42 sind mit Eingängen 46 bzw. 48 eines Differenzverstärkers 50, der als der biopotentielle Haupt­ verstärker dient, verbunden. Der Differenzverstärker 50 schließt Operationsverstärker 52 und 54 und Widerstände 56, 60 und 64 ein. Die Eingänge 46 und 48 sind mit den nicht­ invertierenden Eingängen der Operationsverstärker 52 bzw. 54 verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand 56 ist zwischen einen Ausgang 58 und den invertierenden Eingang des Verstärkers 52 geschaltet. Ein Rückkopplungswiderstand 60 ist zwischen ei­ nen Ausgang 62 und den invertierenden Eingang des Verstär­ kers 54 geschaltet. Ein Widerstand 64 ist zwischen die in­ vertierenden Eingänge der Verstärker 52 und 54 geschaltet. Ein Widerstand 65 und ein Kondensator 66 sind parallel zwi­ schen den Eingang 46 und Schaltungsmasse geschaltet. Ein Widerstand 67 und ein Kondensator 68 sind parallel zwischen den Eingang 48 und Schaltungsmasse geschaltet. Die Wider­ stände 65 und 67 liefern einen Vorspannungsstrom an die nicht-invertierenden Eingänge der Operationsverstärker 52 bzw. 54.

Die Ausgänge 58 und 62 der Verstärker 52 bzw. 54 sind zu einem Differential mit einem einseitig geerdeten Wandler verbunden, der einen Operationsverstärker 71 und Widerstände 70, 72, 74 und 76 einschließt. Es ist offensichtlich, daß diese Schaltung nur ein Beispiel eines geeigneten Differen­ tials zum einseitig geerdeten Wandler ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Ausgänge 58 und 62 der Ver­ stärker 52 und 54 einem Analog/Digital-Wandler zugeführt, der die Verstärkerausgangssignale in digitale Abtastwerte wandelt und die digitalen Werte subtrahiert. Es ist eben­ falls offensichtlich, daß der Differenzverstärker 50 gemäß Fig. 2 nur beispielsweise dargestellt ist, und daß andere Verstärkerschaltungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sind. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Funktionen der Verstärker 52, 54 und 71 in einer einzelnen integrierten Schaltung kombiniert. Diese inte­ grierte Schaltung ist im Handel von Analog Devices, Inc. als Typ AD620 erhältlich. Überdies kann der isolierte Verstärker der vorliegenden Erfindung Eingangssignale von anderen Quel­ len als den Elektroden 40 und 42 empfangen.

Wiederum gemäß Fig. 2 ist ein Widerstand 80 zwischen den Ausgang 58 des Verstärkers 52 und einen Knoten 82 geschal­ tet. Ein Widerstand 84 ist zwischen den Ausgang 62 des Ver­ stärkers 54 und einen Knoten 82 geschaltet. Die Spannung am Knoten 82 entspricht der Gleichtaktspannung, die an den Ein­ gängen 46 und 48 von dem Patienten 44 anliegt. Ein Wider­ stand 86 ist zwischen den Knoten 82 und den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 90 geschaltet. Ein Kon­ densator 92 und ein Widerstand 94 sind parallel zwischen einen Ausgang 96 und den invertierenden Eingang eines Opera­ tionsverstärkers 90 geschaltet. Der nicht-invertierende Ein­ gang des Operationsverstärkers 90 ist mit der Schaltungsmas­ se verbunden. Ein Widerstand 98 und ein Kondensator 100 sind seriell zwischen den Ausgang 96 des Operationsverstärkers und Gehäusemasse geschaltet. Eine Streukapazität zwischen dem Patienten 44 und der Gehäusemasse ist durch eine Kapazi­ tät 102 dargestellt. Eine Streukapazität zwischen der Ver­ stärkerschaltung und der Gehäusemasse ist durch eine Kapazi­ tät 103 dargestellt. Die Verstärker 52, 54, 71 und 90 emp­ fangen Versorgungsspannungen +V und -V von Spannungsversor­ gungen (nicht gezeigt), die von der Gehäusemasse isoliert sind.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 2 reduzieren der Operations­ verstärker 90, der Kondensator 100 und die dazugehörigen Komponenten die Wirkung des Gleichtaktspannungseingangs vom Patienten 94, ohne eine dritte Elektrode, die am Patienten befestigt ist, zu erfordern. Der Gleichsignal-Rückkopplungs­ pfad, der in der Schaltung von Fig. 1 existiert, ist bei der Schaltung von Fig. 2 unterbrochen. Der Kondensator 100, die Gehäusemasse und die Streukapazität 102 liefern einen Hoch­ frequenz-Rückkopplungspfad, der durch die gestrichelte Linie 104 in der Schaltung von Fig. 2 gezeigt ist. Eine Gleich­ taktspannungskompensationsschaltung, die den Operationsver­ stärker 90, den Kondensator 100 und die dazugehörigen Kompo­ nenten umfaßt, bewirkt im wesentlichen, daß die Versorgungs­ spannungen +V und -V der Spannung des Patienten 44 nach­ laufen. Der Strom, um dieses Nachlaufen durchzuführen, wird durch den Kondensator 100 erhalten. Der Widerstand 94 be­ grenzt die Gleichsignalverstärkung des Operationsverstärkers 90 und hindert den Operationsverstärker 90 daran, gesättigt zu werden.

