DE102015202447A1

DE102015202447A1 - Unterdrückung des Gleichtaktsignalanteils bei der Messung von bioelektrischen Signalen

Info

Publication number: DE102015202447A1
Application number: DE102015202447.4A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Batzer; Peter Greif; Harald Karl
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2015-02-11
Filing date: 2015-02-11
Publication date: 2016-08-11
Also published as: CN105852844B; CN105852844A; US9872629B2; US20160228024A1

Abstract

Es wird ein differentielles Spannungsmesssystem (500) beschrieben. Das differentielle Spannungsmesssystem (500) weist eine Signalmessschaltung (502) zum Messen von bioelektrischen Signalen und eine Störsignalmessschaltung (503) auf, welche mit dem Potential (V) des differentiellen Spannungsmesssystems (500) gekoppelt ist und mit einem festen Bezugspotential (E) elektrisch verbunden ist. Dabei ist die Störsignalmessschaltung (503) dazu eingerichtet, einen von dem Potential (V) des differentiellen Spannungsmesssystems (500) zu dem festen Bezugspotential (E) fließenden Strom (IE) zu messen. Es wird auch ein differentielles Spannungsmesssystem (600) mit einem zusätzlichen Pfad (RLD) beschrieben. Es wird ferner ein differentielles Spannungsmesssystem (700) mit einer mittelnden Potentialmessmethode beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein differentielles Spannungsmesssystem und ein Verfahren zum differentiellen Messen von Spannungen von bioelektrischen Signalen.
Bei der Messung von bioelektrischen Signalen, beispielsweise von EKG-Signalen, treten durch nicht ideale Messeingänge einer EKG-Messanordnung Common-Mode-Störsignale (Störungen durch Gleichtaktsignale) auf. Diese ergeben sich z.B. aus der Netzfrequenz mit 50Hz. Common-Mode-Störsignale treten auf, wenn bei der differentiellen EKG-Signal-Messung an den beiden Messeingängen ungleiche Bedingungen wie verschiedene Impedanzen und Kapazitäten auftreten. Ein Beispiel einer herkömmlichen 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. Die unterschiedlichen 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 10kOhm 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. Ein Beispiel für ein Common-Mode-gestörtes EKG-Signal durch eine Impedanz-Differenz von 500kOhm ist in der 2 gezeigt. Teilweise sind die Impedanzdifferenzen an den Eingängen der EKG-Messanordnung noch höher, so dass eine Auswertung des EKG-Signals kaum mehr möglich erscheint.
Eine mögliche Schaltung, mit der die beschriebenen Gleichtaktstörsignale ermittelt und unterdrückt werden können, ist in der Patentanmmeldung mit der Nr. 10 2014 219 943.3 beschrieben. Die in der genannten Patentanmeldung beschriebene Messschaltung (siehe 3) weist einen ersten Messpfad und einen zweiten Messpfad auf. Sie weist in einem der beiden Messpfade, z.B. dem zweiten Messpfad, einen Shunt-Widerstand auf. An dem Shunt-Widerstand tritt ein Spannungsabfall auf, welcher proportional zu dem in dem zweiten Messpfad fließenden Gleichtaktstrom ist. Zusätzlich umfasst die Anordnung ein adaptives Filter, welches in Abhängigkeit von dem erfassten Spannungsabfall eingestellt wird und das erfasste Messsignal derart filtert, dass der Gleichtaktanteil des erfassten Messsignals unterdrückt wird.
Allerdings beeinflusst der Shunt-Widerstand durch thermisches Rauschen die über die Verstärkerschaltung erfassten Messsignale.
Eine alternative Anordnung in der genannten Patentanmmeldung mit der Nr. DE 10 2014 219 943.3 umfasst einen Shunt-Widerstand in einem von dem zweiten Messpfad getrennten bzw. davon abzweigenden zusätzlichen Messpfad (siehe 4). Da bei dieser Variante der Shunt-Widerstand nicht direkt in dem zweiten Messpfad liegt, beeinflusst er auch nicht durch thermisches Rauschen die über die erste Verstärkerschaltung erfassten Messsignale.
Ein Problem bei den beschriebenen Anordnungen besteht jedoch darin, dass die darin verwendete adaptive Filterung auch zu einer Abschwächung des Nutzsignals führt, was den Gesamt-Gewinn des Signal/Rauschverhältnisses reduziert. Weiterhin besteht auch bei der in 4 gezeigten Schaltungsanordnung immer noch eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Shunt-Widerstand zur Messung der Gleichtaktsignale und dem zweiten Messpfad, wenn auch in diesem Fall der Shunt-Widerstand nicht direkt bzw. seriell in den zweiten Messpfad integriert ist. Der Shunt Widerstand liegt also immer noch im Einflussbereich der analogen Eingangsbeschaltung, so dass eine gewisse verbleibende Störwechselwirkung zwischen der Messanordnung zur Messung der Gleichtaktströme und der Messschaltung zur Messung der Nutzsignale verbleibt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein differentielles Spannungsmesssystem mit einem verbesserten Signal/Rauschverhältnis zu entwickeln, bei dem die Störungen durch Gleichtaktsignale effektiv unterdrückt werden.
Diese Aufgabe wird durch ein differentielles Spannungsmesssystem gemäß Patentanspruch 1, durch ein differentielles Spannungsmesssystem mit einem zusätzlichen Pfad mit einer Treiberschaltung für das rechte Bein gemäß Patentanspruch 7 und durch ein differentielles Spannungsmesssystem mit einer mittelnden Potentialmessmethode gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
Das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem, weist eine Signalmessschaltung zum Messen von bioelektrischen Signalen auf, welche beispielsweise in eine EKG-Komponente integriert ist. Weiterhin weist das differentielle Spannungsmesssystem eine Störsignalmessschaltung auf, welche mit dem Potential des differentiellen Spannungsmesssystems bzw. der EKG-Komponente gekoppelt ist und zusätzlich mit einem festen Bezugspotential elektrisch verbunden ist. Dabei ist die Störsignalmessschaltung dazu eingerichtet, einen von dem Potential des differentiellen Spannungsmesssystems zu dem festen Bezugspotential fließenden Strom zu messen.
Zwischen der Signalmessschaltung und der Störsignalmessschaltung besteht keine direkte Kopplung. Beide Schaltungen stehen nur in Verbindung über das Potential der Signalmessschaltung bzw. der EKG-Komponente.
