特許 6039091 医療用増幅器の絶縁

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6039091

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】医療用増幅器の絶縁

(51)【国際特許分類】

   A61B 5/0428 20060101AFI20161128BHJP

   A61B 5/0476 20060101ALI20161128BHJP

   A61N 1/02 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   A61B5/04 310B

   A61B5/04 320B

   A61N1/02

【請求項の数】11

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2015-536949(P2015-536949)

(86)(22)【出願日】2013年10月11日

(65)【公表番号】特表2015-533571(P2015-533571A)

(43)【公表日】2015年11月26日

(86)【国際出願番号】US2013064595

(87)【国際公開番号】WO2014059308

(87)【国際公開日】20140417

【審査請求日】2015年6月11日

(31)【優先権主張番号】61/713,022

(32)【優先日】2012年10月12日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】511268041

【氏名又は名称】カーディオインサイト テクノロジーズ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】一色国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ビエル，アルカディウシュ

(72)【発明者】

【氏名】ウドリンガー，ハロルド

(72)【発明者】

【氏名】ファイン，リチャード，エム．

【審査官】 ▲高▼ 芳徳

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００１８４２９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表平１１−５１１３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１７９５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０２４０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１２２１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１０２７５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０３０１２１５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０２−１９３６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−１３０１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３４５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２９６５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭４４−５１１１（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 実開昭５０−１２５２８８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ５／０４ − ５／０４９６

Ａ６１Ｎ １／００ − １／４４

Ａ６１Ｂ １／００ − １／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

患者から電気信号を受信し、受信した前記電気信号を増幅し、対応する出力電気信号を出力するように構成された増幅回路を含む患者回路段と、
前記患者回路段から供給される前記対応する出力電気信号を監視するように構成された少なくとも１つの制御回路段と、
前記患者回路段を前記少なくとも１つの制御回路段から電気的に絶縁している絶縁システムと、
を備える医療用増幅器システムであって、
前記患者回路段は、患者の接地との電気的接続をさらに含み、
前記少なくとも１つの制御回路段は、アース接地との接続を含み、
前記絶縁システムは、前記患者の接地と前記絶縁システムの機能的接地との間に容量性カップリングを含み、前記機能的接地は、前記少なくとも１つの制御回路段の前記アース接地から電気的に絶縁され、
前記増幅回路は、前記絶縁システムにより前記アース接地から電気的に絶縁している前記患者の接地と結合されており、
前記容量性カップリングの静電容量が、前記患者の接地と前記アース接地との間の寄生容量より大きい、
医療用増幅器システム。

【請求項2】

前記絶縁システムは、機能的絶縁バリアと患者絶縁バリアとを含み、前記容量性カップリングは、前記患者絶縁バリアを通して接続され、前記絶縁システムの前記機能的接地は、前記機能的絶縁バリアによって前記制御回路段から電気的に絶縁されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記絶縁システムは、絶縁された機能段を含み、前記絶縁された機能段は、前記機能的接地と、前記患者回路段と前記制御回路段との間で前記信号および電力を通過させるように構成された接続と、を含み、前記絶縁された機能段は、前記機能的絶縁バリアを介して前記制御回路段から絶縁され、かつ、前記患者絶縁バリアを介して前記患者回路段から絶縁されている、請求項２に記載のシステム。

【請求項4】

前記患者絶縁バリアと前記機能的絶縁バリアとの間に接続された機能段をさらに含み、
前記機能段は、前記患者回路段および前記制御回路段から電気的に絶縁されていて、前記機能段は、前記機能的接地と、前記患者絶縁バリアと前記機能的絶縁バリアとの間の信号経路に供給される信号を処理するための回路と、を含む、請求項２に記載のシステム。

【請求項5】

前記容量性カップリングは、前記患者の接地と前記機能的接地とを相互接続する絶縁コンデンサーを含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項6】

前記容量性カップリングの静電容量は、前記患者の接地とアース接地との間の寄生容量を超えて、前記患者回路段のノイズを低減する低インピーダンスの経路を与えるように構成されている、請求項１に記載のシステム。

