-
Die
Erfindung betrifft ein Biosignal-Meßsystem zur Messung von Biosignalen,
welche am Körper von
Lebewesen messbar sind.
-
Ein
Biosignal-Meßsystem
dieser Art ist aus der Auslegeschrift
DE
21 04 850 bekannt. Sie zeigt zwei Elektroden, welche einerseits
an einen Patienten und andererseits an eine Verstärkereinrichtung anschließbar sind.
Die Elektrodenleitungen sind zwischen den Elektroden und der Verstärkerschaltung zusätzlich an
ein Ohmmeter anschließbar
zur Messung des Widerstandes, welcher durch die beiden über einen
Patienten an Erde angeschlossenen Schaltungszweig und einen parallel
dazu über
einen Spannungsteiler am Eingang der Verstärkereinrichtung an Erde angeschlossenen
Spannungsteiler gegeben ist. Bei einem vom Ohmmeter festgestellten
zu hohen Widerstand, kann die Ursache in einer der Elektrodenleitungen
oder im Erdungsanschluss des Patienten oder der Verstärkereinrichtung
liegen.
-
Die
bekannten Biosignal-Meßsysteme
beinhalten das Messen der Biosignale und das Auswerten der gemessenen
Biosignale von Lebewesen, insbesondere von Menschen, so dass ein
Arzt oder eine andere Person anhand der ausgewerteten Biosignale
den Gesundheitszustand oder bestimmte Krankheitsbilder des Lebewesens
analysieren und erkennen und/oder zeitliche Entwicklungen des Gesundheitszustandes
oder Krankheitszustandes eines Lebewesens durch das Meßsystem
aufzeichnen kann, so dass die Aufzeichnung jederzeit abrufbar ist
für eine
Person, insbesondere für
einen Arzt oder für Krankenpflegepersonal.
-
Biosignale
von Lebewesen sind elektrische Wechselsignale, welche einen Gleichstromanteil
enthalten und häufig
auch von Störsignalen überlagert sind.
-
Biosignale
werden beispielsweise in Form von EKG (Elektrokardiogramm), EMG
(Elektromyogramm) und EEG (Elektroenzephalogramm) ausgewertet in
dazu geeigneten Meßsystemen.
-
Alle
Meßsysteme
benötigen
eine elektrische Stromversorgung, welches normalerweise durch Anschluss
an das ortsübliche
Stromnetz erfolgt. Selbstverständlich
darf das Stromnetz nicht direkt an ein Lebewesen gelangen, wenn
Elektroden des Meßsystems
mit dem Lebewesen verbunden werden, um Biosignale zu messen. Hierzu
bestehen Sicherheitsvorschriften. Zu deren Erfüllung sind unter anderem besondere
Transformatoren und Schutzwiderstände vorgesehen. Die Elektroden
können
in das Lebewesen einsetzbare Elektroden oder auf die Haut des Lebewesens
aufsetzbare Elektroden sein. Der elektrische Übergangswiderstand zwischen
den Elektroden und der Haut des Lebewesens sollte gegen Null gehen,
weil sonst die sowieso schon schwachen Biosignale noch schlechter
zu empfangen sind oder bei variablem Übergangswiderstand Messfehler
aus anderen Gründen
entstehen. Zur Erzielung eines guten elektrischen Kontaktes zwischen
den Elektroden und der Haut des Lebewesens ist es üblich, dazwischen ein
Gel zu verwenden. Mit der Haut zu verbindende Kontakt-Elektroden
werden beispielsweise bei der Erstellung von Elektromyogrammen (EMG)
verwendet. Hierbei handelt es sich um die Prüfung der Muskelaktivitäten von
Lebewesen in Abhängigkeit
von Stimulationsreizen.
-
Durch
die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine elektrische
Schaltung zu schaffen, welche konstruktiv einfach und preiswert
ist, und auf einfache Weise benutzbar ist, zum Feststellen, ob an
die Haut eines Lebewesens anschließbare (kontaktierbare) Elektroden
des Biosginal-Meßsystems
an die Haut korrekt angeschlossen sind.
