CN112998718A - 抑制在测量生物电信号时电极上的回声作用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种差分电压测量系统中的干扰信号测量装置，所述差分电压测量系统具有用于测量生物电信号的信号测量电路，所述信号测量电路具有多个有效信号路径，所述有效信号路径分别具有传感器电极。干扰信号测量装置具有：每传感器电极的附加的传感器线路，所述传感器线路分别与传感器电极的输入线路的测量连接部电连接；和每传感器电极的测量放大器电路，所述测量放大器电路经由电阻与附加的传感器线路连接，并且设立用于检测在传感器线路上出现的电势变化并且从中求取电极参考干扰信号。也描述一种干扰信号补偿装置。此外描述一种差分电压测量系统。此外，描述一种用于产生干扰降低的生物测量信号的方法。

Description

抑制在测量生物电信号时电极上的回声作用

技术领域

本发明涉及一种差分电压测量系统中的干扰信号测量装置，所述差分电压测量系统具有用于测量生物电信号的信号测量电路，所述信号测量电路具有多个有效信号路径，所述有效信号路径分别具有传感器电极。本发明还涉及一种干扰信号补偿装置。此外，本发明涉及一种差分电压测量系统。另外，本发明涉及一种用于产生干扰降低的生物测量信号的方法。

背景技术

用于测量生物电信号的电压测量系统、尤其差分电压测量系统例如在医学中用于测量心电图(EKG)、脑电图(EEG)或肌电图(EMG)。在这种应用中，应该优选地在每个测量信道上注意至少数MOhm的高输入阻抗，以便减少或至少不增强干扰的影响。在用于测量生物电信号的上述设备的线缆中，也应该保持高的力求的输入阻抗。线缆的测量线路通常由屏蔽件包围。为了获得更好的可操作性，线缆此外是柔性的、纤细的和轻质的。然而，这些特征导致在线缆的使用寿命与可操作性之间的冲突，并且提高线缆故障的风险。

在测量生物电信号时可能发生的一组干扰是例如在患者处耦合输入或耦合输入到线缆或电极中或施加在其上的干扰信号。所述干扰信号例如包括环境的电磁场、静电充电等。

在将电场耦合输入到电极上时，耦合输入的电流经由身体且继续经由 EKG部件流出到地并且在经由接触电极过渡时引起干扰电压。

在US 7,993,167 B2中描述一种方法，其中应通过屏蔽件避免通过将电场耦合输入到电极上而产生的干扰信号。然而，这种屏蔽件具有如下缺点：其仅能够避免一部分耦合输入，因为这种屏蔽件在多个部位处从患者的皮肤突出，使得干扰可能在身体与电极屏蔽件之间耦合输入。

发明内容

因此，本发明的目的是，也减少或甚至避免在测量作用于电极的生物电信号时的干扰。

所述目的通过根据权利要求1所述的干扰信号测量装置，通过根据权利要求4所述的干扰信号补偿装置，通过根据权利要求5所述的差分电压测量系统以及通过根据权利要求13所述的用于产生干扰降低的生物测量信号的方法来实现。

根据本发明的干扰信号测量装置用于测量差分电压测量系统中的有效信号路径上的干扰信号，所述差分电压测量系统具有用于测量生物电信号的信号测量电路，所述信号测量电路具有多个有效信号路径，所述有效信号路径分别具有传感器电极。干扰信号测量装置包括每传感器电极的附加的传感器线路，所述传感器线路与传感器电极的输入线路的测量连接部电连接。

干扰信号测量装置的一部分也是每传感器电极的测量放大器电路，所述测量放大器电路经由电阻与附加的传感器线路连接，并且设立用于检测在传感器线路上出现的电势变化并且从中求取电极-参考干扰信号。

如开始已经提及的，差分电压测量系统检测生物电信号，例如人类或动物患者的生物电信号。为此，所述差分电压测量系统具有多个测量线路或有效信号路径。所述测量线路或有效信号路径例如作为单独的线缆将安置在患者处以检测信号的电极与电压测量系统的其他部件、即尤其用于评估或显示所检测的信号的电子装置连接。

差分电压测量系统的基本功能对于本领域技术人员是已知的，因此在此不进行更详细的阐述。差分电压测量系统尤其可以构成为心电图 (EKG)、脑电图(EEG)或肌电图(EMG)。

在此，不仅干扰信号、如例如到线缆中或经由患者的耦合输入，而且信号路径故障、如例如线缆破损、扭结等称为干扰。在测量生物电信号、例如EKG信号时发生耦合输入，例如通常作为共模干扰信号、也称为“共模”信号(CM信号)。

现在，根据本发明，通过分开的干扰信号测量装置检测耦合输入到差分电压测量系统的传感器电极上的干扰信号。有利地，借此能够分开测量干扰源、如例如尤其在电极上耦合输入干扰信号、但几乎不将干扰信号耦合输入到检查对象的身体上的导电线缆的干扰信号。通过独立分析，此外能够给使用者提供具体的操作指令，通过所述操作指令能够消除干扰源。此外，测量的干扰信号也能够作为电极-参考干扰信号用于有针对性地抑制测量信号中的干扰分量。为此，例如能够使用多个自适应滤波器，借助所述自适应滤波器，从测量信号中滤除不同的干扰分量。

根据本发明的干扰信号补偿装置具有根据本发明的干扰信号测量装置。此外，根据本发明的干扰信号补偿装置包括评估单元。评估单元包括第一自适应滤波器单元，其设立用于，基于测量信号和参考共模干扰信号来产生第一干扰降低的测量信号。这种参考共模干扰信号包括耦合输入到检查对象的身体上的干扰信号。自适应滤波器单元具有如下特性：其传递函数及其频率能够在运行时自动变化。在此，根据滤波器的输出信号产生故障信号，并且滤波器系数根据故障信号变化，使得故障信号最小化。第一干扰降低的测量信号尤其包括更少的由耦合输入到检查对象的身体上的干扰导致的干扰信号。然而，第一自适应滤波器单元，即使在较小的程度上，也减小通过耦合输入到电极上的干扰引起的干扰信号。因此，由干扰信号测量装置检测到的电极-参考干扰信号不再良好地适合作为用于通过第一滤波器单元产生的第一干扰降低的测量信号的参考。

这种效果通过如下方式解释：患者附近的每个电场总是同时耦合输入到患者和电极上。根据干扰的位置和类型，这非常不同强度地实现。因为用于电极干扰和参考干扰的干扰源是相同的电场，共模参考测量根据耦合输入至少包括对电极的干扰的分量。第一自适应滤波器单元现在引起消除这种相同的分量，并且由此不仅消除共模干扰分量，而且也部分地消除到电极上的耦合输入。

由于所述原因，评估单元包括第二自适应滤波器单元，借助所述第二自适应滤波器单元产生调整的参考电极干扰信号，所述参考电极干扰信号仅还包括通过第一自适应滤波器单元未滤除的干扰分量。优选地与第一自适应滤波器单元并联连接的第二自适应滤波器单元设立用于，基于由干扰信号测量装置求取的电极-参考干扰信号和参考共模干扰信号来产生经共模干扰降低而调整的参考电极干扰信号。如以上提到的那样，在此，也滤除通过干扰场耦合输入到电极上引起的、但也在参考共模干扰信号中包括的干扰分量。如已经提及的那样，以这种方式滤除仅还包括通过第一自适应滤波器单元仍未滤除的干扰信号分量的调整了的参考电极干扰信号。现在，所述调整的参考电极干扰信号能够由第三自适应滤波器单元用作为参考信号，所述第三自适应滤波器单元同样是评估单元的一部分。第三自适应滤波器单元在第一自适应滤波器单元和第二自适应滤波器单元的下游连接，并且设立用于基于第一干扰降低的测量信号和调整的参考电极干扰信号来求取第二干扰降低的测量信号。

所述第二干扰降低的测量信号现在有利地有效地不仅不具有通过干扰场耦合输入到检查对象的身体上而产生的干扰信号，而且不具有由干扰场耦合输入到差分电压测量系统的传感器电极上而产生的干扰信号。

根据本发明的差分电压测量系统具有用于测量生物电测量信号的至少一个第一电极和第二电极。此外，根据本发明的差分电压测量系统具有用于在测量对象与差分电压测量系统之间的电势平衡的至少一个第三电极。借助于所述第三电极也能够产生已经提及的参考共模干扰信号。此外，根据本发明的差分电压测量系统具有测量装置。测量装置具有用于测量生物电信号的信号测量电路。此外，测量装置也具有参考信号单元，所述参考信号单元产生提及的参考共模干扰信号并且为此不仅与已经提及的第三电极、而且与信号测量电路连接。

