DE2813764B2

DE2813764B2 - Elektromedizinisches Gerät zur Abnahme und Verarbeitung von elektrischen physiologischen Signalen

Info

Publication number: DE2813764B2
Application number: DE2813764A
Authority: DE
Inventors: Manfred Ing.(Grad.) Welker; Herbert Dipl.-Ing. Wolf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-03-30
Filing date: 1978-03-30
Publication date: 1980-10-30
Also published as: EP0004625B1; DE2813764A1; US4245650A; AT371990B; DK123179A; EP0004625A1; DE2813764C3; CA1110711A; ATA230279A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektromedizinisches Gerät zur Abnahme und Verarbeitung von elektrischen physiologischen Signalen, die in einer Mehrzahl von Eingangskanälen einer ersten Geräteeinheit auf der Patientenseite anfallen und von dort mittels einer Multiplexereinheit nach dem Zeitmultiplex-Prinzip zeitverschachtelt über eine galvanisch trennende Koppelstelle zu einer Demultiplexereinheit einer mit entsprechender Zahl von Ausgangskanälen übertragen werden.

Bei elektromedizinischen Geräten dieser Art, wo also Signale von mehreren Eingangskanälen einer ersten Geräteeinheit galvanisch entkoppelt zu mehreren Ausgangskanälen in einer zweiten Geräteeinheit übertragen werden sollen, besteht das Problem, daß für jeden der Kanäle eine galvanische Trennung vorgesehen werden muß. Zur Vermeidung eines unerwünscht

ίο hohen Aufwandes an separaten Koppelstellen mit jeweils zugehöriger Signalverarbeitungselektronik wird in der allgemeinen Technik das Zeitmultiplex-Prinzip verwendet Beispielsweise ist aus der DE-OS 24 55 517 eine Schaltungsanordnung zur zeitlichen Parallel/Serien-LJmwandlung elektrischer Signale vorbekannt. In der Medizintechnik werden solche Multiplexersysteme vorzugsweise zur Signalübertragung gleichzeitig anfallender physiologischer Meßgrößen von einem Patienten zu einem Signalverarbeitungsgerät verwendet Die Signalübertragung kann dabei beispielsweise telemetiisch, also drahtlos, vom freibeweglichen Sendeobjekt zu einem ortsfesten Empfangsgerät erfolgen. Speziell die Empfangseinrichtung einer Zeitmultiplex-Übertragungsanordnung zur zeitverschachtelten Signalübertragung ist weiterhin aus der DE-OS 26 31 730 bekannt Bei dieser Einrichtung ist zwischen der empfangsseitigen Schalteranordnung und der Auswerteanordnung eine analoge Zwischenspeicheranordnung vorhanden, wobei spezieile elektronische Mittel zur Synchronsteuerung

von Sende- und Empfangsseite bei der Übertragung der Signale vorgesehen sind.

Bei elektromedizinischen Geräten der eingangs genannten Art tritt nun das Problem auf, die in einer Mehrzahl von Eingangskanälen anfallenden Signale von einer ersten patientenseitig floatenden Geräteeinheit zu einer zweiten Geräteeinheit zwecks Weiterverarbeitung der Signale zu übertragen. Hierzu sind einerseits die Übertragungsstellen galvanisch zu entkoppeln, andererseits soll aber der Patientenableitstrom so gering wie möglich sein; Nebenbedingung ist eine exakte Signalübertragung zur genauen Auswertung der physiologischen Signale, beispielsweise eines Elektrokardiogramms. Es besteht also die Aufgabe, das gesamte Übertragungssystem mit einem Minimum an Ansteueraufwand aufzubauen.

Die Aufgabe wird bei einem Gerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Multiplexereinheit der ersten Geräteeinheit und Demultiplexereinheit der zweiten Geräteeinheit in Serie ein Pulsamplitudenmodulator eingeschaltet ist, so daß die entkoppelte Signalübertragung im Zeitmultiplex-Prinzip in Verbindung speziell mit Pulsamplitudenmodulation erfolgt, wobei ein zentraler Oszillator vorhanden ist, dessen Zeittakt neben der Kanalanwahl für Multiplexereinheit und Demultiplexereinheit die Amplitudenmodulation des Signals im angewählten Eingangskanal bewirkt, und wobei zur Synchronsteuerung der Multiplexereinheit in der ersten Geräteeinheit und der Demultiplexereinheit in der zweiten Geräteeinheit ein zusätzlicher Synchronisationskanal zugeordnet ist.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es also vorteilhaft möglich, bei elektromedizinischen Geräten Zeitmultiplex in Verbindung mit Pulsamplitudenmodulation einzusetzen. Bei vom Stand der Technik bekannten Geräten wurde bisher dagegen immer Frequenzmodulation zur Signalübertragung vorgenommen, wofür jedoch ein vergleichsweise großer tcchni-

