心電図（ECG）向け IC / リファレンス・デザイン

TI の新製品 ADS1298 は、8 チャネルの PGA と分離された 24 ビットのデルタシグマ ADC、ウィルソン・センター・ターミナル、強化型ゴールドバーガー・ターミナル、およびこれらのアンプを持ち、フル機能な標準 12 リード、内蔵 ECG アナログ・フロント・エンドを構築できます。ADS1298 は、静止時 1mW/チャネルの低消費電力により、ディスクリートとの比較で、コンポーネント数と消費電力が最大 95% 削減されるだけでなく、高レベルの診断精度を達成できます [ビデオを再生]。

ECG （心電図）システムの機能と発展

ECG 機器の基本的な機能としては、LCD 画面または出力紙による ECG 波形表示や、心拍数表示だけでなく、ボタンによるシンプルなユーザー・インターフェイスも挙げられます。また、使いやすいメディアを利用した診療記録の保管、ワイヤレス/有線通信、タッチ・スクリーン機能を備えた LCD 大画面上での 2D/3D 表示などの機能も、さらに多くの ECG 製品で求められています。複数のレベルにわたる診断機能は、医師やその他の人が特別な ECG のトレーニングを受けていなくても、ECG パターンや特定の心臓の症状を理解できるように補助します。ECG 信号がキャプチャされデジタル化されると、表示および解析用に送信され、さらにシグナル・プロセッシングが実行されます。

信号の収集に伴う課題

• 心電図（ECG）信号の測定は、大きな DC オフセットやさまざまな妨害信号が存在するために困難になっています。この電位は通常の電極で最大 300 mV になることがあります。妨害信号には、 50/60 Hz の電源からの干渉、患者の動きによる擬似信号、手術機器からの無線周波数による干渉、除細動パルス、ペース・メーカー・パルスやその他のモニタ装置からの干渉などがあります。
• ECG で必要とされる精度は最終機器によって異なります。
• 通常のモニタには 0.05-30 Hz の周波数帯が必要です。
• 診断用モニタには 0.05-1000 Hz の周波数帯が必要です。
• 50Hz/60Hz の同相モード干渉には、両入力に共通する AC ライン・ノイズを除去する、高い入力インピーダンスを持つ計測アンプ（INA）で消去できるものもあります。さらにＡＣ電源ノイズを除去するために、アンプによって信号を反転し、患者の右足に戻します。CMR を大幅に向上させるために必要とされるのは、わずか数 μA またはそれ未満で、UL544 規格の制限範囲内にとどまります。加えて、この干渉をさらに減らすために、50/60 Hz のデジタル・ノッチ・フィルタが使用されます。

アナログ・フロント・エンド・オプション：

• 消費電力およびアナログ・フロント・エンドの基板小型化は、ポータブル ECG では重要です。技術の進歩の結果、現在は次のような複数のフロント・エンド・オプションがあります。
  • 低分解能 ADC を使用（すべてのフィルタが必要）
  • 高分解能 ADC を使用（一部のフィルタが必要）
  • デルタ・シグマ型 ADC を使用（フィルタ不要、INA 以外のアンプ不要、DC オフセット不要）
  • 順次/同時サンプリング・アプローチを使用
• 低分解能（16 ビット）ADC を使用する場合、必要な分解能を達成するには、信号ゲインを大幅に上げる（100x ～ 200x 程度）必要があります。高分解能（24 ビット）デルタ・シグマ型 ADC を使用する場合、必要な信号ゲインは 4 ～ 5x と小さくなります。したがって、第 2 のゲイン・ステージおよび DC オフセットの除去に必要な回路が不要になります。これによりエリアとコストを大幅に削減できます。また、デルタ・シグマ・アプローチでは信号のすべての周波数成分が維持され、デジタル・ポスト・プロセッシングで十分な柔軟性を発揮することができます。
• ECG のリード線となる個々のチャネルは、シーケンシャル・サンプリングで、1 つの ADC に多重化されています。この方法では、隣接するチャネル間に一定のスキューが発生します。同時サンプリング・アプローチでは各チャネルには専用の ADC が使用されるため、チャネル間で伝達されるスキューはありません。