Die Messung des Stroms zwischen dem Potential des differentiellen Spannungsmesssystems und dem festen Bezugspotential kann zum Beispiel dadurch realisiert sein, dass zwischen das Potential des differentiellen Spannungsmesssystems und das feste Bezugspotential eine Impedanz geschaltet ist, zu der als Spannungsmesseinheit eine Differenzverstärkerschaltung parallel geschaltet ist.
Die Impedanz, welche beispielsweise eine Kapazität umfasst, dient dazu, den zu dem festen Bezugspotential fließenden Strom in eine messbare elektrische Spannung zu wandeln. Der Common-Mode-Strom fließt von den Elektroden in die EKG-Komponente. Dort kommt der Strom erst in der Signalmessschaltung an und fließt aufgrund parasitärer Effekte weiter auf das Potential der EKG-Komponente. Vom Potential der EKG-Komponente aus fließt der Strom weiter Richtung festes Bezugspotential, z.B. die Erdung. Indem hier ein expliziter Pfad angeboten wird, auf dem der Strom vom Potential der EKG-Komponente Richtung Erdung fließt, kann auf diesem Pfad ein Stromfluss gemessen werden. Der restliche Stromfluss von der EKG-Komponente auf die Erdung erfolgt auch wieder nur durch parasitäre Effekte. Der Strom zwischen der Signalmessschaltung bzw. der EKG-Komponente und der Störsignalmessschaltung fließt also nur über das gemeinsame Potential der EKG-Schaltung.
Indem die Signalmessschaltung und die Störsignalmessschaltung nur über das gemeinsame Potential der EKG-Schaltung gekoppelt sind, wird eine optimale Trennung der beiden Teilsysteme erreicht, wobei insbesondere der Einfluss der Störsignalmessschaltung auf die Signalmessschaltung minimal ist.
Erfindungsgemäß ist also eine weitergehende Trennung der Erfassung des Messsignals bzw. des bioelektrischen Signals von dem Patienten und der Messung des Gleichtakt-Störsignals erreicht, so dass die Messung des gleichgetakteten Störsignals die Messung des bioelektrischen Signals nicht mehr beeinträchtigt.
Das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem mit einem zusätzlichen Pfad mit einer Treiberschaltung für das rechte Bein weist einen ersten Messpfad auf, der eine erste Elektrode umfasst, welche am Eingang mit einem Patienten verbunden ist und am Ausgang einen ersten Messkontakt zur Verfügung stellt. Zudem weist das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem mit einem zusätzlichen Pfad mit einer Treiberschaltung für das rechte Bein einen zweiten Messpfad auf, der eine zweite Elektrode umfasst, welche am Eingang mit dem Patienten verbunden ist und am Ausgang einen zweiten Messkontakt zur Verfügung stellt. Teil des erfindungsgemäßen differentiellen Spannungsmesssystems ist auch eine 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 erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem weist eine erste Signalerfassungseinheit am Ausgang der Verstärkerschaltung und einen zusätzlichen Pfad mit einem Kontakt mit dem Patienten auf. Der zusätzliche Pfad umfasst eine Treiberschaltung für das rechte Bein, einen Shunt-Widerstand mit bekanntem Widerstandswert, welcher zwischen den zusätzlichen Kontakt und die Treiberschaltung geschaltet ist, und eine Spannungsmesseinrichtung, welche parallel zu dem Shunt-Widerstand geschaltet ist, mit der die an dem Shunt-Widerstand abfallende elektrische Spannung und damit der zwischen dem zusätzlichen Kontakt und der Treiberschaltung fließende Strom messbar ist.
Als ein Shunt-Widerstand soll ein niederohmiger elektrischer Widerstand verstanden werden, der zum Messen eines durch ihn fließenden elektrischen Stroms verwendet wird.
Unter einer Treiberschaltung für das rechte Bein, auch als Right-Leg-Drive bezeichnet, ist eine Treiberschaltung zu verstehen, die über einen zusätzlichen Pfad mit dem Patienten verbunden ist. Über den zusätzlichen Pfad, auch als RLD-Pfad bezeichnet, wird der Patient auf ein Referenzpotential gesetzt. Die Treiberschaltung dient der Erzeugung eines Signals, welches auf die Durchschnitts-Gleichtaktspannungen einzelner oder aller Signale von den einzelnen Messpfaden geregelt werden oder auf einen festen Spannungswert gesetzt werden kann. Die Messung über den zusätzlichen Pfad, auch RLD-Pfad genannt, hat den Vorteil, dass dort er Strom um ein bis drei Größenordnungen stärker ist als der durch den ersten Messpfad und den zweiten Messpfad fließende Strom.
Das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem mit einer mittelnden Potentialmessmethode weist einen ersten Messpfad auf, welcher eine erste Elektrode umfasst, die am Eingang mit einem Patienten verbunden ist und am Ausgang einen ersten Messkontakt zur Verfügung stellt. Es weist einen zweiten Messpfad auf, der eine zweite Elektrode umfasst, welche am Eingang mit dem Patienten verbunden ist und am Ausgang einen zweiten Messkontakt zur Verfügung stellt. Weiterhin weist das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem eine 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. Zusätzlich umfasst das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem eine erste Signalerfassungseinheit am Ausgang der Verstärkerschaltung und eine Potentialmesseinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen Mittelwert aus einem an dem ersten Messpfad zwischen der ersten Elektrode und dem ersten Eingang der Verstärkerschaltung liegenden Potential und einem an dem zweiten Messpfad zwischen der zweiten Elektrode und dem Eingang der Verstärkerschaltung liegenden Potential zu ermitteln. Diese Mittelung hat den Vorteil, dass dadurch differentielle Anteile, die durch die unterschiedliche Güte der Kontakte der Elektroden des ersten und zweiten Messpfades hervorgerufen werden, an dem gemeinsamen Kontaktpunkt, an dem die Potentialmesseinheit misst, eliminiert werden.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung auch die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen differentiellen Spannungsmesssystems weist die Signalmessschaltung einen ersten Messpfad auf, der eine erste Elektrode umfasst, welche am Eingang mit einem Patienten verbunden ist und am Ausgang einen ersten Messkontakt zur Verfügung stellt. Das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem weist weiterhin einen zweiten Messpfad auf, der eine zweite Elektrode umfasst, welche am Eingang mit dem Patienten verbunden ist und am Ausgang einen zweiten Messkontakt zur Verfügung stellt. In dieser Ausgestaltung weist die Signalmessschaltung eine 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. Ferner umfasst die Signalmesseinheit eine erste Signalerfassungseinheit am Ausgang der Verstärkerschaltung.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung des differentiellen Spannungsmesssystems weist die Störsignalmessschaltung eine Verstärkerschaltung mit einem ersten Eingang, welcher mit dem dem Potential des differentiellen Spannungsmesssystems zugewandten Ende der Impedanz elektrisch verbunden ist, und einem zweiten Eingang, welcher mit dem dem festen Bezugspotential zugewandten Ende der Impedanz elektrisch verbunden ist, und einem Ausgang auf. Zudem weist in dieser Ausgestaltung die Störsignalmessschaltung eine erste Signalerfassungseinheit am Ausgang der Verstärkerschaltung der Störsignalmessschaltung auf.