为了测量参考共模干扰信号，差分电压测量系统具有第三有效信号路径，所述第三有效信号路径具有已经提及的第三电极。此外，差分电压测量系统优选地包括连接在电流测量电阻与信号测量电路之间的驱动器电路。所述驱动器电路也称为“右腿驱动(Right-Leg-Drive)”(RLD)，并且负责产生信号，所述信号被调节到个别或所有信号的平均共模电压上。由此可以在有效信号路径中减小已经在上文中提及的和测量的共模干扰信号。

第三有效信号路径(或“右腿驱动路径”(Right-Leg-Drive-Pfad))用于在患者和差分电压测量系统或EKG测量系统之间的电势平衡。在此，第三有效信号路径的电极优选安置在患者的右腿上，名称“右腿驱动 (Right-Leg-Drive)”归因于此。但是原则上，所述第三电势也可以在患者上的其他位置处检测。

此外，根据本发明的差分电压测量系统也具有根据本发明的干扰信号测量装置。根据本发明的差分电压测量系统共享根据本发明的干扰信号补偿装置和根据本发明的干扰信号测量装置的优点。

在用于产生干扰降低的生物测量信号的根据本发明的方法中，检测可能含干扰的测量信号。此外，经由各传感器电极的测量放大器电路来检测电极-参考干扰信号。相应的测量放大器电路经由电阻与附加的传感器线路连接，并且设立用于检测在传感器线路上出现的电势变化并且从中求取电极-参考干扰信号。此外，检测参考共模干扰信号。基于测量信号和参考共模干扰信号求取第一干扰降低的测量信号。此外，基于由干扰信号测量装置求取的电极-参考干扰信号和参考共模干扰信号求取以共模干扰降低的调整的参考电极干扰信号。最后，基于第一干扰降低的测量信号和调整的参考电极干扰信号来求取第二干扰降低的测量信号。根据本发明的用于产生干扰降低的生物测量信号的方法共享根据本发明的干扰信号补偿装置和根据本发明的干扰信号测量装置的优点。

根据本发明的干扰信号补偿装置的前述部件的大部分、尤其分析单元可以完全地或部分地以软件模块的形式在相应的电压测量系统的处理器中实现。在很大程度上软件的实现方案具有如下优点：迄今为止已经使用的电压测量系统也能够以简单的方式在补充需要的硬件部件、如例如附加的传感器线路和测量放大器电路的情况下通过软件更新来加装，以便以根据本发明的方式工作。就此而言，所述目的也通过相应的计算机程序产品来实现，所述计算机程序产品具有计算机程序，所述计算机程序可以直接加载到电压测量系统的存储器装置中，所述计算机程序具有程序部段，以便当在电压测量系统中运行所述程序时，实施根据本发明的方法的所有步骤。除了计算机程序外，这种计算机程序产品必要时可以包括附加的组成部分，如例如文件汇编和/或附加的部件，也可以包括硬件部件，如例如用于使用软件的硬件密钥(软件狗等)。

计算机可读介质，例如记忆棒、硬盘或其他移动式的或固定装入的数据载体可以用于至电压测量系统的传输和/或在电压测量系统处或在电压测量系统中的存储，在所述计算机可读介质上存储有计算机程序的由电压测量系统的计算单元可读取和可运行的程序部段。为此，计算单元例如可以具有一个或多个协作的微处理器等。

本发明的另外的、特别有利的设计方案和改进方案在以下的描述中得出，其中一个类别的实施例也能够与另一类别的实施例和描述部分类似地改进，并且不同的实施例或变型方案的各个特征尤其也能够组合成新的实施例或变型方案。

在根据本发明的干扰信号测量装置的一个变型方案中，测量放大器电路具有可编程的放大器电路。借助这种电路能够改进借助仅能够离散地且与其运行电压相关地处理信号的AD转换器的测量的灵敏度。根据类型和制造商，反馈能够通过各个引脚的布线(并行)，SPI或I²C总线(串行) 改变并且因此调节放大。部分地，也使用可编程的模拟多路复用器，通过所述可编程的模拟多路复用器能够在不同的输入通道之间切换。

优选地，测量放大器电路电连接到传感器电极的输入线路的屏蔽件上。有效信号路径具有至少一个屏蔽件或屏障件(英文“shield”)。屏蔽件用于，使尤其在较高的频率下出现的电场和/或磁场远离有效信号路径。在此，屏蔽件根据感应原理起作用，或如法拉第笼那样起作用，并且例如构成为包围有效信号路径的导体的、然而与所述导体绝缘的金属薄膜等。在此，每个有效信号路径可以在如下意义上具有单独的屏蔽件：即每个屏蔽件都连接到自身的参考电势或连接到自身的评估电子装置上。但是，有效信号路径在如下意义上优选地具有共同的屏蔽件：即包围各个有效信号路径的屏蔽部分导电地连接并且连接到共同的参考电势或共同的电子装置上。

在此，屏蔽件可以通过如下方式原则上无源地构成：即所述屏蔽件与信号测量电路的接地电势连接。但是，屏蔽件也可以优选地经由相应的驱动器有源地操控，以便补偿可能的干扰场的影响。

原理上，在屏蔽件上能够测量也作用于有效信号路径的干扰信号。因为环境的大多由电网频率的共模分量占主导的电磁场类似于耦合输入到有效信号路径中地耦合输入到屏蔽件中。因此，尤其在屏蔽件处测量所述分量，这对进一步分析干扰信号本身以及其对真正待测量的生物电信号的影响具有优点。

因此，通过接触屏蔽件能够获得电极-参考干扰信号，所述电极-参考干扰信号根据本发明用于消除测量信号的干扰。

在根据本发明的差分电压测量系统的一个变型方案中，测量装置具有用于探测差分电压测量系统中的信号路径上的干扰的探测设备。

所述探测设备用于探测差分电压测量系统中的具有屏蔽件的信号路径上的干扰。在此，探测设备包括至少一个分析单元。所述分析单元与屏蔽件连接并且构成为，借助于在干扰情况下在屏蔽件处测量的信号来探测电压测量系统的有效信号路径中的干扰。

分析单元构成为，探测电压测量系统的有效信号路径中的干扰。因此，根据本发明，干扰通过如下方式探测：即在屏蔽件上测量、并且必要时更详细地分析——在最佳情况下不预期的——信号、即例如生物电信号和/ 或CM信号。在此，分析单元原则上可以不同地构成。探测设备可以包括恰好一个分析单元，在其他的构成方式中但是也可以包括多个分析单元，如例如故障分析单元和干扰信号评估单元。分析单元可以优选地具有集成电路，特别优选地ASIC。但是，分析单元也可以优选地包括微控制器或其他通用的计算单元。

因此，替代仅检查有效信号路径或待检查的线缆本身，在屏蔽件上测量和检查：有效信号路径是否有故障或其他干扰是否已交叉耦合到屏蔽件上。与从实践中已知的应用相反，为此，有效信号路径不必与患者连接。因此，能够在任意时刻，即例如在检查的准备阶段，但是也在检查期间测试：是否所有线缆是功能正常的和/或是否有强的电磁场耦合输入到线缆中。

使用探测设备的另一优点在于，不再需要技术人员或服务人员来探测线缆故障。在屏蔽件上的测量可以在有效信号测量期间并行地并且自动地进行，并且可以使线缆故障立即可见，例如在电压测量系统的用户界面上可见。因此，信号路径故障或线缆故障可以立即例如通过操作人员自身发现并且可以立即更换线缆，并且执行正确的测量。由此，也降低了借助未发现损坏的线缆继续测量的危险。

此外，有效信号的类型在借助于屏蔽件探测干扰时不重要。因此，所述探测设备可以用于完全不同的电压测量系统，例如EKG测量系统、EEG 测量系统或EMG测量系统，而不必为此专门调整。由此，同样可以节省巨大的开发和制造成本。

此外，探测设备不需要外部电压源来探测干扰，因为所有重要的导电部件都可以集成在探测设备或电压测量装置中或者是集成在其中的。由此，测试构造可以是完全无源的。

用于探测差分电压测量系统中的信号路径上的干扰的探测设备优选地具有干扰信号评估单元，所述差分电压测量系统具有用于测量生物电信号的信号测量电路，所述信号测量电路具有多个有效信号路径。所述干扰信号评估单元又包括干扰信号求取单元，所述干扰信号求取单元构成为，使得其求取具有在电网频率的范围内的频率的干扰信号。干扰信号评估单元还包括干扰信号抑制单元，所述干扰信号抑制单元构成为，使得其基于所求取的干扰信号来减少生物电信号中的干扰信号分量。

