WO2009010189A1 - Method for capturing biosignals by means of a capturing unit and device for same - Google Patents

Method for capturing biosignals by means of a capturing unit and device for same Download PDF

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WO2009010189A1
WO2009010189A1 PCT/EP2008/005390 EP2008005390W WO2009010189A1 WO 2009010189 A1 WO2009010189 A1 WO 2009010189A1 EP 2008005390 W EP2008005390 W EP 2008005390W WO 2009010189 A1 WO2009010189 A1 WO 2009010189A1
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digital data
biosignals
data stream
data
serial
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WO2009010189A8 (en
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Catherine Disselhorst-Klug
Fabian Kohler
Elmar Junker
Thomas Schmitz-Rode
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Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
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    • A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/389—Electromyography [EMG]

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting biosignals by means of a detection unit, in which a plurality of analog biosignals are detected by a plurality of sensors.
  • the invention further relates to a device for detecting biosignals by means of a detection unit.
  • a detection unit In the prior art, in particular in the field of medical technology, it is generally known to detect biosignals by means of a detection unit. Such a detection unit can be provided to evaluate, for example, recorded by corresponding sensors biosignals, display, store or perform other types of processing.
  • Typical applications where biosignals e.g. are detected by humans are the recording of an electrocardiogram (ECG), in which as sensors, for example, electrodes are positioned on the skin of a patient to record the heart currents with a corresponding detection unit and / or display.
  • ECG electrocardiogram
  • Other applications include the detection of brain waves (EEG) or the derivation of trigger signals from analogue biosignals from the body of a patient, e.g. to trigger any kind of medical device, e.g. Computer tomography.
  • Detection units within the meaning of the invention may be any equipment or devices with which it is possible to detect the biosignals recorded analogously and, for example, continue to process. Here, a further processing analog or digital can be done.
  • the object of the invention is to provide a method and a device with which in a simple manner a plurality of analog electrical biosignals can be detected by sensors and then by a detection unit and the safe protective separation for the protection of a living being in process and device technology easier Further processing possible.
  • a method for detecting biosignals by means of a detection unit in which a plurality of analog electrical biosignals are detected by a plurality of sensors which according to the invention is characterized in that each of the analog biosignals in the respective biosignal representing digital data is converted, the digital Data of the plurality of biosignals are assembled to at least one serial digital data stream on at least one digital data line, wherein the at least one digital data line comprises a galvanic protective separation and the at least one serial digital data stream after galvanic Protective separation in a compatible with the detection unit, in particular with a digital data processing system interface protocol, in particular a standard interface protocol is converted.
  • all digital data representing the plurality of biosignals can be combined into a single serial digital data stream, which is thus transported only on a single digital data line, so that only a single galvanic Protective separation is required with this digital data line.
  • the digital data stream is galvanically separated into or with the at least one digital data line, so that any risks for a creature wired to the analogue side are thereby excluded.
  • the at least one serial digital data stream produced in this way is then, according to the invention, after the galvanic protective separation, still converted into an interface protocol compatible with a registration unit.
  • This has the particular advantage that as a detection unit, in particular data processing system, commercially available computers, so-called PCs can be used, which have a variety of standardized interfaces.
  • the galvanic protective separation can be realized in or with the at least one digital data line in such a way that all or part of the at least one data line is designed as an optical digital data line. It is also possible to form the at least one digital data line as a pure electrical digital data line, within which an optical coupler is arranged to perform the protective separation at least at one point of the otherwise electrical line. Before and behind this protective separation thus takes place with the at least one digital data line, an electrical data transport.
  • serial digital data in accordance with any desired serial data protocol desired by the user prior to the conversion of the serial digital data into the interface protocol compatible with a detection unit, in particular a digital data processing system.
  • a protocol which defines the composition of the serial digital data stream, can therefore be adapted by the user of the method or a device according to the invention to the respective application, e.g. the type of detected biosignals to be adjusted.
  • such interface protocols and interface connections can be selected which are suitable for being able to process the correspondingly high data rates and the amount of data.
  • the interfaces according to the standard USB, Firewire or other similarly fast PC interfaces appear suitable for this purpose.
  • the method according to the invention can be carried out, for example, with a device for detecting biosignals which comprises at least one analogue-to-digital converter having a number of converter inputs and converter outputs corresponding to at least the number of biosignals to be detected by sensors for analog-to-digital conversion of the detectable analogue Biosignals and at least one multiplexer for converting the biosignals representing digital data into a serial digital data stream, in particular according to any desired data protocol, and at least one electrical digital data line for transmitting the at least one digital data stream with at least one galvanic protective separation, within or is formed by means of at least one data line for the digital data stream and further comprising at least one interface module, with which the serial data stream in a MHzstellenp rotokollkonischen electrical data stream for a detection unit, in particular a digital data processing system is convertible.
  • a device for detecting biosignals which comprises at least one analogue-to-digital converter having a number of converter inputs and converter outputs corresponding to at least
  • the at least one multiplexer is provided by a programmable or permanently programmed one Microcontroller / microprocessor is realized.
  • the digital data of the biosignals which were previously digitized, for example, with at least one multi-channel analog-digital converter, are converted by means of this microcontroller or microprocessor into the at least one serial digital data stream.
  • a programmable or programmed microcontroller / microprocessor is advantageous here, since it can ensure its programming according to ensure that the respective analog biosignals are queried after their digital conversion to the analog-to-digital converter, preferably the query of several each a digital signal corresponding to a biosignal can take place one after the other in time, whereby it is possible to create a corresponding serial data stream from these digital data.
  • the multiplexer or in the preferred embodiment of the microcontroller or microprocessor is associated with a memory module.
  • the microcontroller or microprocessor or in general form the multiplexer communicate with such a memory module to store the digitized data and / or the already serially converted digital data prior to conversion into the particular standardized interface protocol and in particular against a galvanic protection separation.
  • such a memory is organized as a ring memory, which is particularly advantageous if this memory is used to store the already converted into a serial data stream digital data representing the biosignals.
  • time deviations or data rate deviations in the detection of biosignals and in the conversion into the interface protocol can be compensated, since, for example, at a higher acquisition data rate as the conversion rate, the acquired digital data is initially stored in this ring buffer can be cached and then available in particular on demand for the conversion in the interface protocol from this ring buffer.
  • the microcontroller or microprocessor mentioned at the outset ensures that a corresponding communication takes place between the memory and a unit for conversion into the desired interface protocol.
  • a microcontroller / microprocessor outputs the serial data via at least one serial electrical port and transmits via at least one galvanically isolating coupler to at least one electrical input port of an interface module, which performs the conversion into the interface protocol and continue also provides the electrical contacts for a protocol-specific interface to which the detection unit, in particular the digital data processing system, such as a PC, can be connected.
  • the interface block is designed to convert the received data or the received serial data stream into a data stream that corresponds to a standard interface protocol, e.g. preferably USB or Firewire.
  • a standard interface protocol e.g. preferably USB or Firewire.
  • an electrical digital data line is realized, in which further the galvanically isolating coupler is arranged.
  • a galvanically isolating coupler can be designed, for example, as an optocoupler.
