CN105476628A - 用于在测量生物电信号时抑制共模干扰信号的电路装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在测量生物电信号时抑制共模干扰信号的电路装置。描述一种差分电压测量系统，其具有两个电极，其在输入端处与病人连接并且在输出端处提供各一个测量接触部。该系统此外具有与第二电极串联的分流电阻。该系统此外具有第一放大器电路，其具有用于来自第一电极的第一信号的第一输入端和用于来自第二电极的第二信号的第二输入端以及输出端。该系统此外具有第二放大器电路，其具有与分流电阻串联的第一输入端和与分流电阻并联的第二输入端以及输出端。该系统附加地包括在第一放大器电路的输出端处的第一信号检测单元以及在第二放大器电路的输出端处的将第二放大器电路的信号作为共模电流的电流强度的测量参量来检测的第二信号检测单元。

Description

用于在测量生物电信号时抑制共模干扰信号的电路装置

技术领域

本发明涉及差分电压测量系统、用于测量呼吸运动的差分电压测量系统、具有用于右腿的驱动电路的差分电压测量系统以及用于差分地测量电压的方法。

背景技术

在测量例如EKG信号的生物电信号时由于EKG测量装置的不理想的测量输入端而出现共模干扰信号（由共模信号引起的干扰）。所述共模干扰信号例如从具有50Hz的电网频率中得出。如果在差分EKG信号测量中在两个测量输入端处出现诸如不同的阻抗和电容的不相同的条件，则出现共模干扰信号。常规的用于测量心电图的测量装置的示例在图1中示出。原来在差分测量时例如干扰信号的共模信号不被一起放大，使得其被抑制。但是EKG测量装置的输入端的不同阻抗导致在EKG测量装置的放大器电路的两个输入端处施加由相同的干扰信号引起的不同输入信号，使得所述干扰信号与原来的测量信号共同被放大。这些共模干扰信号在例如人或动物的病人处的应用中非常强，因为在病人的皮肤处的电极接触在没有复杂的准备的情况下具有强烈不同的品质因数。在病人处的电极接触可以具有10k欧姆和几兆欧姆之间的阻抗以及同样强烈变化的电容。由此在两个测量输入端处的阻抗和电容之间的差别也处于直至几百万欧姆的范围中。由于500k欧姆的阻抗差而共模干扰的EKG信号的示例在图2中示出。有时候，EKG测量装置的两个输入端处的阻抗差还更高，使得EKG信号的分析显得几乎不再可能。

电极接触的阻抗的总和由于具有从几百兆欧姆至几千兆欧姆的输入阻抗的技术的进步而几乎不再重要，所述总和对于共模干扰信号来说是完全不相关的。

常规地，存在用于抑制共模噪声的不同的途径。

一种可能的途径包括共模电流的测量和与所测量的共模电流适配的自适应滤波。在此借助于两个分离的电极来分开地测量共模电流。两个电极远离心脏并且空间上彼此接近地布置，使得利用所述两个电极仅测量共模信号。但是共模测量电极和EKG测量电极具有不同的阻抗，使得所测量的共模信号不能从在EKG测量电极处所测量的差动信号中简单地减去。因此借助于自适应滤波器来模拟电极的不同传递函数并且将共模干扰信号从施加在EKG测量电极处的差分测量信号中滤出。但是该处理方式仅在抑制不相关的共模信号的情况下起作用。在出现相关的共模信号的情况下对共模信号滤波也导致滤出或衰减测量信号或有用信号。

发明内容

本发明的任务是开发更简单以及能够普遍使用的、特别是也适合于相关的共模以及有用信号的EKG测量装置，在所述EKG测量装置中由共模信号引起的干扰被有效地抑制。

该任务通过根据权利要求1的差分电压测量系统、通过根据权利要求12的用于测量呼吸运动的差分电压测量系统、通过根据权利要求13的具有用于右腿的驱动电路的差分电压测量系统以及根据权利要求14的方法来解决。

根据本发明的差分电压测量系统具有两个电极，所述电极在输入端处与病人连接并且在输出端处提供各一个测量接触部。差分电压测量系统在下面应当被理解为测量电压差的测量系统。

根据本发明的差分电压测量系统此外具有与第二电极串联的分流电阻。该分流电阻用于测量施加在两个电极处的测量信号或差动信号的共模分量。

此外，该差分电压测量系统具有第一放大器电路，该第一放大器电路具有用于来自第一电极的第一信号的第一输入端和用于来自第二电极的第二信号的第二输入端以及输出端。包括第一电极的直至第一放大器电路的第一输入端的线路路径在下面也称为第一测量路径。经由该第一测量路径将施加在第一电极处的第一测量信号输送给第一放大器电路的第一输入端。包括第二电极以及分流电阻的线路路径在下面也称为第二测量路径。经由该第二测量路径将施加在第二电极处的第二测量信号输送给第一放大器电路的第二输入端。第一放大器电路被用于测量差动信号，所述差动信号从施加在第一电极和第二电极处的信号得出。