如果在另外的路径、例如单独的干扰信号路径上检测干扰信号，那么在此描述的探测设备也可以与在上文中描述的探测设备无关地、即在不将屏蔽件用于探测干扰的条件下作为独立的构思使用。然而，如果根据本发明求取在电网频率的范围内的干扰信号通过在屏蔽件处的测量进行，则得出特别的协同作用。因为屏蔽件是具有与有效信号路径相同的长度的电导体。因此，环境的大多由电网频率的共模分量占主导的电磁场以类似于耦合输入到有效信号路径中的方式耦合输入到屏蔽件中。因此，尤其在屏蔽件处测量所述分量，这对进一步分析干扰信号本身以及其对真正待测量的生物电信号的影响具有优点。

在上文中已经深入地阐述了差分电压测量系统的工作原理。通常在全国范围由供电商提供的电网电压的频率或者至少连接有探测设备的电回路的电压的频率称为电网频率。已经证明，如果限制干扰信号的频率范围，则可以明显简化干扰信号的求取。

因此，干扰信号求取单元根据本发明仅求取处于电网频率的范围内的干扰信号，尤其CM信号。因为所述干扰信号通常是最大的干扰信号分量，所以由此在信号分析时得出明显的简化。在信号分析的范围内，在电网频率周围的频率范围内，例如借助于频率分析来寻找最强信号。那么，所述最强信号大概率是电网干扰，因为在干扰信号路径上通常不会找到有效信号分量。

然后，如在下文中还更详细地阐述的那样，下面将找到的信号用于干扰信号抑制。在此，信号然而不会像迄今为止常见的那样在大的范围内变形，这会降低诊断值，而是在干扰信号的之前求取的频率附近仅仅精确地在常见的公差范围内改变，使得减少或补偿干扰信号的影响。

有效信号的类型在借助于屏蔽件和/或基于电网频率周围的范围探测干扰时不重要。因此，根据本发明的探测设备可以用于完全不同的电压测量系统，如例如EKG测量系统、EEG测量系统或EMG测量系统，而对此不必专门地调整。由此，同样可以节省巨大的开发和制造成本。

此外，探测设备不需要外部电压源来探测干扰，因为所有重要的导电部件可以集成在探测设备或电压测量装置中或者是集成在其中的。由此，测试构造可以是完全无源的。

在此，探测设备可以分别是独立的部件，并且例如作为加装件、例如经由插接连接装置装入已经存在的EKG、EEG或EMG中或在其上游或在其之间接入，这随后还更详细地阐述。然而优选地，探测设备已经固定地集成在根据本发明的电压测量系统中。

探测设备优选地包括至少一个电流施加单元，所述电流施加单元构成为，使得其将信号施加到第一有效信号路径上。探测设备还优选地包括故障分析单元作为分析单元，所述故障分析单元借助于之前施加的、在干扰情况下在屏蔽件处测量的信号来探测电压测量系统的有效信号路径中的信号路径故障。

在此，电流施加单元优选地构成为，使得其优选地将任意的、但是定义的第一信号施加到电压测量系统的信号测量电路的第一有效信号路径上。信号优选可以是可以直接地或间接地施加和测量的电流。因此，电流优选地可以经由电流源施加到有效信号路径上。但是，电流也可以特别优选地经由上拉电阻(Pull-up-Widerstand)和/或上下拉电阻 (Pull-up-down-Widerstand)间接地在有效信号路径上施加或调节。在此，所施加的电流优选地处于纳安范围内，以便例如所测量的生物电信号不会失真，进而排除对患者的危害。

如果有效信号路径例如借助于电极与患者连接，并且电流施加单元将信号或电流施加到第一有效信号路径上，则所述电流经由患者和与患者连接的相应地设计的返回路径再次流出。

针对在有效信号路径上施加的电流相应地设计的返回路径优选为到共同的参考电势的低欧姆的返回路径。这种返回路径例如通过第一干扰信号路径形成。因为有效信号路径由于其高的输入阻抗不会形成到共同的参考电势的低欧姆的回流路径(在完好的线缆的情况下)，所以所施加的信号仅可以经由干扰信号路径流出。结果是，不仅上述干扰信号，而且在有效信号路径上施加的信号处于干扰信号路径上。

如果信号测量线缆或有效信号路径的线缆有故障，则除干扰信号路径外，信号测量电路具有用于所施加的电流的至少一个其他的低欧姆的返回路径。然后，所施加的信号转移到屏蔽件中，并且不再经由干扰信号路径流出，因为屏蔽件具有较低的电阻。因此，在线缆故障的情况下，干扰信号路径上的信号不再以施加在有效信号路径上的信号提高，而是在这种情况下在屏蔽件上测量所施加的信号。

所述测量可以与相应的线缆是否与患者连接无关地进行。以所述方式，线缆故障可以在检查之前已经确定、但是也可以在检查期间确定，并且可以采取相应的对策、如例如更换线缆。

在开始提到的电压测量系统中，信号测量电路根据其应用可以具有任意数量的有效信号路径或信号测量线缆。通常，信号测量电路、例如EKG 测量系统具有至少两个有效信号路径。有效信号路径优选地包括电极，所述电极可以安置到待检查的患者上，以便测量在那里施加的电势。电极的构造可以与测量的准确类型相关，例如，是否为EKG测量、EEG测量或 EMG测量；以及与应该精确地在何处在患者处测量电势相关。适用于不同的使用目的的电极对于本领域技术人员是已知的。电极的输出端优选地经由所提及的信号测量线缆，优选地与放大器电路连接。特别优选地，电极与差分放大器电连接。所述差分放大器从在其输入端处测量的和由电极检测的信号中形成差值，并且将所述差值放大。此外，信号测量电路具有信号检测单元，所述信号检测单元连接在放大器电路的输出端上，以便检测并且进一步使用和/或记录放大的信号或例如电势。例如，信号检测单元可以具有A/D转换器和其他组件，以便进一步处理数字信号。

电流施加单元优选地分别将不同的、也就是说独特的信号施加到不同的有效信号路径上。这在如下情况中是特别有利的：即并非所有有效信号路径具有单独的屏蔽件，而是具有共同的屏蔽件，这在下文中详细阐述。

屏蔽件或其他干扰信号路径通常不具有或仅具有非常小的直流分量。如果将信号作为直流电流施加在有效信号路径上，则可以非常容易地将所述分量与更频繁地耦合输入的或否则存在的交流电流分量区分开。

在其他情况下，但是也有利的是：将信号作为交流电流施加到有效信号路径上。

因此，电流施加单元或电流施加控制单元优选地构成为，使得所述电流施加单元或电流施加控制单元可以将交流电流和/或直流电流施加到有效信号路径上。

电流施加单元优选地构成为，使得施加到有效信号路径上的信号包括正电流。在此，在信号测量电路的有效信号路径上分别施加正电流。

因此，在数量为N的有效信号路径的情况下，得出总信号I_g或总电流I_g为：

I_g＝I₁+I₂+…+I_N

如果不存在信号路径故障，则除了可能存在的干扰信号外，通过电流施加单元施加的总电流也经由第一干扰信号路径流出。

如果信号测量电路具有多个有效信号路径，则在以正电流加载所有有效信号路径时，可以出现饱和效应。为了将不同的电流或信号施加到有效信号路径上，探测设备完全特别优选地在各有效信号路径具有电流施加单元。电流施加单元优选地包括电流源。但是，特别优选地并且如已经提及的那样，电流施加单元包括上拉电阻或下拉电阻，所述上拉电阻或下拉电阻沿有效信号路径上调或下调电压，进而间接地影响在相应的有效信号路径上施加的电流。

在此，电流施加单元优选地构成为，使得其在多个有效信号路径上施加正电流，并且在多个有效信号路径上施加负电流。特别优选地，在其上施加正电流的有效信号路径的数量对应于在其上施加负电流的有效信号路径的数量。由此，可以交替地为有效信号路径加载正电流和为有效信号路径加载负电流。在一个或多个线缆故障的情况下，由此得出总电流为：

I_D：故障电流

I_Pi：有故障的有效信号路径i中的正电流

I_Nj：有故障的有效信号路径j中的负电流

特别优选地，所有故障电流的总和、即所施加的电流的所有可能的组合也是独特的或个体化的。如果现在可以在屏蔽件上测量电流，则可以根据一个信号分量或多个信号分量的数值快速地并且简单地确定：哪个或哪些有效信号路径具有信号路径故障。