In einer Variante des erfindungsgemäßen differentiellen Spannungsmesssystems ist zwischen die Impedanz und das feste Bezugspotential eine Kapazität geschaltet, welche ein Element mit parasitärer Kapazität oder einen ESD-Schutzkondensator umfasst.
Dabei ist es bevorzugt, dass die Kapazität einen Kapazitätswert von weniger als 10pF aufweist.
Zusätzlich kann das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem einen weiteren Kontakt mit dem Patienten zur Erzeugung eines Signals besitzen, welches auf die Durchschnitts-Gleichtakt-Spannungen einzelner oder aller Signale geregelt werden oder auf einen festen Spannungswert gesetzt werden kann. Bei diesem zusätzlichen Pfad handelt es sich um einen RLD-Pfad, der mit der bereits erwähnten Treiberschaltung für das rechte Bein elektrisch verbunden ist. Wird von dem RLD-Pfad ein mit einem Störsignal behaftetes Signal geeignet, d.h. negativ korreliert, auf den Patienten übertragen, kann es zu einer Kompensation des Störsignals mit Hilfe des an den Patienten angelegten Signals kommen.
Bei dem erfindungsgemäßen differentiellen Spannungsmesssystem mit einer Treiberschaltung für das rechte Bein ist es bevorzugt, dass der Shunt-Widerstand einen Widerstandswert im Bereich von 10–100 kΩ, aufweist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des differentiellen Spannungsmesssystems mit einer Treiberschaltung für das rechte Bein weist die Spannungsmesseinrichtung eine Verstärkerschaltung auf. Die Verstärkerschaltung weist einen ersten Eingang, welcher mit dem der Treiberschaltung zugewandten Ende des Shunt-Widerstands elektrisch verbunden ist, einen zweiten Eingang, welcher mit dem dem zusätzlichen Kontakt zu dem Patienten zugewandten Ende des Shunt-Widerstands elektrisch verbunden ist, und einen Ausgang auf. Die Verstärkerschaltung kann zum Beispiel als ein Operationsverstärker, insbesondere ein Differenzverstärker ausgestaltet sein, mit dem Spannungsdifferenzen ermittelt werden können.
In einer Variante des erfindungsgemäßen differentiellen Spannungsmesssystems mit einer Treiberschaltung für das rechte Bein umfasst die Spannungsmesseinrichtung eine Signalerfassungseinheit, welche mit dem Ausgang der Verstärkerschaltung der Spannungsmesseinrichtung elektrisch verbunden ist.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen differentiellen Spannungsmesssystems mit einer mittelnden Messmethode umfasst die Potentialmesseinheit zwei parallel geschaltete Potentialmesspfade. Der erste Potentialmesspfad umfasst einen ersten Kontakt zwischen der ersten Elektrode und dem ersten Eingang der Verstärkerschaltung und einen ersten Widerstand und der zweite Potentialmesspfad umfasst einen zweiten Kontakt zwischen der zweiten Elektrode und dem zweiten Eingang der Verstärkerschaltung und einen zweiten Widerstand. Dabei werden die beiden parallel geschalteten Messpfade an einem Verzweigungspunkt der parallel geschalteten Messpfade auf ein gemeinsames gemitteltes Potential zusammengeführt.
Bevorzugt weist die Potentialmesseinheit eine Verstärkerschaltung auf, welche einen ersten Eingang, der mit dem Verzweigungspunkt der parallel geschalteten Potentialmesspfade elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Eingang, welcher mit einem Bezugspotential elektrisch verbunden ist, und einen Ausgang umfasst. Dabei ist die Potentialmesseinheit dazu eingerichtet, ein gemitteltes Differenzsignal der Messpfade und des Bezugspotentials zu ermitteln.
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen differentiellen Spannungsmesssystems mit einer mittelnden Mess-methode weist die Potentialmesseinheit eine zweite Signalerfassungseinheit auf, welche mit dem Ausgang der Verstärkerschaltung der Potentialmesseinheit elektrisch verbunden ist.
Ferner kann das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem mit einer mittelnden Messmethode einen zusätzlichen Patientenkontakt mit einer Treiberschaltung für das rechte Bein aufweisen. Dabei umfasst die Potentialmesseinheit einen zusätzlichen Potentialmesspfad zwischen dem zusätzlichen Patientenkontakt und dem Verzweigungspunkt, so dass das an dem zusätzlichen Patientenkontakt anliegende Potential bei der Ermittlung des gemittelten Potentials berücksichtigt wird.
Das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem kann in einer effektiven Ausgestaltung mindestens einen zusätzlichen Messpfad und mindestens eine zusätzliche, zu der Verstärkerschaltung parallel geschaltete Verstärkerschaltung der Signalmessschaltung mit Eingängen für jeweils zwei Signale aufweisen.
