ES1067908U - Circuit conditioner of electric signals weak (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Circuito acondicionador de señales eléctricas débiles.Electrical signal conditioning circuit weak.
La presente invención concierne en general a un circuito acondicionador de señales eléctricas débiles, en general señales biopotenciales, y en particular a un circuito adaptado para acondicionar unas señales eléctricas débiles provinentes de un medio, compensando posibles interferencias y desplazamientos en continua sufridos por las mismas sin inducir un flujo de corriente adicional a través del medio.The present invention generally concerns a weak electrical signal conditioning circuit, in general biopotential signals, and in particular to a circuit adapted to condition weak electrical signals from a medium, compensating for possible interferences and displacements in continues to suffer from them without inducing a current flow additional through the middle.
La invención es particularmente aplicable al acondicionamiento de señales eléctricas biopotenciales de cualquier parte del cuerpo de un paciente, tales como las obtenidas mediante electroencefalogramas (ECF), electrocardiogramas (ECG), electro-oculogramas (EOG) o electromiogramas (EMG).The invention is particularly applicable to biopotential electrical signal conditioning of any part of a patient's body, such as those obtained by electroencephalograms (ECF), electrocardiograms (ECG), electro-oculograms (EOG) or electromyograms (EMG).
Las circuiterías utilizadas actualmente para llevar a cabo medidas de señales biopotenciales están basadas en la amplificación diferencial y en los filtros. La amplificación de alta ganancia se lleva a cabo mediante un amplificador diferencial con una alta impedancia de entrada, una relación de rechazo en modo común (CMRR) alta y una ganancia que es ajustable.The circuitry currently used for carry out biopotential signal measurements are based on the differential and filter amplification. The amplification of high gain is carried out by a differential amplifier with a high input impedance, a rejection ratio in mode Common (CMRR) high and a gain that is adjustable.
Un amplificador de instrumentación es una unidad de ganancia en lazo cerrado que tiene una entrada diferencial y una salida única con respecto a un terminal de referencia. En general las impedancias de los dos terminales de entrada están equilibradas y tienen altos valores, típicamente de 10^{9} \Omega, o mayores. Las corrientes de polarización de entrada deben ser también bajas, habitualmente entre 1 nA y 50 nA. Tal y como sucede con los amplificadores operacionales, la impedancia de salida es muy baja, nominalmente de unos pocos miliohmios, a bajas frecuencias.An instrumentation amplifier is a unit closed loop gain that has a differential input and a single output with respect to a reference terminal. In In general, the impedances of the two input terminals are balanced and have high values, typically 10 9 \ Omega, or older. Input polarization currents they must also be low, usually between 1 nA and 50 nA. So and as with operational amplifiers, the impedance of output is very low, nominally a few milliohms, at low frequencies
Los amplificadores de instrumentación son un filtro pasa bajos, donde el ancho de banda para una ganancia unitaria para pequeña señal cae típicamente entre 500 kHz y 4 MHz. Un incremento de ganancia reduce el ancho de banda pero su respuesta es muy plana en el rango de las señales biopotenciales (hasta los pocos kHz). Por esta razón son requeridos filtros activos pasa bajos para mejorar el rango de frecuencias de interés.Instrumentation amplifiers are a low pass filter, where the bandwidth for a gain Unitary for small signal typically falls between 500 kHz and 4 MHz. An increase in gain reduces bandwidth but your response It is very flat in the range of biopotential signals (up to few kHz) For this reason active filters are required. low to improve the frequency range of interest.
Un filtro pasa bajos ideal eliminaría por completo las señales por encima de la frecuencia de corte y dejaría pasar perfectamente las señales por debajo de la misma (dentro de la banda de paso). En los filtros reales se llevan a cabo varios compromisos para intentar aproximarse al caso ideal. Algunos tipos de filtro son optimizados para obtener una respuesta plana en ganancia dentro de la banda de paso, otros sacrifican variación de ganancia (rizado) en la banda de paso para obtener una caída más brusca en el borde de la banda de paso, mientras que otros sacrifican ambos, la respuesta plana y la relación de caída, para favorecer la fidelidad en la respuesta pulsátil.An ideal low pass filter would eliminate by complete the signals above the cutoff frequency and leave perfectly pass the signals below it (within the pass band). In the real filters several are carried out commitments to try to approach the ideal case. Some types filter are optimized to get a flat response in gain within the pass band, others sacrifice variation of gain (curly) in the pass band to obtain a further fall abrupt on the edge of the passband while others they sacrifice both the flat response and the drop ratio, to favor fidelity in the pulsatile response.
Tras el acondicionamiento analógico de señal, la señal puede ser digitalizada con un convertidor analógico-digital, o ADC. El criterio de Nyquist requiere que la frecuencia de muestreo sea al menos de dos veces la frecuencia más alta contenida en la señal, o la información sobre la señal se perderá. Si la frecuencia de muestreo es inferior al doble de la frecuencia máxima de señal analógica, ocurrirá un fenómeno conocido como "aliasing", o solapamiento. Es importante resaltar que si no se dispone un filtro de entrada en la entrada del muestreador ideal, cualquier componente de frecuencia (ya sea señal o ruido) que caiga fuera del ancho de banda de Nyquist será superpuesto, es decir que sufrirá los efectos del "aliasing". Por esta razón se utiliza un filtro "antialiasing" en casi todas las aplicaciones de muestreo ADC para eliminar estas señales no deseadas.After analog signal conditioning, the signal can be digitized with a converter analog-digital, or ADC. The Nyquist criterion requires that the sampling frequency be at least twice the highest frequency contained in the signal, or information on The signal will be lost. If the sampling rate is less than double the maximum analog signal frequency, a phenomenon known as "aliasing", or overlap. Is important to note that if an inlet filter is not available in the Ideal sampler input, any frequency component (either signal or noise) that falls outside the Nyquist bandwidth it will be superimposed, that is, it will suffer the effects of "aliasing." For this reason a filter is used "antialiasing" in almost all ADC sampling applications to eliminate these unwanted signals.
El principal problema en las medidas biopotenciales son las interferencias, incluyendo el ruido dominante de frecuencia de línea de 50 o 60 Hz. En las propuestas conocidas de circuitos acondicionadores de señales eléctricas débiles, en concreto de señales biopotenciales obtenidas mediante una serie de electrodos, los electrodos activos incluyen un seguidor cerca de cada uno de ellos para almacenar de manera intermedia la señal del electrodo, de manera que prácticamente todos los problemas de interferencias asociados con las impedancias altas y diferenciales de cada electrodo son eliminados.The main problem in the measures biopotentials are interference, including noise 50 or 60 Hz line frequency dominant. In the proposals known electrical signal conditioning circuits weak, in particular biopotential signals obtained by a series of electrodes, active electrodes include a follower near each of them to store so intermediate the electrode signal, so that virtually all interference problems associated with impedances High and differential of each electrode are eliminated.
En la página 2 del boletín "Amplifier ICs Volume 6, Issuel" de "Analog Devices" y en la página 17 del documento "Information for Medical Applications" de "Real World Signal Processing" de "Texas Instruments" (SLYB108) aparecen sendos ejemplos del estado de la técnica en cuanto a sistemas ECG con sus correspondientes amplificadores de instrumentación AD8220 e INA326, respectivamente.On page 2 of the newsletter "Amplifier ICs Volume 6, Issuel "from" Analog Devices "and on page 17 of "Information for Medical Applications" document of "Real World Signal Processing "by" Texas Instruments "(SLYB108) there are two examples of the state of the art in terms of ECG systems with their corresponding amplifiers AD8220 and INA326 instrumentation, respectively.
