RU2148377C1 - Multichannel biopotential amplifier - Google Patents
Multichannel biopotential amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2148377C1 RU2148377C1 RU99117432/14A RU99117432A RU2148377C1 RU 2148377 C1 RU2148377 C1 RU 2148377C1 RU 99117432/14 A RU99117432/14 A RU 99117432/14A RU 99117432 A RU99117432 A RU 99117432A RU 2148377 C1 RU2148377 C1 RU 2148377C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ninth
- amplifier
- biopotentials
- electrodes
- output
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в устройствах для регистрации и автоматической обработки биоэлектрических сигналов. The invention relates to medical equipment and can be used in devices for registration and automatic processing of bioelectric signals.
Многоканальный усилитель биопотенциалов входит в состав многих устройств для оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы (см., например, [1]), обеспечивая съем потенциалов, необходимых для формирования общепринятых отведений электрокардиограмм (ЭКГ). Надежность и качество съема биопотенциалов в значительной степени определят технические и эксплуатационные характеристики диагностической аппаратуры. A multi-channel biopotential amplifier is part of many devices for assessing the functional state of the cardiovascular system (see, for example, [1]), providing removal of potentials necessary for the formation of generally accepted leads of electrocardiograms (ECG). The reliability and quality of removal of biopotentials will largely determine the technical and operational characteristics of diagnostic equipment.
Известен многоканальный усилитель биопотенциалов, описанный в работе [2] . Этот усилитель содержит электроды для съема биопотенциалов с грудной клетки пациента, электроды для съема биопотенциалов с конечностей пациента и двенадцать инструментальных усилителей. Known multichannel amplifier biopotentials described in [2]. This amplifier contains electrodes for removing biopotentials from the patient’s chest, electrodes for removing biopotentials from the patient’s limbs, and twelve instrumental amplifiers.
Многоканальный усилитель [2] обеспечивает съем потенциалов электрокардиограмм (ЭКГ), которые используются для формирования двенадцати общепринятых отведений ЭКГ. A multichannel amplifier [2] provides the removal of potentials of electrocardiograms (ECG), which are used to form twelve generally accepted ECG leads.
Его недостатком является отсутствие анализа качества установки электродов и работоспособности каналов усиления сигналов, снимаемых с тела пациента. Its disadvantage is the lack of analysis of the installation quality of the electrodes and the operability of the amplification channels of the signals taken from the patient's body.
Известен многоканальный усилитель биопотенциалов, являющийся по технической сущности наиболее близким к предлагаемому [3]. Known multi-channel biopotential amplifier, which is the technical essence of the closest to the proposed [3].
Многоканальный усилитель-прототип содержит электроды для снятия биопотенциалов, мультиплексор, блок управления мультиплексором, дифференциальный усилитель, модулятор, блок гальванической развязки, усилитель модулированного сигнала, генератор тактовых импульсов, демультиплексор, блок управления демультиплексором, блок анализа, блок индикации, блоки демодуляции, блок весовых цепей, блоки полосовых фильтров и блок логической обработки. Изобретение [3] позволяет использовать устройство для съема как биполярных, так и униполярных электрокардиографических отведений, обеспечивает повышение чувствительности и контроля к нарушениям контакта между кожей пациента и электродами для снятия биопотенциалов, а также локализацию и индикацию места нарушения контакта. The multi-channel prototype amplifier contains electrodes for removing biopotentials, a multiplexer, a multiplexer control unit, a differential amplifier, a modulator, a galvanic isolation unit, a modulated signal amplifier, a clock pulse generator, a demultiplexer, a demultiplexer control unit, an analysis unit, an indication unit, demodulation units, a weight unit circuits, bandpass filter blocks and logic processing block. The invention [3] allows the use of a device for removing both bipolar and unipolar electrocardiographic leads, provides increased sensitivity and control to disturbances in contact between the patient’s skin and electrodes to remove biopotentials, as well as localization and indication of the place of contact failure.