【請求項7】

請求項１に記載の前記医療用増幅器システムを複数備えるマルチチャネル増幅器システムであって、前記複数の医療用増幅器システムは各々、少なくとも１つの信号を受信するように構成されている、システム。

【請求項8】

前記患者回路段は、前記受信された各信号を増幅するように構成された増幅器を備え、前記増幅器は、前記患者の接地に結合されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項9】

前記患者回路段は、前記受信された電気信号を増幅するように構成された差動増幅器を備え、前記差動増幅器は、前記絶縁システムによってアース接地から電気的に絶縁された前記患者の接地に結合され、前記容量性カップリングは、測定対象となる前記電気信号の帯域幅内の外部ノイズ用に、前記差動増幅器の入力からの低インピーダンスの経路を与える、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。

【請求項10】

電気信号を受信し、増幅して、対応する出力電気信号を出力するように構成された差動増幅器を含む、患者側回路と、
非絶縁回路と、
前記患者側回路と前記非絶縁回路との間に接続され、かつ、前記患者側回路と前記非絶縁回路との間を電気的に絶縁するように構成された絶縁システムと、
を含む医療用増幅器システムであって、
前記絶縁システムは、
前記患者側回路の信号経路と接続され前記対応する出力電気信号を受信するように構成された少なくとも１つの信号入力と、前記患者側回路の電力経路と接続されるように構成された電力入力と、を含む、患者絶縁段と、
前記患者絶縁段と前記非絶縁回路との間に接続された少なくとも１つの他の絶縁段と、
前記患者側回路の患者の接地と前記絶縁システムの機能的接地との間に前記患者絶縁段を介して接続された容量性カップリングと、
を含み、
前記非絶縁回路は、アース接地との電気的接続を含み、
前記他の絶縁段は、前記患者側回路の前記信号経路から前記対応する出力電気信号を前記非絶縁回路に送信するように構成された対応する信号経路と、前記非絶縁回路からの入力電力を前記患者絶縁段の前記電力経路に与えるように構成された別の電力経路と、を含み、
前記他の絶縁段は、前記機能的接地を前記非絶縁回路のアース接地から電気的に絶縁するように構成されており、
前記差動増幅器は、前記少なくとも１つの他の絶縁段により前記アース接地から電気的に絶縁している前記患者の接地と結合され、
前記容量性カップリングの静電容量が、前記患者の接地と前記アース接地との間の寄生容量より大きい、
医療用増幅器システム。

【請求項11】

前記容量性カップリングの静電容量が、前記患者の接地と前記アース接地との間の前記寄生容量より大きい結果として、前記医療用増幅器システムにおいてノイズを低減する低インピーダンスの経路が作り出される、請求項１または１０に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、医療用増幅器の絶縁システムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

患者に対する治療行為および／または医療的な診断に関連して用いられるさまざまな装置向けに、医療用増幅器を実装可能である。医療用増幅器は、たとえばライン電圧やアース接地との接触をはじめ、電源とのあいだで考えられるあらゆる接触から患者を絶縁するような形で構成可能である。この絶縁は、患者との接触があり得る装置の一部と制御システムとの間で信号は通過させるようにして、磁気的絶縁または光学的絶縁などの多岐にわたる方法で実現できる。絶縁のタイプによっては、アース接地に結合されていない患者の接地がゆえ、ライン周波数ノイズなどの放射ノイズに対する医療用増幅器の感受性が増すことがある。このような状況では、相当に大きなコモンモード電圧がアース接地に対して生じることがあり、このコモンモード電圧が原因で寄生容量を介して患者からアース接地への電流が発生し、これによって、医療用増幅器では除去できないほどの差動電圧が生じる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本開示は、医療用増幅器システムのための絶縁に関する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

一例として、医療用増幅器システムは、患者から電気信号を受信して、対応する出力信号を出力するように構成された患者回路段を含む。患者回路段は、患者の接地との電気的接続を含んでもよい。また、このシステムは、対応する出力信号を処理するように構成された制御回路も含む。絶縁システムは、患者の接地と容量的に結合されるが制御回路からは電気的に絶縁された機能的接地を含むことによって、患者回路段と制御回路とを電気的に絶縁するように構成されてもよい。

