JPS6217044Y2 - - Google Patents

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JPS6217044Y2
JPS6217044Y2 JP1979122957U JP12295779U JPS6217044Y2 JP S6217044 Y2 JPS6217044 Y2 JP S6217044Y2 JP 1979122957 U JP1979122957 U JP 1979122957U JP 12295779 U JP12295779 U JP 12295779U JP S6217044 Y2 JPS6217044 Y2 JP S6217044Y2
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/30Input circuits therefor
    • A61B5/301Input circuits therefor providing electrical separation, e.g. by using isolating transformers or optocouplers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/30Input circuits therefor
    • A61B5/305Common mode rejection
    • YGENERAL 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
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S128/00Surgery
    • Y10S128/908Patient protection from electric shock

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  • General Health & Medical Sciences (AREA)
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、例えば心電信号のような生体情報信
号を採取する装置に関する。
(1) 従来の技術 例えば患者の心臓の状態を監視するのに、体表
面の異なつた位置に電極を装着し、そして心臓の
動きによつて誘導される起電力を検出し、該起電
力間の差を監視装置に導入する。なお、この監視
装置は真の接地点に基準化されている。そして、
患者が致命的な電気シヨツクを受けないようにす
るために、該患者と接地点との間の経路は極めて
高いインピーダンスになつていなければならな
い。そのため患者に直接結合されているすべての
回路は「ガード」と呼ばれる浮動接地とする必要
がある。しかしながら、通常患者は光源あるいは
電源コードなどの電圧源から生ずる静電界の影響
を受けており、そのために患者の体には“同相電
圧(または共通モード電位)”として知られる信
号VCMが生じている。ここで、各電極から患者身
体をみたそれぞれのインピーダンスと、各電極か
ら浮動接地点をみたそれぞれのインピーダンスと
によつて周知の4辺ブリツジが形成され、該ブリ
ツジは同相電圧VCMのある分電圧により励振され
る。もしブリツジが平衡していれば同相電圧VCM
による問題は生じないが、各電極と患者身体との
間のインピーダンスは極めて広い範囲で変るの
で、前記ブリツジが平衡状態になることは極めて
まれである。したがつて、ブリツジが不平衡とな
れば、患者に取付けた各電極からの誘導起電力の
差電圧に前記同相電圧VCMの一部が加算あるいは
減算される。その結果、電極から導入された生体
情報信号としての電圧信号には誤差が生ずる。
このような問題の解決方法として、基準電極を
患者の体表面に装着し、そして該基準電極を浮動
接地点に接続し、その結果浮動回路における同相
電圧の影響を減じていた。しかし、基準電極が体
表面に適切に装着されなければ、該基準電極は誤
差源として機能してしまうから、この基準電極の
装着には慎重でなければならない。それでもなお
基準電極からは有益な生体情報を得ることが困難
であつた。
(2) 従来装置の欠点 これらを解決した例は本出願人が先に提出した
実開昭55−40897号「生体情報信号採取装置」に
述べられている。これによると、患者の安全を損
