DE102017214862A1 - Detection of signal path defects in the measurement of bioelectric signals - Google Patents
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Abstract
Es werden Fehlerdetektionsvorrichtungen (40; 41; 42) zur Detektion von Signalpfaddefekten (D) in einem differentiellen Spannungsmesssystem (1) und ein solches differentielle Spannungsmesssystem (1) beschrieben. Dieses differentielle Spannungsmesssystem (1) weist eine Signalmessschaltung (2) mit mindestens zwei Nutzsignalpfaden (6a, 6b) zur Messung von bioelektrischen Signalen (BS) auf. Die Fehlerdetektionsvorrichtung (40) weist zumindest einen ersten Störsignalpfad (7S) zur Messung eines ersten Störsignals (S[k]) und eine Störsignalauswerteeinheit (13; 18) auf. Die Störsignalauswerteeinheit (13; 18) dient dazu, einen Signalpfaddefekt in mindestens einem der Nutzsignalpfade (6a; 6b) des differentiellen Spannungsmesssystem (1) zu detektieren. Der Signalpfaddefekt (D) wird detektiert, wenn zumindest ein Teil der bioelektrischen Signale (BS) auf dem ersten Störsignalpfad (7S)gemessen wird. Darüber hinaus werden entsprechende Verfahren zur Detektion von Signalpfaddefekten (D) in einem differentiellen Spannungsmesssystem (1) zur Messung von bioelektrischen Signalen (BS) erläutert.Error detection devices (40; 41; 42) for detecting signal path defects (D) in a differential voltage measurement system (1) and such a differential voltage measurement system (1) are described. This differential voltage measuring system (1) has a signal measuring circuit (2) with at least two useful signal paths (6a, 6b) for the measurement of bioelectric signals (BS). The error detection device (40) has at least one first interference signal path (7S) for measuring a first interference signal (S [k]) and a Störsignalauswerteeinheit (13; 18). The Störsignalauswerteeinheit (13, 18) serves to detect a signal path defect in at least one of the Nutzsignalpfade (6a, 6b) of the differential voltage measuring system (1). The signal path defect (D) is detected when at least a part of the bioelectric signals (BS) is measured on the first noise path (7S). In addition, corresponding methods for the detection of signal path defects (D) in a differential voltage measuring system (1) for the measurement of bioelectric signals (BS) are explained.
Description
Die Erfindung betrifft eine Fehlerdetektionsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Detektion von Signalpfaddefekten in einem differentiellen Spannungsmesssystem, welches mindestens zwei Nutzsignalpfade und eine Signalmessschaltung zur Messung von bioelektrischen Signalen aufweist. Zudem betrifft die Erfindung ein differentielles Spannungsmesssystem mit einer solchen Fehlerdetektionsvorrichtung.The invention relates to an error detection device and to a method for detecting signal path defects in a differential voltage measuring system which has at least two useful signal paths and a signal measuring circuit for measuring bioelectric signals. In addition, the invention relates to a differential voltage measuring system with such an error detection device.
Differentielle Spannungsmesssysteme zur Messung von bioelektrischen Signalen werden beispielsweise in der Medizin zur Messung von Elektrokardiogrammen (EKG), Elektroenzephalogrammen (EEG) oder Elektromyogrammen (EMG) genutzt. Bei solchen Anwendungen sollte vorzugsweise auf jedem Messkanal auf eine hohe Eingangsimpedanz von mindestens mehreren MOhm geachtet werden, um den Einfluss von Störungen zu reduzieren oder zumindest nicht zu verstärken. Die hohe angestrebte Eingangsimpedanz sollte auch in den Kabeln, der oben genannten Geräte zur Messung von bioelektrischen Signalen, gehalten werden. Üblicherweise sind die Messleitungen der Kabel von einer Schirmung umgeben. Um eine bessere Handhabbarkeit zu erlangen, sind die Kabel zudem flexibel, schlank und leicht. Diese Merkmale führen jedoch zu einem Konflikt zwischen der Lebensdauer und der Handhabbarkeit der Kabel und erhöhen das Risiko eines Kabeldefekts.Differential voltage measuring systems for measuring bioelectric signals are used, for example, in medicine for the measurement of electrocardiograms (ECG), electroencephalograms (EEG) or electromyograms (EMG). In such applications, it is preferable to pay attention to a high input impedance of at least several MOhms on each measurement channel in order to reduce or at least not amplify the influence of noise. The high target input impedance should also be kept in the cables, the above-mentioned devices for the measurement of bioelectric signals. Usually, the test leads of the cables are surrounded by a shield. In addition, the cables are flexible, slim and lightweight for better manageability. However, these features conflict with the life and manageability of the cables and increase the risk of cable failure.
Die Ursache für defekte Kabel sind beispielsweise gebrochene Leitungen oder oftmals Kinken, wie sie z. B. in
Eine gängige Lösung, um Störungen durch eine verminderte Eingangsimpedanz in den Kabeln zu vermeiden oder zu detektieren ist es, die Kabel in regelmäßigen Abständen auszutauschen oder zumindest durch Servicepersonal untersuchen zu lassen. Beim Überprüfen der Kabel durch Servicepersonal wird ein von einem Simulator erzeugtes Referenzsignal auf das zu untersuchende Kabel aufgegeben. Daraufhin wird das Kabel bewegt und ein Ausgangssignal wird gemessen. Dieses Ausgangssignal wird mit dem Referenzsignal verglichen und überprüft, ob es Abweichungen zwischen den beiden Signalen und somit Störungen gibt. Bei welchen Störungen ein Kabelbruch angenommen wird, beruht jedoch auf der Expertenmeinung. Zudem ist diese Überprüfung relativ aufwendig.A common solution to avoid or detect interference from a reduced input impedance in the cables is to have the cables replaced at regular intervals, or at least inspected by service personnel. When testing the cables by service personnel, a reference signal generated by a simulator is applied to the cable under test. The cable is then moved and an output signal is measured. This output signal is compared with the reference signal and checks whether there are deviations between the two signals and thus interference. For which faults a cable break is assumed, however, is based on the expert opinion. In addition, this review is relatively expensive.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um Signalpfaddefekte, insbesondere Kabeldefekte, in einem differentiellen Spannungsmesssystem, zu detektieren.It is therefore an object of the present invention to provide an apparatus and a method for detecting signal path defects, in particular cable defects, in a differential voltage measurement system.
