DE102014216757B4

DE102014216757B4 - Suppression of time-varying common mode noise

Info

Publication number: DE102014216757B4
Application number: DE102014216757.4A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Batzer
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2034-08-23
Also published as: DE102014216757A1

Abstract

Differentielles Spannungsmesssystem (40), aufweisend:- einen ersten Messpfad (MP1), welcher eine erste elektrische Verbindung zwischen dem differentiellen Spannungsmesssystem und einem Patienten (P) herstellt,- einen zweiten Messpfad (MP2), welcher eine zweite elektrische Verbindung zwischen dem differentiellen Spannungsmesssystem und dem Patienten (P) herstellt,- mindestens einen zusätzlichen dritten Messpfad (MP3),- eine erste Verstärkerschaltung (7) mit einem ersten Eingang (8), welcher mit dem ersten Messpfad (MP1) elektrisch verbunden ist, und einem zweiten Eingang (9), welcher mit dem zweiten Messpfad (MP2) elektrisch verbunden ist, und einem Ausgang (11),- eine zweite Verstärkerschaltung (12) und mindestens eine dritte Verstärkerschaltung (16) jeweils mit einem ersten Eingang (13, 17) und einem zweiten Eingang (14, 18) und einem Ausgang (15, 19), wobei der erste Eingang der zweiten Verstärkerschaltung (12) mit dem ersten Messpfad (MP1) elektrisch verbunden ist, der zweite Eingang (14) der zweiten Verstärkerschaltung (12) mit einem dritten Messpfad (MP3) elektrisch verbunden ist, der erste Eingang (17) einer dritten Verstärkerschaltung (16) mit dem zweiten Messpfad (MP2) elektrisch verbunden ist und der zweite Eingang (18) einer dritten Verstärkerschaltung (16) mit einem dritten Messpfad (MP3) elektrisch verbunden ist und die Ausgänge (15, 19) der zweiten Verstärkerschaltung (12) und einer dritten Verstärkerschaltung (16) mit der Signalerfassungseinheit (21) elektrisch verbunden sind,- eine Signalerfassungseinheit (21) am Ausgang (11, 15, 19) der ersten, zweiten und mindestens einen dritten Verstärkerschaltungen (7, 12, 16),- eine Steuereinheit (22), welche die Signale von der Signalerfassungseinheit (21) liest, wobei an einer Mehrzahl der Messpfade (MP1, MP2, MP3) jeweils eine steuerbare Stromquelle (I, I, I) als Sendeeinheit elektrisch angeschlossen ist, die mit der Steuereinheit (22) verbunden ist und dazu eingerichtet ist und von der Steuereinheit (22) derart steuerbar ist, dass auf dem Körper des Patienten (P) ein Gleichtaktstörsignal (CMS) erzeugt wird, durch welches an den jeweils anderen Messpfaden (MP1, MP2, MP3) jeweils ein Signal erfassbar ist,und wobei die Steuereinheit (22) dazu eingerichtet ist, auf Basis der an den anderen Messpfaden jeweils empfangenen Signale eine Kompensation des Gleichtaktstörsignals (CMS) durchzuführen.A differential voltage measuring system (40), comprising: - a first measuring path (MP1), which establishes a first electrical connection between the differential voltage measuring system and a patient (P), - a second measuring path (MP2), which establishes a second electrical connection between the differential voltage measuring system and the patient (P), - at least one additional third measuring path (MP3), - a first amplifier circuit (7) with a first input (8), which is electrically connected to the first measuring path (MP1), and a second input ( 9), which is electrically connected to the second measuring path (MP2), and an output (11), - a second amplifier circuit (12) and at least one third amplifier circuit (16) each having a first input (13, 17) and a second Input (14, 18) and an output (15, 19), wherein the first input of the second amplifier circuit (12) is electrically connected to the first measuring path (MP1), the second E input (14) of the second amplifier circuit (12) is electrically connected to a third measuring path (MP3), the first input (17) of a third amplifier circuit (16) is electrically connected to the second measuring path (MP2) and the second input (18) a third amplifier circuit (16) is electrically connected to a third measuring path (MP3) and the outputs (15, 19) of the second amplifier circuit (12) and a third amplifier circuit (16) are electrically connected to the signal detection unit (21), - a signal detection unit (21) at the output (11, 15, 19) of the first, second and at least one third amplifier circuits (7, 12, 16), - a control unit (22) which reads the signals from the signal detection unit (21), wherein at one A plurality of measuring paths (MP1, MP2, MP3) each have a controllable current source (I, I, I) is electrically connected as a transmitting unit, which is connected to the control unit (22) and is adapted to and from the Steuereinh (22) is controllable in such a way that a common-mode interference signal (CMS) is generated on the body of the patient (P), by which a respective signal can be detected at the other measuring paths (MP1, MP2, MP3), and wherein the control unit ( 22) is adapted to perform a compensation of the common mode noise signal (CMS) based on the signals received at the other measurement paths.

Description

Die Erfindung betrifft ein differentielles Spannungsmesssystem mit einem ersten Messpfad, welcher eine erste elektrische Verbindung zwischen dem differentiellen Spannungsmesssystem und einem Patienten herstellt, mit einem zweiten Messpfad, welcher eine zweite elektrische Verbindung zwischen dem differentiellen Spannungsmesssystem und dem Patienten herstellt, mit einer Verstärkerschaltung mit einem ersten Eingang, welcher mit dem ersten Messpfad elektrisch verbunden ist, und einem zweiten Eingang, welcher mit dem zweiten Messpfad elektrisch verbunden ist, und einem Ausgang. Das differentielle Spannungsmesssystem umfasst zudem eine Signalerfassungseinheit am Ausgang der Verstärkerschaltung.The invention relates to a differential voltage measuring system with a first measuring path, which establishes a first electrical connection between the differential voltage measuring system and a patient, with a second measuring path, which establishes a second electrical connection between the differential voltage measuring system and the patient, with an amplifier circuit having a first Input, which is electrically connected to the first measuring path, and a second input, which is electrically connected to the second measuring path, and an output. The differential voltage measuring system also includes a signal detection unit at the output of the amplifier circuit.

Bei der Messung von bioelektrischen Signalen, beispielsweise EKG-Signalen, treten durch nicht ideale Messeingänge einer EKG-Messanordnung Störungen durch Gleichtaktstörsignale (Common-Mode-Störsignale) auf. Bei den Gleichtaktstörsignalen handelt es sich beispielsweise um die Netzfrequenz mit 50 Hz oder 60 Hz. Gleichtaktstörsignale treten auf, wenn bei der differentiellen EKG-Signal-Messung an den beiden Messeingängen einer EKG-Messschaltung ungleiche Bedingungen, wie zum Beispiel unterschiedliche Impedanzen und Kapazitäten, auftreten. Ein Beispiel einer herkömmlichen differentiellen EKG-Messanordnung zum Messen eines Elektrokardiogramms ist in 1 gezeigt. Eigentlich werden bei der differentiellen Messung Gleichtaktsignale, beispielsweise Störsignale, nicht mitverstärkt, so dass sie unterdrückt werden. Unterschiedliche Impedanzen der Eingänge der EKG-Messanordnung führen jedoch dazu, dass an den beiden Eingängen einer Verstärkerschaltung einer EKG-Messanordnung von demselben Störsignal hervorgerufene unterschiedliche Eingangssignale anliegen, so dass das Störsignal mit dem eigentlichen Messsignal zusammen verstärkt wird. Diese Gleichtaktstörsignale sind in der Applikation am Patienten, beispielsweise ein Mensch oder ein Tier, sehr stark, denn die Elektrodenkontakte an der Haut des Patienten haben ohne aufwändige Vorbereitung eine stark unterschiedliche Güte. Ein Elektrodenkontakt am Patienten kann Impedanzen zwischen 10 kOhm und mehreren Megaohm sowie ebenfalls stark variierende Kapazitäten aufweisen. Dadurch liegt auch der Unterschied zwischen den Impedanzen und Kapazitäten an zwei Messeingängen im Bereich von bis zu mehreren Megaohm. Teilweise sind die Impedanzdifferenzen an den Eingängen der EKG-Messanordnung noch höher, so dass eine Auswertung des EKG-Signals kaum mehr möglich erscheint.When measuring bioelectrical signals, for example ECG signals, disturbances occur due to common-mode interference signals due to non-ideal measuring inputs of an ECG measuring arrangement. The common-mode interference signals are, for example, the mains frequency at 50 Hz or 60 Hz. Common-mode interference signals occur when different conditions, such as different impedances and capacitances, occur in the differential ECG signal measurement at the two measuring inputs of an ECG measuring circuit , An example of a conventional differential ECG measuring device for measuring an electrocardiogram is shown in FIG 1 shown. Actually, in the differential measurement, common-mode signals such as spurious signals are not amplified so that they are suppressed. However, different impedances of the inputs of the ECG measurement arrangement result in different input signals caused by the same interference signal being present at the two inputs of an amplifier circuit of an ECG measurement arrangement, so that the interference signal is amplified together with the actual measurement signal. These common-mode interference signals are very strong in the application to the patient, for example a human or an animal, because the electrode contacts on the patient's skin have a very different quality without time-consuming preparation. An electrode contact on the patient can have impedances between 10 kOhm and several megohms as well as strongly varying capacities. As a result, the difference between the impedances and capacitances at two measurement inputs is in the range of up to several megohms. In part, the impedance differences at the inputs of the ECG measuring arrangement are even higher, so that an evaluation of the ECG signal hardly seems possible.

