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ECG的輸入阻抗及噪聲

發(fā)布時間:2024-09-25
iec針對心電圖相關(guān)的醫(yī)療測試標(biāo)準(zhǔn)一共有三本,其中在iec 60601-2-25 201.5.3 cc)的條文中要求測試信號的精確度必須達(dá)到±1%。盡管標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確說明,但此項(xiàng)測試的精神顯然包括噪聲在內(nèi)。如果某項(xiàng)測試要求待測ecg準(zhǔn)確地在±5%的范圍內(nèi)能精準(zhǔn)再現(xiàn)測試信號,但如果測試信號有±20%的噪聲,則執(zhí)行該測試就沒有意義了。
有些工程師可能會將環(huán)境(共模)噪聲視為獨(dú)立的問題,這個假設(shè)是有問題的。由于ecg需要在充滿噪聲的復(fù)雜環(huán)境中工作,所以它們應(yīng)具備抑制共模噪聲的能力。但如果在實(shí)務(wù)上認(rèn)為在正常的“噪聲”環(huán)境中進(jìn)行測試就可以代表現(xiàn)實(shí)世界的測試結(jié)果,這顯然是個錯誤。主要原因有兩個:首先,對ecg進(jìn)行抑制噪聲(包括共模噪聲)的能力的測試;其次,為了客觀地進(jìn)行測試,應(yīng)該要從低噪聲環(huán)境開始,然后用已知且準(zhǔn)確的方式添加包括噪聲在內(nèi)的測試信號,測試才有代表性。
因此,盡管標(biāo)準(zhǔn)中沒有任何說明、注釋、要求或方法來降低噪聲,但這個精神其實(shí)在使用測試信號±1%的精度要求中,顯然已經(jīng)充分呈現(xiàn)。特別是,大多數(shù)測試信號約為1mv,這意味著10µv的噪聲就會被當(dāng)作是有影響的。降低噪聲常用的方法包括在ecg、電纜和測試設(shè)備下面使用接地板,并將ecg設(shè)備接地(pe或fe)和測試電路接地端同時連接到接地板上。
輸入阻抗測試是迄今對噪聲最敏感的測試,有時常規(guī)的測試步驟是還不足夠的。對噪聲高度敏感的原因是不平衡阻抗大,如果想要了解為什么如此,可以回顧有關(guān)cmrr測試的文章,該文章解釋了cmrr確實(shí)是流過不平衡阻抗泄漏電流的函數(shù),這非常有用。因此,不平衡阻抗的大小直接地影響了ecg上cmrr噪聲的大小。
對于cmrr測試,不平衡為51kω,而對于輸入阻抗測試,不平衡為620kω,大約大了12倍。這意味著輸入阻抗測試對噪聲的敏感度是cmrr測試的12倍。
我們可以做一些球場計算(ball park calculation)來說明這一點(diǎn)。如果說在cmrr測試中,ecg的紀(jì)錄是3 mm,在輸入是10 vrms共模電壓時,以電壓計算即是0.3 mvpp。
在輸入阻抗測試中,典型測試電壓為3.2 mvpp(40 mm通道寬度的80%@ 10 mm / mv),因此1%的誤差約為0.03 mvpp,是上述cmrr結(jié)果的1/10。由于設(shè)置對噪聲的敏感度高12倍,這意味著輸入阻抗測試中的共模電壓必須小于:
vcm = 10 vrms / 10 / 12 = 0.083 vrms = 83 mvrms
帶有電線的浮動電路可以很容易地從環(huán)境中吸收2?10 vrms的共模電壓,并且靠近測試區(qū)域的人群往往會使情況更糟。因此,要將其降至83 mvrms,可能需要一些特殊的屏蔽。
其他方法可能包括在測試裝置上方(特別是對于ecg電線)添加屏蔽層,在測試過程中讓測試人員觸摸接地板,和/或使交流電源電線盡可能遠(yuǎn)離測試區(qū)域。增加屏蔽材料的厚度也有幫助:使用非常薄的鋁箔有時幫助不大,但通常使用1mm厚的鋁板即可。
盡管在iec 60601-2-25和iec 60601-2-27中未,但也可以打開ac濾波器來消除50或60hz噪聲。交流濾波器會降低共模噪聲,在0.67hz時不會受到影響,而在30hz時可能會稍微降低信號。例如,由于有交流濾波器,您可能需要3.5mvpp才能在ecg上獲得32mm的結(jié)果。由于輸入阻抗測試是按比例操作的,因此只要在整個測試過程中打開濾波器,測試結(jié)果就仍然有效。
最后,值得一提的是,有些環(huán)境噪聲相對低,而在某些環(huán)境下卻充滿難易置信的噪聲。電路中620kω的輸入阻抗測試會藉由最壞情況來進(jìn)行測試,可檢查不同測試站點(diǎn)的噪聲水平,對于選擇一個低噪聲的測試站點(diǎn)來完成所有性能測試將會有很大幫助。
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