scher Aufwand nötig war. Demgegenüber ist bei vorliegender Erfindung der technische Aufwand äußerst gering gehalten. In vorzugsweiser Weiterbildung der Erfindung ist der Oszillator ein einziger Leistungsoszillator in der zweiten Geräteeinheit, der gleichzeitig über eine weitere galvanisch trennende Koppelstelle zur Spannungsversorgung der ersten, elektrisch floatenden Geräteeinheit dient Dabei kann ein Optokoppler als weitere galvanisch trennende Koppelstelle zur Synchronsteuerung von Multiplexereinheit in der ersten Geräteeinheit und Demultiplexereinheit in der zweiten Geräteeinheit zur Übertragung von Synchronimpulsen dienen.

Insgesamt ergibt sich also ein einfach aufgebautes Übertragungssystem für die in mehreren Eingangskanälen nebeneinander anfallenden physiologischen Signale. Jn einfachster Realisierung kann dabei der Zeittakt für die Anwahl der Signalkanäle in der M"ltiplexer- und Demultiplexereinheit zugleich die Amplitudenmodulation des Signals im angewählten Eingangskanal bewirken. Die aufwendige Frequenzmodulation ist also umgangen. Der Pulsamplitudenmodulator kann auch unmittelbar in der Schalteinheit des Multiplexers integriert sein.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den übrigen Unteransprüchen. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Prinzipschaltbild,

Fig.2 ein Impulsdiagramm der wesentlichsten, im Prinzipschaltbild der F i g. 1 auftretenden Signale.

In der F i g. 1 sind mit G1 eine erste Geräteeinheit auf der Patientenseite und mit G 2 eine zweite Geräteeinheit auf der Weiterverarbeitungsseite bezeichnet. An der Nahtstelle zwischen den beiden Geräteeinheiten G 1 und G 2 befinden sich drei galvanisch trennende Koppelstellen. Die erste Koppelstelle ist ein induktiver Leistungsübertrager 1, die zweite Koppelstelle ein induktiver Signalübertrager 2 und die dritte Koppelstelle ein Optokoppler 3.

An der Primärseite des Leistungsübertragers 1 ist ein Leistungsoszillator 8 mit einer Oszillatorfrequenz von etwa /«50 kHz angeschaltet. Sekundärseitig liegt am Übertrager 1 eine Stromversorgungseinheit 9. Von beiden Seiten des Übertragers 1 wird je ein Signal abgenommen und auf eine Taktaufbereitungsschaltung 10 bzw. 11 gegeben. In der Taktaufbereitungsschaltung 10 wird aus der Oszillatorfrequenz f ein Zähltakt für einen nachgeschalteten Binärzähler 12 mit einem Zählbereich von 0 bis η gewonnen. Mittels eines nachgeschalteten Decodierers 13 wird jeweils der binäre Zählerstand des Zählers 12 in einen eins aus η-Code umgewandelt. In entsprechender Weise wird der mit der Taktaufbereitungsschaltuiig 11 gewonnene Zähltakt auf einen Binärzähler 14 gegeben und mittels Decodierer 15 in einen eins aus n-Code umgewandelt. Zur Synchronisierung der beiden Zähler 12 und 14 in den beiden Geräteeinheiten GX und G 2 dient der Optokoppler 3. Dieser umfaßt eine Leuchtdiode 4, die über eine Treiberschaltung 5 aktivierbar ist Er umfaßt ferner ein auf die Leuchtdiode 4 abgestimmtes Fotoelement 6, beispielsweise Fototransistor oder Fotodiode, mit zugehöriger Empfangsschaltung 7. Vom Decodierer 13 wird die Treiberstufe 5 obr Leuchtdiode 4 aktiviert Das in der Empfangsschaltung 7 empfangene Signal wird auf den Binärzähler 14 übertragen. Dieser

ίο wird damit auf denselben Zählerstand wie beim Zähler 12 gesetzt Dadurch ist erreicht, daß die Zähler 12 und 14 exakt synchron zählen.

Zur eigentlichen Signalübertragung dient der Signalübertrager 2 mit der eingangsseitigen Zeitmultiplexereinheit 16 in der ersten Geräteeinheit GX. Die Eingangskanäle (angedeutet sind beispielsweise drei Eingangskanäle) sind mit 17, 18 und 19 bezeichnet Mittels der Multiplexereinheit 16 werden die Kanäle 17 bis 19 zeitlich nacheinander abgetastet. Das Abtastsignal wird auf einen rückgekoppelten Verstärker 17' gegeben und von dort über einen Pulsamplitudenmodulator 36 der Signalkoppelstelle 2 zugeleitet Nach Übertragung in die zweite Geräteeinheit G 2 wird das Empfangssignal auf einen Operationsverstärker 20 zwecks Impedanzanpassung gegeben. Vom Ausgang des Anpaßgliedes 20 erreicht es schließlich eine Demultiplexereinheit 22 mit Speicherkondensatoren 26, 27 und 28 an den Ausgangsleitungen 23,24 und 25. Nach Filterung in Ausgangsfiltern 29, 30,31 ergeben sich die

jo abgetrennten Ausgangssignale an den Ausgängen 32,33 und 34.