但是该差动信号也具有共模分量，所述共模分量由于第一测量路径和第二测量路径的不同阻抗而产生。为了确定所提到的共模分量，差分电压测量系统包括具有第一输入端和第二输入端以及输出端的第二放大器电路，其中第二放大器电路的第一输入端连接在分流电阻和第一放大器电路的第二输入端之间并且第二放大器电路的第二输入端连接在第二电极和分流电阻之间。该第二放大器电路测量分流电阻上的电压降并且因此测量与共模电流或共模信号的电流强度成比例的参量。

此外，该差分电压测量系统具有在第一放大器电路的输出端处的用于检测由第一放大器电路测量的差动信号的信号检测单元。在第二放大器电路的输出端处的第二信号检测单元检测第二放大器电路的信号作为分流电阻上的电压降或在已知分流电阻的电阻值的情况下作为共模电流的电流强度的测量参量。

如果例如测量路径的阻抗值已知，则可以从所确定的共模电流推断出所测量的差动信号的共模分量并且例如通过将共模分量从差动信号中减去来确定正确的测量信号或有用信号。

根据本发明的用于测量呼吸运动的差分电压测量系统具有多个测量路径，所述测量路径分别具有电极，用于检测施加在相应电极处的信号。所述差分电压测量系统此外包括至少一个具有与第一电极电连接的第一输入端和与第二电极电连接的第二输入端的放大器电路，其中该放大器电路从施加在第一和第二电极处的信号中确定差动信号。该根据本发明的差分电压测量系统包括信号检测电路，该信号检测电路被设置用于检测由至少一个放大器电路确定的差动信号。该差分电压测量系统此外包括附加放大器电路和至少一个配备有附加阻抗的附加电流路径，所述附加放大器电路的两个输入端分别经由电容与电极之一耦合，所述附加电流路径与电极之一耦合并且被确定尺寸，使得各个被分配给各个电极的测量路径的传递函数相互匹配。

换言之，测量路径的对称性通过附加阻抗来重建，使得即使在出现强电压脉冲的情况下也不产生干扰信号，该干扰信号可能作为基于测量路径的不同阻抗的共模电流出现。

根据本发明的具有用于右腿的驱动电路的差分电压测量系统包括两个电极，所述电极在输入端处与病人连接并且在输出端处提供各一个测量接触部。该差分电压测量系统此外具有放大器电路，该放大器电路具有用于来自第一电极的第一信号的第一输入端和用于来自第二电极的第二信号的第二输入端以及输出端。信号检测单元连接到第一放大器电路的输出端上。

根据本发明的差分电压测量系统此外包括用于在病人的身体上产生参考信号的另外的接触部。该另外的接触部例如连接到病人的右腿上。该另外的接触部此外也称为RLD路径。该根据本发明的差分电压测量系统此外包括控制单元，该控制单元读取来自信号检测单元的信号并且控制该另外的接触部，使得与所测量的共模电压相对应的参考信号在病人的身体上产生。

根据本发明的差分电压测量系统此外具有仅仅在第一电极和放大器电路的输入端之间以及第二电极和放大器电路的第二输入端之间的多个保护电阻，使得该另外的接触部的阻抗被最小化。这些保护电阻用于限制所谓的病人辅助电流。病人辅助电流应被理解为在按照规定使用时在病人中在任一病人端子和所有其它病人端子之间流动的电流，该电流不被确定用于产生生理作用。这种类型的电流不允许超过所确定的所规定的值，以便不危及病人。常规上，所提到的保护电阻均匀地分布在测量路径以及RLD路径上。但是这种均匀分布对于测量EKG信号来说是不利的，因为测量信号的在测量时不期望的共模分量取决于流过测量路径的电流。后者应当尽可能小，而经由RLD路径的电流应当尽可能大。为了实现这点，根据本发明保护电阻仅分布到测量路径上，使得这些测量路径的电阻与常规测量电路相比较被提高并且RLD路径的电阻的电阻值与常规测量电路相比较被减小。以这种方式减小在测量时测量信号的干扰分量。将电阻转移到测量路径上不改变两个任意极或病人接触部之间的电阻值的总和或总电阻值，使得不改变对病人辅助电流的限制。

在根据本发明的用于差分地测量电压的方法中利用第一电极来检测第一信号并且利用第二电极来检测第二信号，所述电极在输入端处与病人连接并且在输出端处提供各一个测量接触部。此外，测量接通到第二电极的分流电阻处的共模电路并且最终基于所确定的测量值来确定差分电压信号的校正值。如已经提到的那样，这可以最容易地在已知测量路径的阻抗值的情况下进行。如果所述值不是已知的并且共模信号和有用信号不相关，则也可以基于所确定的共模电流来使用自适应滤波器，利用该自适应滤波器将共模分量从测量信号中滤出。