Недостатком многоканального усилителя-прототипа является его сложность, что ограничивает применение усилителя особенно в компактных приборах с малым потреблением тока. The disadvantage of the multi-channel prototype amplifier is its complexity, which limits the use of the amplifier, especially in compact devices with low current consumption.
Задачей изобретения является упрощение многоканального усилителя биопотенциалов. The objective of the invention is to simplify the multi-channel amplifier biopotentials.
Указанная задача решается тем, что в многоканальный усилитель биопотенциалов, содержащий электроды для съема биопотенциалов, блок анализа и блок индикации, введены девять операционных усилителей, десять резистивных делителей напряжения и формирователь тестовых импульсов частотой (8-12) Гц, при этом резистивные делители с первого по восьмой включены между выходами соответственно с первого по восьмой операционных усилителей и выходом девятого операционного усилителя, выходы резистивных делителей напряжения с первого по восьмой соединены с инвертирующими входами соответственно с первого по восьмой операционных усилителей, девятый резистивный делитель напряжения включен между выходом девятого операционного усилителя и выходом десятого резистивного делителя напряжения, подключенного к выходу формирователя тестовых импульсов частотой (8-12) Гц, выход девятого делителя напряжения соединен с инвертирующим входом девятого операционного усилителя, неинвертирующие входы операционных усилителей с первого по восьмой соединены соответственно с первого по восьмой электродами для снятия биопотенциалов, неинвертирующий вход девятого операционного усилителя соединен с девятым электродом для снятия биопотенциалов с левой ноги пациента, выходы операционных усилителей с первого по восьмой соединены соответственно с первого по восьмой входами блока анализа, выход которого соединен с входом блока индикации, сопротивления резисторов резистивных делителей напряжения удовлетворяют условию
где R11, . .., R110 - сопротивления первого резистора резистивных делителей напряжения с первого по десятый, соответственно, R21,..., R210 - сопротивления второго резистора резистивных делителей напряжения с первого по десятый, соответственно.This problem is solved by the fact that nine operational amplifiers, ten resistive voltage dividers and a test pulse shaper with a frequency of (8-12) Hz are introduced into a multichannel biopotential amplifier, containing electrodes for biopotential removal, an analysis unit and an indication unit, while the resistive dividers from the first on the eighth are connected between the outputs from the first to eighth operational amplifiers and the output of the ninth operational amplifier, the outputs of the resistive voltage dividers from the first to eighth are connected s with inverting inputs respectively from the first to eighth operational amplifiers, the ninth resistive voltage divider is connected between the output of the ninth operational amplifier and the output of the tenth resistive voltage divider connected to the output of the test pulse shaper with a frequency of (8-12) Hz, the output of the ninth voltage divider is connected to the inverting the input of the ninth operational amplifier, non-inverting inputs of operational amplifiers from the first to the eighth are connected respectively from the first to the eighth electrode and to remove biopotentials, the non-inverting input of the ninth operational amplifier is connected to the ninth electrode to remove biopotentials from the patient’s left foot, the outputs of the operational amplifiers from the first to eighth are connected respectively to the first to eighth inputs of the analysis unit, the output of which is connected to the input of the display unit, the resistance of the resistive resistors voltage dividers satisfy the condition
where R1 1 ,. .., R1 10 - resistance of the first resistor of resistive voltage dividers from the first to tenth, respectively, R2 1 , ..., R2 10 - resistance of the second resistor of resistive voltage dividers from the first to tenth, respectively.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема многоканального усилителя биопотенциалов. The invention is illustrated by the drawing, which shows a functional diagram of a multi-channel amplifier of biopotentials.