-
Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch
die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
-
Weitere
Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
-
Damit
keine Messfehler durch schlechten elektrischen Leitungsübergang
zwischen der Messeinrichtung und dem zu untersuchenden Lebewesen entstehen,
wird gemäß der Erfindung
vorgeschlagen, mittels einer Prüfschaltung
ein für
eine Bedienperson, z. B. einen Arzt oder eine Pflegeperson, optisch oder
akustisch erkennbares Signal in Abhängigkeit von dem Übergangswiderstand
zu erzeugen, welcher zwischen einer Elektrode des Meßsystems
und der Haut des betreffenden Lebewesens gegeben ist, wenn die Elektrode
an die Haut des Lebewesens zur Messung von Biosignalen angesetzt
wird.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand
einer bevorzugten Ausführungsform
als Beispiel beschrieben. In den Zeichnungen zeigen
-
1 schematisch
ein Biosignal-Meßsystem
nach der Erfindung,
-
2 schematisch
eine Prüfschaltung
der Erfindung, welche bei dem Meßsystem nach 1 verwendbar
ist zur Vermeidung von Messfehlern,
-
3 schematisch
eine andere Darstellung der Prüfschaltung
von 2 zur Verdeutlichung, dass es sich um eine Spannungsteilerschaltung
handelt.
-
Das
in 1 gezeigte Biosignal-Meßsystem zum Messen von Biosignalen
am Körper
von Lebewesen 10 enthält
mindestens eine Verstärkereinrichtung 12 mit
mindestens einem, beispielsweise zwei Biosignaleingängen 14 und 16 und
einem Verstärkerausgang 18.
-
An
den Verstärkerausgang 18 ist
eine Elektrosignal/Lichtsignal-Wandlerschaltung 20 angeschlossen,
welche aus den elektrischen Verstärkerausgangssignalen des Verstärkerausgangs 18 korrespondierende
Lichtsignale 22 an einem Lichtausgang 24 erzeugt,
welcher zur Übertragung
der Lichtsignale 22 durch einen Lichtleiter 26 zu
einem Auswertegerät 28 ausgebildet
ist. Das Auswertegerät 28 ist
vorzugsweise ein Computer. Zur Aufnahme der Lichtsignale 22 im
Auswertegerät 28 dient
vorzugsweise eine handelsübliche
Soundkarte.
-
Dadurch
ist die Messvorrichtung 30, welche die mindestens eine
Verstärkungseinrichtung 12 und die
Wandlerschaltung 20 enthält, von der Auswerteeinrichtung 28 elektrisch
völlig
getrennt. Die elektronischen Elemente der Messvorrichtung 30 können elektrische
Energie über
Sicherheitsgeräte
aus dem örtlichen
Ortsnetz oder, was für
ein Lebewesen sicherer ist, aus Batterien oder wiederaufladbaren
Akkumulatoren erhalten. Ferner besteht durch die Erfindung der Vorteil,
dass das Auswertegerät 28 durch einen
beliebig langen Lichtleiter 26 beliebig weit entfernt von
der Messvorrichtung 30 positioniert werden kann an einem
beliebigen, für
eine Bedienperson geeigneten Ort. 1 zeigt
anhand von Doppelpfeilen die Messvorrichtung 30, das Auswertegerät 28 und die
Distanzstrecke dazwischen durch den Lichtleiter 26. Die
Messvorrichtung 30 kann aus einzelnen, miteinander elektrisch
leitend verbundenen Geräteteilen bestehen
oder vorzugsweise eine einzige Geräteeinheit sein.
-
Mittels
des Lichtleiters 26 ist der Signalausgang 24 der
Elektrosignal/Lichtsignal-Wandlerschaltung 20 mit
einem Lichtsignalempfänger 34 des
Auswertegerätes 28 lichtsignalübertragend
verbunden oder lichtsignalübertragend
verbindbar. Der Lichtsignalempfänger 34 enthält eine
Lichtsignal/Elektrosignal-Wandlerschaltung 36 zur Umwandlung
der Lichtsignale 22 in elektrische Signale, die von einem
Auswerteteil 38 des Auswertegerätes 28 ausgewertet werden,
beispielsweise optisch oder akustisch angezeigt oder registriert
oder in einem elektronischen Speicher gespeichert werden zum Zwecke
von Diagnosen und/oder zur Aufzeichnung oder Speicherung von dem
Gesundheitszustand oder Krankheitszustand des Lebewesens über einen
bestimmten Zeitraum.