本发明的另外的特别有利的构型和改进方案由从属权利要求以及随后的描述中得出。在此，根据本发明的用于差分地测量电压的方法也可以与从属的装置权利要求类似地来改进。

在差分电压测量系统的一种优选构型中，该差分电压测量系统具有在两个电极之一和第一放大器电路的两个输入端之一之间的自适应滤波器，其中该滤波器被调整，使得共模电流被抑制。换言之，借助于自适应滤波器来模拟电极的不同传递函数并且将共模干扰信号从施加在EKG测量电极处的或由第一放大器电路确定的差分测量信号中滤出。如已经提到的那样，该变型方案特别在共模信号和有用信号不相关时是有效的。

替代地或附加地，根据本发明的差分电压测量系统包括用于在第一放大器电路的两个输入端处产生直流电流或产生交流电压或产生交流电流的第一和第二单元、以及分析单元，该分析单元被设置用于基于在两个输入端处测量的电压值来确定第一电极和第二电极的传递函数。根据本发明的差分电压测量系统的这种变型方案在共模信号和有用信号相关时是特别有效的。在该情况下在应用自适应滤波器时也将衰减有用信号。与此相反，在该替代的变型方案中首先借助于直流电压或交流电压或交流电流产生来确定测量路径的阻抗值。由此得出测量路径的传递函数，使得特别是可以从配备有分流电阻的测量路径的传递函数和利用该分流电阻所测量的共模电流中确定共模信号或共模干扰信号的电压。正确的或校正的测量值随后从测量信号的电压和共模干扰信号的电压值的差中得出。

在本发明的一种优选构型中，该差分电压测量系统具有用于控制用于在第一放大器电路的两个输入端处产生直流电压或产生交流电压或产生交流电流的第一和第二单元的控制单元。在此，该控制单元被设置用于控制两个单元，使得具有变化频率的交流电流信号在第一电极和第二电极处被产生。当时间上可变的干扰出现时合适的交流电流的外加是特别合适的。在此最有效的是，测试信号的频率包括干扰的可预期的频率。

在根据本发明的差分电压测量系统的一种替代构型中，控制单元被设置用于控制用于产生直流电流或产生交流电压或产生交流电流的第一单元和第二单元，使得具有脉冲或阶跃函数的交流电流信号在第一电极和第二电极处被产生。

在该差分电压测量系统的一种特别优选的变型方案中，分析装置被设置用于基于共模电流的所检测的电流强度以及所确定的传递函数来确定由共模电流在分流电阻处产生的共模电压并且将该共模电压从由第一信号检测单元检测的测量信号或差动信号中减去。未受干扰的测量信号的这种类型的确定在出现与有用信号相关的干扰信号的情况下是特别有意义的。

根据本发明的差分电压测量系统也可以具有多个与第一电极相对应的测量电极，所述测量电极在输入端处与病人连接并且在输出端处提供各一个测量接触部。更大数目的测量电极的应用基本上得到改进的测量准确性。在此，当使用一个或多个前置的复用器时，该装置可以特别紧凑以及成本低地构成，通过所述复用器可以将另外的测量接触部与放大器电路的第一和第二输入端或信号输入端连接。

在根据本发明的在检测有用信号和干扰信号时具有特别好的精确性的差分电压测量系统的一种构型中，所述装置针对每个电极附加地具有配备有分流电阻的、能够接通到相应电极的、用于测量共模电流的测量路径。换言之，在所述装置中分流电阻不是集成在用于有用信号的测量路径、例如第二测量路径中，而是集成在从该测量路径分岔的分离的测量路径中，该测量路径可以在测量共模电流时被接通，但是在实际测量有用信号时不被接通，使得分流电阻例如不通过热噪声引起附加的测量不准确性。

附加地，根据本发明的差分电压测量系统可以具有用于产生信号的另一接触部，该信号可以被调节到在分流电阻处确定的共模电压上。在根据本发明的差分电压测量系统的这种变型方案中，RLD路径不利用施加在测量路径处的信号的所测量的平均电压来控制，而是作为参考信号使用在分流电阻处确定的共模电压，这与具有RLD路径的常规装置相比较得出对干扰信号的改进的补偿。

在根据本发明的差分电压测量系统的一种替代变型方案中，分流电阻布置在第三电流路径中，该第三电流路径从由第二电极和第一放大器的第二输入端形成的电流路径在第二电极的输出端处分岔。以这种方式避免由分流电阻的热噪声引起的对有用信号的干扰。因此，第三电流路径的阻抗或传递函数与第二电流路径的传递函数相对应，第三电流路径在该变型方案中此外具有可调节的阻抗，该阻抗连接在分流电阻和地之间。

