Усилитель биопотенциалов

 

УСИЛИТЕЛЬ БИОПОТЕНЦИАЛОВ , содержащий дифференциальный усилитель , гальванически изолированный от земляной шины, к входам которого подключены два отводящих электрода, а выход соединен через блок гальванической развязки с оконечным,усилителем, подключенным к земляной щине, усилитель переменного тока и нулевой электрод, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости к синфазной помехе, в него введен дополнительный электрод, подключенный к выходу усилителя переменного тока, вход которого соединен с общей шиной дифференциального усилителя, к которой подключен нулевой электрод, а общая шина усилителя переменного тока соединена с земляной шиной. ос ю со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з(5д A 61 В 5/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ г+

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3530666/28-13 (22) 28.12.82 (46) 30.03.84. Бюл. № 12 (72) К. Д. Латария и В. Н. Малафеев (71) Ордена Ленина и ордена Октябрьской

Революции ленинградское производственное объединение «Красногвардеец» и Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина) (53) 615.47 (088.8) (56) 1. Патент США № 3690313, кл. А 61 В 5/04, 1972.

2. Техническое описание электрокардиографа ECG-unit 828. Фирма Siemens—

Elema. 1974.

„„SU„„1082391 A (54) (57) УСИЛИТЕЛЬ БИОПОТЕНЦИАЛОВ, содержащий дифференциальный усилитель, гальванически изолированный от земляной шины, к входам которого подключены два отводящих электрода, а выход соединен через блок гальванической развязки с оконечным, усилителем, подключенным к земляной шине, усилитель переменного тока и нулевой электрод, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости к синфазной помехе, в него введен дополнительный электрод, подключенный к выходу усилителя переменного тока, вход которого соединен с общей шиной дифференциального усилителя. к которой подключен нулевой электрод, а общая шина усилителя переменного тока соединена с земляной шиной.!

082391

Изобретение относится к медицинскому приборостроению, а именно к устройствам для усиления биопотенциала, в частности электрокардиосигнала.

При регистрации биоэлектрических сигналов широко используются усилители биопотенциалов, получающие питание от внешней электрической сети. При этом, с целью уменьшения помех, производят заз мление электропроводящей массы усилителей биопотенциалов. Чтобы исключить возможность поражения пациента электрическим током при соприкосновении с неисправным оборудованием, необходимо изолировать пациента от земли. Это осуществляется путем изолирования от земли входных каскадов усилителей биопотенциалов, имеющих непосредственный контакт с пациентом.

Известен усилитель биопотенциалов, содержащий дифференциальный усилитель, изолированный от земляной шины, к входам которого подключены отводящие электроды, а выход соединен через блок гальванической развязки с оконечным усилителем, подключенным к земляной шине, а нулевой электрод, подключенный к общей шине дифференциального усилителя (1).

Известный усилитель биопотенциалов не обладает высоким общим коэффициентом подавления синфазной помехи. Этот недостаток обусловлен тем, что при гальванической изоляции пациента от земляной шины на нем относительно земляной шины возникает высокоамплитудная синфазная помеха с частотой сети, содержащая две составляющие: синфазное напряжение дифференциального усилителя и напряжение разделения. Первая составляющая действует между пациентом и общей шиной дифференциального усилителя, а вторая составляющая — между общей шиной дифференциального усилителя и землянок шиной. Каждая из составляющих сипфазной помехи пациента вызывает искажение сигнала, регистрируемого на выходе усилителя биопотенциалов. Для увеличения общего коэффициента подавления синфазной помехи усилителя биопотенциалов обычно применяется параллельная отрицательная обратная связь по синфазному напряжению дифференциального усилителя.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является усилитель биопотенциалов, входящий в состав электрокардиографа и содержащий дифференциальный усилитель, гальванически изолированный от земляной шины, к входам которого подключены два отводяших электрода, а выход соединен через блок гальванической развязки с оконечным усилителем, подключенным к земляной шине, усилитель переменного тока и нулевой электрод. В данном усилителе биопотенциалов синфазный сигнал, выделенный в дифференциальном усигде H — коэффициент усиления в цепи обратной связи (усилителя перемен. ного тока) .

Н вЂ” общий коэффициент подавления спнфазной помехи;

К вЂ” коэффициент подавления напряжения разделения;

Pj. — коэффициент подавления синфазного напряжения дифференциального усилителя; — емкость пациента, модулирующая условия обследования;

Cp — суммарная емкость развязки усилителя биопотенциалов;

Я вЂ” сопротивление участка пациент—

45 нулевой электрод.

Ы вЂ” частота.

Таким образом, в известном усилителе биопотенциалов коэффициент подавления напряжения разделения Н„ ограничивает величину общего коэффициента подавления

5О синфазной помехи Н, которая может быть достигнута при увеличении коэффициента усиления в цепи обратной связи.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости к скнфазной помехе.