На фиг 1,2 обозначены:
1,..., 9 - электроды для съема биопотенциалов,
10,..., 18 - операционные усилители,
19,..., 28 - резистивные делители напряжения,
29, . . ., 38 - первые резисторы резистивных делителей 19,..., 28, соответственно,
39, . . ., 48 - вторые резисторы резистивных делителей 19,..., 28, соответственно,
49 - формирователь тестовых импульсов,
50 - блок анализа,
51 - блок индикации,
52 - электрод нулевого потенциала,
53 - грудная клетка пациента,
54 - правая верхняя конечность,
55 - левая верхняя конечность,
56 - правая нижняя конечность,
57 - правая нижняя конечность.In Fig 1,2 are indicated:
1, ..., 9 - electrodes for removing biopotentials,
10, ..., 18 - operational amplifiers,
19, ..., 28 - resistive voltage dividers,
29,. . ., 38 - the first resistors of resistive dividers 19, ..., 28, respectively,
39,. . ., 48 - second resistors of resistive dividers 19, ..., 28, respectively,
49 - shaper test pulses,
50 - analysis unit,
51 - display unit,
52 - electrode of zero potential,
53 - chest of the patient,
54 - right upper limb,
55 - left upper limb,
56 - right lower limb,
57 - right lower limb.
Многоканальный усилитель биопотенциалов содержит электроды 1-9 для съема биопотенциалов с грудной клетки и конечностей пациента, подключенные к неинвертирующим входам операционных усилителей 10-18. Электроды 1-9 имеют обычную конструкцию электродов, применяемых в электрокардиографам. Операционные усилители 10-18 должны иметь достаточно высокое входное сопротивление и небольшие входные токи. В качестве операционных усилителей могут использованы, например, операционные усилители серии К544УД1. Неинвертирующие входы операционных усилителей 10-18 могут соединяться с электродами 1-8 непосредственно или через входные цепи, выполняющие роль элементов защиты операционных усилителей, через фильтрующие цепочки и тому подобные элементы. A multi-channel biopotential amplifier contains electrodes 1-9 for removing biopotentials from the chest and limbs of a patient, connected to non-inverting inputs of operational amplifiers 10-18. Electrodes 1-9 have the usual design of electrodes used in electrocardiographs. Operational amplifiers 10-18 should have a sufficiently high input impedance and small input currents. As operational amplifiers, for example, operational amplifiers of the K544UD1 series can be used. Non-inverting inputs of operational amplifiers 10-18 can be connected to electrodes 1-8 directly or through input circuits acting as protection elements for operational amplifiers, through filter chains and the like.
Операционные усилители 10-18 охвачены отрицательной обратной связью по напряжению с помощью резистивных делителей 19-28. Делители 19-26 включены между выходами операционных усилителей 10-17 и выходом операционного усилителя 18. Операционный усилитель 18 охвачен отрицательной обратной связью по напряжению с помощью резистивного делителя 27 и резистивного делителя 28. Резистивный делитель 27 включен между выходом операционного усилителя 18 и выходом резистивного делителя 28. Резистивные делители 19-28 выполнены на резисторах 29-48. Сопротивление резисторов 29,..., 38 составляет R11,..., R110, соответственно. Сопротивление резисторов 39-48 составляет R21,..., R210 соответственно. При этом для значений сопротивлений резисторов 29-48 должно выполняться условие (1). Абсолютные значения сопротивлений резисторов 29-48 могут находиться в широком диапазоне. Обычно значения сопротивлений резисторов 29-48 выбирают в пределах от единиц до сотен килоом.Operational amplifiers 10-18 are covered by negative voltage feedback using resistive dividers 19-28. Dividers 19-26 are connected between the outputs of the operational amplifiers 10-17 and the output of the operational amplifier 18. The operational amplifier 18 is covered by negative voltage feedback using a resistive divider 27 and a resistive divider 28. A resistive divider 27 is connected between the output of the operational amplifier 18 and the output of the resistive divider 28. Resistive dividers 19-28 are made on resistors 29-48. The resistance of the resistors 29, ..., 38 is R1 1 , ..., R1 10 , respectively. The resistance of the resistors 39-48 is R2 1 , ..., R2 10, respectively. In this case, for the values of the resistances of the resistors 29-48, condition (1) must be satisfied. The absolute values of the resistances of the resistors 29-48 can be in a wide range. Typically, the resistance values of the resistors 29-48 are selected in the range from units to hundreds of kilo-ohms.
