ECG装置における差動増幅器の役割

🧠 心電図信号はmV程度と小さく、商用電源雑音mains noise 商用電源雑音（mains noise）mains noise（商用電源雑音） など大きな同相信号が重なる。 差動増幅器 amplifier 増幅器（amplifier） amplifier（増幅器） は二入力の差を増幅する。

差動信号と同相信号

出力は理想的にはA_d(V_+−V_−)で、両入力へ等しく加わる電源雑音は相殺 cancellation 相殺（cancellation） cancellation（相殺） される。CMRRは通常dBでも表し、高い入力インピーダンス input impedance 入力インピーダンス（input impedance） input impedance（入力インピーダンス） は電極から信号を奪わないために必要である。

ECG装置における差動増幅器の役割を表す式

$A_d$は差動利得 gain利得（gain） gain（利得）、$A_{cm}$は同相利得 gain 利得（gain） gain（利得） である。dB表示では$20\log_{10}(A_d/A_{cm})$を用いる。

小さなECGを雑音から取り出す

両入力へ同相に入る雑音を除去する。

flowchart TD
  A["差動信号と同相信号"] --> B
  B["小さなECGを雑音から取り出す"] --> C
  C["両入力へ同相に入る雑音を除去する"] --> D
  D["CMRRと電極接触"]

CMRRと電極接触

心電図誘導は二電極間の小さな体表電位差 potential difference電位差（potential difference） potential difference（電位差）を入力する一方、商用電源雑音mains noise 商用電源雑音（mains noise）mains noise（商用電源雑音） は両入力へほぼ同相に重なる。差動増幅器 amplifier 増幅器（amplifier） amplifier（増幅器） は前者を増幅して後者を抑え、高い同相信号除去比で記録の信号雑音比を改善する。

CMRRは差動利得 gain 利得（gain） gain（利得） と同相利得 gain 利得（gain） gain（利得） の比で、性能指標になる。電極インピーダンス impedance インピーダンス（impedance） impedance（インピーダンス） が左右で不均衡だと同相雑音が差動成分へ変換されるため、皮膚処理・接触・右脚駆動回路も記録品質を左右する。

まとめ

差動増幅では目的の電位差 potential difference 電位差（potential difference） potential difference（電位差） を保ちつつ、共通モード干渉と電極由来の雑音を抑える。¹²

• 心電図信号はmV程度と小さく、商用電源雑音mains noise 商用電源雑音（mains noise）mains noise（商用電源雑音） など大きな同相信号が重なる。差動増幅器 amplifier 増幅器（amplifier） amplifier（増幅器） は二入力の差を増幅する。
• 両入力へ同相に入る雑音を除去する。
• CMRRは差動利得 gain 利得（gain） gain（利得） と同相利得 gain 利得（gain） gain（利得） の比で、性能指標になる。