Los ligeros desequilibrios en las longitudes y los contactos de los electrodos provocan que la señal en modo común se desplace en continua, lo cual constituye la limitación principal del amplificador diferencial del amplificador de instrumentación. El circuito excitador de pierna derecha (DRL) intenta reducir esta limitación aplicando un voltaje próximo al voltaje de modo común en un electrodo de referencia suministrador de tensión, o electrodo DRL. Otras técnicas de acoplamiento de corriente alterna (CA) podrían ser aplicadas para cambiar el voltaje de referencia del amplificador de instrumentación. El circuito ilustrado por la Figura 2 del documento "Heart-Rate and EKG Monitor Using the MSP430FG439" de Texas Instruments (SLAA280) muestra un ejemplo de dichas técnicas de acoplamiento CA, donde el convertidor digital-analógico DAC1 allí ilustrado proporciona un nivel de voltaje de alimentación medio como voltaje de polarización de la cadena amplificadora.The slight imbalances in the lengths and the electrode contacts cause the common mode signal it moves continuously, which constitutes the main limitation of the differential amplifier of the instrumentation amplifier. He right leg exciter circuit (DRL) tries to reduce this limitation by applying a voltage close to the common mode voltage in a voltage supply reference electrode, or electrode DRL Other AC coupling techniques could be applied to change the reference voltage of the instrumentation amplifier The circuit illustrated by the Figure 2 of the document "Heart-Rate and EKG Monitor Using the MSP430FG439 "by Texas Instruments (SLAA280) shows a example of said AC coupling techniques, where the converter DAC1 digital-analog illustrated there provides a medium supply voltage level as a voltage of polarization of the amplifier chain.
El límite inferior del nivel de ruido en las medidas bioeléctricas está determinado por el ruido térmico de la impedancia de los electrodos. Consecuentemente, para conseguir niveles de ruido en el rango de los microvoltios, la impedancia del electrodo, incluyendo la existente entre el electrodo y la piel del paciente, debe ser inferior a 100 k\Omega.The lower limit of the noise level in the bioelectric measurements is determined by the thermal noise of the electrode impedance Consequently, to get noise levels in the range of microvolts, the impedance of the electrode, including the one between the electrode and the skin of the patient, must be less than 100 k \ Omega.
Existen varios documentos de patente que describen diferentes sistemas y métodos para realizar medidas de señales biopotenciales. Algunos de dichos documentos se exponen a continuación.There are several patent documents that describe different systems and methods to perform measurements of biopotential signals. Some of these documents are exposed to continuation.
Por el documento de patente EP1631189A1 se conoce un sistema para realizar medidas de señales biopotenciales, en el cual se utiliza una sonda con un electrodo situado adyacente al paciente (en contacto o sin contacto con el mismo). Se propone utilizar como tensión de referencia del amplificador diferencial al cual se encuentra conectado el electrodo una tensión de tierra, el voltaje de un segundo electrodo en contacto con el paciente o el voltaje de un segundo electrodo incorporado en la misma sonda. La sonda que incorpora el electrodo puede incluir una circuitería electrónica con amplificadores, etapas de ganancia y filtrado, baterías, componentes para transmitir vía cable o de manera inalámbrica o componentes para registrar datos para una transmisión posterior. La sonda incluye un conductor separado una distancia fija respecto al electrodo adyacente al paciente con el fin de aislarlo frente a señales interferentes, provinentes por ejemplo del amplificador incluido en la misma sonda.By patent document EP1631189A1 it is knows a system to perform biopotential signal measurements, in which a probe with an adjacent electrode is used to the patient (in contact or without contact with him). It is proposed use as a reference voltage of the differential amplifier when which electrode is connected to a ground voltage, the voltage of a second electrode in contact with the patient or the voltage of a second electrode incorporated in the same probe. The probe incorporating the electrode may include circuitry electronics with amplifiers, gain stages and filtering, batteries, components to transmit via cable or way wireless or components to record data for a transmission later. The probe includes a separate conductor a fixed distance with respect to the electrode adjacent to the patient in order to isolate it against interfering signals, for example from amplifier included in the same probe.
Por otra parte la patente US5876351A1 propone un dispositivo modular y portátil para realizar electrocardiogramas, que para algunos de sus ejemplos de realización comprende unos amplificadores, cada uno de ellos con una primera entrada conectada a cada uno de unos electrodos, de manera previa al amplificador de instrumentación, y con una segunda entrada conectada a un voltaje de referencia común que puede ser el del electrodo DRL (Wilson) o GND, seleccionado mediante un multiplexor.On the other hand, US5876351A1 patent proposes a modular and portable device for performing electrocardiograms, which for some of its embodiments includes amplifiers, each with a first input connected to each of some electrodes, prior to the amplifier of instrumentation, and with a second input connected to a voltage of common reference that can be that of the DRL electrode (Wilson) or GND, selected by a multiplexer.
La patente US5392785A1 propone un amplificador de instrumentación aplicado a la reducción de voltaje en modo común en medidas de ECG y EEG, mediante la aplicación por parte de un circuito de compensación de un voltaje de compensación representativo de dicho voltaje en modo común de diferentes maneras, algunas con un tercer electrodo DRL y otras sin este tercer electrodo pero con un camino de retroalimentación para altas frecuencias entre una condensador incluido en un circuito de compensación y la capacidad existente entre el paciente y el tierra, o chasis, a través de dicho tierra o chasis. La entrada del amplificador del circuito de compensación está conectada a las salidas de los amplificadores diferenciales de las señales de los electrodos, con el fin de monitorizar el voltaje en modo común recibido a través de los electrodos.US5392785A1 patent proposes an amplifier of instrumentation applied to common mode voltage reduction in ECG and EEG measures, through the application by a compensation circuit of a compensation voltage representative of said common mode voltage in different ways, some with a third DRL electrode and some without this third electrode but with a high feedback path frequencies between a capacitor included in a circuit compensation and the existing capacity between the patient and the earth, or chassis, through said ground or chassis. The entrance of amplifier compensation circuit is connected to the outputs of the differential amplifiers of the signals of the electrodes, in order to monitor the common mode voltage received through the electrodes.
La patente US5713365A1 propone prescindir del electrodo DRL manteniendo un buen rechazo al ruido eléctrico, realimentando directamente el voltaje de modo común detectado en la salida de los amplificadores diferenciales de cada electrodo, en las entradas de los mismo, con el fin de obtener un dispositivo portátil más que el de mejorar las prestaciones de los sistemas que sí que inyectan una señal de referencia a través del electrodo DRL.US5713365A1 patent proposes to dispense with DRL electrode maintaining a good rejection of electrical noise, directly feedback the common mode voltage detected in the output of the differential amplifiers of each electrode, in the entries thereof, in order to obtain a device portable more than improving the performance of the systems that yes they inject a reference signal through the electrode DRL
En todas las propuestas mencionadas de sistemas que incluyen unos circuitos DRL existe una conexión eléctrica entre éste y el circuito de acondicionamiento de las señales provinentes de los electrodos, ya que el voltaje aplicado al electrodo DRL corresponde al voltaje de modo común detectado en los amplificadores diferenciales conectados a cada electrodo, lo que hace que las fluctuaciones en las señales eléctricas proporcionadas por los electrodos y los posibles artefactos, o señales interferentes, produzca cambios en la tensión a aplicar al electrodo DRL, lo cual tiene como consecuencia que se produzca una inyección de corriente en el paciente a través del interfaz electrodo-piel-tejido DRL, que altera el equilibrio en los potenciales de las semiceldas.In all the mentioned proposals of systems which include a DRL circuit there is an electrical connection between this and the conditioning circuit of the relevant signals of the electrodes, since the voltage applied to the DRL electrode corresponds to the common mode voltage detected in the amplifiers differentials connected to each electrode, which makes the fluctuations in the electrical signals provided by the electrodes and possible artifacts, or interfering signals, produce changes in the voltage to be applied to the DRL electrode, which It results in a current injection in the patient through the interface DRL-skin-tissue electrode, which it alters the balance in the potentials of the half-cells.
En las propuestas conocidas los amplificadores diferenciales de cada electrodo comparten una misma tensión de referencia.In the known proposals the amplifiers differentials of each electrode share the same voltage of reference.
En ninguna de las propuestas mencionadas se describe la separación eléctrica del circuito DRL del de acondicionamiento de las señales eléctricas provinentes de los electrodos con el fin de evitar la comentada inyección indeseada de corriente en el medio, ni la de utilizar tensiones de referencia individuales para cada electrodo con el fin de comparar a cada una de ellas con una de las señales suministrada por cada uno de los electrodos receptores en unos respectivos amplificadores de instrumentación o diferenciales.In none of the proposals mentioned are describes the electrical separation of the DRL circuit from that of conditioning of the electrical signals from the electrodes in order to avoid the said unwanted injection of current in the middle, nor that of using reference voltages individual for each electrode in order to compare each of them with one of the signals supplied by each of the receiving electrodes in respective amplifiers of Instrumentation or differentials.