Diese Aufgabe wird durch eine Fehlerdetektionsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1, durch ein differentielles Spannungsmesssystem gemäß Patentanspruch 11 sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 15 gelöst.This object is achieved by an error detection device according to
Die erfindungsgemäße Fehlerdetektionsvorrichtung detektiert in einem eingangs genannten differentiellem Spannungsmesssystem Signalpfaddefekte, insbesondere Kabeldefekte der Kabel, die z.B. vom Patienten zu einem Messgerät des differentiellen Spannungsmesssystems führen. Dieses differentielle Spannungsmesssystem, beispielsweise ein EKG-Messsystem, weist wie eingangs erläutert, eine Signalmessschaltung mit mindestens zwei Nutzsignalpfaden zur Messung der bioelektrischen Signale auf. Erfindungsgemäß weist die Fehlerdetektionsvorrichtung zumindest einen ersten Störsignalpfad zur Messung eines ersten Störsignals und eine Störsignalauswerteeinheit auf, um einen Signalpfaddefekt in mindestens einem der Nutzsignalpfade des differentiellen Spannungsmesssystems zu detektieren. Dieser Signalpfaddefekt wird hier erfindungsgemäß detektiert, wenn zumindest ein Teil der bioelektrischen Signale, z. B. EKG-Signale, auf dem ersten Störsignalpfad gemessen wird.The fault detection device according to the invention detects in a differential voltage measuring system mentioned above signal path defects, in particular cable defects of the cables, e.g. lead from the patient to a measuring device of the differential voltage measuring system. As explained in the introduction, this differential voltage measuring system, for example an ECG measuring system, has a signal measuring circuit with at least two useful signal paths for measuring the bioelectric signals. According to the invention, the error detection device has at least one first interference signal path for measuring a first interference signal and a Störsignalauswerteeinheit to detect a signal path defect in at least one of the Nutzsignalpfade the differential voltage measuring system. This signal path defect is detected here according to the invention, if at least part of the bioelectric signals, for. B. ECG signals, is measured on the first Störsignalpfad.
Bei der Messung von bioelektrischen Signalen, beispielsweise von EKG-Signalen, treten bekanntermaßen häufig Gleichtaktstörsignale, auch „Common Mode“-Signale (CM-Signale) genannt, auf. Sie ergeben sich z. B. aus der Netzfrequenz mit 50Hz und treten auf, wenn bei der differentiellen Signal-Messung an den Messeingängen der beiden Nutzsignalpfade ungleiche Bedingungen wie verschiedene Impedanzen und Kapazitäten auftreten.In the measurement of bioelectric signals, for example of ECG signals, common-mode interference signals, also called "common-mode" signals (CM signals), are known to occur frequently. They arise z. B. from the mains frequency with 50Hz and occur when in the differential signal measurement at the measuring inputs of the two Nutzsignalpfade uneven conditions such as different impedances and capacitances occur.
Im Regelfall, also bei intakten Nutzsignalpfaden bzw. Kabeln, sind die Eingangsimpedanzen der Messleitungen der Kabel eines EKG-Messsystems so hoch, dass das Störsignal, das auf dem ersten Störsignalpfad gemessen wird diesen Gleichtaktstörsignalen entspricht. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass bei einer reduzierten Eingangsimpedanz der Kabel das Potential des Messgeräts des differentiellen Spannungsmesssystems, z. B. des EKG-Geräts, einen im Vergleich zum intakten Kabel erhöhten Strom erzeugt. Dadurch enthält das Signal auf dem ersten Störsignalpfad nun nicht mehr nur Gleichtaktstörsignale, sondern auch die von dem differentiellen Spannungsmesssystems induzierten bioelektrischen Signale.As a rule, ie with intact useful signal paths or cables, the input impedances of the test leads of the cables of an ECG measuring system are so high that the interference signal on the first Noise signal path measured is this common mode noise signals corresponds. However, the inventors have recognized that with a reduced input impedance of the cables, the potential of the differential voltage meter, e.g. As the ECG device, an increased compared to the intact cable power generated. As a result, the signal on the first interference signal path no longer contains not only common-mode interference signals, but also the bioelectric signals induced by the differential voltage measurement system.
Bei dem Verfahren zur Detektion von Signalpfaddefekten in dem zuvor erläuterten differentiellen Spannungsmesssystem, wird dementsprechend erfindungsgemäß ein erstes Störsignal auf einem ersten Störsignalpfad gemessen und durch eine nachfolgende Störsignalauswerteeinheit ausgewertet. Dies erfolgt um zumindest einen Teil der bioelektrischen Signale zu messen, d.h. zu detektieren, ob die bioelektrischen Signale (fehlerhafterweise) von einem der Nutzsignalpfade auf den Störsignalpfad übergekoppelt haben. So kann auf einfache Weise detektiert werden, ob auf mindestens einem der Nutzsignalpfade des differentiellen Spannungsmesssystems ein Signalpfaddefekt, insbesondere Kabeldefekt, vorliegt.In accordance with the invention, in the method for detecting signal path defects in the differential voltage measuring system explained above, a first interference signal is measured on a first interference signal path and evaluated by a subsequent interference signal evaluation unit. This is done to measure at least part of the bioelectric signals, i. to detect whether the bioelectrical signals (erroneously) have overcoupled from one of the useful signal paths to the Störsignalpfad. Thus, it can be detected in a simple manner whether there is a signal path defect, in particular a cable defect, on at least one of the useful signal paths of the differential voltage measuring system.