  • a correspondingly standardized galvanically isolating coupler component can be used, which provides at least as large a number of channels as digital data lines are present in the implementation of the method or in the realized device.
  • the two said ports may also be optical ports, such that a digital data line is optically, e.g. may be formed as a fiber.
  • a galvanic coupler module mentioned above can also be operated bidirectionally, wherein in one direction biosignals representing data are transported from the microcontroller / microprocessor to the at least one interface module and / or status data on the operation of the microprocessor and the microprocessor controlled units of the device and wherein in the other direction control or programming data are transported from the at least one interface module to the at least one microcontroller / microprocessor.
  • the digital data lines for the different directions are separated from each other and may be implemented as previously described for the one direction.
  • a particularly universal method according to the invention can be carried out, since it is possible to reprogram the microprocessor from the outside, for example via the intended data processing system, or to provide this data required for operation.
  • the necessary galvanic protective separation is realized in the communication in both directions between the microcontroller / microprocessor and the interface module.
  • a device according to the invention is designed as a self-contained unit, e.g. is implemented as a module, to which only at least one cable at least one sensor for receiving the biosignals and an interface cable can be connected by a computer, e.g. USB or Firewire.
  • the power is supplied, as initially mentioned then preferably via the interface cable from the computer.
  • a hardware implemented on this unit interface then preferably has 4 electrical contacts, 2 times for data and 2 times for the Power supply, if necessary, only 2 contacts for the data, via which the power supply takes place at the same time.
  • the said galvanic isolation is completely within this unit.
  • a separate but equally isolated power supply via separate power supply is provided.
  • Figure 1 a schematic representation of the method according to the invention
  • Figure 2a the electrical diagram of a possible device for
  • Figure 2b the electrical diagram of a possible device for
  • FIG. 1 shows in a block diagram the detection of a plurality of biosignals as an analogue current or voltage signal, in which case the various possible biosignals B1-BN are detected by the sensors S of a living being, such as a human, symbolically represented here. It may be provided here in the signal path, for example already in the analog part of the signal path, to further process the signal acquired in analog form, for example to amplify, to filter or to carry out other signal conditioning.
  • serial sequential arrangement of the data can in principle be carried out in any manner, as it wishes a user of the method in an individual case.
  • a galvanic protective separation ST in the digital conduction path L which can take place optically and thus to ensure that a living being connected to the various sensors S is protected against any currents or voltages even in the event of a fault
  • the serial digital data are then further transported via the galvanically separated further line part L2 and converted into a data stream according to a desired interface protocol and placed on electrical contacts of a common interface, such as a USB interface or a Firewire interface, so that to a corresponding used for this converter W and the thus provided standardized interface, for example, a commercial PC can be connected to further process the data, such as display, evaluate or make other processing.
  • FIGS. 2a and 2b show a possible electronic realization of a device for carrying out this method. Visible here in Figure 2a on the left side, a number of a total of 18 lines, which are designated as channels CH 1 - CH 18. These channels serve to relay an analog electrical biosignal that can be picked up by a living being, such as a human. For this purpose, corresponding sensors, such as electrodes, for example, be connected via cables to these channels, which is not shown in the present case in this presentation.
  • the respective channels for detecting here a total of 18 biosignals to a total of three analog-to-digital converters are connected, which are designed as microchips with the designations LH 1 U2 and U3 in this circuit.
  • the ADS 8364 blocks can be used as AD converters. It can be seen here that 8-bit digital conversion takes place with each of the AD converters, whereby each of the analog-digital converters provides an 8-bit-wide parallel data byte, each byte of data corresponding to the digitized value of an analogue, on the channels adjacent biosignal with a resolution of 256 units.
  • the biosignals applied to the respective channels connected to an analog-to-digital converter are usually digitized successively or simultaneously and transmitted to a common data bus D0-D7, by means of which these 8-bit-wide digitized data are fetched by a microcontroller U4 and further can be processed.
  • the microcontroller U4 controls the analog-to-digital converters U1, U2 and U3 as well as the time sequence in order to carry out the digitization of the respective electrical signals on the channels Chi-Ch18 and the respectively digitized 8-bit widths Receive and process data bytes.
  • the further processing takes place here in such a way that the received data are connected serially in succession to at least one data line, in the present case on two data lines D1B and D2B.
  • the microcontroller provides two output ports PE1 and PE2.
  • the serial digital data stream thus generated on these two data lines which correspond to the lines L in FIG. 1, thus arrive at a galvanic coupler U7 and, after galvanic isolation within this coupler U7, are forwarded via the lines D1A and D2A to the input ports BD1 and BDO of an interface block U8, eg of the type DLP2232.
  • This module is suitable here to convert the data lines D1A and D2A, which correspond to the lines L2 in FIG. 1, into a data format compliant with USB protocol and to provide them by means of a USB connector J1 for the connection of a conventional PC ,
  • the electronic circuit shown here also shows, with the memory module U5, a memory which offers the possibility of buffering the 8-bit-wide data obtained from the analog-to-digital converters. This buffering can take place, for example, immediately in the form of the serial data stream, which is to be routed here via the data lines D1 B and D2B.
  • the memory U5 can be organized, for example, as a ring memory, so that the data initially written into this memory are first removed from this memory again.
  • the electronic circuit diagram shown here also shows a further module for the realization of a galvanic protective separation, with which a communication between the interface module U8 and the microcontroller U4 in the other direction is possible.
  • data sent from a PC via the USB interface realized here to the device according to the invention can be converted in the interface module U8 into a serial data stream which here via the output ports BD2 and BD3 to the data lines D1A and D2A or D1B and D2B and is sent via the galvanic coupler U6 in the direction of the microcontroller U4.
  • the microcontroller U4 can also be programmed externally via the same implemented interface J1 to a PC, or another influence can be exerted on the device according to the invention.
  • the electronic circuit diagram clearly shows here that a reduction of altogether 18 input channels to 2 output channels can take place with standard electronic components, so that now only instead of 18 input channels in these two output channels the protective separation has to take place. This significantly reduces the effort that has to be made for the protective separation and still allows according to the invention the provision of the digitized biosignals on a standardized interface of a computer.
  • a power supply via the module U9 takes place, in which the required protective separation takes place via an internal DC / DC converter.
  • the power supply is used via the PortVCC line, which also supplies the necessary power to the U8 interface module.
  • the external power supply from a USB cable can also be used to supply a device for carrying out the method according to the invention.
  • the entire circuit shown here can be realized within a housing which provides input channels for the sensor signals and a USB interface, by means of which the data transport between the computer and this device and the power supply takes place.
  • the conversion of the data may, for example, actually take place as follows: A clock signal is applied to the three A / D converters IM 1 U2, U3 which synchronously sample all 18 channels Chi to Ch18. Time for processing the sampled data remains until the next sampling time. For an exemplary 4 kHz cycle, this is 0.25 ms. Work, for example, the microprocessor U4 with a clock frequency of 16 MHz, so this remain for this work 4000 clock cycles.
  • the A / D converters are queried, each serving 6 channels.
  • the data transmission takes place via the 8 data lines DO to D7 of the common data bus parallel to the microcontroller U4.
  • the ring buffer has e.g. 64 kbytes and can therefore store data for approx. 0.45 seconds.
