DE102014009955A1 - Einrichtung und Verfahren zur Erfassung von elektrischen Potentialen - Google Patents

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Abstract

Dargestellt und beschrieben ist eine Einrichtung zur Erfassung von elektrischen Potentialen des Körpers eines Patienten (1) mit einer Mehrzahl von Eingängen (Y1, ..., Yn) zur Verbindung mit Messelektroden (11), die am Körper eines Patienten (1) platziert werden können, und mit einer Vielzahl von Ausgängen (A1, ..., An), wobei jeder der Eingänge (Y1, ..., Yn) mit einem Ausgang (A1, ..., An) über einen Verstärker (Op1, ..., Opn) verbunden ist, wobei eine Summiereinheit (13) vorgesehen ist, die mit den Ausgängen (A1, ..., An) verbunden ist und die ausgestaltet ist, einen Mittelwert der Signale (E1, ..., En) der Ausgänge (A1, ..., An) der Verstärker (Op1, ..., Opn) auszugeben. Die Aufgabe, eine Messeinrichtung derart auszugestalten, dass Gleichtaktsignale zuverlässig aus dem Signal entfernt werden, wird dadurch gelöst, dass eine Subtrahiereinheit (19) vorgesehen ist, die der Summiereinheit (13) nachgeordnet ist und die ausgestaltet ist, die Ausgabe der Summiereinheit (13) verstärkt um einen Verstärkungsfaktor (1/β) von einer Ausgabe der Subtrahiereinheit zu (19) subtrahieren, dass die Ausgabe der Subtrahiereinheit (19) mit den Eingängen der Verstärker (Op1, ..., Opn) verbunden ist und dass der Verstärkungsfaktor (1/β) in der Subtrahiereinheit (19) und eine Verstärkung (β') der Verstärker (Op1, ..., Opi) für die Ausgabe der Subtrahiereinheit (19) derart angepasst sind, dass der Kehrwert des Verstärkungsfaktors (1/β) der Verstärkung (β') entspricht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erfassung von elektrischen Potentialen des Körpers eines Patienten mit einer Mehrzahl von Eingängen zur Verbindung mit Messelektroden, die am Körper eines Patienten platziert werden können, und mit einer Vielzahl von Ausgängen, wobei jeder der Eingänge mit einem Ausgang über einen Verstärker verbunden ist, wobei eine Summiereinheit vorgesehen ist, die mit den Ausgängen verbunden ist und die ausgestaltet ist, einen Mittelwert der Signale der Ausgänge der Verstärker auszugeben. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erfassung von Potentialen.
  • Wenn beispielsweise auf der Haut eines Patienten Potentiale gemessen werden sollen und das in diesen Potentialen enthaltene Nutzsignal lediglich im μV-Bereich liegt, wie dies bei einem Elektrokardiogramm (EKG) oder einem Elektromyogramm (EMG) der Fall sein kann, ergeben sich die folgenden Probleme.
  • Dadurch, dass der Körper des Patienten von elektrischen Feldern umgeben ist, bilden sich allein deswegen durch kapazitive Kopplung auf der Haut des Patienten Potentiale aus. Dieser Effekt lässt sich allgemein in der Weise beschreiben, dass der Körper kapazitiv insbesondere an ein 230 V/50 Hz-Wechselspannungsfeld, was durch sich in der Umgebung des Patienten befindliche Netzspannungsquellen verursacht ist, angekoppelt ist. Aus Sicherheitsgründen ist es nicht zulässig, den Patienten selbst an eine einheitliche Umgebungsmasse anzukoppeln, da dies ein erhebliches Risiko für den Patienten mit sich brächte.
  • Darüber hinaus ergibt sich das Problem, dass auch ein Messgerät, mit dem die Elektroden auf der Haut des Patienten verbunden sind, von einer Umgebungsmasse galvanisch getrennt sein muss. Daraus ergibt sich wiederum, dass auch das Messgerät mit seiner internen Masse kapazitiv an die Umgebung angekoppelt ist, sodass das Problem entsteht, dass die Gerätemasse auf einem Potential liegt, dessen Höhe nicht bekannt ist und das sich allgemein von dem Potential des Patienten unterscheidet.
