EP0004625A1 - Elektromedizinisches Gerät zur Abnahme und Verarbeitung von elektrischen physiologischen Signalen - Google Patents

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EP0004625A1
EP0004625A1 EP79100908A EP79100908A EP0004625A1 EP 0004625 A1 EP0004625 A1 EP 0004625A1 EP 79100908 A EP79100908 A EP 79100908A EP 79100908 A EP79100908 A EP 79100908A EP 0004625 A1 EP0004625 A1 EP 0004625A1
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    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
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    • G08C15/08—Arrangements characterised by the use of multiplexing for the transmission of a plurality of signals over a common path successively, i.e. using time division the signals being represented by amplitude of current or voltage in transmission link
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/30—Input circuits therefor
    • A61B5/301—Input circuits therefor providing electrical separation, e.g. by using isolating transformers or optocouplers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S128/00—Surgery
    • Y10S128/908—Patient protection from electric shock

Definitions

  • the invention relates to an electromedical device for taking and processing electrical physiological signals which occur in a plurality of input channels of a first device unit on the patient side and from there via galvanically isolating coupling points to a second device unit on the processing side with a corresponding number of output channels be transmitted.
  • the object of the present invention is to set up a transmission system which manages with a minimum of coupling points and associated control effort.
  • a multiplexer unit is arranged in the input channels in the first device unit and a demultiplexer unit for time-interleaved sampling of the signals in the input and output channels is arranged in the second device unit on the output channel side and that between the multiplexer unit of the first device unit and the demultiplexer unit of the second device unit, a pulse amplitude modulator and a single galvanically isolating coupling point are connected at the separation point between the two device units for the decoupled signal transmission in the time-division multiplexing principle.
  • the signal transmission in several channels now only requires a single galvanically isolating coupling point.
  • the complexity of the circuitry is therefore kept to a minimum.
  • a single coupling point also keeps the coupling capacity between the first and second device units at a minimum value.
  • the leakage current is also limited to a minimum value.
  • G1 denotes a first device unit on the patient side and G2 denotes a second device unit on the further processing side.
  • the first coupling point is an inductive power transmitter 1
  • the second coupling point is an inductive signal transmitter 2
  • the third coupling point is an optocoupler 3.
  • a power oscillator 8 with an oscillator frequency of approximately f> 50 kHz is connected to the primary side of the power transformer 1.
  • a power supply unit 9 is located on the transmitter 1.
  • a signal is taken from both sides of the transmitter 1 and applied to a clock processing circuit 10 or 11.
  • a counting clock for a downstream binary counter 12 with a counting range from 0 to n is obtained from the oscillator frequency f.
  • the binary counter reading of the counter 12 is converted into a one out of n code by means of a downstream decoder 13.
  • the counting clock obtained with the clock processing circuit 11 is transferred to a binary counter 14 and converted into a one out of n code by means of decoder 15.
  • the optocoupler 3 is used in the two counters 12 and 14 in the two device units G1 and G2.
  • This includes a light-emitting diode 4 which can be activated via a driver circuit 5. It also comprises a photo element 6, for example a photo transistor or photo diode, which is matched to the light emitting diode 4 and has an associated receiving circuit 7.
  • the driver stage 5 of the light emitting diode 4 is activated by the decoder 13.
  • the signal received in the receiving circuit 7 is transmitted to the binary counter 14. This is set to the same counter reading as counter 12. It is thereby achieved that the counters 12 and 14 count exactly syncbron.
  • the signal transmitter 2 with the input-side time multiplexer unit 16 in the first device unit G1 is used for the actual signal transmission.
  • the input channels (three input channels are indicated, for example) are designated 17, 18 and 19.
  • the channels 17 to 19 are scanned successively in time by means of the multiplexer unit 16.
  • the scanning signal is sent to a feedback amplifier 17 'and from there it is fed to the signal coupling point 2 via a pulse amplitude modulator 36.
  • the received signal is sent to an operational amplifier 20 for the purpose of impedance matching.
  • the time multiplexer unit 16, the demultiplexer unit 22 and the pulse amplitude modulator 36 are controlled by the output signals of the clock processing circuits 10 and 11 depending on the frequency of the central oscillator 8.
  • the ohmic resistor 35 connected upstream of the amplifier 17 'prevents overloading of the amplifier if no input signal is applied to the amplifier from the multiplexer 16 (open multiplexer switch).
  • the resistor 21 at the input of the impedance converter 20 further defines, together with the inductance of the transmitter 2, a time constant which is less than the time between two sampling pulses of the pulse amplitude modulator 36. This ensures that the energy consumed during the sampling time of the modulator is between two sampling pulses is completely reduced. This ensures good channel separation with optimally low channel crosstalk.
  • the time period between the sampling pulses of the pulse amplitude modulator 36 is preferably in the range of 5 times the time constant.
  • Resistor 21, with its resistance value, also determines the switch-off voltage at transformer 2 at the switch-off time of pulse amplitude modulator 36.
  • the switch-off voltage should be less than or equal to the maximum permissible signal voltage of the pulse amplitude modulator.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich 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 über galvanisch trennende Koppelstellen zu einer zweiten Geräteeinheit auf der Weiterverarbeitungsseite mit entsprechender Zahl von Ausgangskanälen übertragen werden. Wünschenswert ist, daß das Übertragungssystem mit einem Minimum an Koppelstellen und zugehörigem Ansteueraufwand auskommt. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß in der ersten Geräteeinheit (G1) in den Eingangskanälen (17 bis 19) eine Multiplexereinheit (16) und in der zweiten Geräteeinheit (G2) auf der Seite der Ausgangskanäle (32 bis 34) eine Demultiplexereinheit (22) zur zeitverschachtelten Abtastung der Signale in den Eingangs- bzw. Ausgangskanälen angeordnet ist und daß zwischen Multiplexereinheit der ersten Geräteeinheit und Demultiplexereinheit der zweiten Geräteeinheit in Serie ein Pulsamplitudenmodulator (36) und eine einzige galvanisch trennende Koppelstelle (2) an der Trennstelle zwischen beiden Geräteeinheiten für die entkoppelte Signalübertragung im Zeitmultiplex-Prinzip eingeschaltet sind.