Eine Möglichkeit, die Gleichtaktstörsignale zu unterdrücken, besteht darin, vor der eigentlichen EKG-Messung eine Test- oder Trainingsphase durchzuführen, bei der die unterschiedlichen Eingangswiderstände einer EKG-Messschaltung aneinander angeglichen werden. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass in einem der EKG-Messpfade, welche beispielsweise jeweils eine Elektrode und den Kontakt der Elektrode mit dem Patienten umfassen, ein zusätzlicher variabler Widerstand zwischengeschaltet wird, der so eingestellt wird, dass die Werte der Impedanzen der Messpfade, welche die Eingangswiderstände der Eingänge der EKG-Messschaltung umfassen, gleich werden. Beispielsweise werden die Widerstände der Eingänge der EKG-Messschaltung aktiv gemessen, indem an die einzelnen Messpfade zusätzliche Stromquellen (siehe 2) angeschlossen werden. Die Stromquellen erzeugen beispielsweise eine Art Testsignal, durch welches die Übertragungsfunktionen der einzelnen Messpfade direkt geschätzt werden können. Somit können die Impedanzen der einzelnen Messpfade auch bei nicht vorhandenem Störsignal gemessen werden. Anders ausgedrückt, wird mit Hilfe von zusätzlichen Stromquellen oder Spannungsquellen direkt ein Störsignal den Messpfaden aufgeprägt, auf dessen Basis die Übertragungsfunktionen der Messpfade geschätzt werden können. Allerdings tritt bei der in 2 gezeigten Anordnung das Problem auf, dass in der Testphase bei nicht aktivem Gleichtaktstörsignal das Verhalten der Messpfade bei zeitlich nicht konstanten Gleichtaktstörsignalen nicht vollständig berücksichtigt wird, so dass durch die beschriebene Testphase mit der in 2 gezeigten Messanordnung keine optimale Störunterdrückung erreicht werden kann. Anders ausgedrückt, entspricht das mit Hilfe der Stromquellen simulierte Störsignal auch bei bekannten Eigenschaften eines zu erwartenden Störsignals nicht ganz dem realen Störsignal. Dies lässt sich damit erklären, dass bei der direkten Aufprägung einer Störung auf die Messpfade bestimmte Effekte sonstiger Gleichtaktstörsignale, wie die kapazitive Kopplung des Patienten gegen Erde, nicht im gleichen Maß auftreten wie bei der eigentlich Messung.One possibility for suppressing the common-mode interference signals is to carry out a test or training phase before the actual ECG measurement, in which the different input resistances of an ECG measurement circuit are matched to one another. This can be realized, for example, by interposing an additional variable resistor in one of the ECG measuring paths, which comprise, for example, in each case one electrode and the contact of the electrode with the patient, so that the values of the impedances of the measuring paths, which comprise the input resistances of the inputs of the ECG measurement circuit, become the same. For example, the resistances of the inputs of the ECG measuring circuit are actively measured by adding additional current sources to the individual measuring paths (see 2 ) are connected. The current sources generate, for example, a kind of test signal, by means of which the transfer functions of the individual measuring paths can be estimated directly. Thus, the impedances of the individual measuring paths can be measured even if there is no interference signal. In other words, with the aid of additional current sources or voltage sources, an interference signal is impressed directly on the measurement paths, on the basis of which the transfer functions of the measurement paths can be estimated. However, occurs at the in 2 the arrangement shown in the problem that in the test phase with non-active common-mode noise, the behavior of the measurement paths is not fully taken into account for non-constant common-mode noise signals, so that through the described test phase with the in 2 shown measuring arrangement no optimal interference suppression can be achieved. In other words, the interference signal simulated with the aid of the current sources does not quite correspond to the real interference signal, even with known characteristics of an expected interference signal. This can be explained by the fact that with the direct imprinting of a disturbance on the measurement paths, certain effects of other common-mode disturbance signals, such as the patient's capacitive coupling to earth, do not occur to the same extent as in the actual measurement.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, mit Hilfe einer Regelschleife auf ein auftretendes Störsignal zu reagieren, indem das Störsignal zunächst erfasst wird und zum Beispiel eine variable Impedanz in einem der Messpfade entsprechend geregelt wird, so dass das auftretende Störsignal kompensiert wird. Bei dieser Art der Unterdrückung von Störsignalen kann allerdings der Fall auftreten, dass in einer Phase, in der momentan kein Common-Mode-Störer aktiv ist, gar nicht oder nur eingeschränkt geregelt werden kann, so dass beim plötzlichen Auftreten eines Störers die Regelung erst aktiv wird und während des Regelvorgangs keine optimale Störunterdrückung bietet. Ein solches Phänomen ist in 6 gezeigt, wobei bei dem Zeitpunkt A plötzlich eine Störung auftritt, auf die sich der Regelungsmechanismus erst einstellen muss. Bei dem Zeitpunkt A tritt daher kurzzeitig ein Störsignal auf, welches die Amplitude des eigentlich zu messenden EKG-Signals übertrifft. Somit kann ein Teil des aufgezeichneten Messsignals verfälscht werden.Furthermore, it is possible to react with the aid of a control loop to an interference signal occurring by the interference signal is first detected and, for example, a variable impedance in one of the measurement paths is controlled accordingly, so that the interference signal occurring is compensated. In this type of suppression of interference, however, the case may occur that in a phase in which no common-mode interferer is currently active, can not be regulated or only to a limited extent, so that when a sudden occurrence of a disturbance, the scheme only active and during the control process does not offer optimal interference suppression. Such a phenomenon is in 6 shown, wherein at the time A suddenly a fault occurs, to which the control mechanism must first adjust. At the time A occurs therefore briefly an interference signal, which exceeds the amplitude of the actual ECG signal to be measured. Thus, a part of the recorded measurement signal can be falsified.

In DE 10 2005 031 751 A1 wird ein Elektroimpedanz-Tomographiegerät mit Gleichtaktunterdrückung beschrieben. Einzelnen Elektroden wird exklusiv entweder eine Messfunkton oder eine Funktion zur Beaufschlagung mit einem Testsignal zugewiesen.In DE 10 2005 031 751 A1 A common impedance suppression electroimpedance tomography apparatus will be described. Single electrodes are assigned exclusively either a measurement function or a function to be applied to a test signal.

In US 2012/ 0 290 028 A1 wird eine Überwachungseinrichtung beschrieben, mit der die Funktionsfähigkeit eines mit einer Elektrode ausgestarteten medizinischen Sensors überwacht wird.US 2012/0 290 028 A1 describes a monitoring device with which the functionality of a medical sensor equipped with an electrode is monitored.