Der Kondensator 100 hat bevorzugt einen hohen Nennspannungs­ wert, typischerweise mehrere hundert bis mehrere tausend Volt, da jede Spannung am Patienten 44 bezüglich der Gehäu­ semasse an ihm anliegt. Um die Sicherheitsanforderungen für den Patienten zu erfüllen, ist der Wert des Kondensators 100 auf etwa 200 pF begrenzt. Typischerweise liegt der Wert des Kondensators 100 in einem Bereich von etwa 10 bis 200 pF.

Eine weitere Anforderung der Schaltung von Fig. 2 besteht darin, daß der Operationsverstärker 90 Spannungsschwankungen akkomodieren muß, die etwas größer sind, als die Spannungs­ schwankungen, die beim Patienten erwartet werden können. Die Schaltung gemäß Fig. 2 hat verglichen mit der Schaltung von Fig. 1 aufgrund der erhöhten Verstärkung ohne Schleifensta­ bilitätsprobleme im niedrigen und mittleren Frequenzbereich ein verbessertes Verhalten bei hohen Frequenzen, wodurch ei­ ne erhöhte Gleichtaktspannungsdämpfung geschaffen ist.

Der Kompensationsverstärker ist in Fig. 2 als ein Integrier­ glied, das den Operationsverstärker 90, den Kondensator 92 und den Widerstand 86 einschließt, dargestellt. Im allgemei­ nen ist es erforderlich, daß der Kompensationsverstärker bei niedrigen Frequenzen eine hohe Verstärkung, mit anwachsender Frequenz eine gesteuerte Abnahme der Verstärkung und eine Reduzierung auf eine 1 : 1-Verstärkung durch die Übergangsfre­ quenz der Rückkopplungsschleife aufweist. Obwohl der Kompen­ sationsverstärker typischerweise als ein Integrierglied rea­ lisiert ist, können andere Schaltungen, die diese Anforde­ rungen erfüllen, verwendet werden.

Ein schematisches Diagramm eines biomedizinischen Verstär­ kers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Gleiche Elemente in den Fig. 2 und 3 haben die gleichen Bezugszeichen. Die Schaltung von Fig. 3 wird eine "erweiterte Treiberschaltung für das rechte Bein" genannt. Der Ausgang 96 des Operationsverstärkers 90 ist über den Widerstand 98 und den Kondensator 100 gemäß Fig. 2 mit der Gehäusemasse gekoppelt. Der Ausgang 96 des Operationsverstärkers 90 ist ebenfalls über einen Widerstand 110 mit einem Knoten 112 verbunden. Der Knoten 112 ist mit einer dritten Elektrode 114, die an dem Patienten 44 befe­ stigt ist, verbunden. Er ist ebenfalls über einen Widerstand 120 und einen optionalen Kondensator 122 mit der Schaltungs­ masse verbunden. Die Widerstände 110 und 120 bilden ein wi­ derstandsbehaftetes Dämpfungsglied, so daß die Spannung am Knoten 112 verglichen mit der Spannung am Ausgang 96 des Operationsverstärkers 90 reduziert ist. Die Spannung am Kno­ ten 112 ist typischerweise um einen Faktor von etwa 10 bis 20 reduziert, kann jedoch innerhalb des Rahmens der Erfin­ dung um andere Faktoren reduziert sein. Der Kondensator 122 reduziert die Dämpfung bei niedrigen Frequenzen, wenn er verwendet ist. Wenn der Kondensator 122 nicht verwendet ist, ist der Widerstand 120 direkt mit der Schaltungsmasse ver­ bunden.