Поставленная цель достигается тем, что

55 в усилитель биопотенциалов, содержащий дифференциальный усилитель, гальванически изолированный от земляной шины, к

35 лителе, поступает с второго его выхода на вход усилителя переменного тока, а резистор, подключенный между нулевым электродом и общей шиной дифференциального усилителя, обеспечивает путь тока .мещения дифференциального усилителя j2j

Недостатком указанного усилителя биопотенциалов является низкий коэффициент подавления напряжения разделения, так как такое включение усилителя перемен10 ного тока в цепи обратной связи приводит лишь к снижению величины нанряженкя помехи, возникающего от протекания тока помехи с эквивалентного генерат „".: синфазной помехи через его выходную емкость, биообъект, нулевой электрод и суммарную паразитную емкость развязки на землю, причем эта помеха действует синфазно на входе дифференциального усклителя относительно его общей шины. В то же время величина напряжения разделения, действующего между общей шиной дифференциального усилителя и земляной шиной, остается практически неизменной и через паразитную емкость блока гальванической развязки вызывает протекание тока помехи во входную цепь оконечного усилителя. Для известного усилителя биопотенциалов

108239!

Составитель Э. Балуев

Редактор А. Мотыль Техред И. Верес Корректор О. Билак

Заказ 1603/3 Тираж 688 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная. 4 входа м которого подключены два отводящих электрода, а выход соединен через блок гальванической развязки с оконечным усилителем, подключенным к земляной шине, усилитель переменного тока и нулевой элек трод, введен дополнительный электрод, подключенный к выходу усилителя переменного тока, вход которого соединен с общей шиной дифференциального усилителя, к которой подключен нулевой электрод, а общая шина усилителя переменного тока соединена с земляной шиной.

На чертеже представлена структурная электрическая схема усилителя биопотенциалов.

Усилитель биопотенциалов содержит диф-1 ференциальный усилитель 1, гальванически изолированный от земляной шины, к входам которого подключены два отводящих электрода 2 и 3, а выход соединен через блок

4 гальва нической развязки с оконечным усилителем 5, подключенным к земляной 20 шине, усилитель 6 переменного тока, вход которого соединен с общей шиной дифференциального усилителя 1 и с нулевым электродом 7, а к его выходу подключен дополнительный электрод 8, причем общая шина усилителя 6 переменного тока соединена с земляной шиной.

Устройство работает следующим образом.

Разностный сигнал, действующий между отводящими электродами 2 и 3, поступает на вход дифференциального усилителя 30

l. его ток смещения протекает через вход дифференциального усилителя 1, отводящие электроды 2 и 3, биообъект, нулевой электрод 7 и общую шину дифференциального усилителя 1. Усиленный разностный сигнал с выхода дифференциального усилителя 35

1 поступает на вход заземленного оконечного усилителя 5 через блок 4 гальванической развязки. Оконечный усилитель 5 усиливает поступивший на его вход сигнал до требуемого уровня.

При воздействии на биообъект синфазной помехи ток помехи от эквивалентного генератора 9 синфазных помех протекает через его выходную емкость 10, биообъект, нулевой электрод 7 и суммарную паразитную емкость 11 развязки на землю. Этот 4S ток создает на сопротивлении участка биообъект — нулевой электрод 7 падение напряжения помех, приложенное синфазно к входу дифференциального усилителя 1 относительно его общей шины, и падение напряжения на суммарной паразитной емкости 1! развязки, которое для усилителя биопотенциалов является напряжением разделения, так как действует между обшеи IIIIIной дифференциального усилителя 1 и земляной шиной. Напряжение разделения Iloступает на вход усилителя 6 переменного тока, где оно усиливается и инвертируется, а затем через дополнительный электрод 8 подается на биообьект.

Таким образом, от усилителя 6 переменного тока через дополнительный электрод

8, биообъект, нулевой электрод 7 и суммарную паразитную емкость 11 развязки на землю протекает ток, противоположно направленный току помехи. Это приводит как к снижению напряжения, действующего синфазно на входе дифференциального усилителя 1 относительно его общей шины, которое далее подавляется дифференциальным усилителем 1, так и к сннжеIIèlo напряжения разделения, благодаря чему через паразитную емкость !2 блока 4 гальв-li;H Ii.ской развязки протекает меньший ток во входи к. цепь оконечного усилителя 5, чем в извесгном усилителе биопотенциалов.

Для предлагаемого усилителя биопотенциалов

Н.. „(Н, )В .НЛ1 (2)

Свых где С, —, выходная емкость усилителя 6 пе6 ременного тока.

Из сравнения выражений (1) и (2) видно, что наибольший общий коэффициент подавления синфазной помехи можно получить при помощи предлагаемого усилителя биопотенциалов, так как в выражение (2) коэффициент усиления К усилителя 6 переменного тока стоит за круглыми скобками, что дает возможность путем увеличения коэффициента усиления К увеличивать общий коэффициент подавления синфазной помехи Но вне зависимости от величины коэффициента подавления напряжения разделения Нр.

Использование предлагаемого усилителя биопотенциалов позволит повысить качество регистрации биопотенциалов и снизить затраты времени на предварительную подготовку электродов и кожи, обычно проводимую для снижения помехи от сети, что особенно важно при массовых обследованиях населения. В таком усилителе биопотенциалов проходные емкости отводящих проводов на землю также играют меньшую роль, чем в известных устройствах, поэтому уменьшаются требования к экранировке кабеля пациента и снижаются ограничения на длину кабеля пациента.