【0005】

もうひとつの例として、装置は、患者側回路と他の回路との間に接続されて両者間を電気的に絶縁するように構成された絶縁システムを含んでもよい。この絶縁システムは、患者側回路の信号経路と接続されるように構成された少なくとも１つの信号入力と、患者回路の電力経路と接続されるように構成された電力入力とを含む、患者絶縁段を含んでもよい。患者絶縁段と他の回路との間に、少なくとも１つの他の絶縁段が接続されてもよい。このような他の絶縁段は、患者側回路信号の信号経路から他の回路まで信号を通信するように構成された対応する信号経路と、他の回路から患者絶縁段の電力経路まで入力電力を供給するように構成された別の電力経路と、を含んでもよい。患者絶縁段を通して、患者側回路の患者の接地と絶縁システムの機能的接地との間に容量性カップリングが接続され、他の絶縁段は、機能的接地を他の回路から電気的に絶縁するよう構成されている。

【0006】

〔関連出願へのクロスリファレンス〕
本出願は、発明の名称「MEDICAL AMPLIFIER ISOLATION（医療用増幅器の絶縁）」として２０１２年１０月１２日に提出された米国仮特許出願第６１／７１３，０２２号の優先権の利益を主張するものであり、その内容全体を本明細書に援用する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】絶縁システムを実装している医療用増幅器システムの一例を示す。

【図2】実装可能な医療用増幅器システムの例示図を示す。

【図3】医療用増幅器システムの他の例示図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本開示は、医療用増幅器の絶縁システムおよび関連する方法に関する。一例として、医療用増幅器システムは、増幅器を含む患者回路と非絶縁制御／処理回路との間に、複数の絶縁段を有する絶縁システムを含んでもよい。たとえば、患者の接地と絶縁された機能的接地とを容量的に結合することによって、患者側の絶縁バリアを通して、静電容量を与えることができる。このような接地間に静電容量があると、ノイズ電流用に、増幅器システムのアース接地に対する寄生容量よりインピーダンスの低い経路を確立することができる。よって、この医療用増幅器は、寄生容量を介して患者とアース接地との間を流れる電流の大きさを実質的に小さくすることができるので、信号対雑音比を高めつつ、絶縁および漏れ電流の要求水準を満たすか超えることができる。

【0009】

図１は、医療用増幅器システム１２を含むシステム１０の一例を示す。医療用増幅器システム１２は、たとえば患者１４に治療を施したり患者１４から診断情報を取得したりするためなどの、多岐にわたる医療用途で実現可能である。医療用増幅器システム１２は、患者回路段１６を含み、これは、電極またはプローブなどのセンサー素子１８で終端している導電性のリードを介して患者１４に結合してもよい。センサー素子は受動的なセンサー電極であってもよいし、電極に能動的な回路部品を実装してもよい。

【0010】

このため、患者回路段１６は、センサー素子１８を介して患者１４から信号ＳＧＮＬ_PTNTを受信できる。センサー素子１８はいくつあってもよく、患者回路１６は、このような導体の各々から提供される信号を処理するための回路を含んでもよい。センサー素子１８は、非侵襲的（たとえば、患者の体表面に配置される）であってもよいし、および／または侵襲的（たとえば、経皮的にまたはそれ以外の方法で患者の体内に配置される）であってもよい。

【0011】

図１の概略図では、患者回路段１６は、信号回路２０と電力回路２２とを含む。信号回路２０と電力回路２２とを含む患者回路１６は、患者の接地２４を基準に電気的に動作可能である。電力回路２２は、信号回路２０を含む患者回路１６に電力（たとえば安定化ＤＣ電力）を送るように構成可能である。説明を容易にするために、信号回路２０と電力回路２２を別々のブロックで図示してあるが、他の例では電力回路と処理回路を構造的に一体にしてもよいことは、理解できよう。