In DE 10 2007 046 510 A1 wird eine EKG-Messvorrichtung mit einer Mehrzahl von EKG-Elektroden beschrieben. In einigen Ausführungsbeispielen umfasst die EKG-Messvorrichtung zusätzlich eine Referenzelektrode, deren Signal bei der Korrektur bzw. Verarbeitung der von den EKG-Elektroden erfassten Messsignale mit berücksichtigt wird.In DE 10 2007 046 510 A1 An ECG measuring device with a plurality of ECG electrodes is described. In some embodiments, the ECG measuring device additionally comprises a reference electrode whose signal is taken into account in the correction or processing of the measurement signals detected by the ECG electrodes.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine EKG-Messschaltung mit einer verbesserten Störsignalunterdrückung bei zeitlich variablen Gleichtaktstörsignalen zu entwickeln.It is an object of the present invention to develop an ECG measurement circuit with improved noise suppression in time-varying common mode noise signals.

Diese Aufgabe wird durch ein differentielles Spannungsmesssystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by a differential voltage measuring system according to claim 1.

Das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem weist einen ersten Messpfad auf, welcher eine erste elektrische Verbindung zwischen dem differentiellen Spannungsmesssystem und einem Patienten herstellt, und einen zweiten Messpfad auf, welcher eine zweite elektrische Verbindung zwischen dem differentiellen Spannungsmesssystem und dem Patienten herstellt. Zudem weist das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem mindestens einen zusätzlichen dritten Messpfad auf. Der erste Messpfad und der zweite Messpfad können beispielsweise jeweils eine Elektrode umfassen, welche am Eingang mit einem Patienten verbunden ist und am Ausgang je einen Messkontakt zur Verfügung stellt. Das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem weist zudem eine erste Verstärkerschaltung mit einem ersten Eingang, welcher mit dem ersten Messpfad elektrisch verbunden ist, und einem zweiten Eingang, welcher mit dem zweiten Messpfad elektrisch verbunden ist, und einem Ausgang auf. Weiterhin weist das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem eine zweite Verstärkerschaltung und mindestens eine dritte Verstärkerschaltung jeweils mit einem ersten Eingang und einem zweiten Eingang und einem Ausgang auf. Dabei ist der erste Eingang der zweiten Verstärkerschaltung mit dem ersten Messpfad elektrisch verbunden, der zweite Eingang der zweiten Verstärkerschaltung mit dem dritten Messpfad elektrisch verbunden, der erste Eingang der dritten Verstärkerschaltung mit dem zweiten Messpfad elektrisch verbunden und der zweite Eingang der dritten Verstärkerschaltung mit dem dritten Messpfad elektrisch verbunden.The differential voltage measuring system according to the invention has a first measuring path, which establishes a first electrical connection between the differential voltage measuring system and a patient, and a second measuring path, which establishes a second electrical connection between the differential voltage measuring system and the patient. In addition, the differential voltage measuring system according to the invention has at least one additional third measuring path. For example, the first measuring path and the second measuring path can each comprise an electrode, which is connected to a patient at the input and provides a measuring contact at the output. The differential voltage measuring system according to the invention also has a first amplifier circuit with a first input, which is electrically connected to the first measuring path, and a second input, which is electrically connected to the second measuring path, and an output. Furthermore, the differential voltage measuring system according to the invention has a second amplifier circuit and at least one third amplifier circuit each having a first input and a second input and an output. In this case, the first input of the second amplifier circuit is electrically connected to the first measuring path, the second input of the second amplifier circuit is electrically connected to the third measuring path, the first input of the third amplifier circuit is electrically connected to the second measuring path, and the second input of the third amplifier circuit is connected to the third Measuring path electrically connected.

Die Verstärkerschaltung umfasst beispielsweise einen Differenzverstärker, der nur Spannungsdifferenzen bzw. Signaldifferenzen zwischen seinen beiden Eingängen verstärkt. Das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem umfasst zudem eine Signalerfassungseinheit am Ausgang der ersten, zweiten und mindestens einen dritten Verstärkerschaltung und eine Steuereinheit, welche die Signale von der Signalerfassungseinheit liest.The amplifier circuit comprises, for example, a differential amplifier, which amplifies only voltage differences or signal differences between its two inputs. The differential voltage measuring system according to the invention also comprises a signal detection unit at the output of the first, second and at least one third amplifier circuit and a control unit which reads the signals from the signal detection unit.

An einer Mehrzahl der Messpfade ist jeweils eine steuerbare Stromquelle als Sendeeinheit elektrisch angeschlossen, die mit der Steuereinheit verbunden ist und dazu eingerichtet ist und von der Steuereinheit derart steuerbar ist, dass auf dem Körper des Patienten ein Gleichtaktstörsignal erzeugt wird, durch welches an den jeweils anderen Messpfaden jeweils ein Signal erfassbar ist.In each case a controllable current source is electrically connected to a plurality of measuring paths as a transmitting unit, which is connected to the control unit and is controllable by the control unit in such a way that a common-mode interference signal is generated on the body of the patient, through which signal to the other Measuring paths in each case a signal is detected.

Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, auf Basis der an den anderen Messpfaden jeweils empfangenen Signale eine Kompensation des Gleichtaktstörsignals durchzuführen.The control unit is set up to carry out a compensation of the common-mode interference signal on the basis of the signals respectively received at the other measurement paths.

Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee kann in der aktiven Erzeugung eines Gleichtaktstörsignals gesehen werden, wobei eine indirekte Schätzung des Gleichtaktstörsignal statt einer direkten Schätzung erfolgt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise hat den Vorteil, dass alle Effekte sonstiger Gleichtaktstörer, wie die kapazitive Kopplung des Patienten gegen Erde, mit berücksichtigt werden können.An idea underlying the invention can be seen in the active generation of a common mode noise signal, with an indirect estimate of the common mode noise signal rather than a direct estimate. The procedure according to the invention has the advantage that all effects of other common-mode interferers, such as the capacitive coupling of the patient to ground, can be taken into account.

Mit einer Vielzahl von Elektrodenkontakten lässt sich zum Beispiel eine räumliche Erfassung der elektrischen Aktivität des Herzens realisieren.For example, a spatial detection of the electrical activity of the heart can be realized with a multiplicity of electrode contacts.

In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen differentiellen Spannungsmesssystems wird die Kompensation des Gleichtaktstörsignals durch Anpassen der Impedanz des ersten Messpfades und des zweiten Messpfades erreicht. Durch die Anpassung der Impedanzen der einzelnen Messpfade wird erreicht, dass ein bei einer bioelektrischen Messung auftretendes Gleichtaktstörsignal an den beiden Eingängen der Verstärkerschaltung mit demselben Spannungspegel anliegt und somit nicht verstärkt, sondern unterdrückt wird.In a preferred variant of the differential voltage measuring system according to the invention, the compensation of the common-mode interference signal is achieved by adjusting the impedance of the first measuring path and of the second measuring path. By adapting the impedances of the individual measuring paths, it is achieved that a common-mode interference signal occurring in the case of a bioelectric measurement is applied to the two inputs of the amplifier circuit with the same voltage level and thus not amplified, but suppressed.

In einer besonders praktikablen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen differentiellen Spannungsmesssystems weist der zweite Messpfad ein steuerbares variables Impedanz-Bauelement auf, welches mit der Steuereinheit elektrisch verbunden ist und dessen Impedanz durch ein Steuersignal der Steuereinheit einstellbar ist. In einer Trainingsphase wird das steuerbare variable Impedanz-Bauelement entsprechend einem geschätzten Gleichtaktstörsignal eingestellt. Dies kann zum Beispiel in einer Art Regelschleife geschehen, bei der ein Gleichtaktstörsignal wiederholt über die Sendeeinheit auf den Körper des Patienten übertragen wird und das variable Impedanz-Bauelement so lange in seiner Impedanz geändert wird, bis der Spannungspegel des erzeugten und erfassten Gleichtaktstörsignals einen Schwellwert bzw. maximal zu tolerierenden Wert unterschreitet. In a particularly practical embodiment of the differential voltage measuring system according to the invention, the second measuring path has a controllable variable impedance component which is electrically connected to the control unit and whose impedance can be adjusted by a control signal of the control unit. In a training phase, the controllable variable impedance device is adjusted according to an estimated common mode noise. This can be done, for example, in a kind of control loop in which a common mode noise is repeatedly transmitted via the transmitting unit to the body of the patient and the variable impedance device is changed in its impedance until the voltage level of the generated and detected common mode noise signal a threshold or Maximum tolerable value falls below.