Anstelle also wie beim Stand der Technik die Nutzsignalpfade bzw. die zu prüfenden Kabel selber zu prüfen, wird also nun indirekt auf einem Störsignalpfad gemessen und nach einem Nutzsignal gesucht, welches durch einen Fehler eines Nutzsignalpfads eingekoppelt wurde.So instead of checking the useful signal paths or the cables to be tested itself, as is the case in the prior art, it is then indirectly measured on an interference signal path and searched for a useful signal, which was coupled in by an error of a useful signal path.
Der Vorteil der hier beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren ist, dass kein Techniker beziehungsweise Servicepersonal mehr benötigt wird, um einen Kabeldefekt zu detektieren. Die Messung auf dem Störsignalpfad kann während einer Nutzsignalmessung parallel und automatisch verlaufen und ein Kabeldefekt kann sofort sichtbar gemacht werden, beispielsweise auf einer Benutzerschnittstelle des differentiellen Spannungsmesssystems, beispielsweise eines EKG-Messsystems. Daher kann der Signalpfaddefekt, beziehungsweise Kabeldefekt, sofort z. B. durch das Bedienpersonal selber entdeckt werden und das Kabel kann sofort getauscht und eine korrekte Messung durchgeführt werden. Dadurch sinkt also auch die Gefahr, dass mit unentdeckten beschädigten Kabeln weiter gemessen wird.The advantage of the devices and methods of the invention described herein is that no technician or service personnel is needed anymore to detect a cable failure. The measurement on the Störsignalpfad can parallel and automatically during a useful signal measurement and a cable defect can be made immediately visible, for example on a user interface of the differential voltage measuring system, such as an ECG measuring system. Therefore, the signal path defect, or cable defect, immediately z. B. be discovered by the operator himself and the cable can be replaced immediately and a correct measurement can be performed. This also reduces the risk of further measurement with undetected damaged cables.
Die erfindungsgemäße Fehlerdetektionsvorrichtung kann eine eigenständige Komponente sein und beispielsweise als Nachrüstsatz in bereits bestehende EKGs, EEGs oder EMGs über beispielsweise Steckverbindungen, eingebaut bzw. vor- oder zwischengeschaltet werden, was später noch näher erläutert wird. Vorzugsweise ist die Fehlerdetektionsvorrichtung jedoch bereits fest in einem erfindungsgemäßen differentiellen Spannungsmesssystem integriert.The fault detection device according to the invention can be an independent component and, for example, as a retrofit kit in existing ECGs, EEGs or EMGs via, for example, connectors installed or upstream or interposed, which will be explained later in more detail. Preferably, however, the error detection device is already firmly integrated in a differential voltage measuring system according to the invention.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den Ansprüchen und Beschreibungsteilen zu einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele bzw. Varianten zu neuen Ausführungsbeispielen bzw. Varianten kombiniert werden können.Further, particularly advantageous embodiments and developments of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description, wherein the claims of a claim category can also be developed analogous to the claims and description parts to another claim category and in particular also individual features of different embodiments or variants new embodiments or variants can be combined.
Bei einem eingangs genannten differentiellen Spannungsmesssystem bzw. dem EKG-Messsystem, weist die Signalmessschaltung in der Regel eine erste und eine zweite Elektrode auf. Die Elektroden sind an einem Patienten angebracht, um ein dort anliegendes elektrisches Potential zu messen. Der Aufbau der Elektroden kann von der genauen Art der Messung abhängen, z.B. ob es sich um eine EKG-Messung, eine EEG-Messung oder eine EMG- Messung handelt und wo genau am Patienten das Potential gemessen werden soll. Geeignete Elektroden für verschiedene Einsatzzwecke sind dem Fachmann bekannt. Der Ausgang der Elektroden ist, vorzugsweise über die genannten Signalmesskabel, vorzugsweise mit einer Verstärkerschaltung, besonders bevorzugt einem Differenzverstärker, welcher die Differenz der mit den beiden Elektroden gemessenen Potentiale erfasst und verstärkt, elektrisch verbunden. Zudem weist die Signalmessschaltung eine Signalerfassungseinheit auf, die am Ausgang der Verstärkerschaltung geschaltet ist, um die verstärkten Signale oder z.B. die Potentialdifferenz zu erfassen und weiter zu nutzen und/oder aufzuzeichnen. Z. B. kann die Signalerfassungseinheit einen A/D Wandler und eine Einheit aufweisen, um das digitale Signal weiter zu verarbeiten.In a differential voltage measuring system mentioned above or the ECG measuring system, the signal measuring circuit generally has a first and a second electrode. The electrodes are attached to a patient to measure an electrical potential applied there. The structure of the electrodes may depend on the exact nature of the measurement, e.g. whether it is an ECG measurement, an EEG measurement or an EMG measurement and where exactly the potential should be measured on the patient. Suitable electrodes for various applications are known in the art. The output of the electrodes is, preferably via said signal measuring cable, preferably with an amplifier circuit, more preferably a differential amplifier, which detects the difference in the measured potential of the two electrodes and amplified, electrically connected. In addition, the signal measuring circuit has a signal detection unit connected at the output of the amplifier circuit in order to amplify the amplified signals or e.g. to capture the potential difference and continue to use and / or record. For example, the signal acquisition unit may include an A / D converter and a unit to further process the digital signal.
