Усилитель биоэлектрических потенциалов Советский патент 1979 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для измерения биоэлектрических потенциалов, в частности потенциалов биоэлектрической активности сердца, при условии электрической изоляции пациента от заземления и токонесущих цепей электрографических приборов. Известен усилитель биоэлектрических потенциалов, содержащий пред варительный усилитель, соединенный с электродами, разделительные транс форматоры, через которые предварительный усилитель подключен к источ нику питающего напряжения и выходному усилителю, и экранирующие оболочки, одна из которых предназначена для соединения посредством электрода с биологическим объек том и охватывает предварительный усилитель совместно с подключен«ыми к нему обмотками разделительных трансформаторов., другая подключена к шине нулевого потенциала выходно усилителя и охватывает обмотки раз делительных трансформаторов, подклю ченные к источнику питающего напря жения и выходному усилителю 1. Однако в известном устройстве на входах предварительного усилителя имеются помехи, вызванных изменением положения биологического объакта, смещением проводов кабеля отведений относительно экранирующей оболочки и изменением положения предварительного усилителя. Цель изобретения - уменьшение помех за счет гальванической развязки входных цепей. Это достигается тем, что усилитель биоэлектрических потенциашов дополнительно имеет экранирующую оболочку, которая соединена с шиной нулевого потенциала предварительного усилителя и охватывает обмотки разделительHtux трансформаторов, подключенные к предварительному усилителю. На чертеже изображена функциональная схема усилителя. Усилитель биоэлектрических потгенциалов содержит предварительный усилитель 1, подключенный к биологическому объекту 2 посредством злектродов 3 4 разделительные трансформаторы 5, б, через которые предварительный усилитель 1 подключен к источнику 7 питаю чего напряжения

И выходному усилителю 8,- экранирующую оболочку 9/ соединенную посредством электрода 10 с объектом 2 и охватывающую предварительный усилитель 1 совместно с подключенными оболочками 11, 12 разделительных трансформаторов 5, б, две дополнительные экранирующие оболочки 13 14,.одна из которых соединена с шиной 15 нулевого потенциала предварительного усилителя 1 и охватывает обмотки 11. 12, а другая соединена с шиной 16 нулевого потенциала выходного усилителя 8 и охватывает обмотки 17, 18, подключенные к источнику 7 питающего напряжения и выходному усилителю В, шина 16 нулевого потенциала которого через паразитную емкость 19 связана с объектом 2 и через паразитную емкость 2 с экранирукацей оболочкой 9, котора в свою очередь связана паразитными емкостями 21 и 22 кабеля отведений со входами 23, 24 предварительного усилителя 1, паразитной емкостью

25с шиной 15 нулевого потенциала усилителя 1 и паразитными емкостям

26- 33, с обмотками 11, 12, 17, 18 разделительных трансформаторов 5, 6.

Напряжение биоэлектрических потциалов, снимаемое с биологического объекта 2 через переходные сопротивления активных- электродов 3, 4, прикладывается квходам 23, 24 усилителя 1, усиливается и модулирует колебания несущей частоты. Колебан через разделительный трансформатор 6 поступают на выходной усилитель 8, в котором демодулируются, а полезный .сигнал дополнительно усиливается.

Питающее напряжение в виде колебаний несущей частоты поступает от источника 7 питающего напряжения, например генератора, через разделительный трансформатор 5 на предварительный усилитель 1, в котором выпрямляется и используется для питания усилителя 1.

Наряду с полезным сигналом на входы 23, 24 предварительного усилителя 1 поступают сигналы помех.

Источником помех общего вида является напряжение частоты 50 Гц, приложенное между объектом 2 и шиной 16 нулевого потенциала. Экранирукадая оболочка 9 значительно уменьшает влияние помехи общего вида.

Источниками помех являются напряжения несущей частоты, присутствующие на обмотках разделительных трансформаторов. Ток:и помех от напряжений на обмотках 17, 18 протекают по цепи: паразитные емкости 30 - 33, переходное сопротивление электрода 10, паразитная емкость 19- объекта 2, шина16 нулевого потенциала. Токи приводят

к появлению на переходном сопротивлении электрода 10 напряжения. Данное напряжение является напряжением помехи общего вида. Поскольку напряжение помехи является сигналом несущей частоты, т. е. частоты, лежащей выше полосы пропускания усилителя, напряжение помехи в сигнале на выходе усилителя отсутствует. Тем не менее изменения напряжения помехи лежат в полосе пропускания усилителя и проходят на его выход, искажая полезный сигнал. Изменения напряжения могут вызываться изменениями переходных сопротивлений электродов 3 и 4, паразитных емкостей 21, 22, сопровождающих движения объекта 2 и смещения кабеля отведений, или изменениями паразитных емкостей 19, 20, сопровождающих изменения местоположения объекта 2 и предварительного усилителя 1. Экранирующая оболочка 14 значительно уменьшает влияние напряжения на обмотках 17, 18. Она более, чем в 100 раз, уменьшает емкости- 30 и 32, приводит тем самым к резкому уменьшению токов, текущих через переходное сопротивление электрода 10. Значительно уменьшается напряжение помехи.

Токи помехи от напряжений на обмотках 11, 12 протекают по цепи: паразитные емкости 26-29, переходные сопротивления электродов 10, 3, 4, сопротивления входов 23, 24 усилителя 1, а также паразитные емкости 21, 22. Токи приводят к образованию напряжения несущей частоты, приложенного между шиной 15 нулевого потенциала предварительного усилителя и объектом. Если переходные сопротивления электродов 3, 4 не равны, а это всегда имеет место, на входах 23, 24 усилителя образуется напряжение помехи нормального вида. Так как помеха является сигналом несущей частоты, напряжение помехи в сигнале на выходе предварительного усилителя отсутствует. Изменения этого напряжения, обусловленные изменениями переходных сопротивлений электродов 3, 4, 10 и паразитных емкостей, лежат в полосе пропускания усилителя и искажают полезный сигнал. Изменения могут вызываться перемещением объекта, движением кабеля отведений, изменением местоположения объекта и предварительного усилителя. Эффективным средством снижения влияния помехи является уменьшение тока помехи. Экранируквдая оболочка 13 уменьшает величины емкостей 26, 28 с (10-15) пФ до (0,05-0,01) пФ, и этим на два - три порядка снижает величину тока и, соответственно, напряжение помехи. Таким образом, введение дополнительных экранирукщих оболочек, охватывающих обмотки разделительных трансформаторов приводит к значитель ному уменьшению помех, обусловленных наличием паразитных связей между обмотками разделительных трансформаторов и экранирующей оболочкой, соединенной с биологическим объектом. Формула изобретения Усилитель биоэлектрических потенциалов , содержащий предварительный усилитель, соединенный с электр дами, разделительные трансформаторы через которые предварительный усилитель подключен к источнику питающего напряжения и выходному усилителю, и. экранирукяцие оболочки, одна из которых предназначена для соединения посредством электрода с биологическим объектом и охватывает предварительнЕЛй усилитель совместно с подключенными к неМу обмотками разделительных трансформаторов, другая подключена к шине нулевого потенциала выходного усили- еля и охватывает обмотки разделительных трансформаторов, подключенные к источнику питающего напряжения и выходному усилителю, отличающийся тем, что, с целью уменьшения помех за счет гсшьванической развязки входных цепей, он дополнительно имеет экранирующую оболочку, которая соединена с шиной нулевого потенциала предварительного усилителя и охватывает обмотки разделительных трансформаторов, подключенные к предварительному усилителю. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Электроника, США, 7, т. 46, 1972, с. 41.