A la luz del estado de la técnica cuyos principales inconvenientes se han expuesto arriba, aparece necesario ofrecer un alternativa que posibilite solucionar dichos inconvenientes, y que en particular evite la alteración del equilibrio en los potenciales de las semiceldas que se produce en las propuestas convencionales al inyectar una corriente en un medio, en general un paciente, a través de un electrodo de referencia, tal como el descrito arriba como electrodo DRL.In the light of the state of the art whose main drawbacks have been exposed above, appears it is necessary to offer an alternative that makes it possible to solve these inconveniences, and that in particular avoid the alteration of equilibrium in the half-cell potentials that occurs in conventional proposals when injecting a stream into a medium, in general a patient, through a reference electrode, such as described above as DRL electrode.
Para ello la presente invención concierne a un circuito acondicionador de señales eléctricas débiles, del tipo que comprende:For this, the present invention concerns a weak electrical signal conditioning circuit, of the type that understands:
- como mínimo un amplificador de instrumentación de ganancia ajustable con una alta impedancia de entrada, con:- at least one instrumentation amplifier Adjustable gain with high input impedance, with:
- --
- una primera entrada en conexión con un primer electrodo receptor en contacto con una primera zona de un medio para recibir una de dichas señales eléctricas débiles provinente de dicho medio, ya first input in connection with a first receiving electrode in contact with a first zone of a medium to receive one of said weak electrical signals from said medium, and
- --
- una segunda entrada en conexión con un voltaje de referencia,a second input in connection with a reference voltage,
- un dispositivo generador de tensión de referencia en conexión con un electrodo suministrador de tensión en contacto con una segunda zona de dicho medio para aplicarle una señal eléctrica de referencia con el fin de que la tensión existente en el medio tenga un valor sustancialmente igual a la de dicha señal eléctrica generada por dicho dispositivo generador de tensión de referencia, y- a voltage generating device of reference in connection with a voltage supply electrode in contact with a second zone of said means to apply a electrical reference signal in order that the existing voltage in the middle it has a value substantially equal to that of said electrical signal generated by said voltage generating device of reference, and
- unos medios de compensación para compensar como mínimo los desplazamientos de continua sufridos por dicha señal eléctrica débil recibida por electrodo receptor.- compensation means to compensate at least the continuous displacements suffered by said weak electrical signal received by receiving electrode.
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A diferencia de las propuestas convencionales el circuito propuesto por la invención está adaptado para aplicar al electrodo suministrador de tensión, mediante dicho dispositivo generador de tensión de referencia, una señal eléctrica continua de valor fijo, estando los mencionados medios de compensación aislados eléctricamente respecto al dispositivo generador de tensión de referencia constante y sustancialmente respecto al electrodo suministrador de tensión para asegurar que no existe un flujo de corriente a través del medio como consecuencia de la actuación de los medios de compensación, al contrario de lo que sucedía con los circuitos acondicionadores convencionales descritos anteriormente, donde las fluctuaciones en las señales eléctricas proporcionadas por los electrodos receptores y los posibles artefactos, o señales interferentes, producían una inyección de corriente en el medio a través del electrodo de referencia, que alteraba el equilibrio en los potenciales de las semiceldas.Unlike conventional proposals the circuit proposed by the invention is adapted to apply to the voltage supply electrode, by means of said device reference voltage generator, a continuous electrical signal from fixed value, said compensation means being isolated electrically with respect to the voltage generating device of constant and substantially reference to the electrode voltage supplier to ensure there is no flow of current through the medium as a result of the performance of the means of compensation, contrary to what happened with the conventional conditioning circuits described above, where fluctuations in the electrical signals provided by the receiving electrodes and possible artifacts, or signals interfering, produced an injection of current in the medium at through the reference electrode, which altered the balance in the half-cell potentials.
En el circuito propuesto por la invención los mencionados medios de compensación son eléctricamente independientes del dispositivo generador de tensión de referencia, y comprenden:In the circuit proposed by the invention the mentioned compensation means are electrically independent of the reference voltage generating device, and include:
- un dispositivo generador de tensión conectado a la segunda entrada del amplificador de instrumentación, para generar y suministrarle una señal eléctrica de voltaje de referencia, para compensar como mínimo los desplazamientos de continua no deseados sufridos por la señal eléctrica débil recibida por el primer electrodo receptor, y- a connected voltage generating device to the second input of the instrumentation amplifier, to generate and supply an electrical voltage signal of reference, to compensate at least the displacements of continue unwanted suffered by the weak electrical signal received by the first receiving electrode, and
- un sistema de control en conexión con dicho dispositivo generador de tensión, y adaptado para controlarlo con el fin de modificar el valor de dicho voltaje de referencia.- a control system in connection with said voltage generating device, and adapted to control it with in order to modify the value of said reference voltage.
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En general dicho sistema de control se encuentra conectado con la salida de dicho amplificador de instrumentación para controlar al dispositivo generador de tensión en función de la señal de salida del amplificador de instrumentación.In general, said control system is connected to the output of said instrumentation amplifier to control the voltage generating device according to the output signal of the instrumentation amplifier.
Para un ejemplo de realización los mencionados medios de compensación están adaptados para, con el fin de complementar dicha compensación llevada a cabo mediante la aplicación de dicho voltaje de referencia, suministrarle al amplificador de instrumentación a través de una entrada de ajuste de desplazamientos de continua, una señal de ajuste de compensación de continua a la salida del amplificador de instrumentación representativa de un valor de tensión variable determinado en función del desplazamiento de continua a compensar sufrido por la señal eléctrica débil recibida por el primer electrodo receptor.For an embodiment example mentioned compensation means are adapted for, in order to complement said compensation carried out through the application of said reference voltage, supply the Instrumentation amplifier through an adjustment input of continuous displacements, a compensation adjustment signal from continuous to the output of the instrumentation amplifier representative of a variable voltage value determined in Continuous offset offset function suffered by the weak electrical signal received by the first electrode receiver.
Los medios de compensación están adaptados también para compensar señales interferentes alternas mediante el suministro de dicha señal eléctrica de voltaje de referencia y/o de dicha señal de ajuste, a dicha segunda entrada y a dicha entrada de ajuste de desplazamientos de continua del amplificador de instrumentación, respectivamente.The compensation means are adapted also to compensate alternate interfering signals by means of the supply of said electrical signal of reference voltage and / or of said adjustment signal, to said second input and to said input Continuous offset adjustment of the amplifier instrumentation, respectively.
En la presente solicitud se entienden como señales eléctricas débiles las señales de baja amplitud y/o procedentes de fuentes con altas impedancias de salida. Típicamente los valores CA de tensión de tales señales son inferiores a 10mV y pueden presentar componentes continuas CC superiores a la señal CA.In this application they are understood as weak electrical signals low amplitude signals and / or from sources with high output impedances. Typically AC voltage values of such signals are less than 10mV and may have continuous DC components higher than the signal AC.
Para un ejemplo de realización preferido el circuito acondicionador propuesto por la invención está aplicado al acondicionamiento de señales de medidas biopotenciales de cualquier parte del cuerpo de un paciente, tales como las obtenidas mediante electroencefalogramas (ECF), electrocardiogramas (ECG), electro-oculogramas (EOG) o electromiogramas (EMG), siendo dicho medio un paciente, con el fin de conseguir un mínimo flujo de corriente a través del mismo.For a preferred embodiment example the conditioning circuit proposed by the invention is applied to the signal conditioning of biopotential measures of any part of a patient's body, such as those obtained by electroencephalograms (ECF), electrocardiograms (ECG), electro-oculograms (EOG) or electromyograms (EMG), said means being a patient, in order to achieve a minimum current flow through it.
Para dicho ejemplo de realización preferido el electrodo suministrador de tensión está en contacto con una zona de contacto de dicho paciente, formando con dicho dispositivo generador de tensión constante un circuito de pierna derecha DRL con el fin de conseguir que la tensión del paciente sea sustancialmente igual a la tensión suministrada por el dispositivo generador de tensión constante.For said preferred embodiment example the voltage supply electrode is in contact with an area of contact of said patient, forming with said device constant voltage generator a right leg circuit DRL with in order to make the patient's tension substantially equal to the voltage supplied by the generating device of Constant tension.
El circuito propuesto está adaptado para llevar a cabo dicha o dichas compensaciones para compensar las variaciones de la tensión en modo común de dicho amplificador de instrumentación.The proposed circuit is adapted to carry said or said offsets to compensate for variations of the common mode voltage of said amplifier of instrumentation.
Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que:The above and other advantages and features will be more fully understood from the following detailed description of some embodiments with reference to the attached drawings, which should be taken as a title illustrative and not limiting, in which:
la Fig. 1 es una representación esquemática del circuito acondicionador propuesto por la invención aplicado al acondicionamiento de señales biopotenciales de un paciente, en concreto de señales de ECG, para un ejemplo de realización para el que las señales provienen de un único electrodo receptor,Fig. 1 is a schematic representation of the conditioning circuit proposed by the invention applied to the conditioning of a patient's biopotential signals, in concrete ECG signals, for an exemplary embodiment for the that the signals come from a single receiving electrode,
la Fig. 2 es una vista análoga a la Fig. 1 pero para un ejemplo de realización para el que el circuito acondicionador está aplicado al acondicionamiento de señales provinentes de dos electrodos receptores,Fig. 2 is a view analogous to Fig. 1 but for an exemplary embodiment for which the circuit conditioner is applied to signal conditioning from two receiving electrodes,
la Fig. 3 ilustra mediante un diagrama de flujo una posible manera de controlar el circuito propuesto por la invención, para un ejemplo de realización,Fig. 3 illustrates by a flow chart a possible way to control the circuit proposed by the invention, for an exemplary embodiment,
la Figs. 4a a 4e son diferentes vistas de un soporte que sustenta al circuito propuesto por la invención y a los electrodos conectados al mismo aplicados en la cabeza de un paciente, para la realización de un encefalograma, yFigs. 4th to 4th are different views of a support that supports the circuit proposed by the invention and the electrodes connected to it applied to the head of a patient, to perform an encephalogram, and
la Fig. 5 es una vista en perspectiva de una carcasa o caja que aloja a parte del circuito acondicionador propuesto por la invención.Fig. 5 is a perspective view of a housing or box that houses part of the conditioning circuit proposed by the invention.
Haciendo en primer lugar referencia a la Fig. 1, en ella puede apreciarse el circuito acondicionador propuesto por la invención para un ejemplo de realización para el que éste está aplicado al acondicionamiento de señales biopotenciales representativas de un ECG realizado a un paciente H.Referring first to Fig. 1, it can be seen the conditioning circuit proposed by the invention for an exemplary embodiment for which it is applied to the conditioning of biopotential signals representative of an ECG performed on a patient H.
El circuito de la Fig. 1 comprende:The circuit of Fig. 1 comprises:
- un amplificador de instrumentación Amp1 de ganancia ajustable con una alta impedancia de entrada, con:- an Amp1 instrumentation amplifier from Adjustable gain with high input impedance, with:
- --
- una primera entrada Amp1+ en conexión con un primer electrodo receptor El en contacto con una primera zona A de dicho paciente H (zona dispuesta en el torso superior derecho del paciente H) para recibir una señal eléctrica débil SE1 provinente del mismo, ya first Amp1 + input in connection with a first receiving electrode The one in contact with a first zone A of said patient H (zone arranged in the upper right torso of patient H) to receive a weak electrical signal SE1 from it, and
- --
- una segunda entrada Amp1- en conexión con un voltaje de referencia Vref 1,a second input Amp1- in connection with a reference voltage Vref one,
- un dispositivo generador de tensión de referencia D en conexión con un electrodo suministrador de tensión E3 en contacto con una segunda zona C de dicho paciente H, en este caso la pierna derecha del mismo, para aplicarle una señal eléctrica de referencia con el fin de que la tensión existente en el medio, en este caso un paciente H, tenga un valor sustancialmente igual a la de dicha señal eléctrica generada por dicho dispositivo generador de tensión de referencia D, el cual forman con el electrodo E3 un circuito de pierna derecha DRL- a voltage generating device of reference D in connection with a voltage supply electrode E3 in contact with a second zone C of said patient H, in this case the right leg of it, to apply an electrical signal of reference in order that the existing tension in the middle, in this case a patient H, has a value substantially equal to that of said electrical signal generated by said device reference voltage generator D, which they form with the E3 electrode a right leg circuit DRL
- unos medios de compensación para compensar los desplazamientos de continua sufridos por dicha señal eléctrica débil SE1 recibida por el primer electrodo receptor E1.- compensation means to compensate for continuous displacements suffered by said electrical signal weak SE1 received by the first receiving electrode E1.
Tal y como se ha dicho anteriormente el circuito propuesto por la invención está adaptado para aplicar al electrodo suministrador de tensión E3, mediante el dispositivo generador de tensión de referencia D una señal eléctrica continua de valor fijo, siendo dicho dispositivo generador de tensión de referencia D un dispositivo generador de tensión constante D.As previously stated the circuit proposed by the invention is adapted to apply to the electrode E3 voltage supplier, by means of the generator device reference voltage D a continuous electrical signal of fixed value, said reference voltage generating device D being a constant voltage generating device D.
El dispositivo generador de tensión constante D está formado, para los ejemplos de realización ilustrados por las Figs. 1 y 2, por un amplificador operacional con limitación de corriente para cumplir con las recomendaciones internacionales, de manera que se asegura que el voltaje suministrado al electrodo E3 es muy estable, constituyendo dicho voltaje una referencia de voltaje de precisión (referencia de intervalo de banda de precisión).The constant voltage generating device D is formed, for the exemplary embodiments illustrated by the Figs. 1 and 2, by an operational amplifier with limitation of current to comply with international recommendations, of way that ensures that the voltage supplied to electrode E3 is very stable, said voltage constituting a voltage reference precision (precision band interval reference).
Al estar los medios de compensación aislados eléctricamente respecto al dispositivo generador de tensión constante D y sustancialmente respecto al electrodo suministrador de tensión E3 (entre E1 y E3 solamente existe la impedancia del paciente H, que es muy alta) se asegura que no existe un flujo de corriente a través del medio H como consecuencia de la actuación de los medios de compensación, al contrario que en las propuestas convencionales donde sí que se producía dicho flujo de corriente que provocaba cambios en los potenciales de las semiceldas.Being the compensation means isolated electrically with respect to the voltage generating device constant D and substantially with respect to the supply electrode voltage E3 (between E1 and E3 there is only the impedance of the patient H, which is very high) ensures that there is no flow of current through medium H as a result of the performance of the means of compensation, unlike in the proposals conventional where this current flow occurred that It caused changes in the potentials of the half-cells.
Los medios de compensación del circuito propuesto por la invención comprenden, para el ejemplo de realización ilustrado por la Fig. 1:The circuit compensation means proposed by the invention comprise, for the example of embodiment illustrated by Fig. 1:
- un dispositivo generador de tensión, el cual es un convertidor digital-analógico DAC1 conectado a la segunda entrada Amp1- del amplificador de instrumentación Amp1, para generar y suministrarle una señal eléctrica de voltaje de referencia Vref1 a través de dicha segunda entrada Amp1-, para los desplazamientos de continua no deseados sufridos por la señal eléctrica débil SE1 recibida por el primer electrodo receptor E1, y- a voltage generating device, which It is a connected DAC1 digital-analog converter to the second input Amp1- of the instrumentation amplifier Amp1, to generate and supply an electrical voltage signal of reference Vref1 through said second input Amp1-, for the unwanted continuous shifts suffered by the signal weak electrical SE1 received by the first receiving electrode E1, Y
- un sistema de control en conexión con dicho dispositivo generador de tensión DAC1, y adaptado para controlarlo con el fin de modificar el valor de dicho voltaje de referencia Vref1.- a control system in connection with said DAC1 voltage generating device, and adapted to control it in order to modify the value of said reference voltage Vref1.
Tal y como se ha dicho anteriormente los mencionados medios de compensación están adaptados para suministrarle al amplificador de instrumentación Ampl1, a través de una entrada de ajuste de desplazamientos de continua DIGIN1, una señal de ajuste Sc1 de compensación de continua a la salida del amplificador de instrumentación Ampl1 representativa de un valor de tensión variable determinado en función del desplazamiento de continua a compensar sufrido por dicha señal eléctrica débil SE1 recibida por el primer electrodo receptor E1.As previously stated, mentioned compensation means are adapted to supply the Ampl1 instrumentation amplifier, through a continuous offset adjustment input DIGIN1, a Continuous compensation Sc1 adjustment signal at the output of the Ampl1 instrumentation amplifier representative of a value of variable voltage determined as a function of the displacement of continues to compensate suffered by said weak electrical signal SE1 received by the first receiving electrode E1.