附图说明

下面参考附图根据实施例再次更详细地阐述本发明。在此，在不同的图中相同的部件配备有相同的附图标记。

所述图一般不是按比例的。

图1示出常规EKG测量装置的框图，

图2示出一个图表，在该图表中示出了被干扰信号叠加的EKG，

图3示出一个图表，在该图表中示出了未受干扰的EKG，所述EKG利用根据本发明的一个实施例的测量电路来检测，

图4示出根据本发明的第一实施例的电路装置，

图5示出带有相关干扰信号的EKG信号的图表，

图6示出用于无电流的差分电阻测量的电路装置，

图7示出用于借助于电流源的差分电阻测量的电路装置，

图8示出根据本发明的一个实施例的具有用于右腿的驱动电路的用于差分电阻测量的电路装置，

图9示出根据本发明的一个实施例的具有用于测量测量路径的阻抗的分离的电流路径的电路装置，

图10示出根据现有技术的具有ESD保护电路的电路装置，

图11示出根据本发明的一个实施例的具有带有附加阻抗的ESD保护电路的电路装置，

图12示出根据本发明的一个实施例的具有被限制于测量路径的保护电阻的电路装置，

图13示出一个流程图，所述流程图阐明根据本发明的一个实施例的用于差分地测量电压的方法。

具体实施方式

在图1中示出了用于测量病人P的心电图（EKG）的常规电路装置100。该电路装置100包括第一电极1和第二电极2，所述第一电极和第二电极与病人P接触，使得心脏电流可以经由所述电极流到差动放大器4。该放大器4包括第一输入端5、第二输入端6和输出端7。第一输入端5与第一电极1电连接并且第二输入端6与第二电极2电连接。放大器4的输出信号被传送到信号检测单元21，该信号检测单元检测由放大器4放大的信号。所述两个电极1和2用RC元件来象征性地表示，该RC元件阐明第一测量路径和第二测量路径的阻抗值。在此，第一测量路径从第一电极1与病人P的接触部经由第一电极1延伸到放大器4的第一输入端5以及第二测量路径从第二电极2与病人的接触部经由第二电极2延伸到放大器4的第二输入端6。

由于500k欧姆的阻抗差而共模干扰的EKG信号的示例在图2中示出。所属的测试构造与图1中的构造相对应。在所示出的图表中EKG信号的幅度U_EKG以mV为单位关于以秒为单位的时间t被绘制。干扰源的幅度在具有500k欧姆阻抗差的示例中为大约1.3mV。在该示例中给定具有大于2mV的幅度的强EKG信号，但是也存在仅具有将在这些干扰源中完全消失的0.1mV幅度的病人。在更大的阻抗差的情况下共模干扰信号的幅度进一步升高并且也可以达到所示出的图示的多倍。

未受干扰的EKG信号的两次心搏的示例在图3中示出。在图3的图表中EKG电压U_EKG以mV为单位关于以秒为单位的时间t来绘制。EKG曲线的诸如R波和s波的独特特征可以在图3的图表中良好地识别。但是这种未受干扰的EKG信号利用图1中的装置几乎不能实现，因为通常测量电路100的输入电阻不相等并且因此出现干扰信号、尤其是共模干扰信号。

在图4中阐明了根据本发明的第一实施例的用于差分地测量EKG信号的电路装置400。

第一电极1利用其输入端与病人P连接。第一电极1是第一测量路径的一部分，该第一测量路径包括第一电极1以及附加地电阻R。第二电极2利用其输入端同样与病人P电连接。第二电极2利用其输出端与分流电阻3连接并且与该分流电阻形成第二测量路径。

第一放大器电路4包括第一输入端5和第二输入端6以及输出端7。第一放大器电路4利用其第一输入端5与第一电极1经由电阻R连接。第一放大器电路4利用其第二电阻6经由分流电阻3与第二电极2电连接。第一放大器电路4的输出端7与信号检测单元21的输入端连接。信号检测单元21的输出端与分析单元的23的输入端连接。

第二放大器电路8包括第一输入端9和第二输入端10，其中第二放大器电路8的第一输入端9连接在分流电阻3和第一放大器电路4的第二输入端6之间并且第二放大器电路8的第二输入端10连接在第二电极2和分流电阻3之间。第二放大器电路8利用其输出端11与第二信号检测单元22电连接。

第一放大器电路4用于检测测量信号、即病人的心脏电流并且将与由第一电极1和第二电极2所检测的信号的差相对应的、但是可能仍具有共模分量的信号转交到第一信号检测单元21，而第二放大器电路8用于确定与在第二测量路径中流动的共模电流成比例的分流电阻3上的电压降并且转交到第二信号检测单元22。分析单元23例如可以包括自适应滤波器，该自适应滤波器根据由第二信号检测单元22检测的信号来调整并且对由第一信号检测单元21检测的信号滤波，使得由第一信号检测单元21检测的测量信号的共模分量被抑制。

替代地，与图4的测量电路类似地构造的装置可以具有多通道构造。此外，在多通道测量装置的情况下复用电路也是可能的。该复用电路在相等数目的测量路径的情况下显著更紧凑地构成。