-
Die
Wandlerschaltungen 20 und 36 können von einem Fachmann auf
verschiedene Weise praktisch ausgeführt werden.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung enthält
die Elektrosignal/Lichtsignal-Wandlerschaltung 20 einen
A/D-Wandler 40, dessen Analog-Eingang 42 an den
Verstärkerausgang 18 angeschlossen
ist, eine Lichtquelle 44 und ein Umsetzer 46,
vorzugsweise in Form eines Audiotransmitters (z. B. DIT 4096 von
Texas Instruments) oder eines Audio-Interface (z. B. von Cirus),
welcher einen an den Digitalausgang 48 des A/D-Wandlers 40 angeschlossenen
Digitaleingang 40 aufweist und zur Umwandlung der Digitalsignale
des A/D-Wandlers 40 in
standardisierte elektrische Digitalsignale dient (z. B. SPDIF oder
AES), die zur Ansteuerung (einschalten und ausschalten) Lichtquelle 44 geeignet
sind, so dass die Lichtquelle 44 beim Empfang der standardisierten
Digitalsignale die Lichtsignale 22 erzeugt. Die Lichtquelle 44 ist
mit einem Digitalsignal-Ausgang 52 des Umsetzers 46 elektrisch
leitend verbunden. Der Umsetzer 46 enthält ein Protokoll, z. B. SPDIF,
welches üblicherweise
zur Übertragung von
Audiodaten bekannt ist. Die Lichtquell 44 enthält als Leuchtmittel
vorzugsweise eine Leuchtdiode (LED) oder eine Laserdiode.
-
Gemäß einer
besonderen Ausführungsform der
Erfindung sind mindestens zwei von den genannten Verstärkereinrichtungen 12 vorgesehen,
die je mindestens einen, vorzugsweise zwei Biosignaleingang 14 bzw. 16 und
einen Verstärkerausgang 18 aufweisen,
wobei der A/D-Wandler 40 ein Mehrkanalwandler mit mindestens
zwei Kanälen
ist, von welchen je einer an einen der Verstärkerausgänge 18 elektrisch
leitend angeschlossen ist. Hierfür
ist der Verstärkerausgang 18 des
weiteren Verstärkers 12 an
einen zusätzlichen
Analogeingang 142 des A/D-Wandlers 40 elektrisch
leitend angeschlossen.
-
Der
Mehrkanal-A/D-Wandler 40 ist zur Erzeugung der digitalen
Ausgangssignale in Abhängigkeit
von den elektrischen Signalen der Verstärkerausgänge 18 von allen Verstärkereinrichtungen 12 ausgebildet,
wobei das digitale Ausgangssignal eine Kombination der verstärkten elektrischen
Signale von allen Verstärkereinrichtungen 12 ist.
-
Die
Verstärkereinrichtung 12,
oder jede der Verstärkereinrichtungen 12,
hat vorzugsweise mindestens zwei Biosignaleingänge 14, 16,
und ist zur Bildung eines Differenzsignals aus diesen Biosignalen
sowie zur Verstärkung
des Differenzsignals ausgebildet, wobei das verstärkte Signal
am Verstärkerausgang 18 das
verstärkte
Differenzsignal ist.
-
Für jede der
Verstärkereinrichtungen 12 sind Elektrodenleitungen 54 und 56 vorgesehen,
welche mit den Biosignaleingängen 14 bzw. 16 der
Verstärkereinrichtungen 12 elektrisch
leitend verbunden oder verbindbar sind und an ihren von den Biosignaleingängen entfernten
Enden eine Elektrode 58 bzw. 60 zum Anschluss
an voneinander entfernten Stellen der Haut (oder an anderen Körperstellen)
eines Lebewesens 10 haben.
-
Alle
Elektrodenleitungen 54 und 56 enthalten je einen
elektrischen Schutzwiderstand RS1 bzw. RS2 zum Schutz des Lebewesens 10 gegen
unerwünschte
hohe elektrische Ströme.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
ist eine Prüfschaltung 66 mit
zwei Umschaltern US1 bzw. US2 vorgesehen, durch welche jeweils das
von den Elektroden 58 bzw. 60 entfernte Ende 68 bzw. 70 der Elektrodenleitungen 54 bzw. 56 alternativ
mit dem Biosignaleingang 14 bzw. 16 oder mit einem
Prüfschaltungsteil 72 der
Prüfschaltung 66 elektrisch
leitend verbindbar ist. Der Prüfschaltungsteil 72 enthält ein Messgerät 74,
welches optisch oder akustisch eine Messwertinformation in Abhängigkeit
davon liefert, wie groß der
elektrische Widerstand zwischen den Elektroden 58 und 60,
und damit auch wie groß der elektrische Übergangswiderstand
zwischen der betreffenden Elektrode 58 bzw. 60 einerseits
und einem Lebewesen 10 andererseits ist.