Asimismo los medios de compensación del circuito propuesto por la invención están adaptados también para compensar señales interferentes alternas mediante el suministro de dicha señal eléctrica de voltaje de referencia Vref1 y/o de dicha señal de ajuste Sc1, en función de la compensación necesaria.Also the circuit compensation means proposed by the invention are also adapted to compensate alternate interfering signals by supplying said electrical signal of reference voltage Vref1 and / or of said signal of Adjust Sc1, depending on the compensation needed.
Los medios de compensación están adaptados para, en función de la relación entre la señal de salida del amplificador de instrumentación Amp1 y el rango dinámico del mismo:The compensation means are adapted for, depending on the relationship between the output signal of the amplifier Instrumentation Amp1 and its dynamic range:
- ajustar dicha ganancia del amplificador de instrumentación Amp1, mediante el envío de una señal de ajuste de ganancia Sg1 a una entrada de ajuste de ganancia DIGIN1 del mismo, y/o- adjust said amplifier gain of Amp1 instrumentation, by sending an adjustment signal of gain Sg1 to a gain adjustment input DIGIN1 thereof, I
- llevar a cabo dicha modificación del valor de dicho voltaje de referencia Vref1 a aplicar a la segunda entrada Amp1- del amplificador de instrumentación Amp1, y/o- carry out said modification of the value of said reference voltage Vref1 to be applied to the second input Amp1- of the Amp1 instrumentation amplifier, and / or
- modificar el valor de dicha tensión variable, y por ende dicha señal de ajuste Sc1 representativa del mismo a aplicar a dicha entrada de ajuste de desplazamientos de continua DIGIN1 del amplificador de instrumentación Ampl1.- modify the value of said variable voltage, and therefore said adjustment signal Sc1 representative thereof to apply to said continuous offset adjustment input DIGIN1 of Ampl1 instrumentation amplifier.
Para los ejemplos de realización ilustrados por las Figs. 1 y 2, dicha entrada de ajuste de ganancia y dicha entrada de ajuste de desplazamientos de continua son una misma entrada DIGIN1 de programación del amplificador de instrumentación Amp1, siendo dichas señales de ajuste Sg1, Sc1 unas señales digitales.For the exemplary embodiments illustrated by Figs. 1 and 2, said gain adjustment input and said Continuous offset adjustment input are the same DIGIN1 input of instrumentation amplifier programming Amp1, said adjustment signals Sg1, Sc1 being signals digital
El mencionado sistema de control está formado por un microcontrolador \muc (o para otros ejemplo de realización no ilustrado por un circuito lógico), el cual forma parte de un sistema electrónico local SCM que incluye también a dichos dispositivos generadores de tensión D, DAC1, estando dicho sistema de control conectado a la salida del amplificador de instrumentación Amp1 una vez digitalizada por un convertidor digital-analógico ADC1, para monitorizarla y operar en consecuencia, incluyendo dicha operación el mencionado control del convertidor digital-analógico DAC1 para modificar el valor del voltaje de referencia Vref1.The mentioned control system is formed by a microcontroller? (or for other embodiments not illustrated by a logic circuit), which is part of a SCM local electronic system that also includes these voltage generating devices D, DAC1, said system being control connected to the amplifier output of Amp1 instrumentation once digitized by a converter ADC1 digital-analog, to monitor and operate consequently, said operation including said control of the DAC1 digital-analog converter for modify the reference voltage value Vref1.
Siguiendo con la Fig. 1, en ella puede apreciarse también cómo el microcontrolador \muc comprende:Continuing with Fig. 1, in it you can also appreciate how the microcontroller? comprises:
- una salida conectada a DAC1 cuyas salida está conectada a la segunda entrada Amp1- del primer amplificador de instrumentación Amp1, para enviarle la señal eléctrica de voltaje de referencia Vref1 tras su conversión a formato analógico, y- an output connected to DAC1 whose output is connected to the second input Amp1- of the first amplifier of Amp1 instrumentation, to send the voltage electrical signal reference Vref1 after conversion to analog format, and
- otra salida conectada a una entrada de ajuste DIGIN1 del amplificador de instrumentación Amp1 para suministrarle dicha señal de ajuste Sc1, Sc2, Sg1, Sg2 en formato digital.- another output connected to an adjustment input DIGIN1 of Amp1 instrumentation amplifier to supply you said adjustment signal Sc1, Sc2, Sg1, Sg2 in digital format.
En la Fig. 2 se ilustra otro ejemplo de realización análogo al ilustrado por la Fig. 1 pero donde el circuito acondicionador está aplicado al acondicionamiento de señales biopotenciales provinentes de dos electrodos E1 y E2.Another example of analogous embodiment to that illustrated by Fig. 1 but where the conditioning circuit is applied to the conditioning of biopotential signals from two electrodes E1 and E2.
En dicho circuito ilustrado por la Fig. 2, éste comprende un segundo amplificador de instrumentación Amp2 de ganancia ajustable con una alta impedancia de entrada, con:In said circuit illustrated by Fig. 2, this comprises a second Amp2 instrumentation amplifier of Adjustable gain with high input impedance, with:
- una primera entrada Amp2+ en conexión con un segundo electrodo receptor E2 en contacto con una tercera zona B del paciente H (en este caso un zona dispuesta en el torso superior izquierdo del paciente H), para recibir otra de dichas señales eléctricas débiles SE2, y- a first Amp2 + input in connection with a second receiving electrode E2 in contact with a third zone B of patient H (in this case an area arranged in the upper torso left of patient H), to receive another of these signals weak electric SE2, and
- una segunda entrada Amp2- en conexión con un segundo voltaje de referencia Vref2.- a second Amp2 input - in connection with a second reference voltage Vref2.
Los medios de compensación ilustrados en la Fig. 2 también están adaptados para compensar s los desplazamientos de continua (y si es el caso de alterna) sufridos por dicha señal eléctrica débil SE2 recibida por el segundo electrodo receptor E2, y comprenden un segundo dispositivo generador de tensión DAC2 conectado a la segunda entrada Amp2- del segundo amplificador de instrumentación Amp2, para generar y suministrarle una señal eléctrica de segundo voltaje de referencia Vref2, para llevar a cabo dicha compensación.The compensation means illustrated in Fig. 2 are also adapted to compensate for the movements of continuous (and if it is the case of alternating) suffered by said signal weak electrical SE2 received by the second receiving electrode E2, and comprise a second voltage generating device DAC2 connected to the second Amp2- input of the second amplifier Amp2 instrumentation, to generate and supply a signal electric second voltage reference Vref2, to carry Make such compensation.
Tal y como se aprecia en la Fig. 2 el sistema de control comprende al mencionado microcontrolador \muc conectado también con dicho segundo dispositivo generador de tensión DAC2, el cual es otro convertidor digital-analógico, y adaptado para controlarlo con el fin de modificar el valor del segundo voltaje de referencia Vref2 aplicado a la segunda entrada Amp2- del segundo amplificador de instrumentación Amp2.As shown in Fig. 2 the system of control comprises said microcontroller? connected also with said second voltage generating device DAC2, the which is another digital-analog converter, and adapted to control it in order to modify the value of the second reference voltage Vref2 applied to the second input Amp2- of the second Amp2 instrumentation amplifier.
Los medios de compensación están adaptados para compensar desplazamientos de continua sufridos por la señal eléctrica débil SE2 recibida por dicho segundo electrodo E2 y señales interferentes alternas, operando de manera análoga a como operan con el amplificador de instrumentación Amp1, incluyendo el suministro de una respectiva señal de ajuste Sc2 de compensación de continua y el envío de una señal de ajuste de ganancia Sg2 a una entrada de ajuste DIGIN2 del mismo Amp2.The compensation means are adapted to compensate for continuous shifts suffered by the signal weak electrical SE2 received by said second electrode E2 and alternate interfering signals, operating analogously to how operate with the Amp1 instrumentation amplifier, including the supply of a respective adjustment signal Sc2 of compensation of continuous and sending a gain adjustment signal Sg2 to a DIGIN2 adjustment input of the same Amp2.
El sistema de control local SCM ilustrado en la Fig. 2 incluye tanto al microcontrolador \muc como al dispositivo generador de tensión constante D, así como a los dos convertidores digital-analógico DAC1 y DAC2.The SCM local control system illustrated in the Fig. 2 includes both the microcontroller and the device constant voltage generator D, as well as the two converters digital-analog DAC1 and DAC2.