うことなく、基準電極が不要で且つ同相電圧の影
響を受けない生体情報信号の採取装置を開示され
ている。その一実施例によれば、患者に直接結合
された生体信号回路は前述の如く、浮動接地点ま
たはガードを基準電位点としている。そして患者
へ基準電極を装着し、患者の電位を浮動接地点の
電位にするのではなく、該浮動接地点は患者の同
相電圧に向つて駆動される。これを達成するの
に、浮動回路の同相電圧を制御回路に供給する。
そして浮動接地点と真の接地点との間の漂遊イン
ピーダンスが前記制御回路に対する電流帰還経路
を形成し、該漂遊インピーダンスを介して真の該
接地点に電流が流れるようにしている。もし、電
流が正しい値と方向とを有していれば、浮動接地
点は同相電圧と等電位となつて浮動回路としての
機能を具えたことになる。このような状態の下で
ブリツジ回路は、同相電圧によつて励振されない
し、また採取された生体信号電圧に加算されたり
減算されたりはしない。
ところで、患者を電気的シヨツクから保護する
ために、電流制限器を使用する必要がある。しか
し、このような装置は高価であり、また遮断モー
ドがある。
(3) 本考案の目的 本考案は上述欠点を解消するためになされたも
ので、電流制限器を用いないで構成簡単な生体情
報信号採取装置を提供せんとするものである。本
考案の一実施例によれば、増幅器形式の電流供給
回路を用いている。前記電流供給回路を付勢する
電源電圧の基準点は、1つのインピーダンスを介
して浮動接地点に直流的に接続され、そして極め
て大きな値を有するインピーダンスを介して接地
されている。この大きな値のインピーダンスによ
つて患者に流れる電流が制限される。以下図面を
用いて本考案を詳述する。
(4) 実施例の説明 第1図は本考案が応用された生体情報信号採取
装置のブロツク図である。図において、患者Pの
ECG信号源1は所定の心電信号を発生する。交
流源2は、電源コード等によつて生じる不都合な
誘導電圧を等価的に表わしたものであり、そして
該交流源2と患者Pとの結合は漂遊容量4によつ
て等価的に表わされている。患者Pの身体は全て
の点で等電位と考えられるので、接地点Gを基準
とした同相電圧VCMの大きさは、漂遊容量4およ
び患者Pと接地点Gとの間の漂遊容量6との分電
圧による。8′は右腕電極8と患者身体との間の
インピーダンスを示す抵抗器である。電極8はリ
ード12を介して増幅度1の緩衝増幅器10の入
力端子に接続されており、該リード12とシール
ド14との間には分布容量16がある。緩衝増幅
器10の出力端子は差動増幅器18の一方の入力
端子に接続されている。同様に抵抗器19′によ
つて患者の身体と結合されている左腕電極19
は、リード22を介して増幅度1の緩衝増幅器2
0の入力端子に接続されている。リード22とそ
のシールド24との間には分布容量25が存在す
る。緩衝増幅器20の出力端子は、差動増幅器1
8の他方の入力端子に切換端子が接続されたスイ
ツチSの接点aに接続されている。なお、緩衝増
幅器を差動増幅器18に接続するのに実回路では
ウイルソン回路網が含まれているが、簡単化のた
めにここでは図示していない。
差動増幅器18の出力端子は変調器26の入力
端子に接続されており、該変調器26の出力端子
は変成器T1の1次巻線28を介してガード線路
30に接続され、そして該ガード線路はGFで示
された第1浮動接地点またはガードに接続されて
いる。変成器T1の2次巻線32は、接地点Gと
復調器34の入力端子に接続されており、該復調
器34の出力端子にはECG信号が再生される。
選択可能なリードあるいはマルチベクトル方式
のように他の電極群を使用するならば、電極8お
よび19を接続すると同様にして差動増幅器18
に電極36が接続される。例えば、患者の体表面
との間に抵抗器38で示されるインピーダンスを
有する電極36は、リード42を介して緩衝増幅
器40の入力端子に接続され、そしてリード42
とそのシールド44との間には分布容量46があ
る。緩衝増幅器40の出力端子は、スイツチSの
他の接点bに接続されている。図示するようにス
イツチSが接点a側にあれば、緩衝増幅器20の
出力信号が差動増幅器18に導入されるけれど
も、接点b側にあれば、緩衝増幅器40の出力信
号が差動増幅器18に導入される。
患者に直結された回路の動作電圧+V1,−V1
前記第1の浮動接地点またはガードGFを基準に
して、緩衝増幅器10,20および40、差動増
幅器18、変調器26に供給されている。これら