图5在左侧示出带有与测量信号相关的干扰信号的EKG信号的图表。在此关于时间分别绘制信号幅度。干扰信号在此情况下从CT装置中的旋转得出。干扰信号和有用信号的间距小于0.1Hz。EKG信号的放大的部分再次详细地阐明干扰信号和有用信号的叠加。可以识别，有用信号（在EKG信号的放大图的中心的具有更大幅度的峰值）实际上与干扰信号（具有更小幅度的更高频率的信号）同时出现。利用常规装置不再能够滤出这种干扰信号，因为在此有用信号也将丢失。但是利用根据本发明的测量电路可以将有用信号与干扰信号有效地分开，使得可以将在图5的右侧上面示出的信号与在图5的右侧下面示出的干扰信号分开。图5中右上的被滤波的信号和左下的干扰信号还附加地以放大的方式示出，以便可以更好地识别信号的细节。

在图6中示出了来自根据本发明的一个实施例的测量电路的部分，该测量电路特别适合于抑制与测量信号相关的共模信号。装置600以基于电压的差分电阻测量方法为基础。利用在图6中示出的测量电路600来实现测量路径的阻抗的主动测量。附加电压U经由第一电阻R₁被置于放大器电路4的第一输入端5上。放大器电路4的第二输入端6经由第二电阻R₂与地GND连接。在放大器电路的输出端7处测量差动电压，从该差动电压得出第一病人接触部或所属的第一测量路径的阻抗值。在测量第二病人接触部或第二测量路径的阻抗的情况下，必须相应地改变所述装置。也就是说，与第二输入端6电连接的第二测量路径被加载附加电压U并且第一输入端5经由电阻与地GND连接。（未示出的）控制单元用于利用电压U来控制测量电路或确定电压U的强度和波形。基于测量路径的阻抗的主动确定可以在分流电阻处确定由共模电流产生的电压降并且从有用信号中减去。该计算操作例如可以由在图4中示出的分析单元23来进行。测量电路500的未示出的部分可以根据其余的所阐明的实施例来实施。

在图7中示意性示出了测量电路700，该测量电路基于替代的主动的差分电阻测量方法。在此情况下该差分电阻测量方法是基于电流的。在该处理方式的情况下附加的可调节的电流源I₁处于放大器电路4的第一输入端5或第一测量路径处。第二电流源I₂连接在第二输入端6和地GND之间。在该方法中测量路径也主动地用干扰信号、在此情况下所定义的电流来占用，由此又借助于放大器电路4来确定各个测量路径的阻抗。替代的主动测量电路700的未示出的部分可以根据其余的所阐明的实施例来实施。

在图8中示出了用于测量EKG信号的具有附加的RLD电极13的测量电路800，该RLD电极是RLD路径的一部分。图7中的电路装置除了附加的RLD路径之外与图4中的电路装置相似地构造。

电路装置800包括第一电极1，该第一电极利用其输入端与病人P连接。该第一电极1是第一测量路径的一部分，该第一测量路径包括第一电极1以及附加地电阻R。第二电极2利用其输入端同样与病人P电连接。该第二电极2利用其输出端与分流电阻3连接并且与该分流电阻3形成第二测量路径。

第一放大器电路4包括第一输入端5和第二输入端6以及输出端7。该第一放大器电路4利用其第一输入端5与第一电极1经由电阻R连接。该放大器电路4利用其第二输入端6经由分流电阻3与第二电极2电连接。第一放大器电路4的输出端7与信号检测单元21的输入端连接。

第二放大器电路8包括第一输入端9和第二输入端10，其中第二放大器电路8的第一输入端9连接在分流电阻3和第一放大器电路4的第二输入端6之间并且第二放大器电路8的第二输入端10连接在第二电极2和分流电阻3之间。第二放大器电路8利用其输出端11与控制单元24电连接。

附加的病人接触部（大多称为RightLegDrive（rightlegdrive=用于右腿的驱动电路）或中性电极）负责测量电路和病人P之间的电位均衡。RLD路径包括用于右腿的驱动电路RLD。驱动电路RLD由控制单元24控制，使得经由RLD电极13将参考电位施加到病人的腿上。该参考电位现在从在分流电阻3处测量的电压降或从该电压降确定的共模电压得出。以这种方式可以比例如在常规装置中的情况更准确地将参考电位确定为共模电压，在该常规装置中参考电位例如作为平均值从施加在各个测量路径上的信号中确定。

在图9中示出了具有分流电阻3的电路装置900。该分流电阻3在该实施方式中布置在与第二测量路径分开的或从该第二测量路径分岔的附加测量路径中。与在图4和7中的电路装置中同样地，在分流电阻3上降落的电位由第二放大器电路8来测量并且转发到信号检测单元22。由于在图9中示出的实施方式中分流电阻3不处于第二测量路径中，该分流电阻也不通过热噪声影响经由第一放大器电路4检测的测量信号。用于测量共模电压的附加测量路径还包括具有可调节电容15和可调节欧姆电阻16的可调节阻抗14，其中例如可以调整可调节阻抗14，使得用于测量共模电压的附加测量路径具有与第二测量路径相同的特性。替代地，也可以调整可调节阻抗，使得在附加测量路径上实现更高的电流，这有助于改进地抑制第一和第二测量路径上的共模干扰信号。