Der Schaltungspfad vom Ausgang 96 des Operationsverstärkers 90 durch den Widerstand 110 und eine dritte Elektrode 140 zum Patienten 44 ist ein Rückkopplungspfad, der dem in der Schaltung von Fig. 1 verwendeten ähnlich ist. Dieser Rück­ kopplungspfad ist durch einen Wechselsignal-Rückkopplungs­ pfad vom Ausgang 96 durch den Widerstand 98, den Kondensator 100, die Gehäusemasse und die Streukapazität 102 zum Patien­ ten 44 erweitert. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient der Kondensator 100 als ein Erweiterungskondensator. Die Dämp­ fung, die von den Widerständen 110 und 120 geliefert wird, stellt sicher, daß der Wechselsignal-Rückkopplungspfad durch den Widerstand 98, den Kondensator 100, die Gehäusemasse und die Kapazität 102 bei Frequenzen in der Nähe der 1 : 1-Ver­ stärkungsfrequenz der Rückkopplungsschleife über den Rück­ kopplungspfad durch den Widerstand 110 und die Elektrode 114 dominiert. Aufgrund der Sicherheitsanforderungen für den Pa­ tienten kann die Größe des Kondensators 100 nicht erhöht werden, bis der Wechselsignal-Rückkopplungspfad über den di­ rekten Pfad zum Patienten 44 über den Widerstand 110 domi­ niert. Wie oben angegeben, ist der Wert des Kondensators 110 auf etwa 200 pF begrenzt. Der Kondensator 100 kann jedoch groß genug gemacht werden, um über ein gedämpftes Rückkopp­ lungssignal durch den Widerstand 110, zu dem der Widerstand 120 parallel auf Masse geschaltet ist, zum Patienten 44 zu dominieren. Die Konfiguration der Fig. 3 hat den Effekt der Hinzufügung einer Null in der Rückkopplungsschleifenantwort, was die Phasenverschiebung um die Schleife reduziert, wo­ durch ein Anwachsen der 1 : 1-Verstärkungsübergangsfrequenz ermöglicht wird und wodurch ermöglicht wird, daß die Ver­ stärkung, verglichen mit der in Fig. 1 gezeigten Schaltung nach dem Stand der Technik, bei tieferen Frequenzen erhöht ist. Durch eine Erhöhung der Schleifenverstärkung ist die Gleichtaktspannungsdämpfung erhöht.

Repräsentative Werte für ein Beispiel der Schaltung gemäß Fig. 3 sind nachfolgend in Tabelle I gegeben. Es ist offen­ sichtlich, daß diese Werte in keiner Weise eine Begrenzung darstellen, und daß andere Kombinationen von Werten im Rah­ men der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Überdies ist die Erfindung nicht auf die Schaltungskonfi­ gurationen gemäß Fig. 2 bis 4 begrenzt.

Tabelle I

Ein schematisches Diagramm eines biomedizinischen Verstär­ kers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt. Gleiche Elemente in den Fig. 2 und 4 haben dieselben Bezugszeichen. Die Schaltung von Fig. 4 ist eine Alternative zu der "erweiterten Treiberschaltung für das rechte Bein" von Fig. 3. Der Ausgang 96 des Opera­ tionsverstärkers 90 ist über einen Widerstand 110 mit der dritten Elektrode 114, die am Patienten 44 befestigt ist, verbunden. Der Ausgang 96 des Operationsverstärkers 90 ist auch mit dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsver­ stärkers 122 verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand 124 ist zwischen einen Ausgang 126 und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 122 geschaltet. Der invertierende Eingang ist über einen Widerstand 128 und einen optionalen Kondensator 130 mit der Schaltungsmasse verbunden. Wenn der Kondensator 130 nicht verwendet ist, ist der Widerstand 128 direkt mit der Schaltungsmasse verbunden. Der Ausgang 126 des Operationsverstärkers 122 ist über den Widerstand 98 und den Kondensator 100 mit der Gehäusemasse verbunden. Der Kondensator 100 dient bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls als Erweiterungskondensator. Der Kondensator 92 in Fig. 4 hat typischerweise einen zehn- bis zwanzigfachen Wert des Kondensators 92 in Fig. 3, um die Verstärkung der Schaltung des Operationsverstärkers 122 auszugleichen.