【0012】

信号回路２０は、解剖学的に生じたインパルスなどの患者信号ＳＧＮＬ_PTNTを各々増幅するよう構成可能な１つ以上の増幅器を含んでもよい。信号回路２０は、信号ＳＧＮＬ_PTNTを増幅して、これに対応する増幅信号ＳＧＮＬ_AMPを１つ以上の対応する非絶縁回路３２に供給するよう構成可能である。非絶縁回路３２は、患者の接地２４から電気的に絶縁されたアース接地を基準に、電気的に動作可能である。具体的には、増幅器システム１２は、患者回路を非絶縁回路３２から電気的に絶縁するように構成された絶縁システム２５を含む。

【0013】

さらに別の例として、信号回路２０は、（たとえば、Ａ／Ｄ変換器を含むなどの方法によって）増幅信号ＳＧＮＬ_AMPをデジタル信号として供給するように構成してもよい。一例として、非絶縁回路３２は、たとえば絶縁された患者回路１６から供給される増幅信号ＳＧＮＬ_AMPの信号調整およびフィルタリングを行うための処理回路を含んでもよい。こうすることで、非絶縁回路３２は、信号経路を介して、（たとえばＥＣマッピングハードウェアおよびソフトウェアおよび／または他の診断機器による）以後の処理用に、処理済みの増幅信号ＳＧＮＬ_AMPを供給できる。

【0014】

他の例では、非絶縁回路３２は、患者回路段１６および／または患者１４への制御信号を生成してもよい。たとえば、この制御信号を使用して、信号回路２０を含む患者回路段１６を設定してもよい。もうひとつの例として、この制御信号を使用して、絶縁システム２５を通しての患者１４に対する治療を制御してもよい。あるいは、制御信号を患者回路１６によって生成し、絶縁システム２５を通る信号経路で非絶縁回路３２に供給してもよい。

【0015】

絶縁システム２５は、患者回路１６を非絶縁回路３２から電気的に絶縁するように構成されている。絶縁システム２５は、２つ以上の絶縁バリア２６および３０を含んでもよい。各絶縁バリア２６、３０は、データ／情報信号に対して、あるタイプの絶縁（たとえば、光学的絶縁）を行い、患者回路と非絶縁回路３２との間に供給されている電力信号に対しては、他のタイプの電気的な絶縁（たとえば、磁気的絶縁）を行うように構成可能である。患者回路と非絶縁回路との間でデータや電力を送受信するのに、他のタイプの絶縁を実現することも可能である。

【0016】

図１の例では、非絶縁回路３２を、電源（図示せず；たとえば、約１２０ＶＡＣ／６０Ｈｚもしくは２３０ＶＡＣ／５０Ｈｚ、または安定化ＤＣ電源）からの入力電力を受けるように結合してもよい。たとえば、非絶縁回路３２を、ライン電圧とアース接地３６との間に接続してもよい。このように、絶縁システム２５は、回路３２が接続されるアース接地３６に対して患者の接地２４が電気的に結合されることのないようにして、患者１４と電源とを電気的に絶縁するように構成されている。よって、非絶縁回路３２と患者回路１６との間では、絶縁システム２５を通して、データおよび情報信号（たとえば、信号ＳＧＮＬ_AMPを含む）と電力とを送受信可能である。図１の例では、非絶縁回路３２は、アース接地３６と結合される形で図示されているが、患者の接地２４から電気的に絶縁された多岐にわたる低電圧振幅が低電圧レール基準になり得るため、アース接地に限定されないことは、理解できよう。