Außerdem kann das erfindungsgemäße differentielle Spannungsmesssystem einen oder mehrere vorgeschaltete Multiplexer umfassen, durch welche weitere Messkontakte mit dem ersten und zweiten Signaleingang der Verstärkerschaltung der Signalmessschaltung verbunden werden können.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen 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 ein Schaubild, in dem ein von Störsignalen überlagertes EKG gezeigt ist,
3 eine Schaltungsanordnung, mit der Gleichtaktstörsignale unterdrückt, ermittelt und kompensiert werden,
4 ein differentielles Spannungsmesssystem mit einem Shunt-Widerstand gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 schematisch ein differentielles Spannungsmesssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 schematisch ein differentielles Spannungsmesssystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
7 schematisch ein differentielles Spannungsmesssystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In 1 ist eine herkömmliche Schaltungsanordnung 100 zum Messen eines Elektrokardiogramms (EKG) eines Patienten P gezeigt. Die Schaltungsanordnung 100 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 1, 2 zu einem Differenz-Verstärker 4 fließen kann. Der Verstärker 4 umfasst einen ersten Eingang 5, einen zweiten Eingang 6 und einen Ausgang 7. Der erste Eingang 5 ist mit der ersten Elektrode 1 elektrisch verbunden und der zweite Eingang 6 ist mit der zweiten Elektrode 2 elektrisch verbunden. Das Ausgangssignal des Verstärkers 4 wird an eine Signalerfassungseinheit 21 übermittelt, welche das vom Verstärker 4 verstärkte Signal erfasst. Die beiden Elektroden 1 und 2 sind mit einem RC-Glied symbolisiert, welches die Impedanz-Werte des ersten Messpfades und des zweiten Messpfades veranschaulicht. Dabei verläuft der erste Messpfad von dem Kontakt der ersten Elektrode 1 zu dem Patienten P über die erste Elektrode 1 zu dem ersten Eingang 5 des Verstärkers 4 und der zweite Messpfad von dem Kontakt der zweiten Elektrode 2 zu dem Patienten über die zweite Elektrode 2 zu dem zweiten Eingang 6 des Verstärkers 4.
Ein Beispiel für ein Common-Mode-gestörtes EKG-Signal aufgrund einer Impedanz-Differenz von 500kOhm ist in der 2 gezeigt. Der zugehörige Test-Aufbau entspricht dem Aufbau in 1. In dem gezeigten Schaubild ist die Amplitude U_EKG des EKG-Signals in mV über die Zeit t in Sekunden aufgetragen. Die Amplitude der Störsignale beträgt im Beispiel mit 500 kOhm Impedanz-Differenz ca. 1.3 mV. In diesem Beispiel ist ein starkes EKG-Signal mit einer Amplitude von mehr als 2 mV gegeben, es gibt aber auch Patienten mit nur 0.1 mV Amplitude, welche komplett in diesen Störern verschwinden würde. Bei größeren Impedanz-Differenzen steigt die Amplitude der Common-Mode-Störsignale weiter an und kann auch Vielfache der gezeigten Darstellung erreichen.
In 3 wird eine Schaltungsanordnung 300 für differentielle Messungen von EKG-Signalen veranschaulicht.
Eine erste Elektrode 1 ist mit ihrem Eingang mit einem Patienten P verbunden. Die erste Elektrode 1 ist Teil eines ersten Messpfades, welcher die erste Elektrode 1 und zusätzlich einen Widerstand R umfasst. Eine zweite Elektrode 2 steht mit ihrem Eingang ebenfalls mit dem Patienten P elektrisch in Verbindung. Die zweite Elektrode 2 ist mit ihrem Ausgang mit einem Shunt-Widerstand 3 verbunden und bildet mit diesem einen zweiten Messpfad.
Eine erste Verstärkerschaltung 4 umfasst einen ersten Eingang 5 und einen zweiten Eingang 6 sowie einen Ausgang 7. Die erste Verstärkerschaltung 4 ist mit ihrem ersten Eingang 5 mit der ersten Elektrode 1 über den Widerstand R verbunden. Die erste Verstärkerschaltung 4 ist mit ihrem zweiten Eingang 6 über den Shunt-Widerstand 3 mit der zweiten Elektrode 2 elektrisch verbunden. Der Ausgang 7 der ersten Verstärkerschaltung 4 ist mit einem Eingang einer Signalerfassungseinheit 21 verbunden. Ein Ausgang der Signalerfassungseinheit 21 ist mit einem Eingang einer Auswertungseinheit 23 verbunden.
Eine zweite Verstärkerschaltung 8 umfasst einen ersten Eingang 9 und einen zweiten Eingang 10, wobei der erste Eingang 9 der zweiten Verstärkerschaltung 8 zwischen den Shunt-Widerstand 3 und den zweiten Eingang 6 der ersten Verstärkerschaltung 4 geschaltet ist und der zweite Eingang 10 der zweiten Verstärkerschaltung 8 zwischen die zweite Elektrode 2 und den Shunt-Widerstand 3 geschaltet ist. Die zweite Verstärkerschaltung 8 ist mit ihrem Ausgang 11 mit einer zweiten Signalerfassungseinheit 22 elektrisch verbunden.
Während die erste Verstärkerschaltung 4 dem Erfassen der Messsignale, d.h. der Herzströme des Patienten dient und an die erste Signalerfassungseinheit 21 ein der Differenz der von der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 erfassten Signale entsprechendes Signal weitergibt, das jedoch eventuell noch Gleichtaktanteile aufweist, dient die zweite Verstärkerschaltung 8 dazu, einen Spannungsabfall am Shunt-Widerstand 3, welcher proportional zu dem in dem zweiten Messpfad fließenden Gleichtaktstrom ist, zu ermitteln und an die zweite Signalerfassungseinheit 22 weiterzugeben. Die Auswertungseinheit 23 kann zum Beispiel ein adaptives Filter umfassen, welches in Abhängigkeit von dem von der zweiten Signalerfassungseinheit 22 erfassten Signal eingestellt wird und das von der ersten Signalerfassungseinheit 21 erfasste Signal derart filtert, dass der Gleichtaktanteil des von der ersten Signalerfassungseinheit 21 erfassten Messsignals unterdrückt wird.
In 4 ist eine Schaltungsanordnung 400 mit einem Shunt-Widerstand 3 gezeigt. Der Shunt-Widerstand 3 ist bei dieser Variante in einem von dem zweiten Messpfad getrennten bzw. davon abzweigenden zusätzlichen Messpfad angeordnet. Es wird ein an dem Shunt-Widerstand 3 abfallendes Potential von einer zweiten Verstärkerschaltung 8 gemessen und an eine Signalerfassungseinheit 22 weitergeleitet. Da bei der in 4 gezeigten Variante der Shunt-Widerstand 3 nicht in dem zweiten Messpfad liegt, beeinflusst er auch die über die erste Verstärkerschaltung 4 erfassten Messsignale nur in geringem Maße durch thermisches Rauschen. Der zusätzliche Messpfad zur Messung der Gleichtaktspannung umfasst noch eine regelbare Impedanz 14 mit einer regelbaren Kapazität 15 und einem regelbaren ohmschen Widerstand 16, wobei die regelbare Impedanz 14 beispielsweise derart eingestellt werden kann, dass der zusätzliche Messpfad zur Messung der Gleichtaktspannung identische Eigenschaften wie der zweite Messpfad aufweist. Alternativ kann die regelbare Impedanz 14 auch so eingestellt sein, dass auf dem zusätzlichen Messpfad ein höherer Stromfluss erreicht wird, was zu einer verbesserten Unterdrückung von Gleichtaktstörsignalen auf dem ersten und zweiten Messpfad beiträgt. Bei dieser Signalmessschaltung befindet sich der Messpfad für die Gleichtaktströme zwar schon nicht direkt in der Signalmessschaltung, aber immer noch im Einflussbereich der analogen Eingangsbeschaltung.