El microcontrolador \muc de la Fig. 2 comprende:The microcontroller? Of Fig. 2 understands:
- unas primera y segunda salidas conectadas, respectivamente, a los primero y segundo convertidores digital-analógico DAC1, DAC2, y- first and second connected outputs, respectively, to the first and second converters digital-analog DAC1, DAC2, and
- unas tercera y cuarta salidas conectadas respectivamente a las entradas de ajuste DIGIN1, DIGIN2 de los amplificadores de instrumentación Amp1, Amp2, para suministrarles dichas señales de ajuste Sc1, Sc2, Sg1, Sg2 en formato digital.- a third and fourth connected outputs respectively to the adjustment inputs DIGIN1, DIGIN2 of the Amp1, Amp2 instrumentation amplifiers to supply them said adjustment signals Sc1, Sc2, Sg1, Sg2 in digital format.
Las tensiones de polarización de los amplificadores Amp1, Amp2 y del amplificador operacional del dispositivo generador D, e indicadas como +V en las Figs. 1 y 2 provienen de unas baterías (no ilustradas) incluidas en el sistema electrónico local SCM, de manera que se evitan algunas de las interferencias provocadas por la tensión de red cuando dichos circuitos se encuentran alimentados por la red eléctrica.The polarization voltages of the Amp1, Amp2 and operational amplifier amplifiers generator device D, and indicated as + V in Figs. 1 and 2 they come from batteries (not shown) included in the system local electronic SCM, so that some of the interference caused by mains voltage when said circuits are powered by the mains.
Un amplificador de instrumentación adecuado para ser utilizado como Amp1 y Amp2, es por ejemplo el amplificador de instrumentación de ganancia programable AD8555, aunque el circuito ilustrado por las Figs. 1 y 2 no está limitado a ningún amplificador de instrumentación en concreto, siempre y cuando éste sea de ganancia programable y disponga de una o más entradas de programación de ganancia y de compensación de desplazamientos de continua (offset), tal como las entradas DIGIN1 y DIGIN2 ilustradas.An instrumentation amplifier suitable for be used as Amp1 and Amp2, it is for example the amplifier of AD8555 programmable gain instrumentation, although the circuit illustrated by Figs. 1 and 2 is not limited to any specifically instrumentation amplifier, as long as this programmable gain and have one or more entries of gain and offset offset programming continuous (offset), such as DIGIN1 and DIGIN2 inputs illustrated.
Es necesario resaltar que el circuito acondicionador de las Figs. 1 y 2 se ha ilustrado de manera simplificada y esquemática, incluyendo los elementos más importantes que forman parte del mismo, pero la inclusión de otros elementos (tales como filtros) comunes en esta clase de circuitos (algunos de los cuales se han citado en el apartado de "Estado de la Técnica") también está contemplada por la presente invención.It is necessary to highlight that the circuit conditioner of Figs. 1 and 2 has been illustrated so simplified and schematic, including the most elements important that are part of it, but the inclusion of others elements (such as filters) common in this kind of circuits (some of which have been cited in the "Status of the Technique ") is also contemplated herein invention.
De hecho los propios amplificadores de instrumentación Amp1, Amp2, tal como el mencionado AD8555, incluyen un circuito de supresión de interferencias de radio frecuencia con un filtro pasa bajos con un ancho de banda de pocos kHz.In fact the amplifiers themselves Amp1, Amp2 instrumentation, such as the aforementioned AD8555, include a radio frequency interference suppression circuit with a low pass filter with a bandwidth of a few kHz.
Antes de la digitalización se utiliza un filtro pasa bajos (RC) (no ilustrado) que deja pasar a las señales dentro de la banda de paso del filtro a la vez que limita el ancho de banda de las señales que se encuentran fuera de la banda de paso, reduciendo así el posible ruido en las señales de entrada de los convertidores analógico-digitales ADC1, ADC2, y obteniendo por tanto unas señales digitales VAmp1o, VAmp2o representativas de unas señales analógicas libres de interferencias.Before scanning a filter is used low pass (RC) (not shown) that lets signals into of the filter pass band while limiting the width of band of signals that are outside the pass band, thus reducing the possible noise in the input signals of the analog-to-digital converters ADC1, ADC2, and obtaining therefore digital signals VAmp1o, VAmp2o representative of analog signals free of interference
Es necesario resaltar que algunos de los componentes o elementos del sistema electrónico local SCM tampoco se han ilustrado con el fin de que las Figs. 1 y 2 sean más claras al ilustrar de manera esquemática los componentes actores principales del circuito propuesto por la invención. Uno de dichos elementos no ilustrado es un regulador linear de bajo ruido (tal como el ADP3331) que reduce el ruido de las señales analógicas de salida del SCM, es decir Vref1, Vref2, y la tensión de referencia del electrodo E3 del circuito DRL.It is necessary to highlight that some of the components or elements of the local electronic system SCM either have been illustrated in order that Figs. 1 and 2 be clearer by schematically illustrating the actors components main circuit proposed by the invention. One of sayings Elements not illustrated is a linear low noise regulator (such like the ADP3331) which reduces the noise of the analog signals of SCM output, ie Vref1, Vref2, and the reference voltage of electrode E3 of the DRL circuit.
Tal y como se ilustra de manera esquemática en las Figs. 1 y 2, el sistema electrónico local SCM comprende un módulo de comunicaciones M adaptado para comunicar inalámbricamente con un sistema de control remoto SR, preferentemente de manera bidireccional.As illustrated schematically in Figs. 1 and 2, the local electronic system SCM comprises a M communications module adapted to communicate wirelessly with an SR remote control system, preferably so bidirectional
Para un ejemplo de realización dicho sistema de control remoto SR está adaptado para recibir inalámbricamente, desde el sistema electrónico local SCM, los valores digitales representativos de la señal de salida VAmp1o, VAmp2o del amplificador (Fig. 1) o amplificadores (Fig. 2) de instrumentación Amp1, Amp2, y para analizarlos.For an exemplary embodiment said system of SR remote control is adapted to receive wirelessly, from the SCM local electronic system, the digital values representative of the output signal VAmp1o, VAmp2o of the amplifier (Fig. 1) or instrumentation amplifiers (Fig. 2) Amp1, Amp2, and to analyze them.
Para un ejemplo de realización el sistema de control remoto SR está adaptado para realizar, automáticamente o si es necesario con la intervención de un operador (por ejemplo para elegir un programa de control a aplicar), como mínimo parte de los ajustes de ganancia de los amplificadores de instrumentación Amp1, Amp2, y/o la modificación de los valores de los voltajes de referencia Vref1, Vref2, y/o la modificación de las señales de ajuste Sc1, Sc2, y para realizar los correspondientes envíos de los valores digitales de señales de ajuste Sc1, Sc2, Sg1, Sg2 y/o de voltajes de referencia Vref1, Vref2 al sistema electrónico local SCM.For an exemplary embodiment the system of SR remote control is adapted to perform, automatically or if it is necessary with the intervention of an operator (for example to choose a control program to apply), at least part of the gain settings of Amp1 instrumentation amplifiers, Amp2, and / or the modification of the values of the voltages of reference Vref1, Vref2, and / or the modification of the signals of Adjust Sc1, Sc2, and to make the corresponding shipments of the digital values of setting signals Sc1, Sc2, Sg1, Sg2 and / or of reference voltages Vref1, Vref2 to the local electronic system SCM
Para otro ejemplo de realización el sistema electrónico local SCM está adaptado para realizar los ajustes de ganancia de los amplificadores de instrumentación Amp1, Amp2, y/o la modificación del valor de los voltajes de referencia Vref1, Vref2 y/o la modificación de las señales de ajuste Sc1, Sc2.For another embodiment the system SCM local electronic is adapted to make adjustments to gain of Amp1, Amp2, and / or instrumentation amplifiers the modification of the value of the reference voltages Vref1, Vref2 and / or the modification of the adjustment signals Sc1, Sc2.
Tal sistema de control remoto SR es, para un ejemplo de realización, un sistema computerizado en conexión con unos medios de visualización, tal como una pantalla, para mostrar las señales de salida VAmp1o, VAmp2o, es decir, para el caso de un ECG, las señales representativas del mismo.Such SR remote control system is, for a exemplary embodiment, a computerized system in connection with display means, such as a screen, to display the output signals VAmp1o, VAmp2o, that is, in the case of a ECG, the representative signals of it.