【0017】

状況によっては、絶縁システム２５を使用すると、ライン周波数ノイズや測定対象となる帯域幅内に存在する他のノイズなどの放射ノイズに対する医療用増幅器システム１２の感受性がさらに増してしてしまうことがある。この感受性は、アース接地３６に対する患者の接地２４の絶縁状態に応じて決まる。患者１４を絶縁すると、たとえば患者１４に作用する電界を基準として患者の接地の電位が「フロート」して、患者の接地２４からアース接地３６への寄生容量Ｃ_Pを介した漏れ電流を発生させることがある。装置やケーブルの周囲には寄生容量Ｃ_Pが分散しているため、装置のあらゆる部分を流れる電流が変化することになる。結果として、患者回路段１６では、アース接地３６に対して十分に大きなコモンモード電圧が生じる。コモンモード電圧は、増幅信号ＳＧＮＬ_AMPの差動電圧の原因となり得るコモンモード電流を発生させる場合があるが、このような差動電圧は、医療用増幅器システム１２で除去することはできない。たとえば、コモンモード電流は、信号回路２０に付帯する入力抵抗に対する差動電圧を生み出して、信号ＳＧＮＬ_AMPのノイズとして送られることがある。整合抵抗器を使用すれば、漏れ電流の量は抑えられるかもしれないが、これだけでは、高い（−１００ｄＢを超える、たとえば約−１４０ｄＢ以上の）コモンモード除去を達成するには不十分なことが多い。

【0018】

コモンモード電流を実質的に低減するために、医療用増幅器システム１２は、患者の接地２４と機能的接地２８（絶縁システムの別々の絶縁段の間にある）との間に、患者絶縁システム２５を通して接続された容量性カップリングＣ_GNDを含む。たとえば、容量性カップリングＣ_GNDは、寄生容量Ｃ_Pよりも静電容量の大きい１つ以上の物理的コンデンサーとして構成してもよい。結果として、容量性カップリングＣ_GNDは、絶縁システム２５を通る、よりインピーダンスの低い経路を作り出すことができる。低インピーダンスの経路は、患者絶縁段とほぼ同じ電圧で、機能的絶縁段を効果的にフロートさせる。このような低インピーダンスの経路は、寄生容量Ｃ_Pの電圧差を実質的に低減する。結果として、コモンモード電流の原因となり得る漏れ電流の大半が、寄生容量Ｃ_Pではなく容量性カップリングＣ_GNDを流れるようになり、漏れ電流の有意な低減と、これに対応する信号回路２０の入力における差動電圧の低減につながる。さらにその結果として、増幅器の入力で検知される信号は、コモンモード除去比が改善（たとえば、約２０ｄＢぶん、またはそれ以上）されることになる。

【0019】

また、システム１０における漏れ電流の総量は、単一の絶縁バリアを有するシステムとほぼ同一である。これは、漏れ電流の大きさが、患者段における、アース接地に対する最終的な絶縁バリアを通した寄生容量の大きさ次第で決まるためである。たとえば本明細書で開示するように機能的絶縁段を追加しても、寄生容量の大きさは変化しないため、患者の安全が損なわれることはない。

【0020】

図２は、実装可能な医療用増幅器システム５０の一例の概略図を示す。増幅器システム５０は、患者側回路段５２を含む。この患者側回路段５２は、たとえば、図１の例における医療用増幅器システム１２の患者回路段１６と対応するものであってもよい。したがって、図２の例についての以下の説明では、図１を参照できる。

【0021】

患者回路段５２は、患者入力信号ＳＧＮＬ_PTNTに応答して増幅信号ＳＧＮＬ_AMPを生成するように構成された増幅器５４を含む。患者信号ＳＧＮＬ_PTNTは、たとえば患者と結合された導電性の素子（たとえば、センサー電極）を介して患者で測定される１つ以上の電気信号に対応してもよい。いくつかの例では、導電性素子は、患者の胴に分散された複数の電極（たとえば胴全体またはそのあらかじめ定められた部分を非侵襲的に覆うもの）であってもよい。たとえば電極は、心電図マッピング用の電気信号を取得する目的や、心電計（ＥＣＧ）または脳波計（ＥＥＧ）による診断情報を集めるといった目的で、患者の胴に配置されてもよい。また、各電極は、対応する患者信号ＳＧＮＬ_PTNTをそれぞれの増幅器５４に供給する、それぞれの入力チャネルを画定してもよい。これらの増幅器は各々、本明細書に記載の教示内容に基づいて、電気的に絶縁されていてもよい。増幅器５４のみならず他の患者側回路５２も、患者側電力回路６２から電力を得てもよい。この患者側電力回路６２は、本明細書で開示するような絶縁システム６３の電力経路を介して、電力を供給されている。このように、電力回路６２は、患者の接地６０に対応する低電圧レールを基準に、Ｖ＋で示される高電圧レール（たとえば安定化電圧）を確立できる。また、同様に、電力回路６２はたとえば患者の接地６０を基準に負の電圧レールＶ−（図示せず）を確立できる。