  • Um nun zumindest zu erreichen, dass der Patient und die Masse des Messgeräts auf demselben Potential liegen oder zumindest zwischen beiden eine feste Potentialdifferenz vorliegt, ist es bekannt, die Gerätemasse und den Körper des Patienten über eine zusätzliche Elektrode miteinander zu verbinden. Dies ist in 1 dargestellt. Da aber die Gerätemasse und der Patient aufgrund der Inhomogenität der umgebenden Felder allgemein auf einem unterschiedlichen Potential liegen können, was sich aus der unterschiedlichen kapazitiven Ankopplung an die Umgebung ergibt, fließt ein Ausgleichsstrom, der aufgrund der Impedanz der Kopplung an den Patienten über die Elektrode zu einem sogenannten Gleichtaktsignal führt, das von den Verstärkern im Messgerät mit verstärkt wird. Wenn die eigentlich mit der Messung zu erfassenden Nutzsignale sehr klein sind, führt das Gleichtaktsignal dazu, dass das eigentliche Nutzsignal nicht mehr aufgelöst werden kann. Darüber hinaus ergibt sich die Schwierigkeit, dass die Verstärker eine hohe Dynamik haben müssen, damit das Nutzsignal und das dieses überlagernde höhere Gleichtaktsignal verarbeitet werden können. Des Weiteren muss eine nachgeschaltete digitale Auswerteelektronik eine hohe Zahl von Bits pro Messwert bereitstellen, um die großen Signale verarbeiten zu können.
  • Aus dem Stand der Technik der DE 29 26 165 A1 ist es ferner bekannt, den Mittelwert der Signale, die von den Verstärkern ausgegeben werden, von den Eingangssignalen der Verstärker abzuziehen. Hierbei besteht aber weiter das Problem, dass das Gleichtaktsignal zwar nicht verstärkt, aber dennoch zusammen mit dem Nutzsignal am Ausgang des Verstärkers ausgegeben wird. Wenn das Nutzsignal extrem klein ist, kann dies dazu führen, dass dennoch die Höhe des Gleichtaktsignals und die des verstärkten Nutzsignals in der gleichen Größenordnung sind, sodass diese nicht ohne Weiteres voneinander getrennt werden können. Außerdem besteht das Problem, dass die Verstärker und eine nachgeschaltete Auswerteelektronik angepasst sein müssen, auch das vergleichsweise große Gleichtaktsignal weiter zu verarbeiten.
  • Davon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messeinrichtung zur Erfassung von Potentialen derart auszugestalten, dass Gleichtaktsignale zuverlässig aus dem Signal entfernt werden.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Subtrahiereinheit vorgesehen ist, die der Summiereinheit nachgeordnet ist und die ausgestaltet ist, die Ausgabe der Summiereinheit verstärkt um einen Verstärkungsfaktor von einer Ausgabe der Subtrahiereinheit zu subtrahieren, dass die Ausgabe der Subtrahiereinheit mit den Eingängen der Verstärker verbunden ist und dass der Verstärkungsfaktor in der Subtrahiereinheit und eine Verstärkung der Verstärker für die Ausgabe der Subtrahiereinheit derart angepasst sind, dass der Kehrwert des Verstärkungsfaktors der Verstärkung entspricht.
  • Mit einer derartigen Ausgestaltung der Einrichtung wird erreicht, dass an den Ausgängen der Verstärker jeweils ein Signal ausgegeben wird, das keinen Gleichtaktsignalanteil mehr enthält. Dies ergibt sich dadurch, dass auf alle Eingänge der Verstärker ein einheitliches zusätzliches Referenzsignal gegeben wird, das angepasst ist, das Gleichtaktsignal zu kompensieren. Diese Anpassung erfolgt auf der Grundlage der folgenden Überlegungen.