Der Ausgang 96 des Operationsverstärkers 90 wird einer drit­ ten Elektrode 114 ohne Dämpfung zugeführt und wird durch den Operationsverstärker 122 verstärkt, um an den Kondensator 100 angelegt zu werden. Die Verstärkung des Operationsver­ stärkers 122 liegt typischerweise in der Größenordnung von etwa 10 bis 20. Der Operationsverstärker 122 kann jedoch im Rahmen der Erfindung andere Verstärkungswerte aufweisen. Es ist offensichtlich, daß die Schaltungen der Fig. 3 und 4 in dem Sinn äquivalent sind, daß die Spannung, die an die dritte Elektrode 114 angelegt ist, geringer ist als die dritte Elektrode 114 angelegt ist, geringer ist als die Spannung, die an den Kondensator 100 angelegt ist. In der Schaltung von Fig. 3 wird das Spannungsverhältnis durch die Dämpfung der Spannung, die an die dritte Elektrode 114 ange­ legt ist, erhalten. In der Schaltung von Fig. 4 wird das Spannungsverhältnis durch Verstärkung der Spannung, die an den Kondensator 100 angelegt ist, erhalten. Die Funktions­ weise der Schaltung von Fig. 4 ist im wesentlichen die glei­ che wie die Funktionsweise der Schaltung von Fig. 3.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist in Fig. 5 darge­ stellt, die einen schematischen Querschnitt eines doppelt abgeschirmten Kabels 150 zeigt. Das doppelt abgeschirmte Kabel 150 umfaßt Signalleitungen 152 und 154, die zum Ver­ binden der Elektroden 40 und 42 mit den Eingängen 46 bzw. 48 des Differenzverstärkers 50 verwendet sind. Eine innere Ab­ schirmung 146 ist mit der Schaltungsmasse verbunden. Eine äußere Abschirmung 158 hat eine Streukapazität 160 zur Ge­ häusemasse. Gemäß diesem Merkmal der Erfindung ist die Streukapazität 160 als die Kapazität 100 in den Fig. 2, 3 und 4 verwendet. Wenn die Streukapazität 160 in dieser Art und Weise verwendet ist, ist die äußere Abschirmung 158 des Kabels 150 mit dem Knoten 162 in den Fig. 2, 3 und 4 ver­ bunden. Die jeweiligen diskreten Kondensatoren sind nicht erforderlich. Dies eliminiert den Bedarf nach dem diskreten Hochspannungskondensator 100.

Claims (10)

1. Isolierter Verstärker, der folgende Merkmale aufweist:
einen Hauptverstärker (50) mit einem ersten und einem zweiten Eingang (46, 48) zum Empfangen von Signalen, wobei der Hauptverstärker (50) eine oder mehrere Ver­ sorgungsspannungen empfängt und eine Schaltungsmasse aufweist, die elektrisch von der Gehäusemasse isoliert ist;
eine Einrichtung (80, 84, 86, 90, 92, 94) zum Erfassen einer Gleichtaktspannung, die von dem ersten und dem zweiten Eingang (46, 48) empfangen wird, und zum Schaf­ fen einer Kompensationsspannung, die der Gleichtaktspan­ nung entspricht; und
eine Kapazität (100) zur Gehäusemasse zum Empfangen der Kompensationsspannung, wobei die Einrichtung zum Er­ fassen und die Kapazität (100) bewirken, daß die Versor­ gungsspannungen der Gleichtaktspannung nachlaufen.

2. Isolierter Verstärker nach Anspruch 1, bei dem die Kapa­ zität (100) als eine Erweiterungskapazität dient, und der ferner eine Einrichtung (110, 120) zum Koppeln der Kompensationsspannung mit einer Elektrode (114) auf­ weist, die an einem Patienten (44) befestigt ist, so daß eine Spannung, die an die Elektrode (114) angelegt ist, bezüglich einer Spannung, die an die Erweiterungskapa­ zität (100) angelegt ist, gedämpft ist.

3. Isolierter Verstärker nach Anspruch 1 und 2, bei dem die Kapazität (100) als eine Erweiterungskapazität (100) dient, und der ferner eine Einrichtung (110, 120; 122, 124, 128) zum Koppeln der Kompensationsspannung mit ei­ ner Elektrode (114) aufweist, die an einem Patienten (14) befestigt ist, so daß eine Spannung, die an die Erweiterungskapazität (100) angelegt ist, bezogen auf eine Spannung, die an die Elektrode (114) angelegt ist, verstärkt ist.

4. Isolierter Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ferner ein doppelt abgeschirmtes Kabel (150) auf­ weist, das mit dem Hauptverstärker (50) verbunden ist, wobei das doppelt abgeschirmte Kabel (150) eine äußere Abschirmung (158), eine innere Abschirmung (156) und eine oder mehrere Signalleitungen (152, 154) aufweist, wobei die Kapazität (100) eine Kapazität (160) zwischen der äußeren Abschirmung (158) des doppelt abgeschirmten Kabels (150) und der Gehäusemasse umfaßt.