の電圧±V1を供給する電源回路は、一端が接地
された交流電源50の両端に接続された1次巻線
48を有する変圧器T2が含まれている。この変
圧器T2の2次巻線56の中間タツプ57は第1
浮動接地点GFに接続され、そして該2次巻線5
6のそれぞれの端子と前記中間タツプ57との間
には、それぞれ電圧+V1,−V1を発生するように
ダイオード52とコンデンサ58、ダイオード5
4とコンデンサ60とによる半波整流回路が接続
されている。そして前記ガード線路30は、前記
中間タツプ57および各シールド14,24,4
4にそれぞれ接続されている。
患者の体表面と両電極8,19との間のインピ
ーダンス8′,19′および両分布容量16,25
によつてブリツジが形成される。両緩衝増幅器1
0,20の入力インピーダンスは極めて大きいの
で、これら増幅器が前記ブリツジの一部を構成し
たとしても、これらの影響は無視し得る。分布容
量16および25のインピーダンス値はほぼ等し
いけれども、両電極8,19を患者の体表面に装
着する状態によつて、両インピーダンス8′,1
9′の値は異なる。ECG信号源1はブリツジの各
アームに各別に直列に接続されているので、ブリ
ツジ自体に不平衡があつても、両緩衝増幅器1
0,20に伝達されるECG信号には影響しな
い。しかし同相電圧VCMの一部がブリツジの対頂
点間、すなわち、患者と第1浮動接地点GFとの
間にかかるので、前記ブリツジが不平衡ならば、
該同相電圧VCMのそれぞれ相異なる分電圧が両電
極8,19のそれぞれに現われる。両電極8,1
9に生ずるこれらの電圧は、緩衝増幅器10,2
0の各入力端子間に供給される。同相電圧VCM
ECG電圧よりはるかに大きいので、ブリツジの
わずかな不平衡でも差動増幅器18の入力端子に
おける差動干渉電圧は所定の差動ECG電圧より
も大きくなる。
以下に述べる制御回路により第1浮動接地点
GFの電位は同相電圧VCMに応じて制御され、そ
して該同相電圧VCMの分電圧がブリツジに導入さ
れるのを防止する。そのため、ブリツジの不平衡
状態とは無関係に両電極8,19に生ずる干渉信
号は小さくなる。もし、第1浮動接地点GF上の
電圧が同相電圧VCMに等しければ、ブリツジの励
振および干渉信号は零になる。
バイアス用抵抗器62,64および66が、緩
衝増幅器10,20および40のそれぞれの入力
端子とガード線路30との間に接続されている。
緩衝増幅器10,20および40の各出力端子と
リード73との間に接続されている抵抗器68,
70および72は同じ抵抗値を有し、そして前記
リード73すなわち差動増幅器18の入力中性点
には後述する回路の制御により同相電圧VCMが現
われる。緩衝増幅器の各出力インピーダンスは低
いので、抵抗器68,70および72は負荷とし
てこれを無視することができ、そしてECG信号
の波形または大きさに対しては影響しない。ガー
ド線路30と接地点Gとの間には、漂遊インピー
ダンスが存在するので、これを点線で並列接続の
コンデンサ74と抵抗器76で示す。
リード73における電圧は、増幅度1の演算増
幅器80の制御入力端子78に導入される。演算
増幅器80の出力端子はコンデンサ82を介して
ガード線路30に接続されている。ここで、前記
演算増幅器80に供給されている動作電圧±V2
は第2浮動接地点G2を基準としている。両電圧
±V2は、前記変圧器T2の第3巻線84に誘導さ
れる電圧から得られる。巻線84の一端は第2浮
動接地点G2に接続されている。ダイオード86
およびコンデンサ88が前記巻線84の両端に直
列接続され、その接続中点には第2浮動接地点
G2に対して正の電圧+V2が発生する。また、前
述とは反対極性のダイオード90およびコンデン
サ92の接続中点には第2浮動接地点G2に対し
て負の電圧−V2が生じる。演算増幅器80の基
準電位点である第2浮動接地点G2と真の接地点
Gとの間に接続した抵抗器94の値は、致命的な
電気シヨツクから患者を保護するのに十分な大き
さである。なお、抵抗器94の代りにコンデンサ
のような他のインピーダンス素子としてもよい
が、静電荷が接地点に漏れるので抵抗器の方が有
効である。次に、前記第2浮動接地点G2と第1
浮動接地点GFとの間に抵抗器96を接続するこ
とにより、演算増幅器80のための制御回路が形
成される。ここで抵抗器68と70との接続中性
点の電圧が同相電圧VCMになることについて数式
を用いて説明する。なお、VCMはECG信号の大
きさよりも非常に大きいものとする。