К входу делителя 28 подключен формирователь 49 тестовых импульсов частотой (8-12) Гц, который может быть выполнен по любой известной схеме импульсного генератора или делителя частоты генератора тактовых импульсов цифровых устройств, совместно с которыми работает многоканальный усилитель биопотенциалов. A shaper 49 of test pulses with a frequency of (8-12) Hz is connected to the input of the divider 28, which can be performed according to any known circuit of a pulse generator or a frequency divider of a clock pulse generator of digital devices, together with which a multi-channel biopotential amplifier works.
Выходы операционных усилителей 10-17 подключены к соответствующим входам блока 50 анализа. Блок 50 может быть выполнен по различным схемам. Например, в каждом канале блок 50 анализа может содержать последовательно соединенные полосовой фильтр, усилитель напряжения переменного тока, детектор и двухпороговый компаратор, сигнал на выходе которого появляется при выходе за пределы допуска сигнала на его входе. The outputs of the operational amplifiers 10-17 are connected to the corresponding inputs of the analysis unit 50. Block 50 can be made in various ways. For example, in each channel, the analysis unit 50 may comprise a series-connected bandpass filter, an AC voltage amplifier, a detector, and a two-threshold comparator, the signal at the output of which appears when the signal is out of tolerance at its input.
При цифровом построении устройств обработки сигналов блок 50 анализа может быть выполнен, например, в виде последовательно соединенного коммутатора, входы которого являются входами блока 50 анализа, аналого-цифрового преобразователя и вычислителя, анализирующего параметры сигналов на выходах операционных усилителей 10-17 и сравнивающего их с заданными значениями. In the digital construction of signal processing devices, the analysis unit 50 can be performed, for example, in the form of a series-connected switch, the inputs of which are the inputs of the analysis unit 50, an analog-to-digital converter, and a computer that analyzes the parameters of the signals at the outputs of operational amplifiers 10-17 and compares them with setpoints.
Одноканальный или многоканальный выход блока 50 анализа подключен к входу блока 51 индикации, который может быть выполнен в виде табло, монитора персонального компьютера и т.п. A single-channel or multi-channel output of the analysis unit 50 is connected to the input of the display unit 51, which can be made in the form of a display panel, a personal computer monitor, etc.
Предлагаемый многоканальный усилитель биопотенциалов работает следующим образом. The proposed multi-channel biopotential amplifier works as follows.
Электроды 1 и 2 (электроды R и L) устанавливают соответственно на правой и левой верхних конечностях 54 и 55 пациента. Электроды 3-8 (электроды C1-C6) устанавливают на грудной клетке 53 пациента. Электрод 9 (электрод F) устанавливают на левой нижней конечности 57 пациента, а электрод 52 (электрод N), соединенный с шиной нулевого потенциала, - на правой нижней конечности 56 пациента. Electrodes 1 and 2 (electrodes R and L) are installed respectively on the right and left
Сигналы, снимаемые с электродов 1-8, поступают на входы операционных усилителей 10-17. Сигнал, снимаемый с электрода 9, поступает на вход операционного усилителя 10 и после усиления используется для компенсации синфазной аддитивной помехи, действующей на всех электродах. Одинаковое усиление всех биопотенциалов и компенсация помехи достигается благодаря выполнению условия (1). Усиленные операционными усилителями 10-17 сигналы используют для формирования общепринятых отведений, необходимых для снятия электрокардиограмм. The signals taken from the electrodes 1-8 are fed to the inputs of operational amplifiers 10-17. The signal taken from the
При проведении контроля одновременно с усилением полезных сигналов на выходе операционных усилителей 10-17 формируются тестовые сигналы, поступающие через операционный усилитель 18 от формирователя 49. Если все электроды 1-9 наложены правильно, электрические соединения исправны, а операционные усилители 10-18 работают нормально, на выходах усилителей 10-17 тестовые сигналы имеют заданное значения. Блок 50 анализа формируют сигнал исправности, который поступает на блок 51 индикации. When monitoring simultaneously with the amplification of the useful signals, the output of the operational amplifiers 10-17 generates test signals coming through the operational amplifier 18 from the shaper 49. If all the electrodes 1-9 are applied correctly, the electrical connections are working, and the operational amplifiers 10-18 work fine, at the outputs of amplifiers 10-17 test signals have a predetermined value. The analysis unit 50 generates a health signal, which is supplied to the indication unit 51.