Bevorzugt weist die Signalmessschaltung des differentiellen Spannungsmesssystems einen dritten Nutzsignalpfad auf. Des Weiteren umfasst die Signalmessschaltung eine Treiberschaltung, welche zwischen einem Strommesswiderstand und die Signalerfassungseinheit geschaltet ist. Die Treiberschaltung wird auch als „Right-Leg-Drive“ (RLD) bezeichnet und ist für die Erzeugung eines Signals verantwortlich, welches auf die Durchschnitts-Gleichtaktspannung einzelner oder aller Signale geregelt wird. Die bereits oben erwähnten und gemessenen Gleichtaktstörsignale, können dadurch in den Nutzsignalpfaden eliminiert werden.The signal measuring circuit of the differential voltage measuring system preferably has a third useful signal path. Furthermore, the signal measuring circuit comprises a driver circuit which is connected between a current measuring resistor and the signal detection unit. The driver circuit is also referred to as "Right Leg Drive" (RLD) and is responsible for generating a signal which is regulated to the average common mode voltage of each or all of the signals. The common-mode interference signals already mentioned above and measured can thereby be eliminated in the useful signal paths.
Der dritte Nutzsignalpfad (bzw. „Right-Leg-Drive-Pfad“) sorgt für einen Potentialausgleich zwischen dem Patienten und dem differentiellem Spannungsmesssystem bzw. dem EKG-Messsystem, wobei die Elektrode des dritten Nutzsignalpfads vorzugsweise auf dem rechten Bein des Patienten angebracht ist, worauf die Bezeichnung „Right-Leg-Drive“ zurückzuführen ist. Grundsätzlich kann dieses dritte Potential aber auch an anderer Stelle am Patienten erfasst werden.The third useful signal path (or "right leg drive path") ensures potential equalization between the patient and the differential Voltage measuring system or the ECG measuring system, wherein the electrode of the third Nutzsignalpfads is preferably mounted on the right leg of the patient, whereupon the designation "Right Leg Drive" is due. Basically, this third potential can also be recorded elsewhere on the patient.
Auch der erste Störsignalpfad der erfindungsgemäßen Fehlerdetektionsvorrichtung ist vorzugsweise über eine Elektrode mit dem Patienten verbunden. Daher kann vorzugsweise der dritte Nutzsignalpfad ganz oder zumindest teilweise mit dem ersten Störsignalpfad, welcher nachfolgend näher erläutert wird, zusammenfallen bzw. diesem zumindest abschnittsweise entsprechen. Z. B. können für den dritte Nutzsignalpfad und dem ersten Störsignalpfad dieselbe Elektrode und dasselbe Kabel verwendet werden. Es ist also dann nicht einmal erforderlich, dass das Bedienpersonal zusätzliche Elektroden für die erfindungsgemäße Signalpfadprüfung am Patienten anlegt oder sonstige spezielle Maßnahmen durchführt.Also, the first Störsignalpfad the fault detection device according to the invention is preferably connected via an electrode to the patient. Therefore, the third useful signal path can preferably coincide completely or at least partially with the first interference signal path, which is explained in more detail below, or at least partially correspond to it. For example, the same electrode and the same cable may be used for the third payload path and the first disturbance signal path. It is then not even necessary for the operating personnel to apply additional electrodes for the signal path check according to the invention to the patient or to perform other special measures.
Der erste Störsignalpfad weist bevorzugt eine Strommesseinheit auf. Diese Strommesseinheit umfasst vorzugsweise einen Strommesswiderstand, bei welchem es sich bevorzugt um einen Shunt-Widerstand handelt, und eine zu diesem parallel geschaltete Spannungsmesseinrichtung.The first interference signal path preferably has a current measuring unit. This current measuring unit preferably comprises a current measuring resistor, which is preferably a shunt resistor, and a voltage measuring device connected in parallel therewith.
Der Strommesswiderstand kann dabei zwischen die dritte Elektrode und die Treiberschaltung der Signalmessschaltung, d.h. den Right-Leg-Drive, geschaltet werden.The current measuring resistor may in this case be connected between the third electrode and the driver circuit of the signal measuring circuit, i. the right leg drive.
Es ist bevorzugt, dass der Shunt-Widerstand mindestens einen Widerstandswert von 10 kΩ und maximal einen Widerstandswert von 1000 kΩ aufweist.It is preferable that the shunt resistor has at least a resistance value of 10 kΩ and a maximum resistance value of 1000 kΩ.
Bei der Spannungsmesseinrichtung handelt es sich vorzugsweise auch um einen Differenzverstärker. Der Störsignalpfad weist am Ausgang der Spannungsmesseinrichtung eine Störsignalerfassungseinheit auf, um das gemessene Störsignal weiter verarbeiten zu können. Die Störsignalerfassungseinheit umfasst z. B. einen A/D Wandler und eine Einheit, um das digitale Signal weiter zu verarbeiten.The voltage measuring device is preferably also a differential amplifier. The Störsignalpfad has at the output of the voltage measuring device to a Störsignalerfassungseinheit in order to process the measured noise signal can continue. The interference signal detection unit comprises z. As an A / D converter and a unit to process the digital signal on.