演算増幅器80の利得:G 抵抗器68,70の接続点の電圧:V0 第1浮動接地点の電圧:V3 第2浮動接地点の電圧:V4 容量16と抵抗器62との合成インピーダンス:
Z1 容量25と抵抗器64との合成インピーダンス:
Z2 インピーダンス8とZとの分圧比:A1 インピーダンス19とZとの分圧比:A2 リード12の電圧:V1 リード22の電圧:V2 とする。そして次式が成立する。
(VCM−V3)・A1+V3=V1 …(6) (VCM−V3)・A2+V3=V2 …(7) ところで、(V1+V2)/2=V0である。
よつて、(VCM−V3)・(A1+A2)+2V3=2V0 …(8) 一方演算増幅器80において、 V3−V4=G・(V0−V4) V3−GV0=V4−GV4 G≒1であるから、V3=V0 …(9) (9)式を(8)式に代入し、A1+A2≠0であるからV0
=V3=同相電圧VCMとなる。
したがつて、リード73の電位(V0)と第1浮
動接地点GFの電位(V3)とは等しくなり、且つ
同相電圧VCMに等しくなる。そしてガード線路3
0の電位はVCMの変動に追従して変化する。な
お、ECG信号が存在する場合、右、左腕電極に
おけるECG信号をそれぞれe1,e2とすると、この
場合にもガード線路30の電位がほぼVCMになる
ように制御されるが、正確にはe1,e2を前記第(6)
および(7)式のVCMに付加すると、 V3=VCM+(e1・A1+e2・A2)/(A1+A2) V1−V2={2A1・A2/(A1+A2)}・(e1−e2) となる。
即ち、A1,A2の違いより、正しい値(e1−e2)か
ら誤差が生ずるが、VCMの影響はない。
以下に動作を述べる。患者Pと第1浮動接地点
GFとは、ブリツジの第1対頂点を形成してい
る。両抵抗器68,70の接続中性点における同
相電圧VCMはリード73を介して演算増幅器80
の入力端子78に導入される。ここで、演算増幅
器80およびその付属回路による増幅器をKとす
れば、コンデンサ82によつて結合されたガード
線路30における電圧はK×VCMである。従つて
患者Pと第1浮動接地点GFとの間または前記ブ
リツジの第1組の対頂点間(その間の回路インピ
ーダンスをZFとする)を流れる同相電流ICM
は、 ICM=(VCM−K・VCM)/ZF …(1) として表わされる。ところで患者Pと接地点Gと
の間の実効インピーダンスZGは、 ZG=VCM/ICM …(2) であるから、前記(1),(2)式より、 ZG=VCM・ZF/VCM(1−K) =ZF/(1−K) …(3) となる。ここで、Kはほぼ1であるから、前記の
実効インピーダンスZGは無限大となり、そして
同相電流ICMは零となる。そのため、同相電圧V
CMによつて両電極8,19に生じる同相分電圧も
零となる。もし、増幅度Kが1でなければ、電流
CMは零とならず、両電極8,19には同相分電
圧が生じてブリツジは不平衡となる。なお、ここ
で増幅度Kが1というのは、1あるいはほぼ1と
いうことである。
本制御回路において、演算増幅器80の動作電
圧±V2を供給する浮動電源は、高インピーダン
スの抵抗器94を介して真の接地点Gに基準化さ
れている。この抵抗器94を流れる電流IDによ
つて、第1浮動接地点GFが駆動される。そして
前記電流IDは点線の抵抗器74およびコンデン
サ76で示す漂遊インピーダンスを介して接地点
Gに帰還される。既ち、この漂遊インピーダンス
と抵抗器94とが演算増幅器80による制御に必
要な電流帰還経路を形成している。
第2図は第1図における本考案の要部に係る部
分のみを書き換えたブロツク図である。図におい
て、演算増幅器80の利得がほぼ1であれば、該
演算増幅器80の出力電位はその入力電位とほぼ
等しくなる。しかして前記の入力端子がリード7
3上の同相電圧VCMであれば、第1浮動接地点
GFもほぼ同じ電位となり、そして電流IDは漂遊
インピーダンスZs(74と76による)を介し
て流れる。ここで前記電流IDは、 ID=VCM/Zs …(4) として表わされる。なお、同じ値の電流が94に
よる基準インピーダンス(その値をZrとする)を
も流れ、そして演算増幅器80の出力における電
圧振幅は、第1浮動接地点GFと第2浮動接地点
G2との間の電位差である。これを次式で示す。
出力電圧振幅=ID(Zs+Zr) =VCM(Zs+Zr)/Zs …(5) ここで、演算増幅器80の出力信号を最小限に
して得ようとすれば、漂遊インピーダンスZsに