In einer bevorzugten Variante des differentiellen Spannungsmesssystems umfasst das variable Impedanz-Bauelement ein RC-Glied oder ein RLC-Glied. Werden als variable Impedanz-Bauelemente RC-Glieder oder RLC-Glieder verwendet, lassen sich auch zeitlich veränderliche Störsignale besser kompensieren. Beispielsweise können die variablen Bauelemente auf spezifische Frequenzen der Gleichtaktstörsignale abgestimmt werden und so als eine Art Filter wirken, mit dem die jeweilige Frequenz des Gleichtaktstörers kompensiert wird. In einer alternativen Variante des differentiellen Spannungsmesssystems umfasst das variable Impedanz-Bauelement eine Mehrzahl von N variablen RC-Gliedern, welche parallel oder seriell zueinander geschaltet sind. Mit solchen komplexeren Bauelementen lassen sich Störsignale mit einem breiteren Spektrum von Störfrequenzen unterdrücken.In a preferred variant of the differential voltage measuring system, the variable impedance component comprises an RC element or an RLC element. If RC elements or RLC elements are used as variable impedance components, time-varying interference signals can also be better compensated. For example, the variable components can be tuned to specific frequencies of the common mode noise signals and thus act as a kind of filter, with which the respective frequency of the common mode jammer is compensated. In an alternative variant of the differential voltage measuring system, the variable impedance component comprises a plurality of N variable RC elements, which are connected in parallel or in series with each other. With such more complex components, spurious signals can be suppressed with a wider spectrum of spurious frequencies.

Bevorzugt steht die Sendeeinheit in direktem Körperkontakt mit dem Patienten. Mit dieser Anordnung lässt sich eine sichere und ausreichend starke Einkopplung eines Testsignals auf den Patienten erreichen.Preferably, the transmitting unit is in direct body contact with the patient. With this arrangement, a safe and sufficiently strong coupling of a test signal to the patient can be achieved.

Alternativ kann die Sendeeinheit auch nicht in direktem Körperkontakt mit dem Patienten stehen. In diesem Fall umfasst die Sendeeinheit beispielsweise eine Antenne, mit der das vorbestimmte Gleichtaktstörsignal ohne direkten Körperkontakt auf den Patienten einkoppelbar ist. Diese Art der Erzeugung eines Trainingssignals oder Testsignals ist vorteilhaft, wenn es wünschenswert ist, möglichst wenige elektrische Verbindungen zum Körper herzustellen. Eine Minimierung der elektrischen Verbindungen vereinfacht zum einen die Einhaltung der geltenden Normen bezüglich elektrischer Sicherheit und vereinfacht zum anderen die Applikation.Alternatively, the transmitter unit may not be in direct body contact with the patient. In this case, the transmitting unit comprises, for example, an antenna with which the predetermined common-mode interference signal can be coupled to the patient without direct body contact. This way of generating a training signal or test signal is advantageous when it is desirable to make as few electrical connections to the body as possible. On the one hand, minimizing the electrical connections simplifies compliance with the applicable standards with regard to electrical safety and, on the other hand, simplifies the application.

In einer nicht beanspruchten Variante umfasst das differentielle Spannungsmesssystem einen oder mehrere vorgeschaltete Multiplexer, durch welche weitere Messpfade mit dem ersten und dem zweiten Eingang der Verstärkerschaltung verbunden werden können. Mit Hilfe der Multiplexerschaltung lässt sich besonders bei einer Vielzahl von Messpfaden die gesamte Schaltungsanordnung besonders kompakt aufbauen, da unterschiedliche Messpfade auf eine gemeinsame Verstärkerschaltung geführt werden können.In a variant not claimed, the differential voltage measuring system comprises one or more upstream multiplexers, by means of which further measuring paths can be connected to the first and the second input of the amplifier circuit. With the aid of the multiplexer circuit, the entire circuit arrangement can be made particularly compact, particularly in the case of a multiplicity of measuring paths, since different measuring paths can be routed to a common amplifier circuit.

Besonders bevorzugt umfasst die Signalerfassungseinheit des differentiellen Spannungsmesssystems einen Tiefpass, eine mögliche weitere Verstärkung und einen AD-Wandler. Mit dem Tiefpass erfolgt eine Filterung von höherfrequenten Störsignalen. Die Wandlung der analogen Signale in Digitalsignale ermöglicht für die Weiterverarbeitung der Signale, zum Beispiel durch eine Steuerschaltung, den Einsatz von digitalen Standardschaltungen und erleichtert eine störungsfreie Signalverarbeitung.Particularly preferably, the signal detection unit of the differential voltage measuring system comprises a low-pass filter, a possible further amplification and an AD converter. With the low-pass filter is filtered by higher-frequency interference signals. The conversion of the analog signals into digital signals allows the further processing of the signals, for example by a control circuit, the use of standard digital circuits and facilitates trouble-free signal processing.

In einer besonders bevorzugten Variante umfasst die Steuereinheit des differentiellen Spannungsmesssystems eine digitale Recheneinheit.In a particularly preferred variant, the control unit of the differential voltage measuring system comprises a digital computing unit.

Bei dem Einsatz des differentiellen Spannungsmesssystems können zur Bestimmung der Impedanz-Werte der Messpfade und Steuerung der variablen Impedanz-Bauelemente eine oder mehrere der folgenden Methoden verwendet werden: ein Kalman-Filter oder andere modellbasierte Schätzer, Autokorrelation jeden Eingangssignals, Kreuzkorrelation für zwei Eingangssignale, adaptive Filter oder sonstige Frequenzanalysemethoden, um periodische Frequenzanteile zu messen, Leistungsmessung, durch Vorwissen oder Berechnung in der Steuereinheit erstellter Tabellen oder Formeln für die Veränderung der Güte jedes Messpfades über die Zeit oder für einen typischen Zusammenhang zwischen dem Realteil und dem Imaginärteil der Impedanz jedes Messpfades.When using the differential voltage measurement system, one or more of the following methods may be used to determine the impedance values of the measurement paths and control of the variable impedance devices: a Kalman filter or other model-based estimator, autocorrelation of each input signal, cross-correlation for two input signals, adaptive Filters or other frequency analysis methods to measure periodic frequency components, power measurement, tables created by prior knowledge or calculation in the control unit, or formulas for varying the quality of each measurement pathway over time or for a typical relationship between the real part and the imaginary part of the impedance of each measurement path.