Preferentemente el mencionado sistema computerizado remoto SR comprende una serie de periféricos, tanto de entrada como de salida, para posibilitar su utilización por un operador por ejemplo para el mencionado ejemplo de realización en que parte de los ajustes se llevan a cabo por el sistema remoto SR.Preferably said system SR remote computerized comprises a series of peripherals, both input and output, to enable its use by a operator for example for the mentioned embodiment example in that part of the settings are carried out by the remote system MR.
Obviamente el sistema remoto SR también dispone de un módulo de comunicaciones (no ilustrado) interno o externo (por ejemplo conectado a un puerto USB) capaz de comunicarse inalámbricamente con el módulo de comunicaciones M del sistema electrónico local SCM, con la misma tecnología y protocolos (por ejemplo Zigbee).Obviously the SR remote system also has of an internal or external communications module (not illustrated) (for example connected to a USB port) capable of communicating wirelessly with the communication module M of the system local electronic SCM, with the same technology and protocols (for Zigbee example).
El uso de una comunicación inalámbrica tiene como principal objetivo el eliminar posibles interferencias de señales con la frecuencia de red (50 o 60 Hz) que la utilización de cables provoca. Ello es así debido a que dicha comunicación o interfaz inalámbrica elimina la principal capacidad parásita entre el cuerpo del paciente y tierra que se producía en los mencionados cables de las propuestas convencionales. Obviamente dicha comunicación inalámbrica aporta además una gran autonomía al paciente que el cableado no permite.The use of wireless communication has The main objective is to eliminate possible interference from signals with the network frequency (50 or 60 Hz) that the use of leads causes. This is because the said communication or wireless interface eliminates the main parasitic capacity between the patient's body and soil that occurred in those mentioned cables of conventional proposals. Obviously said wireless communication also provides great autonomy to patient wiring does not allow.
Para un ejemplo de realización los amplificadores de instrumentación Amp1, Amp2, circuitería asociada, y en general el sistema electrónico local SCM se encuentran sustentados por un soporte C que también sustenta a todos o parte de los electrodos E1, E2, E3, junto con los amplificadores de instrumentación Amp1, Amp2 y circuiterías asociada ADC1, ADC2, filtros (no ilustrados), etc.For an embodiment example the Instrumentation amplifiers Amp1, Amp2, associated circuitry, and in general the local electronic system SCM are located supported by a support C that also supports all or part of the electrodes E1, E2, E3, together with the amplifiers of Amp1, Amp2 instrumentation and associated circuitry ADC1, ADC2, filters (not shown), etc.
El hecho de llevarse a cabo la amplificación y digitalización de las señales de los electrodos receptores E1, E2 in situ, es decir con los amplificadores de instrumentación Amp1, Amp2, y demás circuitería asociada, dispuestos muy próximos a los electrodos, elimina considerablemente el ruido interferente que se produce convencionalmente cuando los electrodos activos se encuentran alejados de las etapas amplificadoras, debido al alto grado de rechazo al modo común de los amplificadores de instrumentación elimina el ruido de frecuencia de red común a los dos electrodos E1, E2, y a la ausencia de cables entre los electrodos E1, E2 y la electrónica de amplificación. Tras la digitalización in situ la señal de salida digitalizada VAmp1o, VAmp2o (ver Figs. 1 y 2) no tiene problemas de interferencias.The fact of amplifying and digitizing the signals of the receiving electrodes E1, E2 in situ , that is to say with the instrumentation amplifiers Amp1, Amp2, and other associated circuitry, arranged very close to the electrodes, considerably eliminates the noise interfering that occurs conventionally when the active electrodes are away from the amplifier stages, due to the high degree of rejection to the common mode of the instrumentation amplifiers eliminates the network frequency noise common to the two electrodes E1, E2, and the absence of cables between electrodes E1, E2 and amplification electronics. After the on-site scanning, the digitized output signal VAmp1o, VAmp2o (see Figs. 1 and 2) has no interference problems.
El voltaje de referencia del electrodo suministrador E3 del circuito DRL presenta una alta inmunidad al ruido, debido a que proviene de un circuito de cancelación de ruido dedicado, que en las Figs. 1 y 2 está formado por un seguidor de tensión basado en un amplificador operacional.The reference voltage of the electrode E3 supplier of the DRL circuit presents high immunity to noise, because it comes from a noise cancellation circuit dedicated, than in Figs. 1 and 2 consists of a follower of voltage based on an operational amplifier.
En las Figs. 4a a 4e se ilustra un caso para el que (a diferencia del ilustrado por las Figs. 1 y 2 que hacen referencia a un sistema ECG) las señales biopotenciales a acondicionar son unas señales cerebrales, para la realización de un encefalograma, donde el mencionado soporte C se encuentra acoplado en la cabeza del paciente.In Figs. 4a to 4e a case for the which (unlike the one illustrated by Figs. 1 and 2 that do reference to an ECG system) biopotential signals to conditioning are brain signals, for the realization of a encephalogram, where the mentioned support C is coupled on the patient's head
Para el ejemplo de realización ilustrado en dichas Figs. 4a a 4e los electrodos utilizados se encuentran integrados en una porción delantera Cd del soporte C, de manera que están en contacto con la frente del paciente, aunque cualquier otra ubicación que se considere adecuada para la realización de ECG también es posible.For the exemplary embodiment illustrated in said Figs. 4th to 4th the electrodes used are integrated in a front portion Cd of the support C, so that they are in contact with the patient's forehead, although any other location deemed appropriate for performing ECG it is also possible.
La porción intermedia Ci del soporte C constituye una tira Ci que discurre a lo largo de la cabeza conectando la porción delantera Cd y una porción trasera Ct del soporte C. Dicha tira Ci es extensible con el fin de adaptar el soporte C a diferentes tamaños de cabeza.The intermediate portion Ci of the support C constitutes a strip Ci that runs along the head connecting the front portion Cd and a rear portion Ct of the support C. Said strip Ci is extensible in order to adapt the C stand at different head sizes.
En la porción trasera Ct del soporte C se encuentra definido un alojamiento Aj para el sistema electrónico local SCM, el cual se encuentra a su vez alojado en el interior de una caja T, la cual aparece ilustrada con mayor detalle en la Fig. 5.In the rear portion Ct of the support C is An Aj housing is defined for the electronic system SCM premises, which is also housed inside a box T, which is illustrated in greater detail in Fig. 5.
En la caja T ilustrada en dicha Fig. 5 se aprecian una serie de conectores Tc para conectar los extremos de unos correspondientes cables (no ilustrados) conectados a los amplificadores de instrumentación de los electrodos receptores, y al electrodo suministrador de tensión, y que discurren a lo largo de la tira Ci del soporte C y se encuentran integrados en la misma.In the box T illustrated in said Fig. 5, appreciate a series of Tc connectors to connect the ends of corresponding wires (not shown) connected to the instrumentation amplifiers of the receiving electrodes, and at voltage supply electrode, and that run along the strip Ci of the support C and are integrated in the same.
Dicha caja T también tiene en uno de sus laterales un interruptor Sw para su manipulación por parte de un operador con el fin de activar/desactivar al sistema electrónico local (SCM).That T box also has one of its side a Sw switch for handling by a operator in order to activate / deactivate the electronic system local (SCM).
Con el fin de que se comprenda mejor el funcionamiento del circuito propuesto por la invención, se describe a continuación un método de control del mismo haciendo referencia a un amplificador de instrumentación Amp1, aunque el control del segundo Amp2 o incluso de otros adicionales se puede llevar a cabo de igual manera que la que se explica a continuación para Amp1.In order to better understand the operation of the circuit proposed by the invention, is described then a method of control thereof referring to an Amp1 instrumentation amplifier, although the control of the second Amp2 or even other additional ones can be carried out in the same way as the one explained below for Amp1.