В случае, если хотя бы один из электродов 1-9 наложен неправильно, неисправно хотя бы одно электрическое соединение или один из операционных усилителей 10-18, сигнал на выходе одного или нескольких операционных усилителей 10-17 не будет соответствовать норме, блок 50 зафиксирует неисправность и передаст соответствующий сигнал на индикатор 51, который отобразится на нем и заблокирует недостоверное измерение электрокардиограммы. После устранения неисправности блок 50 анализа выявит соответствие норме параметров многоканального усилителя биопотенциалов. In the event that at least one of the electrodes 1-9 is incorrectly superimposed, at least one electrical connection or one of the operational amplifiers 10-18 is faulty, the signal at the output of one or more operational amplifiers 10-17 will not correspond to the norm, block 50 will fix the malfunction and will transmit the corresponding signal to the indicator 51, which will be displayed on it and will block the false measurement of the electrocardiogram. After eliminating the malfunction, the analysis unit 50 will reveal compliance with the norm of the parameters of the multi-channel biopotential amplifier.
Таким образом, в предлагаемом усилителе биопотенциалов обеспечивается возможность простыми средствами обеспечить автоматический контроль работоспособности. Thus, in the proposed biopotential amplifier, it is possible by simple means to provide automatic monitoring of performance.
Промышленная применимость изобретения определяется тем, что многоканальный усилитель может быть изготовлен на основании приведенного описания и чертежей и использован в устройствах для регистрации и автоматической обработки биоэлектрических сигналов. Industrial applicability of the invention is determined by the fact that a multi-channel amplifier can be made on the basis of the above description and drawings and used in devices for recording and automatic processing of bioelectric signals.
Источники информации
1. Свидетельство РФ N 8583 на ПМ, МПК A 61 В 5/02, опубл. 16.12.98 г.Sources of information
1. RF Certificate N 8583 for PM, IPC A 61
2. Mike Curtin. Sigma-delta techniques reduce hardware count and power consumption in biomedical analog front ends. Analog dialoge 28-2, 1994, pp. 6-7. 2. Mike Curtin. Sigma-delta techniques reduce hardware count and power consumption in biomedical analog front ends. Analog dialoge 28-2, 1994, pp. 6-7.