【0022】

図２の単純化した例では、増幅器５４は、非反転入力に結合された第１の入力抵抗Ｒ₁と、反転入力に結合された第２の入力抵抗Ｒ₂とを含んでもよい。こうして、増幅器５４は、増幅された出力信号ＳＧＮＬ_AMPを、６４および６６で示す２つ以上の絶縁段を介して信号処理／制御回路（図示しないが、たとえば、図１の回路３２を参照）に供給できる。各絶縁段６４、６６は、その入力および出力に電気的絶縁を与えるような方法で、電力やデータをやり取りするように構成してもよい。実装対象となる電気的絶縁の方法は、設計上の考慮事項や用途ごとの要件に応じて変わり得るため、データおよび電力の絶縁については、絶縁バリア６４および６６に対応するブロックをまたぐ点線で図示してある。上述したように、たとえばデータの通信用には、光学的絶縁を利用してもよく、これには、たとえば増幅された出力信号ＳＧＮＬ_AMPのデジタル光通信を用いてもよい。磁気的な、または誘導的な電気的絶縁（たとえば、変圧器を介するなど）を利用して、絶縁バリア６４および６６各々を介して電力をやり取りすることなども可能である。

【0023】

図２の例では、医療用増幅器システム５０は、患者信号ＳＧＮＬ_PTNT上に印加され得るノイズ電圧Ｖ_NOISEを表すために、電圧源５８を含むものとして示されている。もしも本明細書に記載の教示内容に基づいて実装される絶縁システムが存在しないと、電圧Ｖ_NOISEは、入力抵抗Ｒ₁およびＲ₂の各々を流れる電流（図２の例では、それぞれ電流Ｉ₁およびＩ₂として示される）を誘導してしまう。これらの電流は、回路の場所によって寄生容量が異なるがゆえ、変化することになる。また、誘導される電流Ｉ₁およびＩ₂の相対的な大きさは、増幅器５４の内部コンポーネントでの変動はもとより、抵抗Ｒ₁およびＲ₂の抵抗値が原因で変化する場合もあるため、増幅器５４の入力に差動電圧Ｖ_DIFFが現れる。よって、この差動電圧Ｖ_DIFFは出力信号ＳＧＮＬ_AMPにおいてノイズとして伝搬されることがあり、抑制せずにおくと、絶縁バリアとクロスして、付帯する医療用増幅器システムの性能を低下させる場合がある。

【0024】

本明細書に開示するような方法で絶縁を実現すれば、患者の接地６０は「フロート」される。本明細書では、これをノイズ電圧Ｖ_NOISEと対応する電流Ｉ_NOISE（患者の接地６０からアース接地７０まで寄生容量Ｃ_Pを介して流れる電流）で表す。寄生容量Ｃ_Pは、たとえば患者回路段５２を患者につなぐケーブルが原因で生じる場合もあるし、患者回路段５２を収容した金属製のケースによって生じる場合もあり、その他さまざまな形で生じ得る。寄生容量Ｃ_Pは、電流Ｉ_NOISEの一部をアース接地７０への電流として導通するような、実質的に高インピーダンスの電流経路として示すことができる。

【0025】

ノイズ電圧Ｖ_NOISEの影響を緩和するために、システム５０は、（患者の接地に接続された）患者回路のまわりのシールドと、患者の接地６０と機能的接地６８との間に絶縁バリア６４を通して接続された容量性カップリングＣ_GNDと、を含む。容量性カップリングＣ_GNDは、それぞれの絶縁バリア６４と６６との間の機能段にある機能的接地６８と患者の接地６０との間に低インピーダンスの電流経路を生じるような、想定される寄生容量Ｃ_Pより大きい（Ｃ_GND＞Ｃ_P）静電容量で構成される。このため、容量性カップリングＣ_GNDは、電流Ｉ_NOISEのうちのずっと多くの部分を電流Ｉ_GNDとして機能的接地６８まで導通させることができる。機能的接地６８は、１つ以上の追加の絶縁バリア６６によって、アース接地７０から電気的に絶縁されている。