Beispielweise kann innerhalb des ersten Störsignals oder eines daraus resultierenden bzw. weiterverarbeitenden Signals, z. B. im Zeit- und/oder Frequenzbereich, nach typischen Merkmalen des bioelektrischen Signals gesucht werden, beispielweise in einem EKG-Signal nach den typischen RST-Zacken.For example, within the first interfering signal or a resulting or further processing signal, for. B. in the time and / or frequency range, are searched for typical features of the bioelectric signal, for example in an ECG signal after the typical RST waves.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Fehlerdetektionsvorrichtung einen zweiten Störsignalpfad zur Messung eines zweiten Störsignals auf. Dieser Störsignalpfad kann auf unterschiedliche Weise aufgebaut sein. Vorzugsweise kann er derart aufgebaut sein, dass keine bioelektrischen Signale eingekoppelt werden, aber andere Störsignale, die auch auf dem ersten Störsignalpfad auftreten, wie beispielsweise die oben beschriebenen Gleichtaktstörsignale. Der zweite Störsignalpfad kann bevorzugt für eine Referenzmessung für das Störsignal auf dem ersten Störsignalpfad dienen.In a particularly preferred embodiment, the error detection device has a second interference signal path for measuring a second interference signal. This Störsignalpfad can be constructed in different ways. Preferably, it may be constructed such that no bioelectric signals are injected, but other spurious signals that also occur on the first spurious signal path, such as the common mode spurious signals described above. The second interference signal path may preferably serve for a reference measurement for the interference signal on the first interference signal path.
Der zweite Störsignalpfad muss hierbei kein Signalmesskabel umfassen, sondern kann einer kapazitiven Messung bzw. Kopplung gegen Erde entsprechen.The second interference signal path does not have to include a signal measuring cable, but may correspond to a capacitive measurement or coupling to ground.
Bevorzugt verläuft der zweite Störsignalpfad zwischen einem Bezugspotential des differentiellen Spannungsmesssystems bzw. des EKG-Messsystems und einem externen Bezugspotential, z. B. dem Erdpotential. Diese elektrische Kopplung verläuft wie gesagt vorzugsweise über eine kapazitive Kopplung. Indem der Störsignalpfad nur über das gemeinsame Bezugspotential mit dem differentiellen Spannungsmesssystem, bzw. dem EKG-Messsystem, gekoppelt ist, ist das zweite Störsignal auf dem zweiten Störsignalpfad weitgehend unabhängig von den Eingangsimpedanzen der verwendeten Kabel in den Nutzsignalpfaden. Das Störsignal wird daher weitgehend von Gleichtaktstörsignalen bestimmt und enthält keine bioelektrischen Signale, wie beispielsweise EKG-Anteile.Preferably, the second Störsignalpfad runs between a reference potential of the differential voltage measuring system or the ECG measuring system and an external reference potential, z. B. the earth potential. As mentioned, this electrical coupling is preferably via a capacitive coupling. Since the interference signal path is coupled to the differential voltage measuring system or the ECG measuring system only via the common reference potential, the second interference signal on the second interference signal path is largely independent of the input impedances of the cables used in the useful signal paths. The interference signal is therefore largely determined by common-mode noise and contains no bioelectric signals, such as ECG components.
Zur Realisierung der kapazitiven Kopplung weist der zweite Störsignalpfad vorzugsweise eine mit dem Bezugspotential des differentiellen Spannungsmesssystem elektrisch verbundene Leiterfläche, zwischen dem differentiellem Spannungsmesssystem bzw. des EKG-Messsystems und dem Erdpotential, auf. Hierbei entspricht die Leiterfläche einer Koppelkapazität. Die Leiterfläche kann z. B. durch eine Metallplatte oder Folie realisiert werden.To implement the capacitive coupling, the second interference signal path preferably has a conductor surface electrically connected to the reference potential of the differential voltage measurement system, between the differential voltage measurement system or the ECG measurement system and the ground potential. Here, the conductor surface corresponds to a coupling capacity. The conductor surface can z. B. be realized by a metal plate or foil.
Die Leiterfläche beträgt vorzugsweise mindestens 3 cm2. Bevorzugt beträgt die Leiterfläche maximal 10 cm2.The conductor area is preferably at least 3 cm 2 . Preferably, the conductor area is a maximum of 10 cm 2 .
Auch der zweite Störsignalpfad kann eine Strommesseinheit aufweisen. Die Strommesseinheit kann hierbei vorzugsweise zwischen das Bezugspotential des differentiellen Spannungsmesssystems, des EKG-Messsystems und der kapazitiven Anbindung an das externe Bezugspotential der Leiterfläche, geschaltet sein. Des Weiteren kann auch diese Strommesseinheit vorzugsweise einen Strommesswiderstand und eine zu diesem parallel geschaltete Spannungsmesseinrichtung aufweisen. Bei dem Strommesswiderstand handelt es sich vorzugsweise um einen Shunt-Widerstand und bei der Spannungsmesseinrichtung bevorzugt um einen Differenzverstärker.The second interference signal path may also have a current measuring unit. The current measuring unit may in this case preferably be connected between the reference potential of the differential voltage measuring system, the ECG measuring system and the capacitive connection to the external reference potential of the conductor surface. Furthermore, this current measuring unit may also preferably have a current measuring resistor and a voltage measuring device connected in parallel with it. The current measuring resistor is preferably a shunt resistor and the voltage measuring device preferably by a differential amplifier.
Es ist bevorzugt, dass der Shunt-Widerstand mindestens einen Widerstandswert von 10 kΩ und maximal einen Widerstandswert von 1000 kΩ aufweist.It is preferable that the shunt resistor has at least a resistance value of 10 kΩ and a maximum resistance value of 1000 kΩ.
Der Störsignalpfad kann z. B. am Ausgang der Spannungsmesseinrichtung eine Störsignalerfassungseinheit aufweisen.The Störsignalpfad can z. B. at the output of the voltage measuring device have a Störsignalerfassungseinheit.