Description

  • i Die Erfindung bezieht sich 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 über galvanisch trennende Koppelstellen zu 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 entsprechende galvanisch trennende Koppelstelle vorgesehen werden muß. Dies führt jedoch zu einem unerwünscht hohen Aufwand an Koppelstellen mit der zugehörigen Signalverarbeitungselektronik.
  • Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Übertragungssystem aufzubauen, das mit einem Minimum an Koppelstellen und zugehörigem Ansteueraufwand auskommt.
  • Die Aufgabe wird bei einem Gerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der ersten Geräteeinheit in den Eingangskanälen eine Multiplexereinheit und in der zweiten Geräteeinheit auf der Seite der Ausgangskanäle eine Demultiplexereinheit zur zeitverschachtelten Abtastung der Signale in den Eingangs- bzw. Ausgangskanälen angeordnet ist und daß zwischen Multiplexereinheit der ersten Geräteeinheit und Demultiplexereinheit der zweiten Geräteeinheit in Serie ein Pulsamplitudenmodulator und eine einzige galvanisch trennende Koppelstelle an der Trennstelle zwischen beiden Geräteeinheiten für die entkoppelte Signalübertragung im Zeitmultiplex-Prinzip eingeschal- tet sind.
  • Gemäß der Erfindung erfordert jetzt die Signalübertragung in mehreren Kanälen lediglich noch eine einzige galvanisch trennende Koppelstelle. Der schaltungstechnische Aufwand ist damit in konstruktiver Hinsicht auf ein Minimum begrenzt. Eine einzige Koppelstelle hält ferner die Koppelkapazität zwischen erster und zweiter Geräteeinheit auf einem Minimalwert. Der Ableitstrom wird damit ebenfalls auf einen Minimalwert begrenzt.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Prinzipschaltbild,
    • Fig. 2 ein Impulsdiagramm der wesentlichsten, im Prinzipschaltbild der Fig. 1 auftretenden Signale.
  • In der Fig. 1 sind mit G1 eine erste Geräteeinheit auf der Patientenseite und mit G2 eine zweite Geräteeinheit auf der Weiterverarbeitungsseite .bezeichnet.. An der Nahtstelle zwischen den beiden Geräteeinheiten G1 und G2 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 f > 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 f ein Zähltakt für einen nachgeschalteten Binärzähler 12 mit einem Zählbereich von 0 bis n gewonnen. Mittels eines nachgeschalteten Decodierers 13 wird jeweils der binäre Zählerstand des Zählers 12 in einen eins aus n-Code umgewandelt. In entsprechender Weise wird der mit der Taktaufbereitungsschaltung 11 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 Geräteeinheiten G1 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 rexakt syncbron zählen.
  • Zur eigentlichen Signalübertragung dient der Signalübertrager 2 mit der eingangsseitigen Zeitmultiplexereinheit 16 in der ersten Geräteeinheit G1. 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 Abtastsignal wird auf einen rückgekoppelten Verstärker 17' gegeben und von dort über einen Pulsamplitudenmodulator 36 der Signalkoppelstelle 2 zugeleitet. Nach Übertragung in die zweite Geräteeinheit G2 wird das Empfangssignal auf einen Operationsverstärker 20. 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 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 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 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 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 Kanalübersprechen. Die Zeitdauer zwischen den Abtastimpulsen des Pulsamplitudenmodulators 36 liegt vorzugsweise im Bereiche des 5-fachen 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.