In 5 wird ein differentielles Spannungsmesssystem 500 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, beispielsweise eine EKG-Messschaltung schematisch veranschaulicht. Das differentielle Spannungsmesssystem 500 umfasst zwei Messpfade MP1, MP2 und eine Signalmesskomponente 501, beispielsweise eine EKG-Komponente, mit zwei Messschaltungen 502, 503. Die erste Messschaltung 502 ist dabei eine Signalmessschaltung, mit der beispielsweise ein mit einem Gleichtaktstrom behaftetes EKG-Signal gemessen wird. Die zweite Messschaltung 503, im weiteren auch Störsignalmessschaltung bezeichnet, dient der Messung der störenden Gleichtaktströme und ist dazu eingerichtet, Gleichtaktströme zu messen, indem ein Strom auf einem Pfad von einem Potential V der EKG-Komponente 501 über eine parasitäre Kapazität oder einen für den ESD-Schutz konzipierten Schutzkondensator, in 5 dargestellt als Impedanz IM nach Erde E gemessen wird.
Die Signalmessschaltung 502, auch EKG-Messschaltung genannt, umfasst eine erste Elektrode 1, die mit ihrem Eingang mit einem Patienten P verbunden. Die erste Elektrode 1 ist Teil eines ersten Messpfades MP1, welcher die erste Elektrode 1 umfasst. Die EKG-Messschaltung 502 umfasst eine zweite Elektrode 2, die mit ihrem Eingang ebenfalls mit dem Patienten P elektrisch in Verbindung steht. Die zweite Elektrode 2 ist dabei Teil eines zweiten Messpfades MP2.
Die Signalmessschaltung 502 umfasst eine Verstärkerschaltung 4, die einen ersten Eingang 5 und einen zweiten Eingang 6 sowie einen Ausgang 7 aufweist. Die Verstärkerschaltung 4 ist mit ihrem ersten Eingang 5 mit der ersten Elektrode 1 verbunden und ist mit ihrem zweiten Eingang 6 mit der zweiten Elektrode 2 elektrisch verbunden. Der Ausgang 7 der Verstärkerschaltung 4 ist mit einem Eingang einer ersten Signalerfassungseinheit 21 verbunden.
Rechts unten in der 5 ist die zweite Messschaltung, d.h. die Störsignalmessschaltung 503 zur Messung der störenden Gleichtaktströme gezeigt. Die zweite Messschaltung 503 ist nicht direkt mit der EKG-Messschaltung 502 verbunden, sondern nur über ein Bezugspotential V, das auch als Potential V der EKG-Komponente bezeichnet wird, verbunden. Das Potential V kann zum Beispiel das Potential des Gehäuses der Messschaltung 500 der EKG-Komponente sein.
Wie in 5 zu erkennen ist, fließt in der Störsignalmessschaltung 503 von dem Bezugspotential V ein Strom I_E über eine Impedanz IM und über eine zusätzliche Kapazität C nach Erde E. Die Impedanz IM dient dazu, den nach Erde E fließenden Strom in eine von der Störsignalmessschaltung 503 messbare elektrische Spannung umzuwandeln. Die zusätzliche Kapazität C kann zum Beispiel eine parasitäre Kapazität, einen Kondensator bzw. insbesondere einen ESD-Schutzkondensator umfassen.
Die Störsignalmessschaltung 503 umfasst einen Messverstärker 8 mit einem ersten Eingang 9 und einem zweiten Eingang 10 und einem Ausgang 11. Der erste Eingang 9 des Messverstärkers 8 ist mit dem auf dem Bezugspotential V liegenden Ende der Impedanz IM elektrisch verbunden und der zweite Eingang 10 der Störsignalmessschaltung 503 ist mit dem erdseitig angeordneten Ende der Impedanz IM elektrisch verbunden. Der Ausgang der Störsignalmessschaltung 503 ist mit einer zweiten Signalerfassungseinheit 22 elektrisch verbunden. Fließt nun ein Strom I_E von dem Potential V der EKG-Komponente Richtung Erde E, so kann dieser mit Hilfe der Störsignalmessschaltung 503 gemessen werden.
Vorteilhaft ist der über den zusätzlichen Strompfad fließende Strom I_E um mehrere Größenordnungen stärker als der Strom I_CM durch den ersten und zweiten Messpfad MP1, MP2. Zudem hat eine Messung in dem zusätzlichen Strompfad auch keinen Einfluss auf die Eingangsbeschaltung. Eine solche Schaltung funktioniert auch bei der Verwendung eines sogenannten Right-Leg-Drive (Treiberschaltung für das rechte Bein), auch kurz RLD-Pfad genannt. In diesem Fall hat der zur Erde fließende Strom I_E typsicherweise einen um ein bis drei Größenordnungen höheren Wert als der durch die Messpfade MP1, MP2 fließende Strom. Wie bereits erwähnt, ist bei der in 4 gezeigten Signalmessschaltung 400 der Messpfad für die Messung der Gleichtaktströme bzw. Gleichtaktsignale zwar schon nicht direkt in der Signalmessschaltung, aber immer noch im Einflussbereich der analogen Eingangsbeschaltung. Bei der Schaltungsanordnung 500 in 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dagegen teilt der Messpfad 503 für die Messung der Gleichtaktsignale mit der Signalmessschaltung 502 nur noch das gemeinsame Bezugspotential und ist damit maximal entkoppelt, was vorteilhaft zu einer Minimierung, wenn nicht gar völligen Eliminierung der Störung der EKG-Messpfade durch die Messung der Gleichtaktströme führt.