  • the data is then transferred from the ring buffer via the galvanic isolator to the USB chip, as described above. Should it come to stagnation, they can be compensated by the memory.
  • the use of the memory helps to increase the maximum possible data rate.
  • the USB chip is preferably not a USB to RS232 converter as commonly used.
  • RS232 is asynchronous and offers only transmission rates ⁇ 900Kbytes / sec which is not sufficient for this case. Used here is the "Fast Opto-Isolated Serial Interface Mode", for example, the USB controller FT2232. This transmission uses 4 data lines (which over the
  • Optocoupler running data microcontroller-> USB, data USB-> microcontroller, clock (from the microcontroller) and a signal indicating the readiness of the USB controller to receive data.
  • the mode used is half-duplex, so you can not send and receive data at the same time.
  • a data protocol is preferably chosen here, in which the measurement data is transmitted virtually continuously to the PC.
  • About 4x per second follows a short handshake in which the PC sends data to the microcontroller. That can be used to e.g. to stop the measurement or to switch the 4 digital input / output gears. The remainder of the time, the measuring circuit sends data, if a measurement is running.
  • the data stream via the USB interface can be polled on the PC side by suitable DLL interface routines and e.g. in programming languages such as Visual-C, C # or MatLab.

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Abstract

The invention relates to a method for capturing biosignals by means of a capturing unit, a plurality of analog electrical biosignals being captured by a plurality of sensors, each of the analog biosignals being converted into digital data representing the corresponding biosignal, the digital data of the biosignals being combined into at least one serial digital data stream on at least one digital data line (L, L2, D1b, D2b), the at least one digital data line (L, L2, D1b, D2b) having a galvanic separation protective (ST, U6, U7), and the at least one serial digital data stream being converted into an interface protocol compatible with the capturing unit after the galvanic separation protective (St, U6, U7). The invention further relates to a device for capturing biosignals by means of a capturing unit, comprising at least one analog/digital converter (U1, U2, U3) having a number of converter inputs (Ch1,...,Ch18) corresponding to at least the number of biosignals to be captured by sensors and converter outputs (D0,...,D7) for analog-digital conversion of the captured analog biosignals, and comprising at least one multiplexer (U4) for converting the parallel digital data representing the biosignals into at least one serial data stream, and comprising at least one electrical digital data line (D1b, D2b) for transmitting the at least one digital data stream, and comprising at least one galvanic separation protective (U7) designed within or by means of the at least one data line (D1b, D2b) for the digital data stream, and comprising at least one interface component (U8) by which a serial data stream transmitted via the at least one data line (D1b, D2b) can be converted into an electrical data stream compatible with an interface protocol for a digital data processing system.

Description

Verfahren zur Erfassung von Biosignalen mittels einer Erfassungseinheit und Vorrichtung hierfür Method for detecting biosignals by means of a detection unit and device therefor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von Biosignalen mittels einer Erfassungseinheit, bei dem mehrere analoge Biosignale von mehreren Sensoren erfasst werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Erfassung von Biosignalen mittels einer Erfassungseinheit.The invention relates to a method for detecting biosignals by means of a detection unit, in which a plurality of analog biosignals are detected by a plurality of sensors. The invention further relates to a device for detecting biosignals by means of a detection unit.
Im Stand der Technik, insbesondere im Bereich der Medizintechnik ist es allgemein bekannt, Biosignale mittels einer Erfassungseinheit zu erfassen. Eine solche Erfassungseinheit kann dabei vorgesehen sein, um die beispielsweise von entsprechenden Sensoren aufgenommenen Biosignale auszuwerten, anzuzeigen, zu speichern oder sonstige Arten der Verarbeitung durchzuführen.In the prior art, in particular in the field of medical technology, it is generally known to detect biosignals by means of a detection unit. Such a detection unit can be provided to evaluate, for example, recorded by corresponding sensors biosignals, display, store or perform other types of processing.
Typische Anwendungen, bei der Biosignale z.B. vom Menschen erfasst werden, sind die Aufzeichnung eines Elektrokardiogramms (EKG), bei welchem als Sensoren beispielsweise Elektroden auf der Haut eines Patienten positioniert werden, um die Herzströme mit einer entsprechenden Erfassungseinheit aufzuzeichnen und/oder zur Anzeige zu bringen. Weitere Anwendungen sind auch die Erfassung von Hirnströmen (EEG) oder auch die Ableitung von Triggersignalen aus analogen Biosignalen aus dem Körper eines Patienten, z.B. um jegliche Art von medizinischem Gerät zu triggern, wie z.B. Computertomog rafen .Typical applications where biosignals e.g. are detected by humans, are the recording of an electrocardiogram (ECG), in which as sensors, for example, electrodes are positioned on the skin of a patient to record the heart currents with a corresponding detection unit and / or display. Other applications include the detection of brain waves (EEG) or the derivation of trigger signals from analogue biosignals from the body of a patient, e.g. to trigger any kind of medical device, e.g. Computer tomography.
Bei der Erfassung von Biosignalen, also analogen elektrischen Signalen von dem Körper eines Lebewesens, wie beispielsweise des Menschen oder auch eines Tieres, wird es gefordert, dass zum Schutz dieses Lebewesens eine galvanische Schutztrennung zwischen Erfassungseinheit und den Sensoren vorgesehen ist, um zu gewährleisten, dass in einem möglichen Fehlerfall auftretende Ströme nicht an das Lebewesen geleitet werden.In the detection of biosignals, ie analog electrical signals from the body of a living being, such as humans or even an animal, it is required that for the protection of this living being a galvanic Protective separation between detection unit and the sensors is provided to ensure that occurring in a possible error case streams are not routed to the living being.
Erfassungseinheiten im Sinne der Erfindung können hierbei jegliche Anlagen oder Geräte sein, mit denen es möglich ist, die analog aufgenommenen Biosignale zu erfassen und z.B. weiter zu verarbeiten. Hierbei kann eine Weiterverarbeitung analog oder auch digital erfolgen.Detection units within the meaning of the invention may be any equipment or devices with which it is possible to detect the biosignals recorded analogously and, for example, continue to process. Here, a further processing analog or digital can be done.