【0026】

電流Ｉ_GNDをアース接地７０まで導通させる容量性カップリングＣ_GNDを用いることで、誘導される電流Ｉ₁およびＩ₂に基づく増幅器５４の入力におけるノイズの影響を、大幅に低減することが可能である。増幅器５４の入力でノイズが相当に低減されると、これに伴って信号ＳＧＮＬ_AMPのノイズも低減可能である。たとえば、従来の回路と、患者の接地と機能的接地６８との間に絶縁バリア６４を介して結合される容量性カップリングＣ_GNDを用いた回路との間で、コモンモード除去比の最大約２０ｄＢの改善が想定可能である。このため、付帯する医療用増幅器システム５０（たとえば、医療用増幅器システム１２）では、アース接地７０を含む付帯する電源から患者を絶縁した状態に維持することができ、患者から受信した後に絶縁システムを通して制御／処理回路に送信される信号ＳＧＮＬ_AMPのノイズを緩和するという観点で、より優れた性能を達成可能である。

【0027】

図３は、絶縁システム１００の一例を示す。このシステムは、たとえば図１および図２の例で示した医療用増幅器システム中で実装可能である。絶縁システム１００は、患者側回路１０２と非絶縁段１０４との間に接続されている。図３の例では、患者側回路１０２は、本明細書で開示するように（たとえば、図２）、増幅器、フィルターなどを含んでもよい。また、図３に示すように、患者側回路１０２は、絶縁システムを介して付帯する非絶縁電力回路（たとえば、電源）１１４から電力を受けるように結合された、患者電力回路１０６を含んでもよい。

【0028】

患者電力回路１０６は、１つ以上の電圧レールを駆動してもよいし、患者の接地１１０を確立してもよい。たとえば、患者電力回路１０６は、１０８で示すＡ／Ｄ変換器をはじめとする他の患者側回路に電力を供給するための電圧レールを提供できる。このようにして、検知された入力信号のデジタルバージョンを、絶縁システム１００の信号経路に送られる増幅信号ＳＧＮＬ_AMPとして供給できる。こうすることで、絶縁システム１００は、対応するデジタル出力を、非絶縁信号処理回路１１２を含む非絶縁段に供給可能である。フィルタリング、デジタル信号処理などを含む信号処理回路１１２は、測定された信号を整えるように設計されている。信号処理回路１１２はさらに、ＥＣマッピングまたはＥＣＧおよび／またはＥＥＧによる診断情報などの、検知された信号の後処理および可視化（これらは通常、高い信号対雑音比を必要とする）を含んでもよい。非絶縁電力回路１１４は、非絶縁信号処理回路へ直接的に電力を供給し、かつ、患者電力回路へは、本明細書で開示するような絶縁バリアを通して電力を供給するように構成されてもよい。

【0029】

本明細書で開示するように、絶縁システム１００は、１２０および１２２で示すような複数の絶縁バリアを含んでもよい。絶縁バリア１２０と１２２との間には、機能段１２４が設けられてもよい。この医療用増幅器システムは、２つの絶縁バリア１２０および１２２に限定されるものではなく、本明細書に開示するよりも多くの絶縁段を含んでもよいことは、理解されたい。２つ以上の絶縁段を備えることは、それぞれの段を、特定の医療装置基準に定められている所要の耐電圧を比例按分するように設計できる、という別の利点もある。たとえば、４ＫＶ ＡＣの耐電圧が必要な事例で２つの絶縁段１２０および１２２が与えられている場合、各絶縁段の構成要素（たとえば、変圧器および光アイソレーター）を、約２ＫＶ ＡＣの耐電圧で設計できる。また、４ＫＶではなく２ＫＶを絶縁するのであれば、変圧器のほうが効率的である。