In 6 ist schematisch ein differentielles Spannungsmesssystem 600, beispielsweise eine EKG-Messschaltung, gezeigt, bei dem der Gleichtaktstrom in einem gesonderten Strompfad gemessen wird, welcher als RLD-Pfad ausgebildet ist. In einem solchen Strompfad fließt ein Strom I_RLD, welcher etwa um ein bis drei Größenordnungen größer ist als die Ströme I_CM durch den ersten Messpfad MP1 und durch den zweiten Messpfad MP2 der Messschaltung 600. Die in 6 gezeigte Messschaltung 600 umfasst ähnlich wie die in 5 gezeigte Messschaltung einen ersten Messpfad MP1 mit einer ersten Elektrode 1, die mit ihrem Eingang mit einem Patienten P verbunden ist und einen zweiten Messpfad mit einer zweiten Elektrode 2, die mit ihrem Eingang ebenfalls mit dem Patienten P elektrisch in Verbindung.
Die in 6 gezeigte Messschaltung 600 weist zudem eine Verstärkerschaltung 4 auf, welche einen ersten Eingang 5 und einen zweiten Eingang 6 sowie einen Ausgang 7 umfasst. Die Verstärkerschaltung 4 ist mit ihrem ersten Eingang 5 mit der ersten Elektrode 1 elektrisch verbunden und mit ihrem zweiten Eingang 6 mit der zweiten Elektrode 2 elektrisch verbunden. Der Ausgang 7 der Verstärkerschaltung 4 ist mit einem Eingang einer ersten Signalerfassungseinheit 21 elektrisch verbunden.
Zusätzlich ist die erste Signalerfassungseinheit 21 mit einer Treiberschaltung 19, auch als Right-Leg-Drive bezeichnet, verbunden. Die Treiberschaltung 19 ist über einen zusätzlichen Pfad RLD mit einem zusätzlichen Kontakt 20 mit dem Patienten P verbunden. Über den zusätzlichen Pfad, auch als RLD-Pfad bezeichnet, wird der Patient P auf ein Referenzpotential gesetzt. Die Treiberschaltung 19 dient der Erzeugung eines Signals, welches auf die Durchschnitts-Gleichtaktspannungen einzelner oder aller Signale geregelt werden oder auf einen festen Spannungswert gesetzt werden kann. Zusätzlich ist zwischen der Treiberschaltung 19 und dem Pfad 20 ein Shunt-Widerstand 3 angeordnet. Die an dem Shunt-Widerstand 3 abfallende Spannung wird von einer Spannungsmesseinrichtung 24 ermittelt. Die Spannungsmesseinrichtung 24 umfasst eine zweite Verstärkerschaltung 8, welche eine an dem Shunt-Widerstand 3 abfallende Spannung misst und an eine zweite Signalerfassungseinheit 22 weitergeleitet. Die zweite Verstärkerschaltung 8 umfasst ebenfalls einen ersten Eingang 9 und einen zweiten Eingang 10 sowie einen Ausgang 11. Der erste Eingang 9 ist mit dem zur Treiberschaltung 19 zugewandten Ende 18 des Shunt-Widerstands 3 verbunden und der zweite Eingang 10 ist mit dem zu dem Patienten P zugewandten Ende 17 des Shunt-Widerstands 3 verbunden. Der Ausgang 11 der zweiten Verstärkerschaltung 8 ist mit einer zweiten Signalerfassungsschaltung 22 elektrisch verbunden. Mit Hilfe der zweiten Verstärkerschaltung 8 wird die an dem Shunt-Widerstand 3 abfallende Spannung und damit der Gleichtaktstrom als Komponente des Stroms I_RLD durch den RLD-Pfad RLD gemessen.
Die Gesamtimpedanz des RLD-Pfades RLD wird durch den Shunt-Widerstand 3 kaum beeinflusst, da dieser im Vergleich zu den Patientenschutzwiderständen und dem Elektroden-Übergangswiderstand relativ klein ist. Typische Werte für den Shunt-Widerstand bewegen sich im Bereich von 10–100 kΩ, die Widerstandswerte der Patientenschutzwiderstände liegen typischer Weise im Bereich von 100 kΩ bis 500 kΩ, Werte für die Elektroden-Übergangswiderstände liegen üblicherweise im Bereich von 10kOhm bis 2MOhm.
In 7 ist schematisch ein differentielles Spannungsmesssystem 700 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Ähnlich wie die in 5 und 6 gezeigten Messschaltungen 500, 600 umfasst das System 700 einen ersten Messpfad MP1 mit eine ersten Elektrode 1, welche am Eingang mit einem Patienten P verbunden ist und am Ausgang einen ersten Messkontakt zur Verfügung stellt, und einen zweiten Messpfad MP2 mit einer zweiten Elektrode 2, welche am Eingang mit dem Patienten P verbunden ist und am Ausgang einen zweiten Messkontakt zur Verfügung stellt.
Eine erste Verstärkerschaltung 4 ist mit ihrem ersten Eingang 5 mit dem ersten Messpfad MP1 elektrisch verbunden, ist mit ihrem zweiten Eingang 5 mit dem zweiten Messpfad MP2 elektrisch verbunden und ist mit ihrem Ausgang 6 mit einer ersten Signalerfassungseinheit 21 elektrisch verbunden. Zusätzlich umfasst das System 700 eine Potentialmesseinheit 38, welche dazu eingerichtet ist, einen Mittelwert aus einem an dem ersten Messpfad MP1 zwischen der ersten Elektrode 1 und dem ersten Eingang 4 der ersten Verstärkerschaltung 3 liegenden Potential und einem an dem zweiten Messpfad MP2 zwischen der zweiten Elektrode 2 und dem zweiten Eingang 6 der ersten Verstärkerschaltung 4 liegenden Potential zu ermitteln. Dazu umfasst die Potentialmesseinheit 38 zwei zusätzliche dritte und vierte Messpfade MP3, MP4 mit Widerständen 31, 22, welche mit dem ersten Messpfad MP1 bzw. dem zweiten Messpfad MP2 in Verbindung stehen und über einen Kontaktpunkt KP parallel zueinander geschaltet sind.