Bislang ist es dabei im Stand der Technik bekannt, die galvanische Schutztrennung im analogen Teil der Weiterleitung der analogen Biosignale zu realisieren. Dies ist jedoch aufwendig und erfordert für jedes analoge Signal eine separate Schutztrennung. Gerade bei der Erfassung eines EKG oder EEG wird somit eine Vielzahl von Schutztrennungen nötig. Eine weitere Signalverarbeitung, wie beispielsweise eine nachträgliche Analog-Digital-Wandlung ist bei diesem bekannten Verfahren erst nach der genannten Schutztrennung vorgesehen.So far, it is known in the art to realize the galvanic protective separation in the analog part of the forwarding of the analog biosignals. However, this is expensive and requires a separate protective separation for each analog signal. Especially with the detection of an ECG or EEG thus a variety of protection separations is necessary. Another signal processing, such as a subsequent analog-to-digital conversion is provided in this known method only after the aforementioned protective separation.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit dem auf einfache Art und Weise mehrere analoge elektrische Biosignale mittels Sensoren und dann von einer Erfassungseinheit erfasst werden können und die eine sichere Schutztrennung zum Schutz eines Lebewesens bei Verfahrens- und vorrichtungstechnisch einfacher Weiterverarbeitung ermöglicht.The object of the invention is to provide a method and a device with which in a simple manner a plurality of analog electrical biosignals can be detected by sensors and then by a detection unit and the safe protective separation for the protection of a living being in process and device technology easier Further processing possible.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erfassung von Biosignalen mittels einer Erfassungseinheit, bei dem mehrere analoge elektrische Biosignale von mehreren Sensoren erfasst werden, das sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, dass jedes der analogen Biosignale in das jeweilige Biosignal repräsentierende digitale Daten gewandelt wird, die digitalen Daten der mehreren Biosignale zu wenigstens einem seriellen digitalen Datenstrom auf wenigstens einer digitalen Datenleitung zusammengefügt werden, wobei die wenigstens eine digitale Datenleitung eine galvanische Schutztrennung aufweist und der wenigstens eine serielle digitale Datenstrom nach der galvanischen Schutztrennung in ein mit der Erfassungseinheit, insbesondere mit einer digitalen Datenverarbeitungsanlage kompatibles Schnittstellenprotokoll, insbesondere ein Standart-Schnittstellenprotokoll gewandelt wird.This object is achieved by a method for detecting biosignals by means of a detection unit in which a plurality of analog electrical biosignals are detected by a plurality of sensors, which according to the invention is characterized in that each of the analog biosignals in the respective biosignal representing digital data is converted, the digital Data of the plurality of biosignals are assembled to at least one serial digital data stream on at least one digital data line, wherein the at least one digital data line comprises a galvanic protective separation and the at least one serial digital data stream after galvanic Protective separation in a compatible with the detection unit, in particular with a digital data processing system interface protocol, in particular a standard interface protocol is converted.
So ist es ein wesentlicher Kerngedanke des hier vorgestellten erfindungsgemäßen Verfahrens, dass nicht mehr wie im Stand der Technik üblich in jedem der mehreren vorgesehenen analogen Signalwege jeweils eine galvanische Schύtztrennung vorzusehen ist, sondern dass hier vielmehr jedes der analogen Biosignale zunächst digitalisiert wird und die digitalen Daten, die sodann jedes Biosignal repräsentieren, zu wenigstens einem seriellen Datenstrom auf wenigstens einer digitalen Datenleitung zusammengefasst werden. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass eine geringere Anzahl von digitalen Datenleitungen als die Anzahl der Leitungen für die analogen Biosignale eine Schutztrennung aufweisen muss.Thus, it is an essential core idea of the method presented here according to the invention that it is no longer necessary to provide galvanic isolation in each of the several intended analog signal paths as in the prior art, but rather that each of the analog biosignals is first digitized and the digital data which then represent each biosignal, are combined into at least one serial data stream on at least one digital data line. This advantageously ensures that a smaller number of digital data lines than the number of lines for the analog biosignals must have a protective separation.
So können bevorzugt mit diesem Verfahren oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung EKG, EEG und besonders bevorzugt EMG Signale erfasst und verarbeitet werden.Thus, it is possible with this method or a device according to the invention to detect and process EKG, EEG and particularly preferably EMG signals.
Im bevorzugten Fall können hierbei sämtliche digitalen Daten, die die mehreren Biosignale repräsentieren, zu einem einzigen seriellen digitalen Datenstrom zusammengefasst werden, der somit nur noch auf einer einzigen digitalen Datenleitung transportiert wird, so dass zur Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens demnach auch nur noch eine einzige galvanische Schutztrennung bei dieser digitalen Datenleitung erforderlich wird. Bei einer sehr hohen Anzahl von mehreren Biosignalen kann es jedoch auch vorgesehen sein, statt nur einer digitalen Datenleitung, auf der alle Daten zusammengefasst sind, mehrere digitale Datenleitungen zur Verfügung stehen, auf denen jeweils ein Teil der mehreren erfassten Biosignale als zusammengefasster serieller Datenstrom zusammengefügt wird. So ist es gemäß der Erfindung weiterhin vorgesehen, dass der digitale Datenstrom in bzw. mit der zumindest einen digitalen Datenleitung galvanisch aufgetrennt wird, so dass hierdurch jegliche Risiken für einen an der analogen Seite verkabeltes Lebewesen ausgeschlossen wird. Der so erzeugte wenigstens eine serielle digitale Datenstrom wird sodann erfindungsgemäß nach der galvanischen Schutztrennung weiterhin noch in ein mit einer Erfassungseinheit kompatibles Schnittstellenprotokoll gewandelt. Dies hat darüber hinaus den besonderen Vorteil, dass als Erfassungseinheit, insbesondere Datenverarbeitungsanlage, handelsübliche Computer, sogenannte PCs eingesetzt werden können, die eine Vielzahl standardisierter Schnittstellen aufweisen.In the preferred case, all digital data representing the plurality of biosignals can be combined into a single serial digital data stream, which is thus transported only on a single digital data line, so that only a single galvanic Protective separation is required with this digital data line. In the case of a very high number of multiple biosignals, however, it is also possible to provide, instead of just one digital data line, on which all data is combined, several digital data lines are available, on each of which a part of the plurality of detected biosignals is assembled as a combined serial data stream , Thus, according to the invention, it is further provided that the digital data stream is galvanically separated into or with the at least one digital data line, so that any risks for a creature wired to the analogue side are thereby excluded. The at least one serial digital data stream produced in this way is then, according to the invention, after the galvanic protective separation, still converted into an interface protocol compatible with a registration unit. This has the particular advantage that as a detection unit, in particular data processing system, commercially available computers, so-called PCs can be used, which have a variety of standardized interfaces.
Die galvanische Schutztrennung kann in bzw. mit der wenigstens einen digitalen Datenleitung derart realisiert sein, dass die gesamte oder ein Teil der wenigstens einen Datenleitung als optische digitale Datenleitung ausgebildet ist. Ebenso ist es möglich die wenigstens eine digitale Datenleitung als reine elektrische digitale Datenleitung auszubilden, innerhalb der ein optischer Koppler angeordnet ist, um zumindest an einer Stelle der ansonsten elektrischen Leitung die Schutztrennung vorzunehmen. Vor und hinter dieser Schutztrennung erfolgt somit mit der wenigstens einen digitalen Datenleitung ein elektrischer Datentransport.The galvanic protective separation can be realized in or with the at least one digital data line in such a way that all or part of the at least one data line is designed as an optical digital data line. It is also possible to form the at least one digital data line as a pure electrical digital data line, within which an optical coupler is arranged to perform the protective separation at least at one point of the otherwise electrical line. Before and behind this protective separation thus takes place with the at least one digital data line, an electrical data transport.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht so die Möglichkeit, vor der Wandlung der seriellen digitalen Daten in das mit einer Erfassungseinheit, insbesondere digitalen Datenverarbeitungsanlage kompatible Schnittstellenprotokoll diese seriellen digitalen Daten gemäß eines beliebigen, vom Anwender gewünschten seriellen Daten-Protokolls zu transportieren. Ein derartiges Protokoll, welches die Zusammensetzung des seriellen digitalen Datenstroms definiert, kann daher von einem Anwender des Verfahrens oder einer erfindungsgemäßen Vorrichtung an den jeweiligen Anwendungsfall, also z.B. die Art der erfassten Biosignale, angepasst werden.With the method according to the invention, it is thus possible to transport these serial digital data in accordance with any desired serial data protocol desired by the user prior to the conversion of the serial digital data into the interface protocol compatible with a detection unit, in particular a digital data processing system. Such a protocol, which defines the composition of the serial digital data stream, can therefore be adapted by the user of the method or a device according to the invention to the respective application, e.g. the type of detected biosignals to be adjusted.