恰好在直至200条线路的耗费的线缆束的情况下，如这例如在心内 EKG、例如在血管造影应用中是这种情况，这能够实现有针对性地探测有故障的线路。因此，代替价值为直至1000€的整个高度复杂的线缆，可以更换价值为10至20€的单个线路。

为了检查各个有效信号路径上的所施加的信号是否处于测量范围中，误差探测单元优选地不包括用于所有有效信号路径的总比较单元，而是对于每个有效信号路径具有比较单元。优选地，比较单元各自包括AD转换器，但是特别优选地，比较单元也各自包括比较器。

由于电压测量系统中的可能的其他公差和寄生电流，在各有效信号路径所施加的信号优选地相差至少5nA和/或最大20nA。完全特别优选地相差约10nA。

为了在信号路径故障的情况下容易地找出具有故障的有效信号路径，电流施加单元替选地或附加地优选构成为，使得其可以单独地开关在各有效信号路径所施加的信号。因此，在探测到信号路径故障后，例如可以逐步地分别去激活(deaktiviert)将信号施加到有效信号路径上。如果去激活有效信号路径上的信号不产生干扰信号路径上的总信号的改变，则所述有效信号路径具有线缆故障。

优选地，所述探测设备还包括用于测量第一干扰信号的至少一个第一干扰信号路径。在测量生物电信号时，如上所述的那样，例如经常出现共模干扰信号。第一干扰信号路径优选地经由电极与患者连接。因此优选地，第三有效信号路径可以完全地或至少部分地与在下文中更详细地阐述的第一干扰信号路径一致或者至少部段地对应于所述第一干扰信号路径。例如，可以将相同的电极和相同的线缆用于第三有效信号路径和第一干扰信号路径。因此那么甚至也不需要操作人员将用于根据本发明的信号路径检查的附加的电极置于患者上或执行其他特定的措施。

第一和/或第三干扰信号路径优选地具有电流测量单元。所述电流测量单元优选地包括：电流测量电阻和与所述电流测量电阻并联连接的电压测量装置，所述电流测量电阻优选地是分流电阻。

在此，电流测量电阻可以连接到第三电极和信号测量电路的驱动器电路、即右腿驱动之间。

优选地，分流电阻具有至少10kΩ的电阻值和最大1000kΩ的电阻值。

优选地，电压测量装置也是差分放大器。干扰信号路径在电压测量装置的输出端处具有干扰信号检测单元，以便能够进一步处理测量到的干扰信号。干扰信号检测单元例如包括A/D转换器和用于进一步处理数字信号的单元。

例如，在第一干扰信号或从其得到的或进一步处理的信号之内，例如在时域和/或频域中寻找生物电信号的典型特征，例如在EKG信号中寻找典型的EKG锯齿。

优选地，根据本发明的探测设备包括至少一个第一比较单元，所述第一比较单元检查：有效信号路径的信号是否处于测量范围内。

为此，可以优选地选择定义的测量范围或阈值，从所述阈值开始假设，信号在有效信号路径上流动。

在通常情况下，即在完好的有效信号路径或线缆的情况下，EKG测量系统的线缆的测量线路的输入阻抗是高的。

如果将电极安置在患者上，优选地至少借助于第一比较单元检查：已经施加到第一有效信号路径上的信号是否处于测量范围内。同时或者但是也在其之后，在至少第一干扰信号路径上测量至少一个第一干扰信号。

如果与预期相反，有效信号路径没有与患者连接，因为例如电极已经从患者脱离，则电回路不闭合，或要由施加的信号克服的阻抗十分大。

因此，通过电流施加单元例如在第一有效信号路径的电极处引起的电压进入饱和。在此，电流例如可以间接地经由电阻作为电压被探测。因此，所施加的信号处于定义的测量范围之外。

借助于比较单元执行所述检查或测量。因此，比较单元可以检查：有效信号路径是否与患者连接。但是，所述比较单元还不能单独地给出关于如下内容的结论：即是否存在与患者连接的有效信号路径的信号路径故障。

因此，在完好的并且连接的线缆的情况下，所施加的电流经由第一干扰信号路径流出，然而在线缆故障的情况下，经由屏蔽件流出。因此，如果如上所述的那样已经确定线缆正确地安置在患者处，那么无法仅仅经由附加地在屏蔽件上流动的电流来确定线缆故障。此外，线缆故障也可以借助于在第一干扰信号路径上缺少电流或信号来确定。因此，无需明显更高的耗费，可以提供两种用于识别线缆故障的方法，并且必要时可以组合。

探测设备优选地具有用于测量第二干扰信号的第二干扰信号路径。

所述干扰信号路径能够以不同的方式构造。所述干扰信号路径可以构造成，使得没有生物电信号耦合输入。但是，可以优选地耦合输入也在第一干扰信号路径上出现的干扰信号，例如上述共模干扰信号。第二干扰信号路径可以优选地用于针对第一干扰信号路径上的干扰信号的参考测量。

在此，第二干扰信号路径不必包括信号测量线缆，而是可以对应于电容测量或接地耦合。

优选地，第二干扰信号路径在电压测量系统或EKG测量系统的参考电势与外部参考电势、例如接地电势之间伸展。所述电耦合优选地经由电容耦合进行。通过第二干扰信号路径仅经由共同的参考电势与电压测量系统耦合，第二干扰信号路径上的第二干扰信号很大程度上与在有效信号路径中使用的线缆的输入阻抗无关。因此，第二干扰信号路径不能用作为用于在有效信号路径上施加的信号的返回路径。此外，由于构造第二干扰信号路径，干扰信号很大程度上由共模干扰信号确定。

为了实现电容耦合，第二干扰信号路径在电压测量系统和接地电势之间优选地具有与电压测量系统的参考电势电连接的导体面。在此，导体面对应于耦合电容。导体面例如可以通过金属板或薄膜实现。

第二干扰信号路径也可以具有电流测量单元。在此，电流测量单元可以优选地连接到电压测量系统的参考电势和到导体面的外部参考电势的电容接合部之间。此外，所述电流测量单元也可以优选地具有电流测量电阻和与所述电流测量电阻并联连接的电压测量装置。电流测量电阻优选地是分流电阻，并且电压测量装置优选地是差分放大器。

第二干扰信号路径可以例如在电压测量装置的输出端处具有干扰信号检测单元。

探测设备优选地具有干扰信号评估单元作为分析单元，所述干扰信号评估单元在屏蔽件处测量第三干扰信号。因此，屏蔽件用作为第三干扰信号路径。如在上文中已经描述的，这是特别有利的，因为屏蔽件是具有与有效信号路径相同的长度的电导体。因此，环境的大多由电网频率的共模分量占主导的电磁场类似于耦合输入到有效信号路径中地耦合输入到屏蔽件中。由此，能够特别有效地并且简化地分析干扰信号，尤其关于实际待测量的生物电信号。

只要使用至少两个干扰信号路径，则干扰信号评估单元优选地可以与所有干扰信号路径连接。那么，干扰信号评估单元优选地构成为，形成第一干扰信号、第二干扰信号和/或第三干扰信号的组合信号。

因此，如果可以借助屏蔽件或第三干扰信号路径在差分信号中探测到施加到有效信号路径上的信号，则尤其可以证明信号路径故障或线缆故障。借助于加权加法或减法，差分信号例如因此由第一干扰信号和/或第二干扰信号和第三干扰信号组成。在此，权重能够以合适的方式调整。

如果将电流作为交流电流施加到有效信号路径上，则可能的是，所述电流与第一干扰信号路径上的电流非常相似。如果现在由第一干扰信号和第二干扰信号形成差分信号，则可以更容易地探测由有效信号路径交叉耦合的电流。

然而，组合信号例如也可以包括第一干扰信号和第二干扰信号的比值。

优选地，干扰信号评估单元包括干扰信号抑制单元，所述干扰信号抑制单元构成为，使得其基于所求取的干扰信号中的至少一个干扰信号来减少有效信号的干扰信号分量。这例如可以通过对所测量的有效信号进行后处理来实现，如随后还更详细地描述的那样。但是，替选地或附加地，在检测测量信号期间，也可以经由相应的驱动器(RLD)在患者处进行有源的反调节。

优选地，用于求取干扰信号的电网频率的范围为期望电网频率的± 2％、特别优选地±1％。这基本上给出在正常运行的电网的情况下不应离开的范围。因此有利的是，将分析限制于所述范围。

在此，实际的电网频率可以偏离期望值、期望电网频率。期望电网频率在北美、中美和部分南美以及在日本、中国台湾、菲律宾等例如为60Hz或在世界的其他地区例如为50Hz。

