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使用精确的电极建模来确定心电图放大器的输入阻抗。

Determining the input impedance of ECG amplifiers using accurate electrode modelling.

出版信息

Biomed Phys Eng Express. 2020 Jan 30;6(1):015030. doi: 10.1088/2057-1976/ab6ed0.

DOI:10.1088/2057-1976/ab6ed0
PMID:33438618
Abstract

OBJECTIVE

The influence of the skin-electrode-amplifier interface and the input impedance of ECG recording amplifiers on transient response performance is investigated using accurate modeling of surface contact electrodes. The paper aims to establish the input impedance requirements of ECG recording amplifiers based on the electrical properties of the electrodes.

APPROACH

The IEC 60601 standard stipulates the performance requirements for electrocardiographs. Analyses and simulation of both dc and ac modes of coupling the electrodes to the input of the amplifier have been undertaken using an accurate double time-constant model of the electrodes in order to establish design constraints for amplifier input impedance to meet this performance specification. These have been backed up with bench tests.

MAIN RESULTS

Investigations carried out indicate that the minimum 10 MΩ resistance at the amplifier input recommended in the specification is insufficient when using some modern adhesive electrodes and increasingly popular un-gelled or dry electrodes. Design constraints are established based on the electrical properties of the electrodes. These constraints suggest that the input impedance of the amplifier should be as high as 10 GΩ and the amplifier ac coupled cut-off frequency should not to be higher than 0.05 Hz for all the electrode models considered.

SIGNIFICANCE

Signal distortions in the form of false S-wave creation and depression of the S-T segment have been observed when the previously recommended 10 MΩ input impedance is used in the amplifier. This distortion can lead to clinical misdiagnosis but can be avoided if the design constraints established in the paper are adopted.

摘要

目的

通过对表面接触电极进行精确建模,研究皮肤-电极-放大器接口和心电图记录放大器输入阻抗对瞬态响应性能的影响。本文旨在根据电极的电气特性确定心电图记录放大器的输入阻抗要求。

方法

IEC 60601 标准规定了心电图机的性能要求。为了满足该性能规范,对电极与放大器输入耦合的直流和交流模式进行了分析和模拟,使用了电极的精确双时间常数模型,以确定放大器输入阻抗的设计约束。这些都得到了台架测试的支持。

主要结果

研究表明,在使用一些现代粘性电极和越来越流行的无凝胶或干式电极时,规范中推荐的放大器输入 10 MΩ 电阻是不够的。基于电极的电气特性,建立了设计约束。这些约束表明,对于所有考虑的电极模型,放大器的输入阻抗应高达 10 GΩ,并且放大器的交流耦合截止频率不应高于 0.05 Hz。

意义

当放大器中使用之前推荐的 10 MΩ 输入阻抗时,会观察到以虚假 S 波产生和 S-T 段压低形式出现的信号失真。这种失真可能导致临床误诊,但如果采用本文中建立的设计约束,则可以避免这种失真。

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