Dabei kann weiterhin aufgrund der Verwendung eines insbesondere standardisierten Schnittstellenprotokolls nach der Wandlung der Anschluss an eine übliche digitale Datenverarbeitungsanlage z.B. PC gewährleistet werden und so z.B. mit einem handelsüblichen PC die digitalisierten Biosignale weiter verarbeitet werden, beispielsweise zur Anzeige gebracht, gespeichert und ausgewertet werden können.It can continue due to the use of a particular standardized interface protocol after the conversion of the connection a conventional digital data processing system such as PC are guaranteed and so, for example, with a commercial PC, the digitized biosignals are further processed, for example, brought to display, stored and evaluated.
Hierbei können für die Wandlung der seriellen digitalen Daten in das gewünschte Schnittstellenprotokoll derartige Schnittstellenprotokolle und Schnittstellenanschlüsse ausgewählt werden, die geeignet sind, um die entsprechend hohen Datenraten und die Menge der Daten verarbeiten zu können. Beispielsweise erscheinen die Schnittstellen nach dem Standard USB, Firewire oder anderer ähnlich schneller PC-Schnittstellen hierfür geeignet.In this case, for the conversion of the serial digital data into the desired interface protocol, such interface protocols and interface connections can be selected which are suitable for being able to process the correspondingly high data rates and the amount of data. For example, the interfaces according to the standard USB, Firewire or other similarly fast PC interfaces appear suitable for this purpose.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise durchgeführt werden mit einer Vorrichtung zur Erfassung von Biosignalen, die wenigstens einen Analog- Digital-Wandler umfasst mit einer wenigstens der Anzahl von mit Sensoren zu erfassenden Biosignalen korrespondierenden Anzahl von Wandlereingängen und Wandlerausgängen zur Analog-Digital-Wandlung der erfassbaren analogen Biosignale sowie mit wenigstens einem Multiplexer zur Wandlung der die Biosignale repräsentierenden digitalen Daten in einen seriellen digitalen Datenstrom, insbesondere gemäß eines beliebigen gewünschten Datenprotokolls, sowie mit wenigstens einer elektrischen digitalen Datenleitung zur Übertragung des wenigstens einen digitalen Datenstroms mit wenigstens einer galvanischen Schutztrennung, die innerhalb oder mittels der wenigstens einen Datenleitung für den digitalen Datenstrom ausgebildet ist und weiterhin mit wenigstens einem Schnittstellenbaustein, mit dem der serielle Datenstrom in einen schnittstellenprotokollkonformen elektrischen Datenstrom für eine Erfassungseinheit, insbesondere eine digitale Datenverarbeitungsanlage wandelbar ist.The method according to the invention can be carried out, for example, with a device for detecting biosignals which comprises at least one analogue-to-digital converter having a number of converter inputs and converter outputs corresponding to at least the number of biosignals to be detected by sensors for analog-to-digital conversion of the detectable analogue Biosignals and at least one multiplexer for converting the biosignals representing digital data into a serial digital data stream, in particular according to any desired data protocol, and at least one electrical digital data line for transmitting the at least one digital data stream with at least one galvanic protective separation, within or is formed by means of at least one data line for the digital data stream and further comprising at least one interface module, with which the serial data stream in a schnittstellenp rotokollkonischen electrical data stream for a detection unit, in particular a digital data processing system is convertible.
Hierbei kann es in einer bevorzugten Ausführung einer solchen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Multiplexer durch einen programmierbaren bzw. fest programmierten Mikrocontroller/Mikroprozessor realisiert ist. So kann es demnach vorgesehen sein, dass die digitalen Daten der Biosignale, die zuvor beispielsweise mit wenigstens einem mehrkanaligen Analog-Digital-Wandler digitalisiert wurden, mittels dieses Mikrocontrollers bzw. Mikroprozessors in den wenigstens einen seriellen digitalen Datenstrom gewandelt werden.In a preferred embodiment of such a device for carrying out the method, it may be provided that the at least one multiplexer is provided by a programmable or permanently programmed one Microcontroller / microprocessor is realized. Thus, it can thus be provided that the digital data of the biosignals, which were previously digitized, for example, with at least one multi-channel analog-digital converter, are converted by means of this microcontroller or microprocessor into the at least one serial digital data stream.
Insbesondere die Verwendung eines programmierbaren bzw. programmierten Mikrocontrollers/Mikroprozessors ist hier vorteilhaft, da dieser seiner Programmierung entsprechend dafür Sorge tragen kann, dass die jeweiligen analogen Biosignale nach ihrer Digitalwandlung an dem Analog-Digital-Wandler abgefragt werden, wobei bevorzugt die Abfrage der mehreren jeweils einem Biosignal entsprechenden digitalen Daten zeitlich nacheinander erfolgen kann, wodurch die Möglichkeit besteht, aus diesen digitalen Daten einen entsprechenden seriellen Datenstrom zu erstellen.In particular, the use of a programmable or programmed microcontroller / microprocessor is advantageous here, since it can ensure its programming according to ensure that the respective analog biosignals are queried after their digital conversion to the analog-to-digital converter, preferably the query of several each a digital signal corresponding to a biosignal can take place one after the other in time, whereby it is possible to create a corresponding serial data stream from these digital data.
Hierbei kann es in einer vorteilhaften Weiterbildung vorgesehen sein, dass dem Multiplexer bzw. in der bevorzugten Ausführung der MikroController oder Mikroprozessor ein Speicherbaustein zugeordnet ist. So kann der Mikrocontroller bzw. Mikroprozessor oder in allgemeiner Form der Multiplexer mit einem solchen Speicherbaustein kommunizieren, um die digitalisierten Daten und/oder die bereits seriell umgesetzten digitalen Daten vor der Wandlung in das insbesondere standardisierte Schnittstellenprotokoll und insbesondere auch vor einer galvanischen Schutztrennung zu speichern.It may be provided in an advantageous development that the multiplexer or in the preferred embodiment of the microcontroller or microprocessor is associated with a memory module. Thus, the microcontroller or microprocessor or in general form the multiplexer communicate with such a memory module to store the digitized data and / or the already serially converted digital data prior to conversion into the particular standardized interface protocol and in particular against a galvanic protection separation.