Aus dieser Beschaltung resultiert an dem Kontaktpunkt KP ein gemitteltes Potential. Diese Mittelung hat den Vorteil, dass dadurch differentielle Anteile, die durch die unterschiedliche Güte der Kontakte der Elektroden 1, 2 des ersten und zweiten Messpfades MP1, MP2 hervorgerufen werden, an dem gemeinsamen Kontaktpunkt KP eliminiert werden. Das gemittelte Potential an dem gemeinsamen Kontaktpunkt KP wird von einer zweiten Verstärkerschaltung 33 gemessen, welche Teil der Potentialmesseinheit 38 ist. Die zweite Verstärkerschaltung 33 weist einen ersten Eingang 34, einen zweiten Eingang 35 sowie einen Ausgang 36 auf, wobei das gemittelte Potential an dem ersten Eingang 34 anliegt. Die zweite Verstärkerschaltung 33 vergleicht das gemittelte Potential mit einem Bezugspotential V an ihrem zweiten Eingang und übermittelt das gemessene Signal über ihren Ausgang 36 an eine Signalerfassungseinrichtung 37. Das Bezugspotential an dem zweiten Eingang kann zum Beispiel das Potential der EKG-Eingangsschaltung sein. Das Potential der EKG-Eingangsschaltung ist an sich frei floatend, es ist sehr stark von der Erde isoliert. Am Patienten angeschlossen gleicht sich das Potential immer an den Patienten an. Der Common-Mode-Strom fließt, bis die EKG-Komponente auf dem Potential des Patienten liegt. Da die EKG-Komponente und der Patient nie über einen Widerstand von 0 Ohm verbunden sind, ist das Potential von Komponente und Patient nie gleich – über diesem Widerstand fällt durch den Common-Mode-Strom eine Spannung ab Diese Spannung ist die Differenz des Potentials von Patient und EKG-Komponente.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den zuvor beschriebenen detaillierten Verfahren und Vorrichtungen um Ausführungsbeispiele handelt und dass das Grundprinzip auch in weiten Bereichen vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist.
Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
Bezugszeichenliste

1: erste Elektrode
2: zweite Elektrode
3: Shunt-Widerstand
4: Differenz-Verstärker
5: erster Eingang
6: zweiter Eingang
7: Ausgang
8: zweite Verstärkerschaltung
9: erster Eingang
10: zweiter Eingang
11: Ausgang
14: regelbare Impedanz
15: regelbare Kapazität
16: ohmscher Widerstand
19: Treiberschaltung / Right-Leg-Drive
20: RLD-Pfad
21: erste Signalerfassungseinheit
22: zweite Signalerfassungseinheit
23: Auswertungseinheit
24: Spannungsmesseinrichtung
31, 32: Widerstände
33: zweite Verstärkerschaltung
34: erster Eingang
35: zweiter Eingang
36: Ausgang
37: Signalerfassungseinrichtung
38: Potentialmesseinheit
100: Schaltungsanordnung zum Messen eines Elektrokardiogramms
300: Schaltungsanordnung
400: Schaltungsanordnung
500: differentielles Spannungsmesssystem
501: Signalmesskomponente
502: Signalmessschaltung
503: Störsignalmessschaltung
600: differentielles Spannungsmesssystem
700: differentielles Spannungsmesssystem
C: Kapazität
E: Erde
I_CM: Ströme durch den ersten Messpfad und durch den zweiten Messpfad
IM: Impedanz
I_RLD: Strom durch den RLD-Pfad
MP1: erster Messpfad
MP2: zweiter Messpfad
MP3: dritter Messpfad
MP4: vierter Messpfad
KP: Kontaktpunkt
P: Patient
R: Widerstand
RLD: RLD-Pfad
t: Zeit
U_EKG: Amplitude des EKG-Signals
V: Potential der EKG-Komponente

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 102014219943 [0006]

Claims

Differentielles Spannungsmesssystem (500), aufweisend: – eine Signalmessschaltung (502) zum Messen von bioelektrischen Signalen, – eine Störsignalmessschaltung (503), welche mit dem Potential (V) des differentiellen Spannungsmesssystems (500) gekoppelt ist und mit einem festen Bezugspotential (E) elektrisch verbunden ist, wobei die Störsignalmessschaltung (503) dazu eingerichtet ist, einen von dem Potential (V) des differentiellen Spannungsmesssystems (500) zu dem festen Bezugspotential (E) fließenden Strom (I_E) zu messen.
Differentielles Spannungsmesssystem (500) nach Anspruch 1, wobei zwischen das Potential (V) des differentiellen Spannungsmesssystems (500) und das feste Bezugspotential (E) eine Impedanz (IM) geschaltet ist.
Differentielles Spannungsmesssystem (500) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Signalmessschaltung (502) aufweist: – einen ersten Messpfad (MP1), umfassend eine erste Elektrode (1), welche am Eingang mit einem Patienten (P) verbunden ist und am Ausgang einen ersten Messkontakt zur Verfügung stellt, – einen zweiten Messpfad (MP2), umfassend eine zweite Elektrode (2), welche am Eingang mit dem Patienten (P) verbunden ist und am Ausgang einen zweiten Messkontakt zur Verfügung stellt, – eine Verstärkerschaltung (4) mit einem ersten Eingang (5), welcher mit dem ersten Messpfad (MP1) elektrisch verbunden ist, und einem zweiten Eingang (6), welcher mit dem zweiten Messpfad (MP2) elektrisch verbunden ist, und einem Ausgang (7), – eine erste Signalerfassungseinheit (21) am Ausgang (6) der Verstärkerschaltung (3).
Differentielles Spannungsmesssystem (500) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Störsignalmessschaltung (503) aufweist: – eine Verstärkerschaltung (8) mit einem ersten Eingang (9), welcher mit dem dem Potential (V) des differentiellen Spannungsmesssystems (500) zugewandten Ende der Impedanz (IM) elektrisch verbunden ist, und einem zweiten Eingang (10), welcher mit dem dem festen Bezugspotential (E) zugewandten Ende der Impedanz (IM) elektrisch verbunden ist, und einem Ausgang (11), – eine Signalerfassungseinheit (22) am Ausgang (10) der Verstärkerschaltung (8).
Differentielles Spannungsmesssystem (500) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei zwischen die Impedanz (IM) und das feste Bezugspotential (E) eine Kapazität (C) geschaltet ist, welche ein Element mit parasitärer Kapazität oder einen ESD-Schutzkondensator umfasst und/oder die Kapazität (C) einen Kapazitätswert von weniger als 10pF aufweist.
Differentielles Spannungsmesssystem (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welches einen weiteren Kontakt (RLD) mit dem Patienten (P) zur Erzeugung eines Signals besitzt, welches auf die Durchschnitts-Gleichtakt-Spannungen einzelner oder aller Signale geregelt werden oder auf einen festen Spannungswert gesetzt werden kann.