Das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem kann einen zusätzlichen Steuereingang aufweisen, über welchen Informationen über den Zeitpunkt und die Art möglicher aktiver Gleichtaktstörspannungen, die Umschaltung zwischen direkter, indirekter oder einer Kombination der Impedanzmessungen und die Vorgaben für die Impedanz-Bauelemente der Messpfade bereitgestellt werden. Die Berücksichtigung zusätzlicher externer Informationen ermöglicht eine noch breitere, flexiblere Anwendung und auf die spezielle Situation angepasstere Justage der Messschaltung und der Signalmessung.The differential voltage measuring system according to the invention can have an additional control input, via which information about the timing and type of possible active common-mode noise voltages, the switching between direct, indirect or a combination of the impedance measurements and the specifications for the impedance components of the measurement paths are provided. The consideration of additional external information allows an even wider, more flexible application and adapted to the specific situation adjustment of the measurement circuit and the signal measurement.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das differentielle Spannungsmesssystem einen weiteren Kontakt zur Erzeugung eines Signals, welches vom Steuersystem auf die Durchschnitts-Common-Mode-Spannungen einzelner oder aller Signale geregelt werden oder auf einen festen Spannungswert gesetzt werden kann. Dieser weitere Patientenkontakt, meist als Right Leg Drive (right leg drive = Treiberschaltung für das rechte Bein, abgekürzt RLD) oder neutrale Elektrode bezeichnet, sorgt für den Potentialausgleich zwischen der Messschaltung und dem Patienten. Der RLD-Pfad RLD umfasst eine Treiberschaltung für das rechte Bein. Die Treiberschaltung wird von der Steuereinheit derart angesteuert, dass über die RLD-Elektrode ein Referenzpotential an das Bein des Patienten angelegt wird. Mit diesem zusätzlichen Pfad können Common-Mode-Störungen zusätzlich minimiert werden, indem für den zusätzlichen Pfad eine wesentlich geringere Impedanz als für die Messpfade gewählt wird, um den Strom durch den zusätzlichen Pfad zu maximieren und die Common-Mode-Ströme durch die Messpfade zu minimieren und damit die Störsignale zu minimieren.In an alternative embodiment of the invention, the differential voltage measuring system comprises a further contact for generating a signal, which from the control system to the Average common-mode voltages of individual or all signals can be regulated or set to a fixed voltage value. This additional patient contact, usually referred to as right leg drive (right leg drive, abbreviated RLD) or neutral electrode, ensures potential equalization between the measuring circuit and the patient. The RLD path RLD includes a driver circuit for the right leg. The driver circuit is controlled by the control unit in such a way that a reference potential is applied to the leg of the patient via the RLD electrode. With this additional path, common mode perturbations can be further minimized by choosing a much lower impedance for the additional path than for the measurement paths to maximize the current through the additional path and the common mode currents through the measurement paths minimize and minimize the interference signals.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das differentielle Spannungsmesssystem eine Synchronisation der Steuerung des RLD-Pfades und der indirekten Messung der Impedanz-Werte, um die Common-Mode-Spannungsmessungen mit offenem RLD-Pfad (Open Loop RLD) durchzuführen, differentielle Signalmessungen jedoch mit geschlossenem RLD-Pfad (Closed Loop RLD) durchzuführen, um jeweils die optimale Performanz zu erhalten. Bei der Messung der Common-Mode-Störspannung sind starke Common-Mode-Signale auf den Messpfaden erwünscht, um auf der Grundlage dieser Signale die Impedanzen der Messpfade entsprechend anzupassen. Somit wird in der Testphase bzw. der Trainingsphase der RLD-Pfad geöffnet, so dass kein Strom durch diesen Pfad fließt. Bei der eigentlichen EKG-Messung ist die Situation gerade umgekehrt. Nun sind Common-Mode-Störsignale unerwünscht, so dass nun der RLD-Pfad geschlossen wird, d.h. der Stromkreis des RLD-Pfads wird geschlossen. Nun werden mit dem RLD-Pfad Common-Mode-Störungen zusätzlich minimiert, weil der zusätzliche Pfad eine wesentlich geringere Impedanz als die Messpfade umfasst und der Strom durch den zusätzlichen Pfad maximiert wird, während die Common-Mode-Ströme durch die Messpfade minimiert und damit die Störsignale minimiert werden.In a preferred embodiment, the differential voltage measurement system includes synchronization of the RLD path control and the indirect measurement of impedance values to perform open loop RLD (open loop RLD) common mode voltage measurements, but differential closed loop RLD signal measurements Path (Closed Loop RLD) to get the best performance. When measuring the common mode noise voltage, strong common mode signals on the measurement paths are desired to appropriately adjust the impedances of the measurement paths based on these signals. Thus, in the test phase or the training phase, the RLD path is opened so that no current flows through this path. In the actual ECG measurement, the situation is just the opposite. Now, common mode jamming signals are undesirable, so now the RLD path is closed, i. the circuit of the RLD path is closed. In addition, common mode perturbations are additionally minimized with the RLD path, because the additional path has a much lower impedance than the measurement paths and the current through the additional path is maximized, while minimizing the common mode currents through the measurement paths the spurious signals are minimized.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen EKG-Messanordnung,
2 eine Messschaltung mit einer aktiven Störunterdrückung von konstanten Gleichtaktsignalen,
3 eine Messschaltung,
4 eine Messschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 ein Schaubild eines EKG-Signals, welches mit einer Messschaltung gemäß der Erfindung mit vorher aktivierter Trainingsphase aufgezeichnet wurde,
6 ein Schaubild eines EKG-Signals, welches ohne vorher aktivierte Trainingsphase aufgezeichnet wurde,
7 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum differentiellen Messen von Spannungen veranschaulicht.

The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying figures using an exemplary embodiment. The same components are provided with identical reference numerals in the various figures. The figures are usually not to scale. Show it:

1 a block diagram of a conventional ECG measuring device,
2 a measurement circuit with an active interference suppression of constant common-mode signals,
3 a measuring circuit,
4 a measuring circuit according to an embodiment of the invention,
5 a diagram of an ECG signal which was recorded with a measuring circuit according to the invention with a previously activated training phase,
6 a graph of an ECG signal recorded without a previously activated training phase
7 a flowchart illustrating a method for measuring voltage differential.

In 1 ist eine herkömmliche Schaltungsanordnung 10 zum Messen eines Elektrokardiogramms (EKG) eines Patienten P gezeigt. Die Schaltungsanordnung 10 umfasst eine erste Elektrode 1 und eine zweite Elektrode 2, welche mit dem Patienten P derart in Kontakt stehen, dass ein Herzstrom über die Elektroden zu einem Differenz-Verstärker 7 fließen kann. Der Verstärker 7 umfasst einen ersten Eingang 8, einen zweiten Eingang 9 und einen Ausgang 11. Der erste Eingang 8 ist mit der ersten Elektrode 1 elektrisch verbunden und der zweite Eingang 9 ist mit der zweiten Elektrode 2 elektrisch verbunden. Das Ausgangssignal des Verstärkers 7 wird an eine Signalerfassungseinheit 21 übermittelt, welche das vom Verstärker 7 verstärkte Signal erfasst.In 1 is a conventional circuit arrangement 10 for measuring an electrocardiogram (ECG) of a patient P shown. The circuit arrangement 10 includes a first electrode 1 and a second electrode 2 which with the patient P be in contact such that a cardiac current across the electrodes to a differential amplifier 7 can flow. The amplifier 7 includes a first entrance 8th , a second entrance 9 and an exit 11 , The first entrance 8th is with the first electrode 1 electrically connected and the second input 9 is with the second electrode 2 electrically connected. The output signal of the amplifier 7 is sent to a signal acquisition unit 21 transmitted by the amplifier 7 amplified signal detected.