Hierbei kann es vorgesehen sein, dass ein solcher Speicher als Ringspeicher organisiert ist, was besonders dann vorteilhaft ist, wenn dieser Speicher dazu dient, die bereits in einen seriellen Datenstrom umgesetzten digitalen, die Biosignale repräsentierenden Daten zu speichern. So können insbesondere Zeitabweichungen bzw. Datenratenabweichungen bei der Erfassung von Biosignalen und bei der Wandlung in das Schnittstellenprotokoll ausgeglichen werden, da beispielsweise bei einer höheren Erfassungsdatenrate als Wandlungsrate die erfassten digitalen Daten zunächst in diesem Ringspeicher zwischengespeichert werden können und sodann insbesondere auf Abruf für die Wandlung in das Schnittstellenprotokoll aus diesem Ringspeicher zur Verfügung stehen.It may be provided that such a memory is organized as a ring memory, which is particularly advantageous if this memory is used to store the already converted into a serial data stream digital data representing the biosignals. In particular, time deviations or data rate deviations in the detection of biosignals and in the conversion into the interface protocol can be compensated, since, for example, at a higher acquisition data rate as the conversion rate, the acquired digital data is initially stored in this ring buffer can be cached and then available in particular on demand for the conversion in the interface protocol from this ring buffer.
Hierbei kann es vorgesehen sein, dass der eingangs genannte MikroController bzw. Mikroprozessor dafür Sorge trägt, dass eine entsprechende Kommunikation zwischen dem Speicher und einem Einheit zur Wandlung in das gewünschte Schnittstellenprotokoll erfolgt.In this case, it may be provided that the microcontroller or microprocessor mentioned at the outset ensures that a corresponding communication takes place between the memory and a unit for conversion into the desired interface protocol.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführung kann es vorgesehen sein, dass ein Mikrocontroller/Mikroprozessor die seriellen Daten über wenigstens einen seriellen elektrischen Port ausgibt und über wenigstens einen galvanisch trennenden Koppler an wenigstens einen elektrischen Eingangsport eines Schnittstellenbausteins sendet, der die Wandlung in das Schnittstellenprotokoll durchführt und weiterhin auch die elektrischen Kontakte für eine protokollspezifische Schnittstelle bereitstellt, an die die Erfassungseinheit, insbesondere die digitale Datenverarbeitungsanlage, wie z.B. ein PC, anschließbar ist.In a further preferred embodiment, it may be provided that a microcontroller / microprocessor outputs the serial data via at least one serial electrical port and transmits via at least one galvanically isolating coupler to at least one electrical input port of an interface module, which performs the conversion into the interface protocol and continue also provides the electrical contacts for a protocol-specific interface to which the detection unit, in particular the digital data processing system, such as a PC, can be connected.
Bevorzugt ist dabei der Schnittstellenbausstein eingereichtet, um die empfangenen Daten, bzw. den empfangenen seriellen Datenstrom in einen Datenstrom umzusetzen, der einem Standard-Schnittstellenprotokoll entspricht, z.B. bevorzugt USB oder Firewire.Preferably, the interface block is designed to convert the received data or the received serial data stream into a data stream that corresponds to a standard interface protocol, e.g. preferably USB or Firewire.
Diese Arten von Standard-Schnittstellen haben darüber hinaus den Vorteil, dass über die Schnittstellenleitungen zwischen einer Datenverarbeitungsanlage und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch die Energie zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezogen werden kann. Hierbei kann es dann erfindungsgemäß vorgesehen sein, die innerhalb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ebenfalls eine Schutztrennung der Versorgungsspannung vorzusehen, z.B. als DC/DC.Wandler. Alternativ können entsprechend schutzgetrennte Netzteile verwendet werden zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung.These types of standard interfaces moreover have the advantage that the energy for operating the device according to the invention can also be obtained via the interface lines between a data processing system and a device according to the invention. In this case, it may then be provided according to the invention to likewise provide a protective separation of the supply voltage within a device according to the invention, eg as a DC / DC converter. Alternatively, you can do it accordingly Protected power supplies are used to operate the device according to the invention.
Weiterhin ist der Vorteil dieser genannten Schnittstellen, dass Datenraten von mehr als 2 MBits/Sek. Übertragen werden können.Furthermore, the advantage of these mentioned interfaces is that data rates of more than 2 MBits / sec. Can be transferred.
So wird bei dieser Ausführung zwischen dem seriellen Port des Mikroprozessors und dem Eingangsport des genannten Schnittstellenbausteins eine elektrische digitale Datenleitung realisiert, in der weiterhin der galvanisch trennende Koppler angeordnet ist. Ein solcher galvanisch trennender Koppler kann dabei beispielsweise als Optokoppler ausgebildet sein. Hierbei kann ein entsprechend standardisiertes galvanisch trennendes Kopplerbauelement zum Einsatz kommen, welches wenigstens eine so große Anzahl von Kanälen zur Verfügung stellt, wie auch digitale Datenleitungen bei der Durchführung des Verfahrens bzw. bei der realisierten Vorrichtung vorhanden sind.Thus, in this embodiment, between the serial port of the microprocessor and the input port of said interface module, an electrical digital data line is realized, in which further the galvanically isolating coupler is arranged. Such a galvanically isolating coupler can be designed, for example, as an optocoupler. In this case, a correspondingly standardized galvanically isolating coupler component can be used, which provides at least as large a number of channels as digital data lines are present in the implementation of the method or in the realized device.
Alternativ können die beiden genannten Ports auch optische Ports sein, so dass eine digitale Datenleitung optisch, z.B. als Faser ausgebildet sein kann.Alternatively, the two said ports may also be optical ports, such that a digital data line is optically, e.g. may be formed as a fiber.
Neben einer rein unidirektionalen Betriebsweise eines solchen galvanisch trennenden Kopplers für die Weiterleitung der Daten oder einer optischen Leitung von einem seriellen Port zum Eingangsport eines Schnittstellenbausteins kann es in einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens sowie auch der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch vorgesehen sein, dass von einer Datenverarbeitungsanlage kommende protokollkonforme Daten wie beispielsweise Befehle zur Steuerung oder Programmierung des Mikrocontrollers/Mikroprozessors in einen seriellen Datenstrom gewandelt werden und dieser Datenstrom über wenigstens eine digitale Datenleitung mit galvanischer Schutztrennung an wenigstens einen Eingangsport des wenigstens einen Mikrocontrollers/Mikroprozessors geleitet wird. Bei einer solchen Durchführung des Verfahrens kann z.B. demnach ein eingangs genannter galvanischer Kopplerbaustein auch bidirektional betrieben werden, wobei in einer Richtung Biosignale repräsentierende Daten von dem Mikrocontroller/Mikroprozessor zu dem wenigstens einen Schnittstellenbaustein transportiert werden und/oder auch Statusdaten über den Betrieb z.B. des Mikroprozessors und der durch den Mikroprozessor gesteuerten Einheiten der Vorrichtung und wobei in der anderen Richtung Steuer- bzw. Programmierungsdaten von dem wenigstens einen Schnittstellenbaustein an den wenigstens einen Mikrocontroller/Mikroprozessor transportiert werden.In addition to a purely unidirectional operation of such a galvanic isolating coupler for the forwarding of the data or an optical line from a serial port to the input port of an interface module, it may also be provided in a preferred development of the method and the device according to the invention that coming from a data processing system protocol compliant Data such as commands for controlling or programming the microcontroller / microprocessor are converted into a serial data stream and this data stream is passed via at least one digital data line with galvanic protection separation to at least one input port of the at least one microcontroller / microprocessor. In such an implementation of the method, for example, therefore, a galvanic coupler module mentioned above can also be operated bidirectionally, wherein in one direction biosignals representing data are transported from the microcontroller / microprocessor to the at least one interface module and / or status data on the operation of the microprocessor and the microprocessor controlled units of the device and wherein in the other direction control or programming data are transported from the at least one interface module to the at least one microcontroller / microprocessor.