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 über galvanisch trennende Koppelstellen zu einer zweiten Geräteeinheit auf der Weiterverarbeitungsseite mit entsprechender Zahl von Ausgangskanälen übertragen werden, dadurch gekennzeichnet , daß in der ersten Geräteeinheit (G1) in den Eingangskanälen (17, 18, 19) eine Multiplexereinheit (16) und in der zweiten Geräteeinheit (G2) auf der Seite der Ausgangskanäle (32, 33, 34) eine Demultiplexereinheit (22) zur zeitverschachtelten Abtastung der Signale in den Eingangs- bzw. Ausgangskanälen angeordnet ist und daß zwischen Multiplexereinheit (16) der ersten Geräteeinheit (G1) und Demultiplexereinheit (22) der zweiten Geräteeinheit (G2) in Serie ein Pulsamplitudenmodulator (36) und eine einzige galvanisch trennende Koppelstelle (2) an der Trennstelle zwischen beiden Geräteeinheiten (G1, G2) für die.entkoppelte Signalübertragung im Zeitmultiplex-Prinzip eingeschaltet sind.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Zeittakt für Multiplexereinheit (16), Demultiplexereinheit (22) und Pulsamplitudenmodulator (2) von einem zentralen Oszillator (8) ableitbar ist.
3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein zentraler Oszillator (8) in der ersten oder zweiten Geräteeinheit angeordnet ist und daß zur synchronen Steuerung der Multiplexereinheit (16) in der ersten Geräteeinheit (G1) und der Demultiplexereinheit (22) in der zweiten Geräteeinheit (G2) zwischen den Geräteeinheiten zur Übertragung der Synchronimpulse eine zweite galvanisch trennende Koppelstelle (3), vorzugsweise Optokoppler, angeordnet 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 Überträger dient, dessen Zeitkonstante kleiner ist als die Zeit zwischen zwei Abtastimpulsen des Pulsamplitudenmodulators (36).
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitdauer zwischen zwei Abtastimpulsen des Pulsamplitudenmodulators (36) im Bereich > des 5-fachen der Zeitkonstante des induktiven Übertragers (2) liegt.
EP79100908A 1978-03-30 1979-03-26 Elektromedizinisches Gerät zur Abnahme und Verarbeitung von elektrischen physiologischen Signalen Expired EP0004625B1 (de)

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