在图10中阐明了常规EKG测量电路1000，该EKG测量电路被用于呼吸识别并且用于例如触发诸如CT设备或MRT设备的成像装置。

该EKG测量电路包括布置在病人P的右臂处的第一电极1、布置在病人P的左臂处的第二电极2、以及与病人P的左脚接触的第三电极35。施加在电极1、2、35上的信号借助于放大器电路4、17和31以已经已知的方式在输入端5、6、18、19、32和33处以差分方式检测并且经由输出端7、20和34转发到信号检测单元21。

附加地，安装了用于呼吸识别的分离的路径，所述路径包括具有两个输入端37和38以及输出端39的放大器电路36，其中两个输入端37、38与第一电极1或第二电极2电容式连接以及输出端39与信号检测单元21电连接。该电容式连接在图9中借助于电容器40、41来象征性地表示，所述电容器连接在第一电极1和用于呼吸识别的分离的路径的放大器电路的第一输入端之间并且连接在第二电极2和用于呼吸识别的分离的路径的放大器电路的第二输入端38之间。

由于附加的分离的测量路径，与病人的右臂处的第一电极1以及与病人的左臂处的第二电极2相对应的测量路径的传递函数不等于与左脚处的第三电极35相对应的测量路径的传递函数。常规上，该不对称性通过电容40、41的合适的尺寸确定来最小化，这导致在施加幅度处于＜10mV的范围内的正常的有用信号以及信号幅度处于＜5V的范围内的共模干扰信号的情况下传递函数的最小差不产生影响。但是存在由ESD脉冲引起干扰的危险，该ESD脉冲即使在使用ESD保护布线的情况下具有直至100V的非常大的幅度并且因此在也仅仅略微不对称的具有关于传递函数的最小差的线路的情况下导致在差分地测量右臂处的第一电极1和左臂处的第二电极2的表征呼吸运动的信号时的强干扰信号。

在图11中示出了根据本发明的一个实施例的测量电路1100，利用所述测量电路基于ESD脉冲的干扰信号可以被补偿。该测量电路具有在图9中示出的特征。但是附加地将阻抗42、43、44连接在各个测量路径和地GND之间，所述阻抗分别具有电阻45、47、49和电容46、48、50。借助于这些附加的阻抗42、43、44来使各个测量路径对称化，使得所述测量路径分别具有相同的传递函数。即使在出现ESD脉冲的情况下在该关于阻抗对称化的装置中也不再出现由共模电流引起的干扰信号。甚至仅给与左脚连接的测量路径配备附加的阻抗并且与其它两个测量路径的阻抗相匹配通常已经足够了，因为所述其它两个测量路径在最有利的情况下已经具有相同的传递函数。

在图12中阐明了用于差分地测量生物电信号的电路装置1200。该电路装置1200与图1中或图8中示出的电路相似地构造。

如图8中的电路800那样，该电路装置除了第一EKG电极1和第二EKG电极2之外具有带有第一输入端5和第二输入端6以及输出端7的放大器电路4以及还具有用于右腿的驱动电路RLD，该驱动电路控制与病人的右腿接触的附加电极13。如已经在图8的描述中阐述的那样，附加的RLD路径用于将参考电位施加到病人的身体上。在图12中示出的装置中该参考电位基于施加在第一和第二电极1、2上的信号的由检测单元21检测的以及传送到控制单元24的差动信号来确定并且借助于驱动电路RLD施加到附加电极13上。

此外，在图12中示出的装置1200在第一电极1和放大器电路4的第一输入端5之间以及第二电极2和放大器电路4的第二输入端6之间的测量路径上分别包括两个保护电阻51、52或53、53。这些保护电阻用于将病人辅助电流限制在预先确定的值内。但是，与在常规电路装置中不同，所述保护电阻被限制于测量路径。换言之，在附加电极13和驱动电路RLD之间的RLD路径上不布置保护电阻。

将保护电阻仅仅布置在测量路径中的优点在于，以这种方式RLD路径的电阻可以被最小化并且流过该电阻的电流可以被最大化，而流过测量路径的电流被减小，这导致基于共模电流的干扰信号的最小化。因此这应如下来阐述：差分地测量的共模干扰电压的大小在相同的阻抗差的情况下与电流强度成比例。RLD路径相对于测量路径具有显著更小的阻抗，以便与测量路径中的电流相比较最大化通过RLD路径的电流并且因此减小测量路径上的共模干扰。另一方面，尽管改变了保护电阻的布置但确保了对病人辅助电流的限制，因为两个任意极或电极之间的总电阻得到保持。