-
Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung enthält
die Prüfschaltung 66 zwei
Umschalter US1 und US2, durch welche die von den Elektroden 58, 60 entfernten
Enden 68, 70 der beiden Elektrodenleitungen 54, 56 je
mit einem von zwei Biosignaleingängen 14, 16 der
Verstärkereinrichtung 12 verbindbar
sind oder alternativ dazu mit einer elektrischen Reihenschaltung
des Prüfschaltungsteils 72 elektrisch
verbindbar sind, welche in Reihe zueinander geschaltet eine Spannungsquelle 76, vorzugsweise
eine Wechselspannungsquelle, und einen Referenzwiderstand RR enthält. An die
Reihenschaltung RR, 76 ist das elektrische Messgerät 74 angeschlossen,
welches in Abhängigkeit
von dem elektrischen Widerstand zwischen den beiden Elektroden,
und damit auch in Abhängigkeit
von deren Übergangswiderstand
zu einem Lebewesen 10, ein optisch oder akustisch erkennbares
Signal erzeugt. Damit ist dieses Signal indikativ für den Übergangswiderstand
zwischen den Elektroden einerseits und einem Lebewesen 10 andererseits
und damit auch indikativ dafür,
ob die Elektroden an das Lebewesen 10 korrekt angeschlossen
sind. Für
die Funktion der Prüfschaltung
muss mindestens eine der beiden Elektrodenletiungen 54, 56 einen
Schutzwiderstand RS1, RS2 enthalten. Der Referenzwiderstand RR hat vorzugsweise
einen variabel einstellbaren Widerstandswert.
-
Das
Messgerät 74 kann
ein Voltmeter oder ein Ampermeter oder ein Phasendetektor sein,
abhängig
davon, wie es in dem Prüfschaltungsteil 72 angeschlossen
ist. Damit kann eine elektrische Spannung oder ein elektrischer
Strom oder in Abhängigkeit
davon eine andere Information (z. B. Elektrodenanschluss an Patient „gut" oder „nicht
gut"; oder Impedanz
der Haut) am Messgerät 74 angezeigt
werden.
-
Gemäß der in
den Zeichnungen gezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
das Messgerät 74 ein
Spannungsmessgerät,
welches an die aus Spannungsquelle 76 und Referenzwiderstand
RR bestehende Serienschaltung überbrückend angeschlossen
ist, so dass ein Spannungsteiler gebildet ist, welcher einen den
Referenzwiderstand RR und die Spannungsquelle 74 enthaltenden
Teil und einen die beiden Elektrodenleitungen 54, 56 mit
den Schutzwiderständen
RS1 und RS2 enthaltenden Teil hat, wobei dieser Teil auch den elektrischen
Widerstand zwischen den beiden Elektroden 58, 60 enthält, welcher
unendlich groß ist,
wenn die Elektroden 58, 60 voneinander getrennt
und auch nicht an ein Lebewesen 10 angeschlossen sind,
jedoch gegen den Wert Null geht, wenn die Elektroden 58, 60 an
ein Lebewesen 10 gut elektrisch leitend angeschlossen sind.
-
Die
elektrischen Widerstände
der Stromquelle 76 und des Körpers eines Lebewesens 10 zwischen
den Elektroden 58 und 60 ist vernachlässigbar klein.
Deshalb ist das Verhältnis
des Widerstandswertes des Referenzwiderstandes RR zu der Summe der
Widerstandswerte der Schutzwiderstände RS1 und RS2 als Maß verwendbar
zum Erkennen, ob die Elektroden korrekt mit dem Lebewesen verbunden sind.
Wenn beispielsweise die Widerstandsumme der beiden Schutzwiderstände RS1
und RS2 gleich groß ist
wie der Widerstandswert des Referenzwiderstandes RR, dann ist die
am Messgerät 74 angezeigte
Spannung Um halb so groß wie
die Gesamtspannung UG der Spannungsquelle 76.
Die Spannungsquelle 76 kann eine Gleichspannungsquelle,
Gleichstromquelle, Wechselspannungsquelle oder Wechselstromquelle
sein, z. B. eine Batterie, ein wiederaufladbarer Akkumulator oder
ein Oszillator, z. B. ein Sinusgenerator.