  • Die an den Eingängen der Verstärker erfassten Eingangsignale Vi setzen sich zusammen aus dem eigentlichen Nutzsignal Vsi und einem Gleichtaktsignal Vcm, das an allen Eingängen der Verstärker identisch ist. Zusätzlich wird erfindungsgemäß an allen Eingängen ein zusätzliches Referenzsignal Vr hinzuaddiert. Dabei wird in den Verstärkern das Eingangssignal Vi mit einem Verstärkungsfaktor α verstärkt und das Referenzsignal Vr mit einem Verstärkungsfaktor β. Für die Signale an den Ausgängen der Verstärker ergibt sich Ei = α·Vi + β·Vr = α·Vsi + α·Vcm + β·Vr.
  • Für den Mittelwert E i über alle Ausgangssignale Ei gilt bei einer Messung der Potentiale auf dem Körper eines Patienten, dass Ei = α·Vcm + β·Vr ist.
  • Grundsätzlich ist in den einzelnen Eingangssignalen dann kein gemeinsamer Gleichtaktsignalanteil enthalten, wenn E i = 0 ist. Dies führt dazu, dass sich ein optimaler Wert Vr,opt für das Referenzsignal durch Vr,opt = – α / β·Vcm ergibt.
  • Dies setzt aber die Kenntnis von Vcm voraus. Eine andere Möglichkeit ergibt sich aus der zweiten Gleichung für E i, die nach Vcm aufgelöst werden kann, sodass sich bei einem zunächst beliebig gewählten Vr für Vcm die Beziehung
    Figure DE102014009955A1_0002
    ergibt, mit der sich Vcm bestimmen lässt. Dies kann nun in die Beziehung für Vr,opt eingesetzt, sodass sich dafür
    Figure DE102014009955A1_0003
    ergibt.
  • Diese Beziehung lässt eine rekursive Bestimmung von Vr,opt zu, die durch die erfindungsgemäße Einrichtung gerade realisiert wird, bei der der Mittelwert der Ausgangssignale E i verstärkt mit einem Verstärkungsfaktor 1/β von dem Referenzsignal Vr subtrahiert wird, wobei dieser Verstärkungsfaktor genau dem Kehrwert der Verstärkung für das Referenzsignal entspricht. Erfindungsgemäß wird gerade diese Forderung in der Subtrahiereinheit realisiert.
  • Das Ergebnis bei einer solchen Einstellung des Referenzsignals ist, dass der Mittelwert E i zu Null wird und damit die einzelnen Ausgangsignale Gleichtaktsignal-frei sind. Damit entfallen bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die zuvor erläuterten Probleme im Hinblick auf die Dynamik der Verstärker und die Anforderungen an die nachgeschaltete Auswerteelektronik.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist die Subtrahiereinheit derart ausgestaltet, dass die Ausgabe der Summiereinheit, verstärkt um einen Verstärkungsfaktor von einer Ausgabe der Subtrahiereinheit, multipliziert mit einem Faktor s, der kleiner als 1 ist, subtrahiert wird. Wenn die Ausgabe der Subtrahiereinheit in nicht abgeschwächter Weise an den Eingang der Subtrahiereinheit zurückgekoppelt wird, besteht die Gefahr, dass das gesamte System nicht stabil arbeitet. Deswegen ist es bevorzugt, an dieser Stelle eine Abschwächung vorzusehen.
  • In weiter bevorzugter Weise kann die Subtrahiereinheit als analoge Verstärkerschaltung ausgebildet sein, die einen invertierenden Addierer und einen diesem nachgeschalteten Invertierer aufweist, wobei der Ausgang des Invertierers mit dem Eingang des invertierenden Addierers und den Eingängen der Verstärker verbunden ist, an denen die Messelektroden angeschlossen sein können. Dies stellt eine einfache Realisierung der Subtrahiereinheit mit analogen Bauelementen dar.