In 2 ist eine Schaltungsanordnung 20 für differentielle Messungen von EKG-Signalen mit einem ersten Messpfad MP1 und einem zweiten Messpfad MP2 veranschaulicht. Der erste Messpfad MP1 umfasst zum Beispiel eine erste Elektrode. Die erste Elektrode ist mit ihrem Eingang mit einem Patienten P verbunden und ist mit ihrem Ausgang mit einem ersten Eingang 8 des Verstärkers 7 verbunden. Der zweite Messpfad MP2 umfasst eine zweite Elektrode. Die zweite Elektrode steht mit ihrem Eingang ebenfalls mit dem Patienten P elektrisch in Verbindung. Die zweite Elektrode ist mit ihrem Ausgang mit einem zweiten Eingang 9 der Verstärkerschaltung 7 verbunden. Die Verstärkerschaltung 7 umfasst zudem einen Ausgang 11. Zwischen den Ausgang der ersten Elektrode und den Eingang des ersten Verstärkers 7 ist eine erste Stromquelle I₁ parallel geschaltet, mit der aktiv der Widerstand bzw. die Impedanz des ersten Messpfades MP1 gemessen werden kann. Anders ausgedrückt, kann dem ersten Messpfad MP1 von der Stromquelle I₁ ein Strom aufgeprägt werden, der zur Impedanzmessung des ersten Messpfades MP1 verwendet werden kann. Zwischen den Ausgang des zweiten Messpfades MP2 und den zweiten Eingang 9 des ersten Verstärkers 7 ist eine zweite Stromquelle I₂ parallel geschaltet, mit der aktiv der Widerstand bzw. die Impedanz des zweiten Messpfades MP2 gemessen werden kann. Die beiden Stromquellen I₁ und I₂ lassen sich von einer Steuereinheit 22 steuern. Der Ausgang 11 der Verstärkerschaltung 7 ist mit dem Eingang einer Signalerfassungseinheit 21 verbunden. Der Ausgang der Signalerfassungseinheit 21 ist mit dem Eingang der Steuereinheit 22 verbunden. Über den ersten Messpfad MP1 wird ein Spannungssignal von dem Körper des Patienten P erfasst und zum Eingang 8 der Verstärkerschaltung 7 übertragen. Über den zweiten Messpfad MP2 wird ein zweites Signal des Patienten P erfasst und an den zweiten Eingang 9 der Verstärkerschaltung 7 übertragen. Der Verstärker 7 misst die Spannungsdifferenz des ersten Signals und des zweiten Signals an den Eingängen 8 und 9, verstärkt die Spannungsdifferenz und gibt das verstärkte Signal an seinem Ausgang 11 aus. Die Signalerfassungseinheit 21 erfasst das verstärkte Signal vom Ausgang 11 des Verstärkers 7. In einer Testphase erzeugt die erste Stromquelle I₁ einen ersten Teststrom in dem ersten Messpfad MP1. Weiterhin erzeugt die zweite Stromquelle I₂ einen zweiten Teststrom in dem zweiten Messpfad MP2. Das bei dieser aktiven Messung erzeugte Spannungsdifferenzsignal am Ausgang 11 des Verstärkers 7 wird an die Signalerfassungseinheit 21 weitergeleitet, welche das Spannungsdifferenzsignal an die Steuereinheit 22 weiterleitet. Die Steuereinheit 22 empfängt das erfasste Signal von der Signalerfassungseinheit 21 und übermittelt entsprechend dem erfassten Signal ein Steuersignal zur Anpassung der Impedanz der Messpfade. Weiterhin steuert die Steuereinheit 22 die beiden Stromquellen entsprechend externen Informationen, anhand derer eine Störquelle simuliert wird.In 2 is a circuit arrangement 20 for differential measurements of ECG signals with a first measurement path MP1 and a second measurement path MP2 illustrated. The first measuring path MP1 For example, it includes a first electrode. The first electrode is with its entrance to a patient P connected and is with its output with a first input 8th of the amplifier 7 connected. The second measuring path MP2 includes a second electrode. The second electrode also stands with its entrance to the patient P electrically connected. The second electrode has its output with a second input 9 the amplifier circuit 7 connected. The amplifier circuit 7 also includes an exit 11 , Between the output of the first electrode and the input of the first amplifier 7 is a first power source I ₁ connected in parallel, with the active the resistance or the impedance of the first measuring path MP1 can be measured. In other words, the first measurement path MP1 from the power source I ₁ a current is impressed, which is used to measure the impedance of the first measuring path MP1 can be used. Between the output of the second measuring path MP2 and the second entrance 9 of the first amplifier 7 is a second power source I ₂ connected in parallel, with the active the resistance or the impedance of the second measuring path MP2 can be measured. The two power sources I ₁ and I ₂ can be controlled by a control unit 22 Taxes. The exit 11 the amplifier circuit 7 is with the input of a signal acquisition unit 21 connected. The output of the signal acquisition unit 21 is with the input of the control unit 22 connected. About the first measuring path MP1 becomes a voltage signal from the patient's body P captured and to the entrance 8th the amplifier circuit 7 transfer. Via the second measuring path MP2 becomes a second signal from the patient P captured and to the second input 9 the amplifier circuit 7 transfer. The amplifier 7 measures the voltage difference of the first signal and the second signal at the inputs 8th and 9 , amplifies the voltage difference and gives the amplified signal at its output 11 out. The signal acquisition unit 21 detects the amplified signal from the output 11 of the amplifier 7 , In a test phase generates the first power source I ₁ a first test current in the first measurement path MP1 , Furthermore, the second power source generates I ₂ a second test current in the second measurement path MP2 , The voltage difference signal at the output generated during this active measurement 11 of the amplifier 7 is sent to the signal acquisition unit 21 passed, which the voltage difference signal to the control unit 22 forwards. The control unit 22 receives the detected signal from the signal detection unit 21 and transmits, according to the detected signal, a control signal for adjusting the impedance of the measuring paths. Furthermore, the control unit controls 22 the two current sources according to external information, on the basis of which a source of interference is simulated.

In 3 ist eine Messschaltung 30 gezeigt. Die Messschaltung 30 weist ebenso wie die Anordnung in 2 einen ersten Messpfad MP1 und einen zweiten Messpfad MP2 auf. Die beiden Messstränge MP1 und MP2 in 3 sind analog zu 2 ausgebildet. Sie umfassen also jeweils eine Elektrode. Zudem umfasst die Messschaltung 30 ebenso wie die Anordnung in 2 einen Verstärker 7 mit einem ersten Eingang 8, der mit dem Messpfad MP1 gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang 9, der mit dem Pfad P3 gekoppelt ist, und einem Ausgang 11, der mit einer Signalerfassungseinheit 21 gekoppelt ist. Die Messschaltung 30 umfasst zusätzlich einen separaten Pfad P3, an den eine regelbare Stromquelle I₃ angeschlossen ist. Dieser zusätzliche Pfad P3 kann beispielsweise als Elektrode ausgebildet sein oder als antennenähnliche Konstruktion auch ohne direkten Körperkontakt auf den Patienten eingekoppelt sein. Durch diesen Pfad P3 kann auf dem Körper des Patienten für die beiden Messpfade ein Gleichtaktstörpotential erzeugt werden, wodurch die Regelung der Gleichtaktstörsignalunterdrückung auf Basis des aktiv erzeugten Gleichtaktstörsignals erfolgen kann. Die Stromquelle I₃ wird von einer Steuereinheit 22 derart angesteuert, dass ein vorbestimmtes Gleichtaktstörsignal auf dem Körper des Patienten erzeugt wird. Mit der Steuereinheit 22 kann beispielsweise auch ein regelbares variables RC-Glied (nicht gezeigt) eines der Messpfade angesteuert werden, um die Impedanz der beiden Messpfade aneinander anzupassen.In 3 is a measuring circuit 30 shown. The measuring circuit 30 as well as the arrangement in 2 a first measuring path MP1 and a second measurement path MP2 on. The two measuring strings MP1 and MP2 in 3 are analogous to 2 educated. They therefore each comprise an electrode. In addition, the measuring circuit includes 30 as well as the arrangement in 2 an amplifier 7 with a first entrance 8th that with the measuring path MP1 coupled, and a second input 9 that with the path P3 coupled, and an output 11 that with a signal acquisition unit 21 is coupled. The measuring circuit 30 additionally includes a separate path P3 to which a controllable current source I ₃ connected. This additional path P3 For example, it can be designed as an electrode or be coupled to the patient as an antenna-like construction even without direct physical contact. Through this path P3 a common-mode noise potential can be generated on the body of the patient for the two measurement paths, whereby the control of the common-mode noise suppression can be based on the actively generated common-mode noise signal. The power source I ₃ is from a control unit 22 controlled so that a predetermined common mode noise is generated on the body of the patient. With the control unit 22 For example, a controllable variable RC element (not shown) of one of the measuring paths can be controlled in order to match the impedance of the two measuring paths to each other.