【0030】

患者側絶縁バリア１２０は、信号経路と電力の両方を電気的に絶縁するための複数の経路を含んでもよい。たとえば、絶縁バリア１２０を通る信号経路を与える目的で、Ａ／Ｄ変換器１０８と機能段１２４との間に、光アイソレーター回路を接続してもよい。光学的絶縁素子（たとえば、オプトアイソレーターまたはオプトカプラーを含む）は、たとえば患者電力回路からの電力を受信可能である。電力経路用の電気的な絶縁は、変圧器１２８を用いて実現可能である。

【0031】

本明細書で開示するように、絶縁システム１００は、変圧器１２８に付帯する患者の接地と、機能段１２４に存在する機能的接地１２９との間に接続された容量性カップリングＣ_GNDを含んでもよい。絶縁段１２２は、絶縁段１２０と同一であっても異なっていてもよく、たとえば、信号経路用の光学的絶縁素子１３０と、電力経路に沿って電気的に絶縁するための変圧器１３２とを含んでもよい。

【0032】

図３の例では、機能段１２４は、光学的絶縁素子１２６と１３０との間の信号経路のみならず、機能的電力回路も完成させるための、追加の回路および接続を含んでもよく、たとえば変圧器１２８と１３２との間に接続された接続１３６を含んでもよい。一例として、機能的絶縁段回路１３４は、増幅信号ＳＧＮＬ_AMPに対して追加の前処理を行うように構成された、追加のフィルタリングおよび／または増幅器を含んでもよい。たとえば、光学的絶縁素子１２６から供給されるデジタル信号に、デジタルフィルタリング処理を行ってもよい。また、患者電力回路１０６に供給される電力を改善するために、機能的電力回路１３６を介してフィルタリングおよび電力調整を実現してもよい。

【0033】

以上、絶縁段１２０および１２２の各々を、光学的絶縁素子と変圧器とを含むものとして開示したが、異なる段における絶縁のタイプは、（図面に示すように）同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、情報を運ぶ信号および電力については、光絶縁および誘導絶縁とは異なる形態で絶縁してもよく、これはたとえば、容量的、巨大磁気抵抗的、電磁波、音響的、または機械的な手段を含んでもよい。

【0034】

さらに、ここでの医療用増幅器システムは、絶縁システムの２つ以上の信号チャネルで複数の患者信号ＳＧＮＬ_PTNTおよび増幅信号ＳＧＮＬ_AMPを通信できるよう、マルチチャネル機能を有するものとして説明してきた。このようなマルチチャネルの実施形態は、システムのそれぞれの絶縁段におけるそれぞれのチャネルで共有されるような、単一のアース接地、単一の機能的接地、単一の患者の接地を含んでもよい。それとは異なる例として、医療用増幅器システムは、各々が自己の相対的な接地接続を有するような、個別の医療用増幅器システムを個々のチャネルに対して実装してもよい。このように、医療用増幅器システムは、本明細書に開示したものとは異なる場合もあり得る多岐にわたる方法で構成可能である。

【0035】

以上説明してきたものは、例である。もちろん、構成要素または方法の考えられるあらゆる組み合わせを説明するのは不可能であるが、さらに別の多くの組み合わせや入れ替えが可能であることは、当業者であれば認識するであろう。このため、本発明は、添付の特許請求の範囲を含めて本出願の範囲に入るそのような変更、修正、改変すべてを包含することを意図している。本明細書で使用する場合、「含む（includes）」という表現は、含むことを意味するがこれに限定されるものではなく、「含んで（including）」という表現は、含んでいることを意味するがこれに限定されるものではない。「基づいて」という表現は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。また、開示内容または特許請求の範囲で「ａ」、「ａｎ」、「第１の」または「もうひとつの」要素あるいはその等価物に言及する場合、これは、２つまたは３つ以上のそのような要素を必要とすることもなければ除外することもなく、１つまたは２つ以上のそのような要素を含むものと解釈されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】