  • Ferner kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zwischen dem Ausgang und dem Eingang der Subtrahiereinheit ein Impedanzwandler vorgesehen sein, der insbesondere durch einen Operationsverstärker ausgebildet werden kann. Dadurch wird der Ausgang der Subtrahiereinheit nur minimal belastet.
  • Ferner ist es bevorzugt, wenn die Eingänge der Subtrahiereinheit einen Tiefpass aufweisen. Dadurch werden hochfrequente Signalanteile, die entweder vom Ausgang der Subtrahiereinheit oder aus der Summiereinheit kommen, herausgefiltert und beeinflussen nicht die Einstellung des Referenzsignals.
  • Einerseits ist es möglich, die Summiereinheit durch eine analoge Verstärkerschaltung zu realisieren, bei der die Signale der Verstärker dem nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers zugeführt werden. Andererseits ist es aber auch möglich, die Summiereinheit durch einen digitalen Signalprozessor auszubilden, wobei die Ausgänge der Verstärker über Analog-Digital-Wandler mit den Eingängen des digitalen Signalprozessors verbunden sind, wobei die Subtrahiereinheit dann als analoge Verstärkerschaltung ausgebildet ist und wobei der Ausgang des digitalen Signalprozessors über einen Digital-Analog-Wandler mit der Subtrahiereinheit verbunden ist. Eine solche Ausbildung der Summiereinheit kann ebenfalls einfach realisiert werden.
  • Ferner können in einer alternativen bevorzugten Ausführungsform die Summiereinheit und die Subtrahiereinheit durch einen digitalen Signalprozessor gebildet sein, wobei die Ausgänge der Verstärker über Analog-Digital-Wandler mit den Eingängen des digitalen Signalprozessors verbunden sind und der Ausgang des Signalprozessors über einen Digital-Analog-Wandler mit den Eingängen der Verstärker verbunden ist. In diesem Fall wird die gesamte Kombination aus Summiereinheit und Subtrahiereinheit durch einen einzigen digitalen Signalprozessor realisiert, in dem dann jedoch auch softwaretechnisch der Ausgang der Subtrahiereinheit wieder zu deren Eingang zurückgeführt ist, wobei es denkbar ist, dass die Ausgabe bei der Rückführung abgeschwächt wird, um Stabilität zu sichern.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Erfassung von elektrischen Potentialen an einer Mehrzahl von Messelektroden gelöst, wobei die Signale der Messelektroden mit Verstärkern verstärkt werden, wobei ein Mittelwertsignal der Signale der Ausgänge der Verstärker gebildet wird, wobei ein Referenzsignal erzeugt wird durch Subtraktion des Mittelwerts verstärkt um einen Verstärkungsfaktor des Referenzsignals, wobei das Referenzsignal den Eingängen der Verstärker zugeführt wird, wobei das Referenzsignal dabei mit einer Verstärkung durch die Verstärker verstärkt wird, und wobei der Verstärkungsfaktor bei der Subtraktion und die Verstärkung der Verstärker für das Referenzsignal derart angepasst sind, dass der Kehrwert des Verstärkungsfaktors der Verstärkung entspricht. Mit diesem Verfahren zur Erfassung von elektrischen Potentialen werden ebenfalls die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Einrichtung erläuterten Vorteile erreicht.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert, die lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigt, wobei
  • 1 schematisch eine Einrichtung gemäß dem Stand der Technik darstellt,
  • 2 das Prinzip der vorliegenden Erfindung anhand eines schematischen Schaltbilds wiedergibt,
  • 3 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
  • 4 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt und
  • 6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Aus 1 geht zunächst das grundsätzliche Problem bei der Erfassung von kleinen Spannungssignalen, beispielsweise am hier nur schematisch dargestellten Körper 1 eines Patienten, hervor. Dabei ist dargestellt, dass sowohl der Patient 1 als auch die Messeinrichtung 3 gegenüber der Umgebungsmasse 5 galvanisch getrennt sind, was aus Sicherheitsgründen auch zwingend erforderlich ist. Dies hat zur Folge, dass sowohl der Körper 1 des Patienten als auch die Messeinrichtung 3 kapazitiv an die Umgebung angekoppelt sind, sodass sich an beiden ein Potential ausbildet, das unterschiedlich sein kann. Wenn, wie dies in 1 schematisch dargestellt ist, die Masse 7 der Messeinrichtung 3 über eine Elektrode 9 mit dem Körper 1 des Patienten verbunden ist, führt dies aufgrund der Impedanz Za der Elektrode 9 zu einem Strom ia zwischen dem Körper 1 des Patienten und der Messeinrichtung 3. Daraus resultiert wiederum ein Gleichstandsignal Vcm, das an den eigentlichen Messelektroden 11 mit erfasst und in den Verstärker Opi verstärkt wird und damit auch in den Ausgangssignalen davon enthalten ist.