Dicho método se ilustra mediante un diagrama de flujo en la Fig. 3, y comprende realizar las siguientes etapas, teniendo en cuenta la relación entre la señal de salida del amplificador instrumentación Amp1 y el rango dinámico del mismo:Said method is illustrated by a diagram of flow in Fig. 3, and comprises performing the following steps, taking into account the relationship between the output signal of the Amp1 instrumentation amplifier and its dynamic range:
a) fijar un punto inicial de trabajo que incluye predeterminar un valor para la señal de ajuste de ganancia Sg1, en función de la ganancia deseada, y un valor sustancialmente igual para la señal eléctrica de referencia a aplicar al electrodo suministrador de tensión E3 y para el voltaje de referencia Vref1, es decir igual al generado por el dispositivo generador de tensión constante D (ver Figs. 1 y 2).a) set an initial work point that includes predetermine a value for the gain adjustment signal Sg1, in function of the desired gain, and a substantially equal value for the reference electrical signal to be applied to the electrode voltage supplier E3 and for the reference voltage Vref1, ie equal to that generated by the voltage generating device constant D (see Figs. 1 and 2).
Dicha etapa a) aparece ref1ejada en las casillas primera y segunda (contando desde arriba) del diagrama de flujo de la Fig. 3.Said stage a) appears ref1ejada in the boxes first and second (counting from the top) of the flowchart of Fig. 3.
b) monitorizar la salida digitalizada del amplificador de instrumentación Amp1 para un número de muestras o periodo predeterminado;b) monitor the digitized output of the Amp1 instrumentation amplifier for a number of samples or predetermined period;
La etapa b) aparece reflejada en las casillas tercera y cuarta del diagrama de flujo de la Fig. 3 (donde los valores monitorizados son indicados como "medidas"). Dichas tercera y cuarta casillas se encuentran conectadas por un camino de retorno (de la cuarta a la tercera) que indica que si no se ha alcanzado el número de muestras comentado se deben seguir adquiriendo muestras hasta que sea así, y entonces pasar a la siguiente casilla, es decir proceder a realizar la siguiente reetapa:Stage b) is reflected in the boxes third and fourth of the flowchart of Fig. 3 (where the monitored values are indicated as "measures"). These third and fourth squares are connected by a path of return (from the fourth to the third) that indicates that if you have not reached the number of samples commented must be followed acquiring samples until it is so, and then move on to the next box, ie proceed to perform the following reetapa:
c) comprobar si los valores de la señal VAmp1o obtenidos en dicha monitorización de dicha etapa b) están dentro del rango dinámico del amplificador de instrumentación Amp1 (quinta casilla contando desde arriba), y:c) check if the values of the VAmp1o signal obtained in said monitoring of said stage b) are within of the dynamic range of the Amp1 instrumentation amplifier (fifth box counting from the top), and:
- si como resultado de dicha etapa c) se determina que los valores de la señal monitorizada VAmp1o están dentro del rango dinámico del amplificador de instrumentación Amp1 inicializar una serie de contadores relativos como mínimo a dicho número de muestras o periodo y dicha señal monitorizada VAmp1o, y volver a realizar dichas etapas b) y c);- if as a result of said stage c) determines that the values of the monitored signal VAmp1o are within the dynamic range of the Amp1 instrumentation amplifier initialize a series of counters relative to at least that number of samples or period and said monitored signal VAmp1o, and perform these steps again b) and c);
- si como resultado de dicha etapa c) se determina que los valores de la señal monitorizada VAmp1 o están fuera del rango dinámico del amplificador de instrumentación Amp1, pasar a la sexta casilla contando desde arriba que hace referencia a una disyuntiva en función de cuya respuesta el método comprende realizar las siguientes etapas de manera alternativa:- if as a result of said stage c) determines that the values of the monitored signal VAmp1 or are outside the dynamic range of the Amp1 instrumentation amplifier, go to the sixth box counting from above that refers to a dilemma depending on whose response the method comprises Perform the following stages alternately:
d1) si existen valores de la señal monitorizada VAmp1o por encima y por debajo del rango dinámico del amplificador de instrumentación Amp1, reducir la ganancia del mismo mediante la modificación de dicha señal de ajuste de ganancia Sg1 (casilla a la derecha de la sexta casilla contando desde arriba) y su correspondiente aplicación (segunda casilla); y volver a realizar dicha etapas b) y c);d1) if there are values of the monitored signal Vamp1o above and below the dynamic range of the amplifier Instrumentation Amp1, reduce its gain by modification of said gain adjustment signal Sg1 (box at right of the sixth box counting from the top) and its corresponding application (second box); and perform again said steps b) and c);
d2) si solamente existen valores de la señal monitorizada VAmp1o por encima del rango dinámico del amplificador de instrumentación Amp1 (respuesta afirmativa a la disyuntiva de la séptima casilla contando desde arriba), como mínimo incrementar el valor del voltaje de referencia Vref1 (casilla a la derecha de la séptima casilla contando desde arriba), aplicarlo (segunda casilla), y volver a realizar dichas etapas b) y c); od2) if there are only signal values VAmp1o monitored above the dynamic range of the amplifier of instrumentation Amp1 (affirmative answer to the dilemma of the seventh box counting from the top), at least increase the reference voltage value Vref1 (box to the right of the seventh box counting from above), apply it (second box), and perform these steps again b) and c); or
d3) si solamente existen valores de la señal monitorizada VAmp1 o por debajo del rango dinámico del amplificador de instrumentación Amp1 (respuesta negativa a la disyuntiva de la séptima casilla contando desde arriba), como mínimo decrementar el valor del voltaje de referencia Vref1 (última casilla del diagrama de flujo de la Fig. 3 contando desde arriba), aplicarlo (segunda casilla), y volver a realizar dichas etapas b) y c).d3) if there are only signal values monitored VAmp1 or below the dynamic range of the amplifier of instrumentation Amp1 (negative response to the dilemma of the seventh box counting from the top), at least decrement the reference voltage value Vref1 (last box in the diagram of flow of Fig. 3 counting from above), apply it (second box), and perform these steps again b) and c).
Tal y como se indica en el diagrama de flujo de la Fig. 3, si es necesario:As indicated in the flowchart of Fig. 3, if necessary:
dicha etapa d2) comprende además modificar la señal de ajuste Sc1 de desplazamientos de continua y aplicarla a la entrada de ajuste de desplazamientos de continua DIGIN1 del amplificador de instrumentación Ampl1, para reducir el nivel de continua en la señal monitorizada VAmp1o; ysaid step d2) further comprises modifying the adjustment signal Sc1 of continuous displacements and apply it to the DIGIN1 continuous offset adjustment input of the Ampl1 instrumentation amplifier, to reduce the level of continuous on the monitored signal VAmp1o; Y
dicha etapa d3) comprende además modificar la señal de ajuste Sc1 de desplazamientos de continua y aplicarla a la entrada de ajuste de desplazamientos de continua DIGIN1 del amplificador de instrumentación Ampl1, para aumentar el nivel de continua en la señal monitorizada VAmp1o.said step d3) further comprises modifying the adjustment signal Sc1 of continuous displacements and apply it to the DIGIN1 continuous offset adjustment input of the Ampl1 instrumentation amplifier, to increase the level of continuous on the monitored signal VAmp1o.
Tal y como ya se ha mencionado anteriormente el método de control del circuito propuesto por la invención comprende compensar los desplazamientos de sufridos por otra u otras señales eléctricas débiles recibida por otros electrodos receptores en contacto con otras zonas del paciente H, de manera análoga a como se lleva a cabo la compensación con la señal eléctrica débil SE1 recibida por el primer electrodo receptor E1.As already mentioned above the circuit control method proposed by the invention comprises compensate the displacements suffered by another or other signals weak electrical received by other receiving electrodes in contact with other areas of patient H, analogously to how performs compensation with the weak electrical signal SE1 received by the first receiving electrode E1.
Un experto en la materia podría introducir cambios y modificaciones en los ejemplos de realización descritos sin salirse del alcance de la invención según está definido en las reivindicaciones adjuntas.A subject matter expert could introduce changes and modifications in the described embodiments without departing from the scope of the invention as defined in the attached claims.
Claims (18)
- --
- una primera entrada (Amp1+) en conexión con un primer electrodo receptor (E1) en contacto con una primera zona (A) de un medio (H) para recibir al menos una de dichas señales eléctricas débiles (SE1) provinente de dicho medio (H), ya first input (Amp1 +) in connection with a first electrode receiver (E1) in contact with a first zone (A) of a medium (H) to receive at least one of said weak electrical signals (SE1) from said means (H), and
- --
- una segunda entrada (Amp1-) en conexión con un voltaje de referencia (Vref1),a second input (Amp1-) in connection with a reference voltage (Vref1),
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
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-
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