In 4 ist eine Messschaltung 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Messschaltung 40 gemäß dem Ausführungsbeispiel hat im Gegensatz zu der Messschaltung 30 gemäß 3 einen dreikanaligen Aufbau mit drei Messpfaden MP1, MP2 bzw. MP3. Den drei Messpfaden ist jeweils eine Stromquelle I₁ , I₂ bzw. I₃ zugeordnet, welche jeweils die Funktion der Stromquelle I₃ in 3 übernehmen. Anders ausgedrückt, wird zum Beispiel die Stromquelle I₁ verwendet, um ein Gleichtaktstörsignal zu erzeugen, das von einem der anderen Messpfade als Störsignal empfangen wird und zur Abgleichung dieses Messpfades bzw. Anpassung an die Störung verwendet wird. Weiterhin umfasst die Messschaltung 40 gemäß dem Ausführungsbeispiel drei Verstärkerschaltungen 7, 12 bzw. 16. Im Unterschied zu der Messschaltung 30 gemäß 3 liegt das Signal des ersten Messpfades MP1 nicht nur an einem Verstärker, sondern sowohl an dem ersten Verstärker 7 als auch an einem parallel dazu geschalteten zweiten Verstärker 12. Anders ausgedrückt, ist der erste Messpfad MP1 sowohl mit einem ersten Eingang 8 des ersten Verstärkers 7 gekoppelt als auch mit einem ersten Eingang 13 des zweiten Verstärkers MP2 verbunden. Der zweite Messpfad MP2 ist nicht nur mit dem zweiten Eingang 9 des ersten Verstärkers 7 gekoppelt, sondern auch mit einem ersten Eingang 17 des dritten Verstärkers 16 elektrisch verbunden. Der dritte Messpfad MP3 ist mit einem zweiten Eingang 14 des zweiten Verstärkers 12 und mit einem zweiten Eingang 18 des dritten Verstärkers 16 gekoppelt. Die Ausgänge der Verstärker 7, 12 und 16 sind an eine Signalerfassungseinheit 21 angeschlossen. Die Signalerfassungseinheit 21 ist mit einer Steuereinheit 22 verbunden. Die einzelnen Messpfade MP1, MP2 und MP3 werden in der Testphase alternierend für die Erzeugung der Gleichtaktsignalstörung und die Anpassung der Impedanzen der Messpfade aktiviert.In 4 is a measuring circuit 40 shown according to an embodiment. The measuring circuit 40 according to the embodiment has in contrast to the measuring circuit 30 according to 3 a three-channel structure with three measuring paths MP1 . MP2 respectively. MP3 , Each of the three measuring paths is a power source I ₁ . I ₂ respectively. I ₃ each assigned the function of the power source I ₃ in 3 take. In other words, for example, the power source becomes I ₁ used to generate a common mode noise signal that is received by one of the other measurement paths as an interference signal and is used to match this measurement path or adapt to the disturbance. Furthermore, the measuring circuit comprises 40 according to the embodiment, three amplifier circuits 7 . 12 respectively. 16 , In contrast to the measuring circuit 30 according to 3 lies the signal of the first measuring path MP1 not just on an amplifier, but on the first amplifier 7 as well as on a parallel connected second amplifier 12 , In other words, the first measurement path is MP1 both with a first entrance 8th of the first amplifier 7 coupled as well as with a first input 13 of the second amplifier MP2 connected. The second measuring path MP2 not just with the second entrance 9 of the first amplifier 7 coupled but also with a first entrance 17 of the third amplifier 16 electrically connected. The third measuring path MP3 is with a second entrance 14 of the second amplifier 12 and with a second entrance 18 of the third amplifier 16 coupled. The outputs of the amplifiers 7 . 12 and 16 are to a signal acquisition unit 21 connected. The signal acquisition unit 21 is with a control unit 22 connected. The individual measuring paths MP1 . MP2 and MP3 are activated alternately in the test phase for the generation of the common-mode signal disturbance and the adaptation of the impedances of the measurement paths.

5 ist ein Schaubild, in dem ein EKG-Messsignal mit einer elektrischen Spannung U in Abhängigkeit von der Zeit t gezeigt ist. Zu dem Zeitpunkt A wird ein niederfrequentes Störsignal eingekoppelt. Die Messanordnung wurde vorher mit einem niederfrequenten Störsignal trainiert, so dass das Störsignal vom Start des Aktivierens der Störung korrekt unterdrückt ist. 5 is a graph in which an ECG measurement signal with an electrical voltage U depending on the time t is shown. At the time A a low-frequency interference signal is injected. The measuring arrangement was previously trained with a low-frequency interference signal, so that the interference signal from the start of activating the fault is correctly suppressed.

6 ist ein Schaubild, in dem ebenfalls ein EKG-Messsignal mit einer elektrischen Spannung U in Abhängigkeit von der Zeit t gezeigt ist. Zu dem Zeitpunkt A wird wieder eine niederfrequente Störung eingekoppelt. Diesmal wurde die Messanordnung jedoch nicht mit einem niederfrequenten Störsignal vorab trainiert. Wie in 6 zu sehen ist, wird zunächst bei bzw. kurz nach dem Zeitpunkt A die Amplitude des eigentlichen EKG-Signals durch die Störung überschritten, erst nach einem Einregelvorgang des adaptiven Filters wird das Störsignal hinreichend unterdrückt. 6 is a graph in which also an ECG measurement signal with an electrical voltage U depending on the time t is shown. At the time A again a low-frequency interference is coupled. This time, however, the measuring arrangement was not trained in advance with a low-frequency interference signal. As in 6 is seen first at or shortly after the time A the amplitude of the actual ECG signal is exceeded by the disturbance, only after an adjustment process of the adaptive filter, the interference signal is sufficiently suppressed.

Die Regelvorgänge können mit der beschriebenen erfindungsgemäßen Messschaltung durch separat applizierte Signale auf Konvergenz getestet werden.The control processes can be tested for convergence with the described measuring circuit according to the invention by separately applied signals.

In 7 ist ein Verfahren 700 zum differentiellen Messen von Spannungen veranschaulicht. Das Verfahren kann als eine Art mehrstufiges, insbesondere zweistufiges Messverfahren mit einem Trainingsprozess und dem eigentlichen Messprozess eines differentiellen Spannungsmesssystems verstanden werden, wobei das Spannungsmesssystem während des Trainingsprozesses an eventuell auftretende Gleichtaktstörsignale angepasst wird. Bei dem Schritt 7.I wird ein bei einer Messung zu erwartendes Gleichtaktstörsignal CMS ermittelt. Die Ermittlung des Gleichtaktstörsignals CMS kann beispielsweise auf Basis von Vorinformationen über die Störquellen der Messanordnung ermittelt werden. Bei dem Schritt 7.II wird das ermittelte Gleichtaktstörsignal CMS auf dem Körper eines Patienten erzeugt. Wie bereits erwähnt, kann dies über einen separaten Sendepfad mit Hilfe einer gesteuerten Stromquelle realisiert werden. Bei dem Schritt 7.III wird ein erstes Signal S1, welches durch das Gleichtaktstörsignal CMS erzeugt wurde, über einen ersten Messpfad MP1 erfasst. Bei dem Schritt 7.IV wird ein zweites Signal S2, welches ebenfalls durch das Gleichtaktstörsignal CMS erzeugt wurde, über einen zweiten Messpfad MP2 erfasst. Mit einer Verstärkerschaltung wird bei dem Schritt 7.V ein Differenzsignal DS des ersten Signals S1 und des zweiten Signals S2 erfasst. Das Differenzsignal DS ist ein Maß für die Stärke des bei der Trainingsphase auftretenden Gleichtaktstörsignals CMS. Bei dem Schritt 7.VI wird ermittelt, ob der Spannungspegel des erfassten Differenzsignals einen bestimmten Schwellwert übersteigt. Falls der Spannungspegel des erfassten Differenzsignals einen bestimmten Schwellwert übersteigt, was in 7 mit „j“ gekennzeichnet ist, wird bei dem Schritt 7.VII eine Kompensation des Gleichtaktstörsignals CMS auf Basis des Differenzsignals DS durchgeführt. Anschließend wird wieder zu dem Schritt 7.II zurückgekehrt und in einer Art Regelprozess das Trainingsverfahren iterativ fortgesetzt. Falls bei dem Schritt 7.VI ermittelt wurde, dass der Spannungspegel des erfassten Differenzsignals einen bestimmten Schwellwert nicht übersteigt, was in 7 mit „n“ gekennzeichnet ist, wird bei dem Schritt 7.VIII der Regelungsprozess beendet und das eigentliche Messverfahren gestartet.In 7 FIG. 2 illustrates a method 700 of measuring voltages selectively. The method can be understood as a type of multi-stage, in particular two-stage measuring method with a training process and the actual measuring process of a differential voltage measuring system, wherein the voltage measuring system is adapted during the training process to possibly occurring common-mode interference signals. At the step 7 .I becomes a common-mode noise signal to be expected during a measurement CMS determined. The determination of the common mode noise signal CMS can be determined, for example, on the basis of preliminary information about the sources of interference of the measuring arrangement. At the step 7 .II becomes the detected common mode noise CMS generated on the body of a patient. As already mentioned, this can be realized via a separate transmission path with the aid of a controlled current source. At the step 7 .III becomes a first signal S1 , which by the common mode noise signal CMS was generated, via a first measurement path MP1 detected. At the step 7 .IV becomes a second signal S2 , which also by the common mode noise CMS was generated, via a second measuring path MP2 detected. With an amplifier circuit is at the step 7 .V a difference signal DS of the first signal S1 and the second signal S2 detected. The difference signal DS is a measure of the strength of the common mode noise signal occurring during the training phase CMS , At the step 7 .VI is determined whether the voltage level of the detected difference signal exceeds a certain threshold. If the voltage level of the detected difference signal exceeds a certain threshold, which is in 7 marked with "j" is at the step 7 .VII a compensation of the common mode noise signal CMS based on the difference signal DS carried out. Then it becomes the step again 7 .II returned and continued the training procedure iteratively in a kind of rule process. If at the step 7 .VI was determined that the voltage level of the detected difference signal does not exceed a certain threshold, which is in 7 marked with "n" is at the step 7 .VIII ended the control process and started the actual measuring process.

Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei dem vorhergehend detailliert beschriebenen differentiellen Spannungsmesssystem lediglich um ein Ausführungsbeispiel handelt, welches vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließen die Begriffe „Einheit“ und „Modul“ nicht aus, dass die betreffenden Komponenten aus mehreren zusammenwirkenden TeilKomponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.It is finally pointed out once again that the differential voltage measuring system described in detail above is merely an exemplary embodiment which can be modified by the person skilled in various ways without departing from the scope of the invention. Furthermore, the use of the indefinite article "on" or "one" does not exclude that the characteristics in question may also be present multiple times. Likewise, the terms "unit" and "module" do not exclude that the components in question consist of several interacting subcomponents, which may also be spatially distributed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: erste Elektrodefirst electrode
22: zweite Elektrodesecond electrode
77: Differenz-VerstärkerDifferential amplifier
88th: erster Eingangfirst entrance
99: zweiter Eingangsecond entrance
1010: Schaltungsanordnungcircuitry
1111: Ausgang des ersten VerstärkersOutput of the first amplifier
1212: zweite Verstärkerschaltungsecond amplifier circuit
1313: erster Eingang des zweiten Verstärkersfirst input of the second amplifier
1414: zweiter Eingang des zweiten Verstärkerssecond input of the second amplifier
1515: Ausgang des zweiten VerstärkersOutput of the second amplifier
1616: dritte Verstärkerschaltungthird amplifier circuit
1717: erster Eingang des dritten Verstärkersfirst input of the third amplifier
1818: zweiter Eingang des dritten Verstärkerssecond input of the third amplifier
1919: Ausgang des dritten VerstärkersOutput of the third amplifier
2020: Schaltungsanordnungcircuitry
2121: SignalerfassungseinheitSignal detection unit
2222: Steuereinheitcontrol unit
3030: Messschaltungmeasuring circuit
4040: Messschaltung measuring circuit
AA: Zeitpunkt der Einkopplung eines StörsignalsTime of the coupling of an interference signal
CMSCMS: GleichtaktstörsignalGleichtaktstörsignal
DSDS: Differenzsignaldifference signal
GNDGND: MasseDimensions
I₁ I ₁: erste Stromquellefirst power source
I₂ I ₂: zweite Stromquellesecond power source
I₃ I ₃: regelbare Stromquelle / dritte Stromquelleadjustable current source / third power source
MP1MP1: erster Messpfadfirst measuring path
MP2MP2: zweiter Messpfadsecond measuring path
MP3MP3: dritter Messpfadthird measuring path
PP: Patientenpatients
P3P3: separater Pfadseparate path
S1S1: erstes Signalfirst signal
S2S2: zweites Signalsecond signal
tt: ZeitTime
UU: elektrische Spannungelectrical voltage

Claims

A differential voltage measuring system (40), comprising: - a first measuring path (MP1), which establishes a first electrical connection between the differential voltage measuring system and a patient (P), - a second measuring path (MP2), which establishes a second electrical connection between the differential voltage measuring system and the patient (P), - at least one additional third measuring path (MP3), - a first amplifier circuit (7) with a first input (8), which is electrically connected to the first measuring path (MP1), and a second input ( 9), which is electrically connected to the second measuring path (MP2), and an output (11), - a second amplifier circuit (12) and at least one third amplifier circuit (16) each having a first input (13, 17) and a second Input (14, 18) and an output (15, 19), wherein the first input of the second amplifier circuit (12) to the first measuring path (MP1) is electrically connected, the two ite input (14) of the second amplifier circuit (12) is electrically connected to a third measuring path (MP3), the first input (17) of a third amplifier circuit (16) is electrically connected to the second measuring path (MP2) and the second input (18 ) of a third amplifier circuit (16) is electrically connected to a third measuring path (MP3) and the outputs (15, 19) of the second amplifier circuit (12) and a third amplifier circuit (16) are electrically connected to the signal detection unit (21), Signal detection unit (21) at the output (11, 15, 19) of the first, second and at least one third amplifier circuits (7, 12, 16), - a control unit (22) which reads the signals from the signal detection unit (21), wherein a plurality of the measuring paths (MP1, MP2, MP3) are each a controllable current source (I ₁ , I ₂ , I ₃ ) is electrically connected as a transmitting unit, which is connected to the control unit (22) and is adapted and vo n the control unit (22) is controllable such that on the body of the patient (P) a common mode noise (CMS) is generated, through which at the respective other measurement paths (MP1, MP2, MP3) in each case a signal can be detected, and wherein the Control unit (22) is adapted to carry out on the basis of the signals received at the other measurement paths in each case a compensation of the common mode noise signal (CMS).

Differential voltage measuring system (40) after Claim 1 wherein the compensation of the common mode noise (CMS) signal is achieved by adjusting the impedance of the first measurement path (MP1) and the second measurement path (MP2).

Differential voltage measuring system (40) according to one of Claims 1 to 2 wherein the second measuring path (MP2) comprises a controllable variable impedance component, which is electrically connected to the control unit (22) and whose impedance is adjustable by a control signal of the control unit (22).

Differential voltage measuring system (40) after Claim 3 wherein the variable impedance device comprises an RC element or an RLC element.

Differential voltage measuring system (40) according to one of Claims 1 to 4 wherein the transmitting unit is in direct body contact with the patient (P).

Differential voltage measuring system (40) according to one of Claims 1 to 4 wherein the transmitting unit is not in direct body contact with the patient (P) and the transmitting unit comprises an antenna with which the predetermined common-mode interference signal (CMS) can be coupled to the patient (P) without direct body contact.

Differential voltage measuring system (40) according to one of Claims 1 to 6 wherein the signal detection unit (21) comprises a low pass, possible further gain and an AD converter.

Differential voltage measuring system (40) according to one of Claims 1 to 7 wherein the control unit (22) comprises a digital computing unit.

Differential voltage measuring system (40) according to one of Claims 2 to 8th Set up to determine the impedance values of the measurement paths (MP1, MP2, MP3) and control the variable impedance devices using one or more of the following methods: a) application of a Kalman filter or other model-based estimator, b) autocorrelation of each input signal, cross-correlation for two input signals, adaptive filters or other frequency analysis methods to measure periodic frequency components, c) power measurement, d) application of prior knowledge or calculation in the control unit created tables or formulas 1. for the change in the quality of each measuring path over time; 2. for a typical relationship between the ohmic resistance and the capacitance of each measuring path.

Differential voltage measuring system (40) according to one of Claims 2 to 9 , with an additional control input, via which the following information can be provided: - timing and type of possible active common mode noise, - switching between direct, indirect or a combination of the impedance measurements, - specifications for the impedance components of the measuring paths (MP1, MP2, MP3) ,