Sofern zwei Störsignalpfade genutzt werden, kann die Störsignalauswerteeinheit z. B. bevorzugt zwischen die beiden Störsignalerfassungseinheiten, die das erste und zweite Störsignal erfassen, gekoppelt sein. Die Störsignalauswerteeinheit kann dann vorzugsweise dazu eingerichtet sein, um ein Kombinationssignal, vorzugsweise ein Differenzsignal, aus dem ersten und zweiten Störsignal zu bilden, um so bioelektrische Signale auf dem ersten Störsignalpfad zu detektieren und somit einen Signalpfaddefekt bzw. Kabeldefekt nachzuweisen. Das Differenzsignal setzt sich hierbei aus dem ersten und zweiten Störsignal zusammen.If two Störsignalpfade be used, the Störsignalauswerteeinheit z. B. preferably be coupled between the two Störsignalerfassungseinheiten that detect the first and second interference signal. The Störsignalauswerteeinheit can then preferably be adapted to form a combination signal, preferably a difference signal, from the first and second interference signal, so as to detect bioelectric signals on the first Störsignalpfad and thus detect a signal path defect or cable defect. The difference signal is composed here of the first and second interference signal.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann die Fehlerdetektionsvorrichtung einen adaptiven Filter aufweisen, der in Abhängigkeit des ersten und zweiten Störsignals eingestellt ist. Vorzugsweise wird hierbei der Stellwerteingang des adaptiven Filters mit dem Kombinationssignal, bevorzugt dem Differenzsignal, als ein Rückkopplungswert beaufschlagt.In a particularly preferred embodiment, the error detection device may comprise an adaptive filter which is set as a function of the first and second interference signal. In this case, the control value input of the adaptive filter is preferably supplied with the combination signal, preferably the difference signal, as a feedback value.
Die Beaufschlagung des adaptiven Filters mit dem Kombinationssignal bzw. Differenzsignal dient dazu, einen möglichen unterschiedlichen Einfluss der Übertragungswege bzw. deren unterschiedliche Übertragungsfunktionen auf die Störsignale zu reduzieren. Die Filterung kann dabei ein Teil der Störsignalauswerteeinheit sein.The application of the adaptive filter with the combination signal or difference signal serves to reduce a possible different influence of the transmission paths or their different transmission functions on the interference signals. The filtering can be part of the Störsignalauswerteeinheit.
Als Kombinationssignal kann beispielsweise auch ein Verhältnis des ersten und zweiten Störsignals umfassen. As a combination signal, for example, a ratio of the first and second interference signal may include.
Bevorzugt weist der adaptive Filter einen LMS- oder RLS-Algorithmus auf, d.h. er arbeitet nach einem solchen Algorithmus.Preferably, the adaptive filter has an LMS or RLS algorithm, i. he works according to such an algorithm.
Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Fehlerdetektionsvorrichtung eine Ausgabeeinheit auf, die an den Ausgang der Störsignalauswerteeinheit angeschlossen ist oder extern, z. B. über eine Funkübertragung arbeitet. Die Ausgabeeinheit dient dazu, einen detektierten Signalpfaddefekt auszugeben bzw. gleich zu signalisieren. Diese Ausgabe oder Signalisierung kann dabei vor Ort z. B. optisch, akustisch erfolgen. Zudem kann die Signalisierung per Funk z. B. an einen Servicetechniker gesendet werden. Eine weitere Ausgabeform kann als Protokollierung, z. B. gemeinsam mit den Messdaten erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt die Protokollierung zeitlich korreliert zum Messsignal bzw. den zu messenden bioelektrischen Signalen, so dass z.B. bei einer nur zeitweise auftretenden Störung wie bei einem Wackelkontakt dokumentiert ist, welche Messwerte verwendbar sind und welche nicht.Preferably, the error detection device according to the invention has an output unit which is connected to the output of Störsignalauswerteeinheit or externally, z. B. works via a radio transmission. The output unit is used to output a detected signal path defect or to signal it the same. This output or signaling can be done on site z. B. optically, acoustically. In addition, the signaling by radio z. B. sent to a service technician. Another output form can be used as logging, z. B. done together with the measurement data. Particularly preferably, the logging is time-correlated to the measuring signal or the bioelectrical signals to be measured, so that e.g. in the case of a disturbance occurring only intermittently, as in the case of a loose contact, it is documented which measured values can be used and which are not.
Insbesondere wenn die Fehlerdetektionsvorrichtung in dem differentiellen Spannungsmesssystem integriert ist, ist die Ausgabeeinheit bevorzugt in einer Benutzerschnittstelle des differentiellen Spannungsmesssystems inkludiert. Dadurch kann beispielsweise das Bedienpersonal auf der Benutzerschnittstelle, z.B. einen Monitor, gleichzeitig die bioelektrischen Signale, beispielsweise EKG-Signale, überprüfen und zugleich einen Kabeldefekt detektieren.In particular, when the error detection device is integrated in the differential voltage measurement system, the output unit is preferably included in a user interface of the differential voltage measurement system. Thereby, for example, the operator on the user interface, e.g. a monitor, at the same time check the bioelectric signals, such as ECG signals, and at the same time detect a cable defect.
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 schematisch eine Möglichkeit zur Positionierung der elektrischen Anschlüsse bzw. Kontakte eines EKG-Messsystems am Patienten, -
2 Röntgenbilder zweier EKG-Kabel mit Kinken, -
3 schematisch ein differentielles Spannungsmesssystem mit einer Fehlerdetektionsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
4 schematisch ein differentielles Spannungsmesssystem mit einer Fehlerdetektionsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
5 schematisch ein differentielles Spannungsmesssystem mit einer Fehlerdetektionsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
6 schematisch eine Signalverarbeitungsgrafik zur genaueren Erläuterung des differentiellen Spannungsmesssystem gemäß5 , -
7 ein Messdiagramm, das das Ausgangssignal einer Filtereinrichtung, wie sie im Zusammenhang mit den5 und6 erläutert wird, bei intaktem Kabel zeigt, -
8 ein Messdiagramm, das das Ausgangssignal einer Filtereinrichtung, wie sie im Zusammenhang mit den5 und6 erläutert wird, bei reduzierter Eingangsimpedanz durch eine Kinke im Kabel mit Markierung der Herzschlagerkennung zeigt.