Bevorzugt sind die digitalen Datenleitungen für die verschiedenen Richtungen voneinander getrennt und können so ausgeführt sein, wie zuvor zu der einen Richtung beschrieben.Preferably, the digital data lines for the different directions are separated from each other and may be implemented as previously described for the one direction.
Es kann so ein besonders universelles erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden, da die Möglichkeit besteht, auch von außen, beispielsweise über die vorgesehene Datenverarbeitungsanlage, den Mikroprozessor umzuprogrammieren oder diesem für den Betrieb benötigte Daten zur Verfügung zu stellen. So wird in der Kommunikation in beiden Richtungen zwischen Mikrocontroller/Mikroprozessor und dem Schnittstellenbaustein die notwendige galvanische Schutztrennung realisiert.Thus, a particularly universal method according to the invention can be carried out, since it is possible to reprogram the microprocessor from the outside, for example via the intended data processing system, or to provide this data required for operation. Thus, the necessary galvanic protective separation is realized in the communication in both directions between the microcontroller / microprocessor and the interface module.
Erfindungsgemäß kann es weiterhin vorgesehen sein, dass eine Vorrichtung gemäß der Erfindung als eine in sich abgeschlossene Einheit, z.B. als ein Modul ausgeführt ist, an welches lediglich wenigstens einem Kabel wenigstens ein Sensor zur Aufnahme der Biosignale und ein Schnittstellenkabel von einem Computer anschließbar ist, z.B. USB oder Firewire. Die Stromversorgung erfolgt, wie eingangs genannt dann bevorzugt über das Schnittstellenkabel vom Computer.According to the invention, it may further be provided that a device according to the invention is designed as a self-contained unit, e.g. is implemented as a module, to which only at least one cable at least one sensor for receiving the biosignals and an interface cable can be connected by a computer, e.g. USB or Firewire. The power is supplied, as initially mentioned then preferably via the interface cable from the computer.
Eine hardwareseitig an dieser Einheit realisierte Schnittstelle weist sodann bevorzugt 4 elektrische Kontakte auf, 2-mal für Daten und 2-mal für die Stromversorgung, ggfs auch nur 2 Kontakte für die Daten, über welche gleichzeitig die Stromversorgung erfolgt.A hardware implemented on this unit interface then preferably has 4 electrical contacts, 2 times for data and 2 times for the Power supply, if necessary, only 2 contacts for the data, via which the power supply takes place at the same time.
Die genannte galvanische Trennung erfolgt vollständig innerhalb dieser Einheit. Alternativ kann eine separate jedoch ebenso schutzgetrennte Stromversorgung über separates Netzteil erfolgen.The said galvanic isolation is completely within this unit. Alternatively, a separate but equally isolated power supply via separate power supply.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigenAn embodiment of the invention is explained in more detail in the following figures. Show it
Figur 1: eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen VerfahrensFigure 1: a schematic representation of the method according to the invention
Figur 2a: das elektrische Schaltbild einer möglichen Vorrichtung zurFigure 2a: the electrical diagram of a possible device for
Durchführung des Verfahrens mit Darstellung der elektrischen Verbindungen von den Signaleingängen bis zu einem MikroprozessorImplementation of the method with representation of the electrical connections from the signal inputs to a microprocessor
Figur 2b: das elektrische Schaltbild einer möglichen Vorrichtung zurFigure 2b: the electrical diagram of a possible device for
Durchführung des Verfahrens mit Darstellung der elektrischen Verbindungen von einem Mikroprozessor bis zu USB- SchnittstellenbausteinenImplementation of the method with representation of the electrical connections from a microprocessor to USB interface modules
Die Figur 1 zeigt in einer Blockdarstellung die Erfassung mehrerer Biosignale als analoges Strom- oder Spannungssignal, wobei hier die verschiedenen möglichen Biosignale B1 - BN über die hier symbolisch dargestellten Sensoren S von einem Lebewesen, wie beispielsweise einem Menschen, erfasst werden. Es kann hier im Signalweg, beispielsweise schon im analogen Teil des Signalwegs, vorgesehen sein, das analog erfasste Signal weiter zu verarbeiten, beispielsweise zu verstärken, zu filtern oder sonstige Signalkonditionierung vorzunehmen.FIG. 1 shows in a block diagram the detection of a plurality of biosignals as an analogue current or voltage signal, in which case the various possible biosignals B1-BN are detected by the sensors S of a living being, such as a human, symbolically represented here. It may be provided here in the signal path, for example already in the analog part of the signal path, to further process the signal acquired in analog form, for example to amplify, to filter or to carry out other signal conditioning.
Es ist sodann vorgesehen, die einzelnen Signale der hier zunächst insgesamt vorgesehenen N-Signalleitungen in dieser beispielhaften und bevorzugten Ausführung auf nur noch eine Signalleitung L zusammenzuführen, wofür es vorgesehen ist, jedes der analogen Signale zu digitalisieren und die sodann digitalisierten, das jeweilige Biosignal darstellenden Daten seriell hintereinander anzuordnen und somit als digitalen seriellen Datenstrom über die Leitung L zu schicken. Dabei ist in dieser Ausführung beispielhaft nur eine Datenleitung L gezeigt.It is then provided to merge the individual signals of the N signal lines initially provided here overall in this exemplary and preferred embodiment to only one signal line L, for which purpose it is necessary is provided to digitize each of the analog signals and the then digitized, the respective biosignal representing data serially arranged one behind the other and thus to send as a digital serial data stream via the line L. In this case, by way of example only one data line L is shown in this embodiment.
Hierbei kann die serielle Hintereinanderanordnung der Daten grundsätzlich in beliebiger Art und Weise erfolgen, so, wie es ein Anwender des Verfahrens im Einzelfall wünscht.Here, the serial sequential arrangement of the data can in principle be carried out in any manner, as it wishes a user of the method in an individual case.