比して基準インピーダンスZrをできるだけ小さく
することである。しかし、患者Pと真の接地点G
との間の絶縁をよくするには、基準インピーダン
スZrを可能なかぎり大きくする必要がある。安全
な絶縁を有する標準的な構成においては、(Zs+
Zr)/Zsの値がほぼ2である。同相電圧VCM
対する通常の最大許容値は約15Vピークであるか
ら、演算増幅器80の出力電圧は第2浮動接地点
G2に対して±30Vとなり、そしてその入力端子間
には±15Vが印加される。そのために、前記演算
増幅器80の動作電圧±V2は30V以上でなければ
ならず、したがつてそれぞれ40V程度にしてい
る。
演算増幅器80はまたその出力電圧を保持せね
ばならず、そして該出力電圧はその出力回路に接
続された負荷に供給される。抵抗器96および基
準インピーダンスZrのそれぞれ1MΩおよび22M
Ωとし、そして漂遊インピーダンスZsが基準イ
ンピーダンスZrと等しく且つ同相である最悪条件
を考えた場合、演算増幅器80の最大出力電流I0
は、 I0=30/1+30/22=31.36μAのピーク値と
なる。なお、コンデンサ82のインピーダンスは
電源周波数において極めて小さいのでこれを無視
している。しかし、直流阻止のためには前記のコ
ンデンサ82が必要である。
第1図において、演算増幅器80の入力にはす
べての緩衝増幅器10,20,40から抵抗器6
8,70,72を介して信号が供給されるように
なつているけれども、もしこれらの各抵抗値が極
めて大きければ、直接に患者の電極に接続するこ
ともできる。更に、差動増幅器18の入力インピ
ーダンスが十分に高いか、または患者電極のイン
ピーダンスが十分に低ければ、緩衝増幅器を除去
してもよい。
いままでの説明は生体信号回路を心電計として
行なつたが、他の生体信号回路例えば脳波計、筋
電計などのように患者の体表面に直接装着した電
極から生体信号を採取する装置に適用し得ること
勿論である。
以上要するに本考案によれば、患者からの生体
情報信号回路に浮動接地点電位を、真の接地点を
基準とする同相電圧に合わせることができる。し
かも、前記信号回路の基準電位点および電源は能
動素子によつて接地点から絶縁されており、半導
体素子等によるダイナミツク・リミツタのような
遮断モードはない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案が適用される生体情報信号採取
装置のブロツク図、第2図は説明のために第1図
の要部のみを書き換えたブロツク図である。 P:患者、G:真の接地点、GF:第1浮動接
地点、G2:第2浮動接地点、18:差動増幅
器、26:変調器、34:復調器、80:演算増
幅器。

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 少なくとも2つの電極に誘導された生体情報信
    号の差電圧を採取する生体情報信号採取装置にお
    いて、一対の入力端子と一つの出力端子とを具え
    た差動増幅器と、前記電極に誘導された信号をシ
    ールド付リードにより前記差動増幅器の入力端子
    対に結合する手段と、第1浮動接地点に基準化さ
    れそして前記差動増幅器の動作電力を供給する第
    1電源回路と、前記リード線のシールドを前記第
    1浮動接地点に接続されたガード線路に接続する
    手段と、第2浮動接地点に基準化された第2電源
    回路により駆動されそして単位利得を有する増幅
    器と、前記差動増幅器の入力中性点を前記増幅器
    の一方の入力端子に、前記第2浮動接地点を前記
    増幅器の他方の入力端子に、前記増幅器の出力端
    子を前記ガード線路にそれぞれ結合する手段と、
    前記第2浮動接地点と真の接地点との間に接続さ
    れた第1インピーダンス素子と、前記第1浮動接
    地点と前記第2浮動接地点との間に接続された第
    2インピーダンス素子とより成る生体情報信号採
    取装置。
JP1979122957U 1978-09-07 1979-09-05 Expired JPS6217044Y2 (ja)

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JPS5540899U JPS5540899U (ja) 1980-03-15
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