  • Im Unterschied dazu schlägt nun die Erfindung vor, zu den Signalen Vi, die an den Messelektroden 11 erfasst werden, ein Referenzsignal Vr hinzuzuaddieren, das derart angepasst ist, dass es das Gleichtaktsignal kompensiert, sodass das Signal Ei an den Ausgängen Ai der Verstärker Opi keinen Gleichtaktsignalanteil mehr enthält. Dies ist zunächst nur schematisch in 2 dargestellt.
  • Bei dem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung, deren Schaltbild in 3 dargestellt ist, ist den Verstärkern Op1, ..., Opn, die die Eingangssignale V1, ..., Vn an den Eingängen Y1, ..., Yn verstärken, eine Summiereinheit 13 nachgeschaltet, die an deren Ausgang 15 einen Mittelwert der Ausgangssignale E1, ..., En der Verstärker Op1, ..., Opn ausgibt. In diesem Fall ist die Summiereinheit 13 als analoge Schaltungsanordnung mit einem Operationsverstärker 17 ausgebildet, wobei die Ausgangssignale E1, ..., En dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 17 über geeignet gewählte Widerstände Rv zugeführt werden.
  • Das in der Summiereinheit 13 erzeugte Mittelwertsignal wird einem ersten Eingang einer Subtrahiereinheit 19 zugeführt, die in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls als analoge Schaltungsanordnung ausgebildet ist und einen invertierenden Addierer 21 sowie einen Invertierer 23 umfasst, die beide einen entsprechend geschalteten Operationsverstärker 25, 27 aufweisen.
  • Neben dem in der Summiereinheit 13 erzeugten Mittelwertsignal wird dem Eingang der Subtrahiereinheit 19 noch deren Ausgangssignal über einen Impedanzwandler 29 zugeführt, wobei das Ausgangssignal der Subtrahiereinheit 19 dadurch, dass die Widerstände RR des invertierenden Addierers 21 nahezu identisch sind, nicht verstärkt oder abgeschwächt wird. Allerdings können in einer bevorzugten Ausführungsform diese Widerstände leicht unterschiedlich gewählt werden, um eine leichte Abschwächung des Ausgangssignals der Subtrahiereinheit 19, das deren Eingang wieder zugeführt wird, zu erreichen, also das Ausgangssignal mit einem Faktor s kleiner 1 multipliziert wird.
  • Im Unterschied dazu wird das Mittelwertsignal bei der Subtraktion mit einem Verstärkungsfaktor 1/β verstärkt, der durch das Verhältnis RR/RM gegeben ist. Das von dem invertierenden Addierer 21 ausgegebene Signal wird dann noch durch den nachgeschalteten Invertierer 23 invertiert, sodass die Subtrahiereinheit 19 dann an deren Ausgang ein Referenzsignal Vr ausgibt, das den invertierenden Eingängen der Verstärker Op1, ..., Opn an deren invertierenden Eingängen zugeführt wird, wobei dieses Referenzsignal dann in den Verstärkern Op1, ..., Opn in bekannter Weise mit einer Verstärkung β' = –R1/R2 verstärkt wird.
