Low noise alternating current amplifier and compensator to reduce stimulus artefact

Abstract

Action potentials of sensory nerve evoked by stimuli of 70 mA may be as small as 0·05 μV. They are buried in noise and require electronic averaging. The signal-to-noise ratio can be improved by the use of an input transformer and by limiting the frequency range (Buchthal andRosenfalck, 1966). When recording near the point of stimulation the amplitude of the artefact exceeds that of the sensory potential by a factor of 10⁴ and prevents its recording because of the pulse distortion caused by the limited frequency range. This was diminished by decreasing the lower limiting frequency of the input transformer by means of positive feedback. To diminish the pulse distortion in the high-pass and low-pass filter of the output stage, the filter elements were placed in the feed-back loop of an amplifier with high closed loop gain.

The small tail of the stimulus artefact arising mainly from the transmission through the isolating transformer in the output of the stimulator was reduced by compensation with a pulse of the same shape and amplitude but of opposite sign.

Sommaire

Les potentiels d'action du nerf sensitoire évoqué par des stimulants de 70 mA peuvent être aussi bas que 0,05 μV. Ils sont enfouis dans le bruit et demandent à être moyennés électroniquement. Le rapport signal/bruit peut être amélioré par l'emploi d'un transformateur d'entrée et en limitant la gamme des fréquences (Buchthal etRosenfalck, 1966). Lorsque l'on enregistre près du point de stimulation l'amplitude de l'artefact dépasse celle du potentiel sensitoire d'un facteur de 10⁴ et rend son enregistrement impossible du fait de la distortion de l'impulsion causée par la gamme de fréquence limitée. Ceci a été réduit en diminuant la limite inférieure de la fréquence du transformateur d'entrée par une rétroaction positive. Afin de diminuer la distortion de l'impulsion dans le filtre de passe haute et basse du stage de sortie les éléments du filtre ont été placés dans la boucle de rétroaction d'un amplificateur avec un gain élevé de boucle fermée.

La petite queue de l'artefact de stimulant provenant surtout de la transmission par le transformateur d'isolation dans la sortie du stimulateur a été réduite par compensation avec une impulsion de la même forme et de la même amplitude mais de signe opposé.

Zusammenfassung

Mit Stimulus von 70 mA hervorgerufene Wirkungspotentiale der Sinnesnerven können bis 0,05 μV klein sein. Sie sind in Störungen eingebettet und machen elektronische Durchschnittsermittlung erforderlich. Das Störverhältnis kann bei Verwendung eines Eingangstransformators verbessert werden und durch Begrenzung des Frequenzbereichs (Buchthal undRosenfalck, 1966). Bei Aufnahme nahe des Erregungspunktes überragt die Amplitude des Artefakts die des Sinnespotentials um einen Faktor von 10: und verhindert dessen Aufnahme infolge der durch den begrenzten Frequenzbereich verursachten Pulsverzerrung. Dies wurde durch Verkleinerung der unteren Grenzfrequenz des Eingangstransformators mittels positiver Rückkoppelung abgeschwächt. Zur Verkleinerung der Pulsverzerrung in dem oberen und unteren Durchlassfilter der Ausgangsstufe wurden die Filterbestandteile in den Rückkoppelungskreis eines Verstärkers mit hoher Stromkreisverstärkung gelegt.

Der kleine Schwanz des Stimulus Artefakts, der hauptsächlich in der Übertragung durch den Isoliertransformator in der Ausgangsstufe des Erregers entsteht, wurde durch Kompensierung mit einem Puls der gleichen Form und Amplitude, aber mit umgekehrtem Vorzeichen, reduziert.