5. Isolierter Verstärker, der folgende Merkmale aufweist:
einen Hauptverstärker (50) mit einem ersten und einem zweiten Eingang (46, 48) zum Empfangen von Signalen, wobei der Hauptverstärker (50) eine Schaltungsmasse aufweist, die elektrisch von der Gehäusemasse isoliert ist;
eine Schaltung (80, 84, 86, 90, 92, 94) zum Erfassen einer Gleichtaktspannung, die von dem ersten und dem zweiten Eingang (46, 48) von einer ersten und einer zweiten Elektrode (40, 42) empfangen wird, und zum Schaffen einer Kompensationsspannung, die der Gleich­ taktspannung entspricht;
eine Erweiterungskapazität (100), die mit der Gehäuse­ masse verbunden ist;
eine Einrichtung (110, 120; 122, 124, 128) zum Koppeln einer ersten Spannung, die der Kompensationsspannung entspricht, mit einer Elektrode (114), die an einem Patienten (44) befestigt ist, und zum Koppeln einer zweiten Spannung, die der Kompensationsspannung ent­ spricht, mit der Kapazität (100), wobei die zweite Span­ nung größer ist als die erste Spannung.

6. Isolierter Verstärker nach Anspruch 5, der ferner ein doppelt abgeschirmtes Kabel (150) einschließt, das mit dem Hauptverstärker (50) verbunden ist, wobei das dop­ pelt abgeschirmte Kabel (150) eine äußere Abschirmung (158), eine innere Abschirmung (156) und eine oder meh­ rere Signalleitungen (152, 154) aufweist, wobei die Erweiterungskapazität (100) eine Kapazität (160) zwi­ schen der äußeren Abschirmung (158) des doppelt ab­ geschirmten Kabels (150) und der Gehäusemasse umfaßt.

7. Isolierter Verstärker nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Hauptverstärker (50) und die Schaltung (80, 84, 86, 90, 92, 94) Teil einer Rückkopplungsschleife mit einer 1:1-Verstärkungsfrequenz sind, und bei dem die Erwei­ terungskapazität (100) einen Wert hat, der so gewählt ist, daß die Frequenzantwort der Rückkopplungsschleife bei einer Frequenz, die kleiner ist als die 1 : 1-Verstär­ kungsfrequenz, einen Wert Null annimmt.

8. Biomedizinischer Verstärker, der folgende Merkmale auf­ weist:
einen Hauptverstärker (50) mit einem ersten und einem zweiten Eingang (46, 48) zum Empfangen von Signalen von einer ersten bzw. einer zweiten Elektrode (40, 42), die an einem Patienten (44) befestigt sind, wobei der Haupt­ verstärker (50) eine oder mehrere Versorgungsspannungen empfängt und eine Schaltungsmasse, die elektrisch von der Gehäusemasse isoliert ist, aufweist;
eine Einrichtung (80, 84, 86, 90, 92, 94) zum Erfassen einer Gleichtaktspannung, die von dem ersten und dem zweiten Eingang (46, 48) von der ersten und der zweiten Elektrode (40, 42) empfangen wird, und zum Schaffen ei­ ner Kompensationsspannung, die der Gleichtaktspannung entspricht; und
eine Kapazität (100) zur Gehäusemasse zum Empfangen der Kompensationsspannung, wobei die Einrichtung (80, 84, 86, 90, 92, 94) zum Erfassen und die Kapazität (100) be­ wirken, daß die Versorgungsspannungen den Gleichtakt­ spannung nachlaufen.

9. Biomedizinischer Verstärker nach Anspruch 8, bei dem die Kapazität (100) als eine Erweiterungskapazität (100) dient und ferner eine Einrichtung (110, 120) zum Koppeln der Kompensationsspannung mit einer dritten Elektrode (114), die an dem Patienten (44) befestigt ist, auf­ weist, so daß eine Spannung, die an der dritten Elektro­ de (114) anliegt, bezüglich einer Spannung, die an der Erweiterungskapazität (100) anliegt, gedämpft ist.

10. Biomedizinischer Verstärker nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Kapazität (100) als eine Erweiterungskapazität (100) dient, und der ferner eine Einrichtung (110, 120; 122, 124, 128) zum Koppeln der Kompensationsspannung mit einer dritten Elektrode (114), die an dem Patienten (44) befestigt ist, aufweist, so daß eine Spannung, die an der Erweiterungskapazität (100) anliegt, bezüglich einer Spannung, die an der dritten Elektrode (114) anliegt, verstärkt ist.