  • Erfindungsgemäß sind die Widerstände R1, R2, RR und RM so gewählt, dass
    Figure DE102014009955A1_0004
    gilt. Dadurch ist erfüllt, dass der Verstärkungsfaktor 1/β dem Kehrwert der Verstärkung β' entspricht. Damit kommen die bereits zuvor erläuterten Überlegungen zur Anwendung, indem das Referenzsignal Vr gerade rekursiv dadurch optimiert wird, dass von einem zunächst vorgegebenen Referenzsignal das mit dem Verstärkungsfaktor 1/β verstärkte Mittelwertsignal abgezogen wird, wobei dieser Verstärkungsfaktor gerade dem Kehrwert der Verstärkung entspricht, mit dem das Referenzsignal in den Verstärkern am Eingang der Messeinrichtung verstärkt wird. Dadurch wird erreicht, dass das an den Ausgängen A1, ..., An ausgegebene Ausgangssignal E1, ..., En frei von Gleichtaktanteilen ist.
  • Das zweite Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung, dessen Schaltbild in 4 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass die Eingänge der Subtrahiereinheit 19 und damit in diesem Fall die Eingänge des invertierenden Addierers 21 Tiefpassfilter 31, 33 aufweisen, sodass hochfrequente Anteile, die in dem von der Summiereinheit 13 ausgegebenen Mittelwertsignal sowie dem des Ausgangs der Subtrahiereinheit 19 enthalten sind, unterdrückt werden.
  • Außerdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der Eingang der Subtrahiereinheit 19 bzw. des invertierenden Addierers 21, der mit dem Ausgang der Subtrahiereinheit 19 verbunden ist, durch zwei Widerstände, RR1, RR2 derart ausgestaltet ist, dass das Ausgangssignal der Subtrahiereinheit 19 und damit das Referenzsignal Vr abgeschwächt wird, da die Widerstände RR1 und RR2 so gewählt sind, dass deren Summe leicht größer als RR ist. Damit wird eine Abschwächung des Referenzsignals erreicht, um sicherzustellen, dass die Einrichtung insgesamt stabil arbeitet.
  • Bei dem dritten Ausführungsbeispiel, dessen Schaltbild in 5 dargestellt ist, sind die Summiereinheit 13 und die Subtrahiereinheit 19 durch einen digitalen Signalprozessor 35 ausgebildet, in dem die Funktionen der Summiereinheit 13 und die der Subtrahiereinheit 19 softwaretechnisch realisiert sind. Dabei ist aber die Programmierung derart gewählt, dass der von der Summiereinheit 13 erzeugte Mittelwert mit einem Verstärkungsfaktor 1/β verstärkt wird, bevor er von einem Referenzwert abgezogen wird, wobei dieser Verstärkungsfaktor ebenfalls dem Kehrwert der Verstärkung entspricht, mit dem das den Verstärkern Op1, ..., Opn zugeführte Referenzsignal von diesen verstärkt wird. Die Ausgänge A1, ..., An sind bei diesem Ausführungsbeispiel über Analog-Digital-Wandler 37 mit dem digitalen Signalprozessor 35 verbunden. Des Weiteren ist ein Digital-Analog-Wandler 39 vorgesehen, mit dem das Referenzsignal Vr von einem digitalen Signal in ein analoges umgewandelt wird, um dieses anschließend den Verstärkern Op1, ..., Opn zuzuführen.
  • Schließlich zeigt das vierte Ausführungsbeispiel, dessen Schaltbild in 6 wiedergegeben ist, dass die Summiereinheit 13 alleine durch einen digitalen Signalprozessor 35' realisiert werden kann, dessen Eingänge über einen Analog-Digital-Wandler 37 mit den Ausgängen A1, ..., An verbunden sind. Das in dem Signalprozessor 35' berechnete Mittelwertsignal wird wieder über einen Digital-Analog-Wandler 39 an die in diesem Fall als analoge Schaltungsanordnung ausgebildete Subtrahiereinheit 19 übergeben. Diese Subtrahiereinheit 19 ist entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel (siehe 4) ausgebildet, sodass es an dieser Stelle keiner weiteren Erläuterungen bedarf. Insbesondere ist das Verhältnis der Widerstände R1, R2, Rm und Rr in der Weise gewählt, wie dies bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausfüh rungsbeispiel beschrieben worden ist, sodass
    Figure DE102014009955A1_0005
    gilt.