Die Steuerung der Zeitmultiplexereinheit 16, der Demultiplexereinheit 22 und des Pulsamplitudenmodulators 36 erfolgt durch die Ausgangssignale der

v> Taktaufbereitungsschaltungen 10 bzw. 11 in Abhängigkeit von der Frequenz des zentralen Oszillators 8. Der dem Verstärker 17' vorgeschaltete ohmsche Widerstand 35 verhindert Übersteuerungen des Verstärkers, wenn vom Multiplexer 16 her kein Eingangssignal auf den Verstärker aufgeschaltet wird (offene Multiplexerschalter). Der Widerstand 21 am Eingang des Impedanzwandlers 20 definiert ferner zusammen mit der Induktivität des Übertragers 2 eine Zeitkonstante, die kleiner ist als die Zeit zwischen zwei Abtastimpulsen des Pulsamplitudenmodulators 36. Hierdurch wird erreicht, daß die während der Abtastzeit des Modulators aufgenommene Energie in der Zeit zwischen zwei Abtastimpulsen restlos abgebaut wird. Dies gewährleistet gute Kanaltrennung mit optimal niedrigem Kanalübersprechen. Die Zeitdauer zwischen den Abtastimpulsen des Pulsamplitudenmodulators 36 liegt vorzugsweise im Bereich > des 5fachen der Zeitkonstante. Der Widerstand 21 bestimmt mit seinem Widerstandswert auch die Abschaltspannung am

Überfrager 2 zum Abschaltzeitpunkt des Pulsamplitudenmodulators 36. Die Abschaltspannung soll kleiner bzw. gleich der maximal zulässigen Signalspannung des Pulsamplitudenmodulators sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromedizinisches Gerät zur Abnahme und Verarbeitung von elektrischen physiologischen Signalen, die in einer Mehrzahl von Eingangskanälen einer ersten Geräteeinheit auf der Patientenseite anfallen und von dort mittels einer Multiplexereinheit nach dem Zeitmultiplex-Prinzip zeitverschachtelt Ober eine galvanisch trennende Koppelstelle zu einer Demultiplexereinheit einer zweiten Geräteeinheit auf der Weiterverarbeitungsseite mit entsprechender Zahl von Ausgangskanälen übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Multiplexereinheit (16) der ersten Geräteeinheit (Gi) und Demultiplexereinheit (22) der zweiten Geräteeinheit (G 2) i.i Serie ein PJlsamplitudenmodulator (36) eingeschaltet ist, so daß die entkoppelte Signalübertragung im Zeitmultiplex-Prinzip in Verbindung speziell mit Pulsamplitudenmodulation erfolgt, wobei ein zentraler Oszillator (8) vorhanden ist, dessen Zeittakt neben der Kanalanwahl Für Multiplexereinheit (16) und Demultiplexereinheit (22) die Amplitudenmodulation des Signals im angewählten Eingangskanal (17—19) bewirkt, und wobei zur Synchronsteuerung der Multiplexereinheit (16) in der ersten Geräteeinheit (G 1) und der Demultiplexereinheit (22) in der zweiten Geräteeinheit (G 2) ein zusätzlicher Synchronisationskanal zugeordnet ist.

2. Gerät nach Anrpruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (8) ein einziger Leistungsoszillator in der zweiten Geräteeinheit (G 2) ist, der gleichzeitig über eine weitere galvanisch trennende Koppelstelle (1) zur Spannungsversorgung der ersten Geräteeinheit (G 1) dient.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Synchronisationskanal zur Synchronsteuerung von Multiplexereinheit (16) in der ersten Geräteeinheit (G 1) und der Demultiplexereinheit (22) in der zweiten Geräteeinheit (G 2) ein Optokoppler als weitere galvanisch trennende Koppelstelle (3) zwischen den Geräteeinheiten zur Übertragung von Synchronimpulsen ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als galvanisch trennende Koppelstelle (2) im Signalweg zwischen Multiplexereinheit (16) und Demultiplexereinheit (22) ein induktiver Übertrager dient, dessen Zeitkonstante kleiner ist als die Zeit zwischen zwei Abtastimpulsen des Pulseamplitudenmodulators (36).

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer zwischen zwei Abtastimpulsen des Pulsamplitudenmodulators (36) im Bereich > des 5fachen der Zeitkonstante des induktiven Übertragers (2) liegt.