在图13中阐明根据本发明的一个实施例的用于差分地测量电压的方法1300。在步骤13.I中首先第一信号S1利用第一电极来检测并且第二信号S2利用第二电极来检测。该第一电极和第二电极在输入端处与病人连接并且在输出端处提供各一个测量接触部。在步骤13.II中基于第一信号S1和第二信号S2来确定差动信号。在步骤13.III中测量接通到第二电极2的分流电阻处的共模电流的电流强度。在步骤13.IV中确定与第一电极1和第二电极2相对应的测量路径的传递函数。这例如可以通过在两个测量路径处的直流电压或交流电压或交流电流产生以及在两个测量路径处的由此产生的电压值的测量来实现，如在图6和7中所阐明的。在步骤13.V中基于传递函数和所测量的共模电流确定施加在测量电路上的共模信号的电压。在步骤13.VI中有用信号通过减去在步骤13.II中确定的差动信号和在步骤13.V中确定的共模信号来计算。以这种方式也可以在干扰信号和有用信号之间相关的情况下实现对干扰信号的抑制，而不损害有用信号本身的强度。

与在最小化共模干扰信号的情况下常规的途径相比较，根据本发明的方法是显著更灵活的、对于用户来说能够更容易操作的以及耗费更少时间和劳力的。

最后在此指出，前面详细描述的方法以及所示出的差分电压测量系统仅仅是可以由专业人员在不离开本发明的范围的情况下以极大不同的方式修改的实施例。此外，不定冠词“一”或“一个”的使用并不排除有关的特征也可以多倍地存在。同样，术语“单元”不排除有关的部件由多个共同作用的子部件组成，所述子部件必要时也可以在空间上分布。

附图标记列表

1第一电极

2第二电极

3分流电阻

4差动放大器/第一放大器电路

5第一放大器电路的第一输入端

6第一放大器电路的第二输入端

7第一放大器电路的输出端

8第二放大器电路

9第二放大器电路的第一输入端

10第二放大器电路的第二输入端

11第二放大器电路的输出端

13RLD电极

14可调节阻抗

15可调节电容

16欧姆电阻

17放大器电路

18输入端

19输入端

20输出端

21信号检测单元

22第二信号检测单元

23分析单元

24控制单元

31放大器电路

32输入端

33输入端

34输出端

35第三电极

36放大器电路

37输入端

38输入端

39输出端

40、41电容器

42、43、44阻抗

45、47、49电阻

46、48、50电容

51、52、53、53保护电阻

100用于测量心电图的电路装置

600利用基于电压的差分电阻测量方法的测量装置

700利用基于电流的差分电阻测量方法的测量电路

800用于测量EKG信号的具有附加的RLD电极的测量电路

900具有在分离的测量路径中的分流电阻的电路装置

1000用于测量呼吸运动的常规EKG测量电路

1100用于测量呼吸运动的具有对称化的测量路径的测量电路

1200具有保护电阻的电路装置

GND地

I₁第一电流源

I₂第二电流源

P病人

R电阻

R₁第一电阻

R₂第二电阻

RLD用于右腿的驱动电路

t时间

U电压

U_EKGEKG信号的幅度。

Claims (14)

1.差分电压测量系统（400），具有：

-两个电极（1、2），所述电极在输入端处与病人（P）连接并且在输出端处提供各一个测量接触部，

-分流电阻（3），该分流电阻与第二电极（2）串联，

-第一放大器电路（4），该第一放大器电路具有用于来自第一电极（1）的第一信号的第一输入端（5）和用于来自第二电极（2）的第二信号的第二输入端（6）以及输出端（7），

-第二放大器电路（8），该第二放大器电路具有第一输入端（9）和第二输入端（10）以及输出端（11），其中所述第二放大器电路（8）的第一输入端（9）连接在所述分流电阻（3）和所述第一放大器电路（4）的第二输入端之间并且所述第二放大器电路（8）的第二输入端（10）连接在所述第二电极（2）和所述分流电阻（3）之间，

-在所述第一放大器电路（4）的输出端（7）处的第一信号检测单元（21），以及

-在所述第二放大器电路（8）的输出端（11）处的第二信号检测单元（22），所述第二信号检测单元将来自所述第二放大器电路（8）的信号作为共模电流的电流强度的测量参量来检测。

2.根据权利要求1所述的差分电压测量系统（400），所述差分电压测量系统具有在所述两个电极（1、2）之一和所述第一放大器电路（4）的两个输入端（5、6）之一之间的自适应滤波器，所述自适应滤波器被调整，使得所述共模电流被抑制。

3.根据权利要求1或2所述的差分电压测量系统（400），所述差分电压测量系统包括用于在所述第一放大器电路（4）的两个输入端（5、6）处产生直流电压或交流电压或交流电流（U、I₁、I₂）的第一和第二单元（600、700）、以及分析单元（23），该分析单元被设置用于基于在两个输入端（1、2）处测量的电压值来确定所述第一电极（1）和所述第二电极（2）的传递函数。