-
1 schematically a possibility for positioning the electrical connections or contacts of an ECG measuring system on the patient, -
2 X-ray images of two ECG cables with kins, -
3 1 schematically shows a differential voltage measuring system with an error detection device according to a first exemplary embodiment of the invention, -
4 schematically a differential voltage measuring system with an error detection device according to a second embodiment of the invention, -
5 schematically a differential voltage measuring system with an error detection device according to a third embodiment of the invention, -
6 schematically a signal processing diagram for more detailed explanation of the differential voltage measuring system according to5 . -
7 a measurement diagram showing the output of a filter device, as in Related to the5 and6 is explained with intact cable shows -
8th a measurement diagram showing the output of a filter device, as related to the5 and6 is shown with reduced input impedance through a kink in the cord with mark of heartbeat detection.
In den Figuren wird exemplarisch jeweils von einem EKG-Messsystem
Die
Um die EKG-Signale
Eine dritte Elektrode
Zwischen den einzelnen Elektroden 3,4,5 bilden sich die Spannungspotentiale
Die gemessenen EKG-Signale
Der Patient
Durch diese Störquelle Ucm werden in der Regel Störsignale über den Patienten
Die Signalmesskabel
Wie zuvor beschrieben werden die Elektroden über Signalmesskabel
Um diese Kabeldefekte
Mit Hilfe dieser Fehlerdetektionsvorrichtung
Das durch die Fehlerdetektionsvorrichtung
Die Ausgabeeinheit
In
Das EKG-Messsystem
Die Signalmessschaltung
Die erste Elektrode
Die in Zusammenhang mit
Dadurch kann das Referenzpotential auf die Gleichtaktspannung festgelegt werden. Die unter anderem mit Hilfe des Shunt-Widerstands detektierte Gleichtaktspannung wird zudem noch zu weiteren Zwecken benötigt, welche später noch genauer erläutert werden.This allows the reference potential to be set to the common mode voltage. The common-mode voltage detected with the help of the shunt resistor, in addition, is also required for further purposes, which will be explained in more detail later.
Um die bereits erwähnten Kabeldefekte
Die Fehlerdetektionsvorrichtung
Im Rahmen einer Auswertung kann das digitale Störsignal
Der erste Störsignalpfad
Mit anderen Worten, der Signalpfad
Die Fehlerdetektionsvorrichtung
Um die EKG-Signale
Die oben beschriebene weitere Ausgabeeinheit
Zudem ist das differentielle Spannungsmesssystem
In
Die Signalmessschaltung
Die Fehlerdetektionsvorrichtung
Die Fehlerdetektionsvorrichtung
Für die zweite Strommesseinheit
Das gemessene zweite Störsignal
Das erste Störsignal
Die Störsignalauswerteeinheit
Vorzugsweise kann die Störsignalauswerteeinheit
Ein Teil dieser Störsignalauswerteeinheit
In der Filtereinrichtung
Optional kann das dadurch entstehende Differenzsignal
Weitere Aufbauformen für die Störsignalauswerteeinheit
Die Signalmessschaltung
Das erste Störsignal
Dieses Gleichtaktstörsignal
This common mode noise signal
Da das erste
Dennoch sind die beiden Störsignale
Bei einer reduzierten Eingangsimpedanz eines Signalmesskabels
Das im ersten Störsignalpfad hierdurch zusätzlich eingekoppelte Signal
Es ist zu beachten, dass hier alle Übertragungsfunktionen
Das ursprüngliche Störsignal
Das erste Störsignal
Das zweite Störsignal
Es wird darauf hingewiesen, dass diese Übertragungsfunktionen nur ein Bild zum besseren Verständnis bilden sollen und die Messpunkte
Die beiden ursprünglichen Störsignale
Diese Übertragungsfunktion
Die Übertragungsfunktion
Um die jeweils aktuelle Übertragungsfunktion
Bei intakten Kabeln
Bei einem Signalpfaddefekt eines Nutzsignalpfades
Die erfindungsgemäßen Fehlerdetektionsvorrichtungen
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. So kann es sich bei dem differentiellen Spannungsmesssystem nicht nur um ein EKG-Gerät handeln, sondern auch um andere medizinische Geräte mit denen bioelektrische Signale erfasst werden, wie beispielsweise EEGs , EMGs usw. Weiterhin schließt 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.It is finally pointed out once again that the devices and methods described in detail above are merely exemplary embodiments which can be modified by the person skilled in the art in various ways without departing from the scope of the invention. Thus, the differential voltage measurement system may not only be an ECG device, but also other medical devices that detect bioelectrical signals, such as EEGs, EMGs, etc. Furthermore, the use of the indefinite article includes "on" or "off". a "does not exclude that the characteristics concerned can also be present multiple times. Similarly, the term "unit" does not exclude that it consists of several components, which may also be spatially distributed.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- differentielles Spannungsmesssystem / EKG-Messsystemdifferential voltage measuring system / ECG measuring system
- 22
