課題
内科では、心臓の活動により生じる患者の皮膚上の小さい電気的な変化をモニタリングするために、心電図（ECG）が広く使用されています。この単純で非侵襲的な測定により、さまざまな心疾患の徴候を簡単に読み取れます。医療業界では、診断に役立つ専用機器を構築しています。こうした機器には、デザインと検証用の高精度のオシロスコープが必要です。
電子計測ソリューション
ECG機器には、通常、12本のリード線があり、それらを胸部、腕、脚に取り付けます。電圧をさまざまな接続ポイント間で測定します。この記事の説明では、信号リード1（左腕と右腕の間の電圧）を例として説明します。
左の図に、この信号（リード1）を示します。信号は、心拍のペースで繰り返されます。信号は、P波（周期の開始）で始まり、QRS間隔が続き、T波で終了します。ノイズの多い環境、リード線のシングルエンド接続、小さい信号振幅は、テストエンジニアにとってかなりの問題です。レベルの代表値は1 mV未満、心拍信号の繰り返しレートは、40拍/分～220拍/分（bpm）の範囲です。
代表的なセットアップでは、信号を増幅するために増幅器が必要ですが、これには、雑音、チャネル固有の遅延、オフセット誤差が増えるという欠点があります。しかし、波形アベレージングをノイズ低減のために選択することはできません。繰り返し信号でないため、重要な情報が失われるからです。図に、非周期的な外乱を伴うパルスシーケンスの例を示します。こうした外乱は医療従事者に、特定の疾患に対する重要な手掛かりをもたらします。
周期的ECG信号内の非周期的外乱
周期的ECG信号内の非周期的外乱
ECG信号の振幅の代表値は、測定ポイントによって異なりますが1 mV以下です（帯域幅＜10 kHz）。振幅が小さいため、これらの信号をオシロスコープで直接捕捉して解析するのは困難です。
しかし、R&S®RTE デジタル・オシロスコープには、直接詳細な信号解析を実行するための重要な機能があります。
アプリケーション
このスクリーンショットに、標準セットアップのR&S®RTEで捕捉されたECG信号を示します。信号は、ノイズレベルが高く、P波とT波がほとんど見えません。
捕捉した信号を改善するために、垂直スケールを、ズームまたは帯域幅リミットなしで500 μV/divに設定しています。これは、このクラスのオシロスコープでユニークな機能です。HDモードが、10 kHz帯域幅リミットで使用されています。
これにより、分解能が大幅に向上しますが、トリガ感度も向上します。トリガ感度の向上は、クリーンで安定した信号を捕捉し、さらに解析するために必要です。
マスクテストを使用した医学的徴候の簡単な検出
この安定した信号を使用して、さらにテストを実施できます。例えば、マスクテストは、歪んだ信号に現れるいくつかの医学的徴候を簡単に検出します。特定の適応症を検査するためにさまざまなマスクを適用することができます。このスクリーンショットは、健康な人のECG信号を関連するマスクテストと共に示したものです。信号トレースの周囲の白い領域は、許容範囲です。カラー領域（上部および下部）は、上側と下側のマスクです。
性能アイコンに性能が1フレーム/s、1捕捉/sと示されています。これは、60 bpmのハートビートレートに当たります。このセットアップでは、R&S®RTEは、すべての単一パルスをトリガ、捕捉、処理しますが、1 sの期間の80 %を捕捉時間が占めるため、処理には200 msしか残りません。この例は、R&S®RTEの優れた性能を示しています。
ECG信号
ECG信号
他社の同クラスの最新高分解能オシロスコープとの比較
同一の測定セットアップで、R&S®RTEを、他社の同クラスの10ビット高分解能オシロスコープと交換しました。下のスクリーンショットは、HighResモードをオンにし、1 mV/divの最小垂直軸分解能にした場合の測定結果を示しています。
信号の振幅がトリガ感度よりも低いため、オシロスコープが信号をトリガできません。スクリーンショットで表示するために、ディスプレイの残光表示を数秒に延長します。トリガレベルは薄い青の破線で示されています。前のトレースがシャドウとして表示されます（1）。
デジタル信号後処理で実装された適用フィルターでは、帯域幅が不十分なので、測定セットアップからのスパイクはフィルタリングで除去されません（2）。3は、雑音と1 mV/divの制限された垂直軸を示します。結果として、信号のP波はほとんど見えず、雑音に埋もれています。
まとめ
R&S®RTEは、ECG信号などの小信号を高い信号忠実度で解析するには最良の選択です。医療アプリケーションに適しています。フロントエンドは優れた低ノイズ値と、500 μVで、同クラスで最も小さい垂直軸を提供します。この解析には、追加の回路は不要です。HDモードを選択すると、垂直軸分解能が上がり、トリガ感度が向上し、帯域内雑音パワーが低下します。これにより、解析に重要な信号の詳細が捕捉可能になります。R&S®RTEは、この点で他社の同クラスの高分解能オシロスコープよりも優れています。
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