Modelling of interface construction relating to power-line interference phenomenon in biopotential signal measurement system

A modelling of interface construction relating to power-line interference phenomenon was described. Source of interference was displacement currents which flowed from AC power-line configuration (APC) to a model. The interference depends on some factors: distance between the APC and a model ; length of unshielded leads ; position of the APC in vertical or horizontal direction ; and skin-electrode impedances which were balance or unbalanced. The position of APC and skin-electrode impedances were important in contributing of the interference. The interference was still large even though skin-electrode impedances were balance. This was caused by the disagreement in two displacement currents. It was overcame by adjustment of APC in vertical direction. As a result, total interference would be very small or zero. The result shows that interference in ECG signal recording can be eliminated to about 10 μV. Although interference of power-lines is a complicated phenomenon, the problem is easier to understand by using this modelling.

生体電気信号の測定における電力線からの誘導障害についての研究が多く報告されているが，この現象についての説明が十分なされていなかった。本研究では，この現象を簡単なインターフェイスモデルを用いて説明した。誘導障害の原因として，電極の導線が作るループ内に発生する誘導起電力，システムの変位電流，生体アンプ内で発生する雑音等があげられる。本研究においては，電力線と導線との静電結合によってその間を流れる変位電流と被験者と電極間のインピーダンスに注目した。この変位電流による誘導は，いくつかの要素に依存している。それらは，・被験者と電力線との距離，・被験者に対する電力線の方向，・導線のシールドされていない部分の長さ，・被験者と電極間のインピーダンスである。そこで，被験者と電力線との距離や導線のシールドされていない部分の長さなどを変化させて，心電図の測定を行った。被験者と電極間のインピーダンスを調整できるように，可変抵抗を用いたRC並列回路をそれぞれの導線に直列に接続した。また，導線のループに発生する誘導起電力をできるだけ小さくするために，導線を互いに撚ってループ面積を小さくした。誘導雑音は，以下の場合に大きくなった。・電力線の距離が近い。・導線のシールドされてない部分が長い。・被験者と電極間のインピーダンスが大きく，不均衡である。また，被験者と電極間のインピーダンスを等しくした場合でも，誘導雑音が観測された。電力線の位置により各導線と電力線との静電結合状態が異なり，各導線に流れる変位電流が等しくないことが誘導雑音の原因であることを示した。本研究では被験者と電極間のインピーダンスおよび変位電流による誘導雑音の影響について検討した。この現象の理解は誘導障害の除去に大変有益なものである。