4.根据权利要求3所述的差分电压测量系统（400），所述差分电压测量系统具有用于控制用于在所述第一放大器电路（4）的两个输入端（5、6）处产生直流电压或交流电压或交流电流（U、I₁、I₂）的第一和第二单元（500、600）的控制单元，该控制单元被设置用于控制所述两个单元（500、600），使得具有变化频率的交流电流信号在所述第一电极（1）和所述第二电极（2）处被产生。

5.根据权利要求4所述的差分电压测量系统（400），其中所述控制单元被设置用于控制所述两个单元（500、600），使得具有脉冲或阶跃函数的交流电流信号在所述第一电极（1）和所述第二电极（2）处被产生。

6.根据权利要求3至5之一所述的差分电压测量系统（400），其中所述分析装置（23）被设置用于基于所述共模电流的所检测的电流强度以及所确定的传递函数来确定由所述共模电流在所述分流电阻（3）处产生的电压降并且将该电压降从由所述第一信号检测单元（21）检测的信号中减去。

7.根据权利要求1至6之一所述的差分电压测量系统（400），所述差分电压测量系统具有多个与所述第一电极（1）相对应的测量电极，所述测量电极在输入端处与病人（P）连接并且在输出端处提供各一个测量接触部。

8.根据权利要求7所述的差分电压测量系统（400），所述差分电压测量系统包括一个或多个前置的复用器，通过所述复用器能够将另外的测量接触部与所述第一放大器电路（4）的第一和第二输入端（5、6）连接。

9.根据权利要求1至8之一所述的差分电压测量系统（400），所述差分电压测量系统针对每个电极附加地具有配备有分流电阻（3）的、能够接通相应电极的、用于测量共模电流的测量路径。

10.根据权利要求1至9之一所述的差分电压测量系统（800），所述差分电压测量系统具有用于在病人（P）的身体上产生信号的另外的接触部（RLD、13），所述信号能够被调节到在所述分流电阻（3）处确定的共模电压上。

11.根据权利要求1至10之一所述的差分电压测量系统（900），其中所述分流电阻（3）布置在第三电流路径中，该第三电流路径从由所述第二电极（2）和第一放大器（4）的第二输入端（6）形成的测量路径在所述第二电极（2）的输出端处分岔，并且所述差分电压测量系统此外具有可调节阻抗（14），所述阻抗被连接在所述分流阻抗（3）和地（GND）之间。

12.差分电压测量系统（1100），所述差分电压测量系统具有：

-多个测量路径，所述测量路径分别具有电极（1、2、35），用于检测施加在相应电极处的信号，

-至少一个放大器电路（4、17、31），所述至少一个放大器电路具有与第一电极（1、2）电连接的第一输入端（5、18、32）和与第二电极（2、35）电连接的第二输入端（6、19、33），其中所述放大器电路（4、17、31）从施加在所述第一和第二电极处的信号中确定差动信号，

-信号检测电路（21），所述信号检测电路被设置用于检测由所述至少一个放大器电路确定的差动信号，

-附加的放大器电路（36），所述附加的放大器电路的两个输入端分别经由电容（40、41）与所述电极（1、2）之一耦合，

-至少一个配备有附加阻抗（42、43、44）的附加电流路径，所述附加电流路径与所述电极（1、2、35）之一耦合并且被确定尺寸，使得各个被分配给各个电极的测量路径的传递函数相互匹配。

13.差分电压测量系统（1200），所述差分电压测量系统具有：

-两个电极(1、2)，所述电极在输入端处与病人（P）连接并且在输出端处提供各一个测量接触部，

-放大器电路（4），所述放大器电路具有用于来自第一电极（1）的第一信号的第一输入端（5）和用于来自第二电极（2）的第二信号的第二输入端（6）以及输出端（7），

-在第一放大器电路（4）的输出端（7）处的信号检测单元（21），

-用于在病人（P）的身体上产生参考信号的另外的接触部（RLD、13），

-控制单元（24），所述控制单元读取来自所述信号检测单元（21）的信号并且控制所述另外的接触部（RLD、13），使得与所测量的共模电压相对应的参考信号在病人的身体上被产生，

-仅仅在所述第一电极（1）和所述放大器电路（4）的第一输入端（5）之间以及所述第二电极（2）和所述放大器电路（4）的第二输入端（6）之间的多个保护电阻（51、52、53、54），使得所述另外的接触部（RLD、13）的阻抗被最小化。

14.用于差分地测量电压的方法（1300），所述方法具有以下步骤：

-第一信号利用第一电极（1）来检测并且第二信号利用第二电极（2）来检测，所述第一电极和第二电极在输入端处与病人连接并且在输出端处提供各一个测量接触部，

-测量在接通到所述第二电极的分流电阻（3）处的共模电流，

-基于所确定的测量值确定校正的差分电压信号。