优选地通过如下方式进行干扰信号抑制：例如借助关于所述信号的信息来设定基于频率的滤波器，所述滤波器可以有利地具有比至今为止在现有技术中常用的带宽更窄的带宽。可以有利地减小干扰信号和滤波过程对有效信号或生物电信号的影响。

替选地，也可以优选地将锁相环(PLL，英文“phase-locked loop”) 用于抑制干扰信号，所述干扰信号接收根据本发明求取的干扰信号作为发电机输入信号。PLL是电子电路装置，其影响相位进而关联地经由闭合的调节回路影响可变振荡器的频率，使得在外部参考信号(干扰信号)与从中推导出的信号之间的相差尽可能恒定。因此有利地，已经为PLL提供关于干扰信号的频率的非常精确的信息，使得其仅仍必须求取有效信号或生物电信号中的干扰的可能偏移的相或不同的幅值。由此，PLL有利地更快地接近抑制干扰的信号的最终质量。

优选地，探测设备具有输出单元，所述输出单元连接到干扰信号评估单元的输出端上和/或在外部、例如经由无线电传输来工作。输出单元用于，输出或立即用信号通知探测到的信号路径故障。在此，可以即刻例如光学地、声学地进行所述输出或用信号通知。此外，用信号通知可以通过无线电例如发送给服务技术人员。另外的输出形式可以作为协议化、例如与测量数据共同地进行。特别优选地，协议化与测量信号或待测量的生物电信号在时间上关联地进行。因此，例如在仅有时发生干扰的情况下，如在接触不良的情况下可以记录：哪些测量值可使用和哪些测量值不可使用。

尤其如果探测设备集成在电压测量系统中，则输出单元优选地包括在电压测量系统的用户界面中。由此，操作人员例如可以在用户界面、例如监视器上同时检查生物电信号并且探测线缆故障。

附图说明

下面参考附图根据实施例再次详细阐述本发明。在此，在不同的附图中，相同的部件设有相同的附图标记。附图通常不是符合比例的。附图示出：

图1示意性示出差分电压测量系统的一个实施例，包括电端子或接触部在患者处的可能的定位，

图2示意性示出根据本发明的一个实施例的具有干扰信号测量装置的差分电压测量系统，

图3示出用于根据本发明的差分电压测量系统的干扰信号评估单元的一个实施例的示意性方框图，

图4示出流程图，其图解说明根据本发明的一个实施例的用于产生干扰降低的生物测量信号的方法，

图5示意性示出根据本发明的第二实施例的具有干扰信号测量装置的差分电压测量系统，

图6示出干扰信号评估单元的一个实施例的示意性方框图，

图7示出根据本发明的用于抑制差分电压测量系统中的干扰信号的方法的一个实施例的示意性流程图。

在附图中，示例性地分别以EKG测量系统1作为差分电压测量系统 1为出发点，以便测量生物电信号S(k)、在此为EKG信号S(k)。但是，本发明不限制于此。

具体实施方式

图1示例性示出具有在患者P处的根据本发明的EKG测量系统1的装置10。EKG测量系统1包括具有其电端子的EKG设备27以及经由线缆K连接到其上的电极3、4、5，以便在患者P处测量EKG信号S(k)。借助于本发明，所述EKG测量系统1能够抑制耦合输入到电极3、4、5上的(如其例如在图5中可见)干扰信号。

为了测量EKG信号S(k)，需要安置在患者P上的至少一个第一电极 3和第二电极4。通过信号测量线缆K，电极3、4经由端子25a、25b，通常为插接连接件25a、25b与EKG设备27连接。在此，第一电极3和第二电极4连同信号测量线缆K形成信号检测单元9(参见图2)的一部分，借助所述信号检测单元可以检测EKG信号S(k)。

第三电极5用作为参考电极，以便在患者P与EKG设备27之间实现电势平衡。这随后还更详细地阐述。经典地，所述第三电极5安置在患者的右腿上(因此如上所述，所述端子通常也被称为“右腿驱动”或“RLD”)。但是，所述第三电极在此也可以在另一位置处定位。此外，经由EKG设备27处的未在图中示出的其他端子，还可以在患者P处安置用于其他引线(电势测量)的多个其他接触部，并且用于形成适合的信号。

在各个电极3、4、5之间形成电压电势UEKG₃₄、UEKG₄₅和UEKG₃₅，所述电压电势用于测量EKG信号S(k)。

在EKG设备27的用户界面14上显示直接测量的EKG信号S(k)和/ 或进一步处理的生物电信号S_est(k)。

在EKG测量中，患者P至少电容性地与接地电势E耦合(在图1中通过在头部和右腿上的耦合示意性地示出)。然而，患者承受干扰源U_cm，例如通过具有50Hz交流电流的供电装置产生的电场、以及从中产生经由患者P而存在的且随时间t持续变化的干扰信号n_source(t)，所述干扰信号通过相对敏感的测量强制性地一起检测。通常，通过所述干扰源U_cm，干扰信号经由患者P耦合输入到信号测量线缆K中的测量线路上，稍后还参照所述信号测量线缆。

从第一电极3和第二电极4引导至EKG设备27的信号测量线缆K 在此是有效信号路径6a、6b的一部分。从电极5引导至EKG设备27的信号测量线缆K在此对应于第三有效信号路径7N的一部分。第三有效信号路径7N传输干扰源U_cm的干扰信号，所述干扰信号已经经由患者P和电极耦合输入。

线缆K具有屏蔽件S，所述屏蔽件在此示意性地作为包围所有有效信号路径6a、6b、7N的虚线圆柱体示出。然而，屏蔽件并非必须共同包围所有线缆K，而是线缆K也可以被单独地屏蔽。然而，端子25a、25b、 25c优选地分别集成地具有用于屏蔽件的极(Pol)。那么，所述极聚集到共同的屏蔽端子25d上。在此，屏蔽件S例如构成为包围相应的线缆K 的导体的金属薄膜，所述金属薄膜然而与导体绝缘。

为了识别耦合输入到第一和/或第二有效信号路径上的干扰信号， EKG设备具有干扰场测量电路60，所述干扰场测量电路测量在屏蔽件S 上由于耦合输入到电极中的电场而出现的电势变化。

为了识别线缆故障D，EKG测量系统1可选地具有探测设备40，所述探测设备根据图5更准确地阐述。借助于所述探测设备40，检查线缆K 的线缆故障D。如在图1中示出的那样，通过探测设备40生成的用信号通知线缆故障D的检查信号PS能够通过输出单元16’在EKG设备27的用户界面14上显示和展示。由此，在用户界面14上，可以不仅监控EKG 信号S(k)的，而且同时也监控线缆K的可能的线缆故障D。

但是，输出单元16不必强制性地集成在用户界面14中。例如也可以经由信号灯、例如呈LED(发光二极管)等的形式的信号灯来实现用信号通知，所述信号灯用信号通知故障。但是，附加地或替选地，这也可以声学地、例如经由报警音来进行。另一变型方案还有在外部传输，例如经由无线电在外部传输给服务技术人员或用于在测量记录中输出，以便因此显示或记录线缆故障D。此外，如在图1中所示，EKG设备27可以具有外部接口15，以便例如提供用于打印机、存储装置和/或甚至网络的端子。

在图2中，非常粗略地示意性地以方框图更详细地图解说明根据本发明的一个实施例的EKG测量系统20的一个实施例。

EKG测量系统20包括用于测量生物电信号S(k)的信号测量电路2。

如在上文中已经提到的，信号测量电路2在此具有三个有效信号路径 6a、6b、7N。如结合图1所描述的那样，有效信号路径从患者P经由电极 3、4、5，线缆K以及插接连接件25a、25b、25c与EKG设备27电连接。电极3、4、5在此简化地作为RC元件示出，并且图解说明有效信号路径 6a、6b、7N的阻抗值。

第一电极3和第二电极4与患者P接触。由于电极3、4固定在患者 P上所处的引线部位之间的电势差，有效信号、例如“心脏电流”从电极 3、4传输至放大器电路8，例如运算放大器。放大器电路8包括两个输入端，并经由这两个输入端与第一电极3和第二电极4电连接。放大器电路 8的输出信号传输给信号检测单元9，所述信号检测单元9检测由放大器电路8放大的有效信号。在此，第一有效信号路径6a从第一电极3与患者P的接触部经由第一电极3伸展直至放大器电路8的输入端。第二有效信号路径6b从第二电极4与患者P的接触部经由第二电极4伸展直至放大器电路8的输入端。