3. Свидетельство СССР N 1821136 на изобретение, A 61 B 5/05, опубл. 15.06.93 г. (прототип). 3. USSR Certificate N 1821136 for invention, A 61
Claims (1)
где R11, ..., R110 - сопротивления первого резистора резистивных делителей напряжения с первого по десятый соотвественно;
R21, . .., R210 - сопротивления второго резистора резистивных делителей напряжения с первого по десятый соответственно.A multi-channel biopotential amplifier containing electrodes for removing biopotentials, an analysis unit and an indication unit, characterized in that it contains nine operational amplifiers, ten resistive voltage dividers and a shaper, test pulses with a frequency of 8 - 12 Hz, while resistive dividers from first to eighth are connected between the outputs from the first to eighth operational amplifiers and the output of the ninth operational amplifier, respectively, the outputs of the resistive voltage dividers from the first to eighth are connected to with the rotating inputs from the first to the eighth operational amplifiers, the ninth resistive voltage divider is connected between the output of the ninth operational amplifier and the output of the tenth resistive voltage divider connected to the output of the test pulse generator with a frequency of 8 - 12 Hz, the output of the ninth voltage divider is connected to the inverting input of the ninth operational amplifier , non-inverting inputs of operational amplifiers from the first to the eighth are connected respectively with the first to eighth electrodes for biopotentials, the non-inverting input of the ninth operational amplifier is connected to the ninth electrode to remove biopotentials from the patient’s left foot, the outputs of the operational amplifiers from first to eighth are connected respectively from the first to eighth inputs of the analysis unit, the output of which is connected to the input of the display unit, the resistance of resistors of resistive voltage dividers satisfy the condition
where R1 1 , ..., R1 10 - resistance of the first resistor of resistive voltage dividers from first to tenth, respectively;
R2 1 ,. .., R2 10 - resistance of the second resistor of resistive voltage dividers from first to tenth, respectively.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99117432/14A RU2148377C1 (en) | 1999-08-13 | 1999-08-13 | Multichannel biopotential amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99117432/14A RU2148377C1 (en) | 1999-08-13 | 1999-08-13 | Multichannel biopotential amplifier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2148377C1 true RU2148377C1 (en) | 2000-05-10 |
Family
ID=20223764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99117432/14A RU2148377C1 (en) | 1999-08-13 | 1999-08-13 | Multichannel biopotential amplifier |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2148377C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU174958U1 (en) * | 2017-04-12 | 2017-11-13 | Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Элитроника" | Biopotential Amplifier with Electrode Break Diagnostics |
-
1999
- 1999-08-13 RU RU99117432/14A patent/RU2148377C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU174958U1 (en) * | 2017-04-12 | 2017-11-13 | Общество с ограниченной ответственностью (ООО) "Элитроника" | Biopotential Amplifier with Electrode Break Diagnostics |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2086403B1 (en) | Ecg electrode contact quality measurement system | |
| US6597942B1 (en) | Electrocardiograph leads-off indicator | |
| US7340294B2 (en) | Impedance measurement apparatus for assessment of biomedical electrode interface quality | |
| US8089283B2 (en) | Apparatus and method for high-speed determination of bioelectric electrode impedances | |
| US5231990A (en) | Application specific integrated circuit for physiological monitoring | |
| Thakor et al. | Ground-free ECG recording with two electrodes | |
| Spach et al. | Skin-electrode impedance and its effect on recording cardiac potentials | |
| JPH1028680A (en) | Device for monitoring measuring electrode and neutral electrode and lead wires therefor | |
| FI110158B (en) | Monitoring electrical properties of a patient | |
| JP4063349B2 (en) | Cardiac monitoring system and method | |
| JP2019181199A (en) | Routing of analog signals using analog to digital conversion followed by digital to analog conversion | |
| RU2148377C1 (en) | Multichannel biopotential amplifier | |
| RU11988U1 (en) | MULTI-CHANNEL BIO-POTENTIAL AMPLIFIER | |
| RU174958U1 (en) | Biopotential Amplifier with Electrode Break Diagnostics | |
| Díaz-Suárez et al. | Development an active electrodes system for acquisition and wireless transmission of electrocardiography signal lead II | |
| DE10353971B4 (en) | Bio-signal measurement system | |
| DE10353970B4 (en) | Bio-signal measurement system | |
| Ganesan et al. | Real time ECG monitoring system using raspberry Pi | |
| RU2138982C1 (en) | Device for evaluating functional state of the cardiovascular system | |
| RU8583U1 (en) | DEVICE FOR ASSESSING THE FUNCTIONAL CONDITION OF THE CARDIOVASCULAR SYSTEM "CARDIOMETER" | |
| CN219480087U (en) | Multichannel respiration measurement circuit, chip and medical equipment | |
| RU174556U1 (en) | Biopotential Amplifier for Multichannel Electrocardiography | |
| RU2199945C2 (en) | Device for building cardiac rhythmogram | |
| Goranov et al. | Optimization of ECG Registration Module for PC | |
| Gibiński et al. | Assesment of low-frequency response of ECG recorders in relation to international requirements |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20060621 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20110421 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170814 |