Differentielles Spannungsmesssystem (600) mit einem zusätzlichen Pfad (RLD), aufweisend: – einen ersten Messpfad (MP1), umfassend eine erste Elektrode (1), welche am Eingang mit einem Patienten (P) verbunden ist und am Ausgang einen ersten Messkontakt zur Verfügung stellt, – einen zweiten Messpfad (MP2), umfassend eine zweite Elektrode (2), welche am Eingang mit dem Patienten (P) verbunden ist und am Ausgang einen zweiten Messkontakt zur Verfügung stellt, – eine Verstärkerschaltung (4) mit einem ersten Eingang (5), welcher mit dem ersten Messpfad (MP1) elektrisch verbunden ist, und einem zweiten Eingang (6), welcher mit dem zweiten Messpfad (MP2) elektrisch verbunden ist, und einem Ausgang (7), – eine Signalerfassungseinheit (21) am Ausgang (6) der Verstärkerschaltung (3) und – einen zusätzlichen Pfad (RLD) mit einem Kontakt (20) mit dem Patienten (P), mit – einer Treiberschaltung (19) für das rechte Bein, – einem Shunt-Widerstand (3) mit bekanntem Widerstandswert, welcher zwischen den zusätzlichen Kontakt (20) und die Treiberschaltung (19) geschaltet ist, – eine Spannungsmesseinrichtung (24), welche parallel zu dem Shunt-Widerstand (3) geschaltet ist, mit der die an dem Shunt-Widerstand (3) abfallende elektrische Spannung und damit der zwischen dem zusätzlichen Kontakt (20) und der Treiberschaltung (19) fließende Strom (I_RLD) messbar ist.
Differentielles Spannungsmesssystem (600) nach Anspruch 7, wobei der Shunt-Widerstand (3) einen Widerstandswert im Bereich von 10–100 kΩ, aufweist.
Differentielles Spannungsmesssystem (600) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Spannungsmesseinrichtung (24) aufweist: – eine Verstärkerschaltung (8) mit einem ersten Eingang (9), welcher mit dem der Treiberschaltung (19) zugewandten Ende des Shunt-Widerstands (3) elektrisch verbunden ist, und einem zweiten Eingang (15), welcher mit dem dem zusätzlichen Kontakt (20) zu dem Patienten (P) zugewandten Ende des Shunt-Widerstands (3) elektrisch verbunden ist, und einem Ausgang (11).
Differentielles Spannungsmesssystem (600) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Spannungsmesseinrichtung (24) eine Signalerfassungseinheit (22) umfasst, welche mit dem Ausgang (11) der Verstärkerschaltung (8) elektrisch verbunden ist.
Differentielles Spannungsmesssystem (700), aufweisend: – einen ersten Messpfad (MP1), umfassend eine erste Elektrode (1), welche am Eingang mit einem Patienten (P) verbunden ist und am Ausgang einen ersten Messkontakt zur Verfügung stellt, – einen zweiten Messpfad (MP2), umfassend eine zweite Elektrode (2), welche am Eingang mit dem Patienten (P) verbunden ist und am Ausgang einen zweiten Messkontakt zur Verfügung stellt, – eine Verstärkerschaltung (4) mit einem ersten Eingang (5), welcher mit dem ersten Messpfad (MP1) elektrisch verbunden ist, und einem zweiten Eingang (6), welcher mit dem zweiten Messpfad (MP2) elektrisch verbunden ist, und einem Ausgang (7), – eine Signalerfassungseinheit (21) am Ausgang (7) der Verstärkerschaltung (4), und – eine Potentialmesseinheit (38), welche dazu eingerichtet ist, einen Mittelwert aus einem an dem ersten Messpfad (MP1) zwischen der ersten Elektrode (1) und dem ersten Eingang (5) der Verstärkerschaltung (4) liegenden Potential und einem an dem zweiten Messpfad (MP2) zwischen der zweiten Elektrode (2) und dem zweiten Eingang (6) der Verstärkerschaltung (4) liegenden Potential zu ermitteln.
Differentielles Spannungsmesssystem (700) nach Anspruch 11, wobei die Potentialmesseinheit (38) zwei parallel geschaltete Potentialmesspfade (MP3, MP4) umfasst, wobei der erste Potentialmesspfad (MP3) einen ersten Kontakt zwischen der ersten Elektrode (1) und dem ersten Eingang (5) der Verstärkerschaltung (4) und einen ersten Widerstand (31) umfasst und der zweite Potentialmesspfad (MP4) einen zweiten Kontakt zwischen der zweiten Elektrode (2) und dem zweiten Eingang (6) der Verstärkerschaltung (4) und einen zweiten Widerstand (32) umfasst, wobei die beiden parallel geschalteten Messpfade (MP3, MP4) an einem Verzweigungspunkt (KP) der parallel geschalteten Messpfade (MP3, MP4) auf ein gemeinsames gemitteltes Potential zusammengeführt werden.
Differentielles Spannungsmesssystem (700) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Potentialmesseinheit (38) eine Verstärkerschaltung (33) mit einem ersten Eingang (34), welcher mit dem Verzweigungspunkt (KP) der parallel geschalteten Potentialmesspfade (MP3, MP4) elektrisch verbunden ist, und einem zweiten Eingang (35), welcher mit einem Bezugspotential (V) elektrisch verbunden ist, und einem Ausgang (36) umfasst und wobei die Potentialmesseinheit (38) dazu eingerichtet ist, ein gemitteltes Differenzsignal der Messpfade (MP1, MP2) und des Bezugspotentials (V) zu ermitteln.
Differentielles Spannungsmesssystem (700) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Potentialmesseinheit (38) eine Signalerfassungseinheit (37) aufweist, welche mit dem Ausgang (36) der Verstärkerschaltung (33) der Potentialmesseinheit (38) elektrisch verbunden ist.
Differentielles Spannungsmesssystem (700) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, ferner aufweisend einen zusätzlichen Patientenkontakt mit einer Treiberschaltung für das rechte Bein, wobei die Potentialmesseinheit (38) einen zusätzlichen Potentialmesspfad zwischen dem zusätzlichen Patientenkontakt und dem Verzweigungspunkt (KP) umfasst, so dass das an dem zusätzlichen Patientenkontakt anliegende Potential bei der Ermittlung des gemittelten Potentials berücksichtigt wird.