结合图1描述的第三电极5是第一干扰信号路径7S的一部分。所述第三电极经由线缆K与电流测量电阻10a电连接，电流测量电阻在下文中称为分流电阻。分流电阻10a还与驱动器电路11电连接，如已经阐述的那样，所述驱动器电路也称为右腿驱动。驱动器电路11构造成，使得经由电极5将参考电势施加到患者上，所述参考电势对应于具有EKG分量的共模电压。例如，所述参考电势能够以已知的方式置于测量线路的倒转 (inversen)的放大的平均值。由此，参考电势能够规定成共模电压。

此外，将在RLD电路中产生的参考信号I_REF,CM传输给评估单元18，所述评估单元也接收借助于第一电极和第二电极3、4检测到的测量信号 S(k)并且输出消除干扰的信号S_est(k)。

在图2中示出的测量电路20的一部分也是对于每个电极3、4构成的干扰场测量电路60，所述干扰场测量电路测量在屏蔽件上由于耦合输入到电极中的电场而出现的电势变化。为了测量，干扰场测量电路60分别具有分流电阻61和测量放大器62。由测量电路60产生的电极-参考干扰信号I_Ref,El(k)同样传输给评估单元18。

在图3中图解说明根据本发明的一个实施例的评估单元18的示意图。评估单元18分别具有输入端或数字滤波器43，所述输入端或数字滤波器对由信号测量电路2、驱动器电路11和测量电路21产生的信号S(k)、 I_REF,CM、I_Ref,El(k)进行检测和滤波。所述滤波器43通常构成为带通滤波器或截止滤波器。

在此，测量信号S(k)携带通过电场耦合输入到身体上而产生的信号干扰分量I_EKG,CM(k)以及通过电场耦合输入到电极3、4上而产生的信号干扰分量I_EKG,EL(k)。

S(k)＝I_EKG(k)+I_EKG,CM(k)+I_EKG,EL(k).

与作用于身体的干扰的参考信号I_REF,CM一起，借助第一自适应滤波器 44产生干扰降低的信号S_est,CM(k)，所述干扰降低的信号包含更少的耦合输入到身体上的信号分量。在滤波过程中，估计修正信号I_est,CM(k)作为干扰信号并且将其与进入的信号S(k)组合成干扰降低的信号Sest,CM(k)。

然而，所述干扰降低的信号S_est,CM(k)也包括耦合输入到电极上的干扰的已经较少的信号分量。由于所述原因，电极-参考干扰信号I_Ref,El(k)不再能够作为用于所述已经部分地消除干扰的信号S_est,CM(k)的参考用于进一步滤波。由于所述原因，附加地借助于第二自适应滤波器45基于电极-参考干扰信号I_Ref,El(k)和耦合输入到患者的身体上的参考干扰信号I_REF,CM(k)来产生调整的电极干扰信号I_est,El(k)。在滤波过程中，估计修正信号I_est,,EL(k)作为干扰信号并且将其与进入的参考干扰信号I_Ref,El(k)一起组合成调整的电极干扰信号I_est,El(k)。

最后，将调整的电极干扰信号I_est,El(k)在已经部分地干扰降低的信号 S_est,CM(k)的第三自适应滤波器46中用于自适应滤波，以便获得近似无干扰的最终信号S_est(k)。

在第三滤波过程中，估计修正信号I_est,EL(k)作为干扰信号并且将其与进入的干扰降低的信号S_est,CM(k)一起组合成近似无干扰的最终信号 S_est(k)。

在图4中示出流程图400，所述流程图图解说明根据本发明的一个实施例的用于产生干扰降低的生物测量信号的方法。首先，在步骤4.I中进行测量信号S(k)的检测和带通滤波。与之并行地，在步骤4.II中也测量信号干扰分量I_REF,CM(k)，所述信号干扰分量通过电场耦合输入到身体上而产生。还并行地，在步骤4.III中测量信号干扰分量I_REF,EL(k)，所述信号干扰分量通过电场耦合输入到电极3、4上而产生。在步骤4.IV中，进行第一自适应滤波过程，其中两个在步骤4.I和4.II中检测到的信号S(k)和 I_REF,CM(k)通过加权减法彼此组合。在此，权重可以根据需要、即例如根据相应的耦合输入或干扰场的强度来改变。通过所述过程，产生在很大程度上不具有信号干扰分量的信号S_est,CM(k)，所述信号干扰分量通过电场耦合输入到身体上而产生。此外，在步骤4.V中基于两个在步骤4.II和4.III 中产生的参考干扰信号I_REF,CM(k)、I_REF,EL(k)来产生调整的电极-参考干扰信号I_est,El(k)，所述调整的电极-参考干扰信号已经不具有如下信号分量，所述信号分量尽管涉及耦合输入到有效信号路径的电极3、4上的干扰，但是已经在步骤4.II中产生的参考干扰信号I_REF,CM(k)中包括。以这种方式，产生调整的电极-参考干扰信号I_est,El(k)。在步骤4.VI中，将调整的电极- 参考干扰信号I_est,El(k)在第三自适应滤波过程中与在步骤4.IV中产生的信号S_est,CM(k)通过加权减法组合。在此，作为结果产生在很大程度上消除干扰的信号S_est(k)，所述信号既不包括通过电场耦合输入到身体上而产生的值得一提的干扰，也不包括通过电场耦合输入到电极3、4上而产生的值得一提的干扰。

在图5中更详细地以方框图来图解说明EKG测量系统1的EKG设备 70的第二实施例。

除了在图2中示出的器件之外，在图5中示出的EKG设备70具有探测装置40，所述探测装置具有电流施加单元31。一方面，所述电流施加单元可以将第一信号、在此为处于纳安范围内的第一电流I_E1施加到第一有效信号路径6a上。另一方面，所述电流施加单元可以将第二信号I_E2、在此为处于纳安范围内的第二电流I_E2施加到第二有效信号路径6b上。此外，第二电流I_E2在此是与第一电流I_E1相比提高10nA的电流。

借助于与电流施加单元31和故障分析单元30进行通信的电流施加控制单元33来调节电流，所述故障分析单元随后还描述。

在完好的信号测量线缆的情况下，除干扰信号路径7S外，对于第一电流I_E1和第二电流I_E2，不存在到共同的接地电势的其他低欧姆的返回路径。也就是说，在干扰信号路径7S上不仅存在干扰信号I_CM，而且也存在施加在第一干扰信号路径6a上的电流I_E1和施加在第二有效信号路径6b 上的电流I_E2。

在完好的有效信号路径6a、6b的情况下，在第一干扰信号路径7S上得出以下干扰信号I_RLD：

I_RLD＝I_CM+I_E1+I_E2。

在此，示例性地仅示出电流施加单元31一次，但是所述电流施加单元例如可以借助于将第一电流I_E1施加到第一有效信号路径6a上的第一电流源和将第二电流I_E2施加到第二有效信号路径6b上的第二电流源来实现。

通过电流施加单元31在第一电极3和第二电极4上产生的电压通常最高处于毫伏范围内。因为所施加的电流在纳安范围内通过可以处于大约 50kOhm至2MOhm的范围内的阻抗流出。因此，无论如何，所述阻抗小于有效信号路径的阻抗。然而，如果第一有效信号路径6a和/或第二有效信号路径6b不与患者P电连接，则电回路不闭合，或要由所施加的电流克服的阻抗明显更大。由此，通过电流源产生的电压在不与患者P接触的电极上进入饱和。为了对此进行检查，探测设备40具有比较单元32。比较单元32在此为了直观仅作为方框示出。在此，然而对于第一有效信号路径6a和对于第二有效信号路径6b优选地分别存在比较单元。在此，比较单元32包括比较器。如果在第一有效信号路径6a上和在第二有效信号路径6b上求取的电流处于预设的测量范围内，则第一电极3和第二电极 4与患者电连接，并且比较器32报告两个连接的电极。

如果例如报告仅一个连接的电极，则EKG设备70的用户可以立刻检查电极并且可能重新安置电极。

如上所述，电极经由信号测量线缆K连接到EKG设备70上。为了使EKG测量系统1在患者P上的应用尽可能简单地构成，线缆K应当是纤细的、轻质的并且同时被屏蔽。然而，所述特征组合通常导致线缆故障 D。所述线缆故障D可以在线缆K弯曲或扭曲后出现。在此会出现测量线路的不可逆转的翘曲，所述翘曲使线路绝缘部断裂。通过线路绝缘部的断裂，可能出现在测量线路与屏蔽件S之间的接触。通过所述接触，出现输入阻抗的减小和干扰的增强。