  • Allen Ausführungsbeispielen ist damit gemein, dass bei der Erfassung von elektrischen Potentialen an den Eingängen Y1, ..., Y2 der Messeinrichtung die Signale von Verstärkern Op1, ..., Opn verstärkt werden, wobei dabei ein Mittelwertsignal der Ausgänge A1, ..., An der Verstärker Op1, ..., Opn gebildet wird. Anschließend wird ein Referenzsignal Vr rekursiv in der Weise erzeugt, dass der zuvor erzeugte Mittelwert verstärkt um einen Verstärkungsfaktor 1/β von dem Referenzsignal Vr subtrahiert wird und dieses rekursiv erzeugte Referenzsignal Vr den Eingängen der Verstärker Op1, ..., Opn zugeführt wird. In diesen Verstärkern Op1, ..., Opn wird das Referenzsignal im Verhältnis zu den Ausgängen A1, ..., An um einen Verstärkungsfaktor β' verstärkt. Die Messeinrichtung ist dabei in jedem Fall so ausgestaltet, dass die Verstärkung β' dem Kehrwert des Verstärkungsfaktors 1/β entspricht.
  • Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele von Messeinrichtungen sind jeweils mit dem Vorteil verbunden, dass durch die Ausgestaltung der Einrichtung ein Referenzsignal Vr erzeugt wird, das dazu führt, dass an den Ausgängen A1, ..., An ein Signal erzeugt wird, das frei von Gleichtaktanteilen ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Körper
    3
    Messeinrichtung
    5
    Umgebungsmasse
    7
    Gerätemasse
    9
    Körperelektrode
    11
    Messelektrode
    13
    Summiereinheit
    15
    Ausgang – Summiereinheit
    17
    Operationsverstärker – Summiereinheit
    19
    Subtrahiereinheit
    21
    invertierender Addierer
    23
    Invertierer
    25
    Operationsverstärker – Addierer
    27
    Operationsverstärker – Invertierer
    29
    Impedanzwandler
    31
    Tiefpassfilter
    33
    Tiefpassfilter
    35
    digitaler Signalprozessor
    37
    Analog-Digital-Wandler
    39
    Digital-Analog-Wandler
    Ai
    Ausgänge Verstärker
    Opi
    Verstärker
    Yi
    Eingänge Verstärker
    Rx
    Widerstände
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 2926165 A1 [0006]

Claims (10)

  1. Einrichtung zur Erfassung von elektrischen Potentialen des Körpers eines Patienten (1) mit einer Mehrzahl von Eingängen (Y1, ..., Yn) zur Verbindung mit Messelektroden (11), die am Körper eines Patienten (1) platziert werden können, und mit einer Vielzahl von Ausgängen (A1, ..., An), wobei jeder der Eingänge (Y1, ..., Yn) mit einem Ausgang (A1, ..., An) über einen Verstärker (Op1, ..., Opn) verbunden ist, wobei eine Summiereinheit (13) vorgesehen ist, die mit den Ausgängen (A1, ..., An) verbunden ist und die ausgestaltet ist, einen Mittelwert der Signale (E1, ..., En) der Ausgänge (A1, ..., An) der Verstärker (Op1, ..., Opn) auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass eine Subtrahiereinheit (19) vorgesehen ist, die der Summiereinheit (13) nachgeordnet ist und die ausgestaltet ist, die Ausgabe der Summiereinheit (13) verstärkt um einen Verstärkungsfaktor (1/β) von einer Ausgabe der Subtrahiereinheit zu (19) subtrahieren, dass die Ausgabe der Subtrahiereinheit (19) mit den Eingängen der Verstärker (Op1, ..., Opn) verbunden ist und dass der Verstärkungsfaktor (1/β) in der Subtrahiereinheit (19) und eine Verstärkung (β') der Verstärker (Op1, ..., Opn) für die Ausgabe der Subtrahiereinheit (19) derart angepasst sind, dass der Kehrwert des Verstärkungsfaktors (1/β) der Verstärkung (β') entspricht.