- SignalmessschaltungSignal measurement circuit
- 33
- erste Elektrodefirst electrode
- 44
- zweite Elektrodesecond electrode
- 55
- dritte Elektrodethird electrode
- 6a, 6b6a, 6b
- Nutzsignalpfadeuseful signal paths
- 7N7N
- dritter Nutzsignalpfadthird payload signal path
- 7S7S
- erster Störsignalpfadfirst Störsignalpfad
- 88th
- Verstärkerschaltungamplifier circuit
- 99
- SignalerfassungseinheitSignal detection unit
- 1010
- StrommesswiderstandCurrent sense resistor
- 1111
- Treiberschaltungdriver circuit
- 1212
- SpannungsmesseinrichtungVoltage measuring device
- 1313
- StörsignalauswerteeinheitStörsignalauswerteeinheit
- 1414
- BenutzerschnittstelleUser interface
- 1515
- externe Schnittstelleexternal interface
- 16, 16'16, 16 '
- Ausgabeeinheitoutput unit
- 1717
- StörsignalerfassungseinheitStörsignalerfassungseinheit
- 1818
- StörsignalauswerteeinheitStörsignalauswerteeinheit
- 1919
- StrommesswiderstandCurrent sense resistor
- 2020
- SpannungsmesseinrichtungVoltage measuring device
- 21 21
- StörsignalerfassungseinheitStörsignalerfassungseinheit
- 2222
- zweiter Störsignalpfadsecond Störsignalpfad
- 2323
- Leiterflächeconductor surface
- 2424
- adaptiver Filteradaptive filter
- 24E24E
- Stellwerteingang des adaptiven FiltersControl value input of the adaptive filter
- 25a25a
- erste Steckverbindungfirst plug connection
- 25b25b
- zweite Steckverbindungsecond plug connection
- 25c25c
- dritte Steckverbindungthird plug connection
- 2626
- SignalverarbeitungseinheitSignal processing unit
- 2727
- Messgerät / EKG-GerätMeasuring device / ECG device
- 2828
- Filtereinrichtungfiltering device
- 2929
- Summiergliedsumming
- 3030
- Filtereinrichtungfiltering device
- 40, 41, 4240, 41, 42
- FehlerdetektionsvorrichtungenError detection devices
- BSBS
- Bioelektrische SignaleBioelectric signals
- DD
- KinkeKinke
- Ee
- Erdeearth
- EKG(t)ECG (t)
- EKG-SignalECG signal
- EKGRLD(t)ECG RLD (t)
- EKG-Signal nach durchlaufen eines Signalmesskabels hK(t) Signal in den Signalmesskabeln, von Patienten zu EKG-GerätECG signal after passing through a signal measuring cable h K (t) Signal in the signal measuring cables, from patient to ECG device
- EKGAE[K]ECG AE [K]
- Kombinationssignal / Übergekoppelter Anteil des EKG SignalsCombination signal / over-coupled component of the ECG signal
- F(nCM(t)F (n CM (t)
-
Übertragungsfunktion (bildet die Unterschiede zwischen der Übertragungsfunktion G"(t) auf dem zweiten Störsignalpfad 22 und der Übertragungsfunktion H"(t) auf dem ersten Störsignalpfad 7S ab)Transfer function (maps the differences between the transfer function G "(t) on the second
interference signal path 22 and the transfer function H" (t) on the firstinterference signal path 7S) - G(t)G (t)
- Übertragungsfunktion (der Messung auf dem ersten Störsignalpfad)Transfer function (the measurement on the first interference signal path)
- G'(t)G '(t)
- Übertragungsfunktion (der Messung auf dem ersten Störsignalpfad nach Filterung des zweiten Störsignals und bei Kabeldefekt einer Einkopplung des EKG-Signals)Transfer function (the measurement on the first interference signal path after filtering of the second interference signal and in the event of a cable defect of an input of the ECG signal)
- H(t)H (t)
- Übertragungsfunktion (der Messung auf dem ersten Störsignalpfad)Transfer function (the measurement on the first interference signal path)
- H'(t)H '(t)
- Übertragungsfunktion (der Messung auf dem ersten Störsignalpfad nach Filterung des ersten Störsignals)Transfer function (the measurement on the first interference signal path after filtering the first interference signal)
- G"(t)G "(t)
- Gesamte Übertragungsfunktion von G'(t) und G(t)Total transfer function of G '(t) and G (t)
- H"(t)H "(t)
- Gesamte Übertragungsfunktion von H'(t) und H(t)Total transfer function of H '(t) and H (t)
- KK
- Kabelelectric wire
- KK
- Abtastwertsample
-
MP 1
MP 1 -
Messpunkt 1Measuring
point 1 -
MP 2
MP 2 -
Messpunkt 2Measuring
point 2 - MP 3MP 3
- Messpunkt 3Measuring point 3
-
MP 4
MP 4 -
Messpunkt 4Measuring
point 4 - MP 5MP 5
- Messpunkt 5Measuring point 5
- MP 6MP 6
- Messpunkt 6Measuring point 6
- nRLD (t)n RLD (t)
- erstes Störsignalfirst interference signal
- nCM (t)n CM (t)
- zweites Störsignalsecond interference signal
- nSource (t)n Source (t)
- Störquelleinterference source
- PP
- Patientpatient
- PSPS
- Prüfsignaltest signal
- SS
- Schirmungshielding
- TT
- ZeitTime
- UCM U CM
- Störquelle interference source
- UEKG35, UEKG34, UEKG45 UEKG 35 , UEKG 34 , UEKG 45
- EKG-Spannungsquellen ECG voltage sources
- SRLD[k]S RLD [k]
- erstes Störsignal (nach Digitalisierung)first interference signal (after digitization)
- SCM[k]S CM [k]
- zweites Störsignal (nach Digitalisierung)second interference signal (after digitization)
- VV
- Potential der EKG-KomponentePotential of the ECG component
Claims (15)
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-
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