由于在线缆故障D的情况下线缆K的输入阻抗降低，出现经由屏蔽件S的对于相应的施加的电流的另外的低欧姆的返回路径。例如，如果存在第一有效信号路径6a的线缆故障D，则电流I_E1经由屏蔽件S流出，从而不再提高干扰信号路径7S上的电流I_RLD。但是，比较器32未识别所述错误地流出的电流，并且此外说明，电极3与患者P电连接。

现在，为了能够探测所述线缆故障D，探测设备40具有三个干扰信号路径7S、22、50。

有效信号路径6a、6b包括第一电极3和第二电极4、线缆K、电流施加单元31、比较单元32以及直至信号检测单元9的其他位于设备内部的线路(具有放大器电路8)在此同样具有双重功能。即一方面，其属于信号测量电路2，以便测量生物电信号S(k)。另一方面，其属于探测设备40，以便检查，相应的有效信号路径6a、6b的电极是否与患者连接或有故障，或者相应的有效信号路径6a、6b的可能多少个电极与患者连接或有故障。

由干扰评估单元13输出的信号I_RLD在故障分析单元30中连同比较单元32的数据一起被分析。如果比较单元32报告，所有电极是连接的，并且干扰信号评估单元13输出包括干扰信号I_RLD以及第一施加的电流I_E1和第二施加的电流I_E2的电流I_RLD，则故障分析单元30探测到，所有电极与患者P连接，并且不存在线缆故障D。

在故障情况下，例如在有效信号路径6a的故障情况下，电流I_E1经由屏蔽件S流出。为了测量所述故障电流，第三干扰信号路径50具有电流测量单元51、52。

对于第三电流测量单元51、52，使用在可以是与V相等的参考电势的内部参考电势53与屏蔽件S的端子25d之间连接的第三分流电阻51作为电流测量电阻。此外，可以使用与所述电流测量电阻并联连接的第三电压测量装置52。在此，第三电压测量装置52又可以通过放大器、例如通过PGA实现。电压测量装置52还与第三干扰信号检测单元55连接，所述第三干扰信号检测单元例如构成为A/D转换器，并且将测量到的信号 I_SHIELD数字化，并且可能进一步处理。

此外，在第三干扰信号路径50上设置有与信号检测单元9连接的线缆驱动器54。由此，可以将与共模电压互补的参考电势施加到屏蔽件S 上。由此，可以大致估算环境的或电网电压的干扰场。

但是，探测设备40并非必须如例如在图5中示出的那样集成在EKG 测量系统中。所述探测设备也可以经由例如插接连接件装入已经存在的 EKG测量系统中，或者也可以在EKG测量系统的上游或之间连接。通过这种加装可行的是，借助已经存在的EKG测量系统也探测线缆故障D。

为了借助于检查信号PS(参见图1)在用户界面14上并行地显示EKG 信号S(k)或S_est(k)以及可能的线缆故障D，所述用户界面连接到信号测量电路2的信号检测单元9上并且连接到探测设备40的故障分析单元30上。这在图1中粗示意性地图解说明。因此，用户界面14在图1中以相应的输出单元16’示出。

用于例如光学地和/或声学地用信号通知线缆故障D的上述另外的输出单元16可以同样与故障分析单元30和干扰信号评估单元18a的输出端耦合。

此外，如已经提到的那样，差分电压测量系统1配备有例如用于网络、打印机和/或存储器等的外部接口15，所述外部接口例如可以与信号测量电路2的信号检测单元9和/或故障分析单元30以信号的方式连接。

探测设备40具有三个干扰信号路径7S、22、50。如在图2中的实施例中那样，第一干扰信号路径7S包括第三电极5，所述第三电极借助其输入端连接到患者P上并且伸展直至分流电阻10a，所述分流电阻与电极 5的输出端电连接。降落在分流电阻10a之上的电压也在此由与分流电阻 10a并联连接的第一电压测量装置12来测量。随后，由此测量的干扰信号I_RLD由连接到第一电压测量装置12的输出端上的第一干扰信号检测单元 17数字化，进一步处理并且检测。

探测设备40还包括具有电流测量单元19、20a的第二干扰信号路径 22。借助所述第二电流测量单元19、20a，测量从EKG设备70的内部参考电势V经由电容耦合流向外部固定参考电势E、接地电势E的电流。所述第二测量的干扰信号I_CM又尤其是共模干扰信号。在EKG设备70和接地电势E之间的电容耦合总归始终存在。为了对所述干扰信号I_CM提供定义的干扰信号路径22，在所述干扰信号路径上可以良好地测量干扰信号 I_CM，将例如呈金属板或薄膜的形式的较大面积的导体面23与EKG设备 70的内部参考电势V连接，所述导体面形成对于接地电势E的“电容器面”。第二电流测量单元19、20a在所述第二干扰信号路径22中在内部参考电势V和导体面23之间接入。

对于第二电流测量单元19、20a，将在内部参考电势V与导体面23 之间连接的、以下称为第二分流电阻的电流测量电阻19以及与其并联的第二电压测量装置20a用于在第二干扰信号路径22上的电流测量。在此，第二电压测量装置20a可以再次通过放大器、例如通过PGA实现。

测量到的第二干扰信号I_CM通过连接到电压测量装置20a的输出端上的干扰信号检测单元21检测，例如，通过AD转换器数字化并且必要时进一步处理。

相应的干扰信号路径7S、22、50的三个干扰信号检测单元17、21、 55与——在此优选地以数字的方式工作的——干扰信号评估单元18以及与故障分析单元30连接。

干扰信号评估单元18a设立用于，处理第一干扰信号I_RLD、第二干扰信号I_CM以及第三干扰信号I_SHIELD。由此，可以将第三干扰信号路径50上的共模干扰与在那里在线缆K或测量线路K故障的情况下出现的交叉耦合的电流I_E1、I_E2分辨或区分。借此，可以更容易地证明线缆故障D。为了评估在这里当然以数字的方式存在的干扰信号I_RLD、I_CM、I_SHIELD，干扰信号评估单元18可以再次通过计算装置借助适合的软件和/或例如也通过一个或多个ASIC来实现。

优选地，如根据图6更详细地阐述的那样，干扰信号评估单元18a可以构成为，使得从干扰信号I_RLD、I_CM、I_SHIELD中产生输出信号I_REF,CM(k)。

在图5中示出的测量电路70的一部分也是为每个电极3、4构成的干扰场测量电路60，所述干扰场测量电路测量在屏蔽件S上由于耦合输入到电极中的电场而出现的电势变化。为了测量，干扰场测量电路60分别具有分流电阻61和测量放大器62。由干扰场测量电路60产生的电极-参考干扰信号I_Ref,El(k)同样传输给评估单元18a。

因此，除了改进的干扰信号补偿之外，借助于在图5中详细图解说明的测量电路70能够立即地并且明确地探测EKG系统1中的线缆故障D。为此，不必由经过训练的服务技术人员执行分开的测试方法。线缆K的检查与EKG测量同时进行，并且可以由EKG设备的每个操作人员快速地并且简单地探测故障D。此外，如果将不同的电流施加到有效信号路径上，则也可以确定：哪个有效信号路径具有信号路径故障。

如果施加到有效信号路径6a、6b上的被检查的电流处于测量范围内，并且例如探测到两个连接的电极，并且在第一干扰信号路径上的电流测量同样测量到经由两个电极耦合输入到第一干扰信号路径上的电流，则两个电极都紧贴，并且不存在信号路径故障。这附加地或替选地也可以在如下情况下确定：即在屏蔽件上没有所施加的电流流动。

如果施加到有效信号路径6a、6b上的被检查的电流处于测量范围内，并且例如已经探测到两个连接的电极，但是在第一干扰信号路径上的电流测量例如仅测量到经由一个电极耦合输入到干扰信号路径上的电流，则存在有效信号路径的信号路径故障。但是然后，有故障的有效信号路径的电流经由屏蔽件流出，并且可以在那里替选地或附加地被探测。

图6和图7在下文中共同描述。在此，图6示出干扰信号评估单元 18a的一个实施例。这种干扰信号评估单元18a不仅求取出现的干扰、而且求取不具有干扰的测量信号S_est(k)。在图7中示意性作为方框图示出根据本发明的用于探测干扰和用于求取不具有干扰的测量信号S_est(k)的方法的一个实施例。干扰信号评估单元18a在步骤7.I、7.I’、7.I”中分别接收在干扰信号检测单元17、21、55中之前检测到的干扰信号I_RLD、I_CM、I_SHIELD作为输入信号。