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Subtrahiereinheit (19) derart ausgestaltet ist, dass die Ausgabe der Summiereinheit (13) verstärkt um einen Verstärkungsfaktor (1/β) von einer Ausgabe der Subtrahiereinheit (19) multipliziert mit einem Faktor s, der kleiner eins ist, subtrahiert wird.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Subtrahiereinheit (19) als analoge Verstärkerschaltung ausgebildet ist, die einen invertierenden Addierer (21) und einen diesem nachgeschalteten Invertierer (23) aufweist und wobei der Ausgang des Invertierers (23) mit dem Eingang des invertierenden Addierers (21) und den Eingängen der Verstärker (Op1, ..., Opn) verbunden ist.
  4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen dem Ausgang und dem Eingang der Subtrahiereinheit (19) ein Impedanzwandler (29) vorgesehen ist.
  5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Eingänge der Subtrahiereinheit (19) einen Tiefpass (31, 33) aufweisen.
  6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Summiereinheit (13) durch einen digitalen Signalprozessor (35) gebildet ist, wobei die Ausgänge der Verstärker (Op1, ..., Opn) über Analog-Digital-Wandler (37) mit den Eingängen des digitalen Signalprozessors (35) verbunden sind, wobei die Subtrahiereinheit (19) als analoge Verstärkerschaltung ausgebildet ist und wobei der Ausgang des digitalen Signalprozessors (35) über einen Digital-Analog-Wandler (39) mit der Subtrahiereinheit (19) verbunden ist.
  7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 4 und 5, wobei die Summiereinheit (13) und die Subtrahiereinheit (19) durch einen digitalen Signalprozessor (35) gebildet sind, wobei die Ausgänge der Verstärker (Op1, ..., Opn) über Analog-Digital-Wandler (37) mit den Eingängen des digitalen Signalprozessors (35) verbunden sind und wobei der Ausgang des digitalen Signalprozessors (35) über einen Digital-Analog-Wandler (39) mit den Eingängen der Verstärker (Op1, ..., Opn) verbunden ist.
  8. Verfahren zur Erfassung von elektrischen Potentialen an einer Mehrzahl von Messelektroden (11), wobei die Signale der Messelektroden (11) mit Verstärkern (Op1, ..., Opn) verstärkt werden, wobei ein Mittelwertsignal der Signale (E1, ..., En) der Ausgänge (A1, ..., An) der Verstärker (Op1, ..., Opn) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzsignal (Vr) erzeugt wird durch Subtraktion des Mittelwerts verstärkt um einen Verstärkungsfaktor (1/β) von dem Referenzsignal (Vr), dass das Referenzsignal den Eingängen (Y1, ..., Yn) der Verstärker (Op1, ..., Opn) zugeführt wird, wobei das Referenzsignal mit einer Verstärkung (β') durch die Verstärker (Op1, ..., Opn) verstärkt wird, und dass der Verstärkungsfaktor (1/β) bei der Subtraktion und die Verstärkung (β') der Verstärker (Op1, ..., Opn) für das Referenzsignal derart angepasst sind, dass der Kehrwert des Verstärkungsfaktors (1/β) der Verstärkung (β') entspricht.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Referenzsignal vor der Subtraktion um einen Faktor s, der kleiner eins ist, abgeschwächt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Referenzsignal und das Mittelwertsignal vor der Subtraktion durch einen Tiefpass (31, 33) gefiltert werden.
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