从这些单纯的测量信号中，在干扰信号评估单元18a的干扰信号求取单元18’中提取具有在电网频率的范围内的频率的干扰信号。这分别例如借助于频率分析在步骤7.II中对于第一干扰信号I_RLD进行，在步骤7.II’中对于第二干扰信号I_CM进行，并且在步骤7.II”中对于第三干扰信号 I_SHIELD进行。

在步骤7.III中，将这样在频率方面精确的信号在干扰信号评估单元 18a的组合单元18a*中总结成组合信号，所述组合信号对应于已经结合图2至图5描述的参考干扰信号I_Ref,CM(k)。所述过程例如可以借助于信号的加权加法或减法进行。在此，权重可以根据需要、即例如根据相应的耦合输入或干扰场的强度来改变。

在步骤7.IV中，由干扰信号评估单元18a接收之前由信号测量电路2 求取的生物电测量信号S(k)。

干扰信号评估单元18a还包括干扰信号抑制单元18。所述干扰信号抑制单元用于，基于所求取的参考干扰信号I_Ref,CM(k)减小干扰信号分量。附加地，干扰信号抑制单元18也获得由干扰场测量电路60产生的参考干扰信号I_Ref,El(k)，所述参考干扰信号同样用于减小干扰作用。干扰信号抑制单元18的准确功能在图3和图4中说明。在步骤7.V中以在图4中图解说明的方式和方法来产生低干扰的信号S_est(k)。

替选地，但是也能够使用多个其他算法，如例如模式识别或卡尔曼滤波器，以便评估参考信号I_Ref,CM(k)、I_Ref,El(k)。

最后再次指出，在上文中详细描述的设备和方法仅是实施例，所述实施例可以由本领域技术人员以不同的方式修改，而不脱离本发明的范围。因此，差分电压测量系统不仅可以是EKG设备，而且也可以是用于检测生物电信号的其他医学设备，如例如EEG、EMG等。此外，不定冠词“一个”或“一”的使用不排除，涉及的特征也可以多次存在。同样地，术语“单元”不排除，其由可能也可以在空间上分布的多个部件组成。

Claims (15)

1.一种差分电压测量系统(1)中的干扰信号测量装置(60)，所述差分电压测量系统具有用于测量生物电信号(S(k))的信号测量电路，所述信号测量电路具有多个有效信号路径(6a；6b)，所述有效信号路径分别具有传感器电极(3，4)，所述干扰信号测量装置具有：

-每传感器电极(3，4)的附加的传感器线路，所述传感器线路分别与传感器电极(3，4)的输入线路的测量连接部电连接，

-每传感器电极(3，4)的测量放大器电路(62)，所述测量放大器电路分别经由电阻(61)与所述附加的传感器线路连接，并且设立用于，检测在所述传感器线路上出现的电势变化并且从中求取电极参考干扰信号(I_Ref,EL)。

2.根据权利要求1所述的干扰信号测量装置，

其中所述测量放大器电路(62)具有可编程的放大器电路。

3.根据权利要求1或2所述的干扰信号测量装置，

其中所述测量放大器电路(62)电连接于所述传感器电极(3，4)的输入线路的屏蔽件(S)。

4.一种干扰信号补偿装置(60，18，18a)，所述干扰信号补偿装置具有：

-根据权利要求1至3中任一项所述的干扰信号测量装置(60)，

-评估单元(18，18a)，所述评估单元具有：

-第一自适应滤波器单元(44)，所述第一自适应滤波器单元设立用于基于测量信号(S(k))和参考共模干扰信号(I_Ref,CM(k))来产生第一干扰降低的测量信号(S_est,CM(k))，

-第二自适应滤波器单元(45)，所述第二自适应滤波器单元设立用于基于电极参考干扰信号(I_Ref,EL)和所述参考共模干扰信号(I_Ref,CM(k))产生以共模干扰降低的、调整的参考电极干扰信号(I_est,El(k))，所述电极参考干扰信号由所述干扰信号测量装置(60)求取，

-第三自适应滤波器单元(46)，所述第三自适应滤波器单元连接在所述第一滤波器单元(44)和所述第二滤波器单元(45)的下游，并且设立用于，基于所述第一干扰降低的测量信号(S_est,CM(k))和所述调整的参考电极干扰信号(I_est,El(k))求取第二干扰降低的测量信号(S_est(k)。

5.一种差分电压测量系统(1)，所述差分电压测量系统具有：

-用于测量生物电测量信号(S(k))的至少一个第一电极(3)和第二电极(4)，

-用于在测量对象(P)和所述差分电压测量系统(1)之间的电势平衡的至少一个第三电极(5)，

-测量装置(27，70)，所述测量装置具有：

-用于测量所述生物电信号(S(k))的信号测量电路(2)

-检测参考共模干扰信号(I_Ref,CM(k))的参考信号单元(13)，

-根据权利要求1至3中任一项所述的干扰信号测量装置(60)。

6.根据权利要求5所述的差分电压测量系统，

其中所述测量装置(70)具有用于探测所述差分电压测量系统(1)中的信号路径(6a，6b)上的干扰的探测设备(40)，所述探测设备包括以下部件：

-至少一个分析单元(18，30)，所述分析单元与所述屏蔽件(S)连接，并且构成用于：借助于在干扰情况下在所述信号路径的屏蔽件(S)处测量的信号(I_E1，I_E2，I_SHIELD)来探测所述电压测量系统(10)的有效信号路径(6a，6b)中的干扰(D，U_CM)。

7.根据权利要求5或6所述的差分电压测量系统，

其中所述探测设备具有：

-至少一个电流施加单元(31)，其中所述电流施加单元(31)构成为，使得所述电流施加单元将信号(I_E1，I_E2)施加到第一有效信号路径(6a，6b)上，

-作为分析单元的故障分析单元(30)，借助于之前施加的、在干扰情况下在所述屏蔽件(S)处测量的信号(I_E1，I_E2)，所述故障分析单元探测所述电压测量系统(1)的有效信号路径(6a，6b)中的信号路径故障。

8.根据权利要求7所述的差分电压测量系统，

其中所述电流施加单元(31)分别将不同的信号(I_E1，I_E2)施加到不同的有效信号路径(6a，6b)上。

9.根据权利要求8所述的差分电压测量系统，

所述差分电压测量系统包括：

-至少一个第一比较单元(32)，所述第一比较单元检查：有效信号路径(6a；6b)的信号是否处于测量范围内。

10.根据权利要求8所述的差分电压测量系统，

所述差分电压测量系统包括用于测量第二干扰信号(I_CM)的第二干扰信号路径(22)。

11.根据上述权利要求中任一项所述的差分电压测量系统，所述差分电压测量系统作为分析单元具有干扰信号评估单元(18a)，所述干扰信号评估单元在所述屏蔽件(S)处测量第三干扰信号(I_SHIELD)。

12.根据权利要求11所述的差分电压测量系统，

其中所述干扰信号评估单元(18a)构成为，用于形成所述第一干扰信号(I_RLD)、所述第二干扰信号(I_CM)和/或所述第三干扰信号(I_SHIELD)的组合信号(I_Ref,CM(k))。

13.一种用于产生干扰降低的生物测量信号(S_est(k))的方法，所述方法具有以下步骤：

-检测可能含干扰的测量信号(S(k)，

-经由每传感器电极(3，4)的测量放大器电路(62)检测电极参考干扰信号(I_Ref,EL)，所述测量放大器电路分别经由电阻(61)与附加的传感器线路连接，并且设立用于检测在所述传感器线路上出现的电势变化并且从中求取电极参考干扰信号(I_Ref,EL)，

-检测参考共模干扰信号(I_Ref,EL)，

-基于测量信号(S(k))和所述参考共模干扰信号(I_Ref,CM(k))来产生第一干扰降低的测量信号(S_est,CM(k))，

-基于由所述干扰信号测量装置(60)求取的电极参考干扰信号(I_Ref,EL)和所述参考共模干扰信号(I_Ref,CM(k))来产生经共模干扰降低而调整的参考电极干扰信号(I_est,El(k))，

-基于所述第一干扰降低的测量信号(S_est,CM(k))和所述调整的参考电极干扰信号(I_est,El(k))来产生第二干扰降低的测量信号(S_est(k)。

14.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品具有计算机程序，所述计算机程序能够直接加载到电压测量系统(10)的存储器装置中，所述计算机程序具有程序部段，以便当在所述电压测量系统(10)中运行所述计算机程序时，实施根据权利要求13所述的方法的所有步骤。

15.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有由计算单元能够读取和运行的程序部段，以便当由所述计算单元运行所述程序部段时，实施根据权利要求13所述的方法的所有步骤。

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