Erfindungsgemäß ist es sodann weiterhin vorgesehen, in dem digitalen Leitungsweg L eine galvanische Schutztrennung ST vorzusehen, die beispielsweise optisch erfolgen kann und so sicherzustellen, dass ein Lebewesen, welches an die verschiedenen Sensoren S angeschlossen ist, selbst im Fehlerfall vor jeglichen Strömen oder Spannungen zu schützen. Über den galvanisch getrennten weiteren Leitungsteil L2 werden sodann die seriellen digitalen Daten weiter transportiert und gemäß eines gewünschten Schnittstellenprotokolls in einen Datenstrom gewandelt und auf elektrische Kontakte einer gängigen Schnittstelle gelegt, wie beispielsweise einer USB-Schnittstelle oder einer Firewire-Schnittstelle, so dass an einen entsprechend hierfür eingesetzten Wandler W und an die somit bereitgestellte standardisierte Schnittstelle beispielsweise ein handelsüblicher PC angeschlossen werden kann, um die Daten weiterzuverarbeiten, wie beispielsweise anzuzeigen, auszuwerten oder sonstige Verarbeitungen vorzunehmen.According to the invention, it is then further provided to provide a galvanic protective separation ST in the digital conduction path L, which can take place optically and thus to ensure that a living being connected to the various sensors S is protected against any currents or voltages even in the event of a fault , The serial digital data are then further transported via the galvanically separated further line part L2 and converted into a data stream according to a desired interface protocol and placed on electrical contacts of a common interface, such as a USB interface or a Firewire interface, so that to a corresponding used for this converter W and the thus provided standardized interface, for example, a commercial PC can be connected to further process the data, such as display, evaluate or make other processing.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. eine hierfür vorgesehene Vorrichtung hat demnach den besonderen Vorteil, dass mit handelsüblichen PCs eine solche Datenweiterverarbeitung vorgenommen werden kann, wobei nur eine geringe Anzahl von Schutztrennungen, insbesondere nur eine einzige Schutztrennung im Signalweg nötig wird, da sämtliche separaten Biosignale gemultiplext als digitale Daten über diese mit einer Schutztrennung versehene Leitung L bzw. L2 transportiert werden. Die Figuren 2a und 2b zeigt eine mögliche elektronische Realisierung einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Erkennbar ist hier in der Figur 2a linksseitig eine Anzahl von insgesamt 18 Leitungen, die als Kanäle CH 1 - CH 18 bezeichnet sind. Diese Kanäle dienen zur Weiterleitung eines analogen elektrischen Biosignals, welches von einem Lebewesen, wie beispielsweise einem Menschen, aufgenommen werden kann. Hierfür können an diese Kanäle entsprechende Sensoren, wie beispielsweise Elektroden z.B. über Kabel angeschlossen werden, was im vorliegenden Fall in dieser Darstellung nicht weiter gezeigt ist.The inventive method or a device provided for this purpose has the particular advantage that with commercially available PCs such data processing can be made, with only a small number of protection separations, in particular only a single protection separation in the signal path is necessary because all separate biosignals multiplexed as digital data are transported via this line L or L2 provided with a protective separation. FIGS. 2a and 2b show a possible electronic realization of a device for carrying out this method. Visible here in Figure 2a on the left side, a number of a total of 18 lines, which are designated as channels CH 1 - CH 18. These channels serve to relay an analog electrical biosignal that can be picked up by a living being, such as a human. For this purpose, corresponding sensors, such as electrodes, for example, be connected via cables to these channels, which is not shown in the present case in this presentation.
Neben entsprechenden weiteren Steuerleitungen sind die jeweiligen Kanäle zur Erfassung von hier insgesamt 18 Biosignalen an insgesamt drei Analog-Digital- Wandler angeschlossen, die als Mikrochips mit den Bezeichnungen LH 1 U2 und U3 in dieser Schaltung ausgebildet sind. Hierfür können als AD-Wandler z.B. die Bausteine ADS 8364 zum Einsatz kommen. Ersichtlich ist es hier, dass mit jedem der AD-Wandler eine 8-bit-Digitalwandlung stattfindet, wobei demnach jeder der Analog-Digital-Wandler einen 8-bit-breites paralleles Datenbyte zur Verfügung stellt, wobei jedes Datenbyte dem digitalisierten Wert eines analogen, an den Kanälen anliegenden Biosignals mit einer Auflösung von 256 Einheiten entspricht.In addition to corresponding further control lines, the respective channels for detecting here a total of 18 biosignals to a total of three analog-to-digital converters are connected, which are designed as microchips with the designations LH 1 U2 and U3 in this circuit. For this purpose, for example, the ADS 8364 blocks can be used as AD converters. It can be seen here that 8-bit digital conversion takes place with each of the AD converters, whereby each of the analog-digital converters provides an 8-bit-wide parallel data byte, each byte of data corresponding to the digitized value of an analogue, on the channels adjacent biosignal with a resolution of 256 units.
Hierfür werden üblicherweise zeitlich nacheinander oder gleichzeitig die an den jeweils an einem Analog-Digital-Wandler angeschlossenen Kanäle anliegenden Biosignale digitalisiert und auf einen gemeinsamen Datenbus D0-D7 übertragen, mittels dem diese 8-bit-breiten digitalisierten Daten von einem Mikrocontroller U4 abgeholt und weiter verarbeitet werden können. Hierbei kann es vorgesehen sein, dass der Mikrocontroller U4 die Analog-Digital-Wandler U1 , U2 und U3 sowie den zeitlichen Ablauf steuert, um die Digitalisierung der jeweiligen elektrischen Signale an den Kanälen Chi - Ch18 vorzunehmen und die jeweils digitalisierten 8-bit- breiten Datenbytes zu empfangen und weiterzuverarbeiten. Die Weiterverarbeitung erfolgt hierbei derart, dass die empfangenen Daten seriell nacheinander auf wenigstens eine Datenleitung, im vorliegenden Fall auf zwei Datenleitungen D1B und D2B aufgeschaltet werden. Hierfür stellt der MikroController zwei Ausgangsports PE1 und PE2 zur Verfügung. Der so erzeugte serielle digitale Datenstrom auf diesen beiden Datenleitungen, die den Leitungen L in der Figur 1 entsprechen, gelangen so zu einem galvanischen Koppler U7 und werden nach der galvanischen Trennung innerhalb dieses Kopplers U7 über die Leitungen D1A und D2A weitergeleitet an die Eingangsports BD1 und BDO eines Schnittstellenbausteins U8, z.B. vom Typ DLP2232.For this purpose, the biosignals applied to the respective channels connected to an analog-to-digital converter are usually digitized successively or simultaneously and transmitted to a common data bus D0-D7, by means of which these 8-bit-wide digitized data are fetched by a microcontroller U4 and further can be processed. In this case, it may be provided that the microcontroller U4 controls the analog-to-digital converters U1, U2 and U3 as well as the time sequence in order to carry out the digitization of the respective electrical signals on the channels Chi-Ch18 and the respectively digitized 8-bit widths Receive and process data bytes. The further processing takes place here in such a way that the received data are connected serially in succession to at least one data line, in the present case on two data lines D1B and D2B. For this purpose, the microcontroller provides two output ports PE1 and PE2. The serial digital data stream thus generated on these two data lines, which correspond to the lines L in FIG. 1, thus arrive at a galvanic coupler U7 and, after galvanic isolation within this coupler U7, are forwarded via the lines D1A and D2A to the input ports BD1 and BDO of an interface block U8, eg of the type DLP2232.
Dieser Baustein ist hier geeignet, um die auf den Datenleitungen D1A und D2A, welche den Leitungen L2 in der Figur 1 entsprechen, in ein USB- protokollkonformes Datenformat zu wandeln und mittels eines USB-Steckers J1 für den Anschluss eines üblichen PC zur Verfügung zu stellen.This module is suitable here to convert the data lines D1A and D2A, which correspond to the lines L2 in FIG. 1, into a data format compliant with USB protocol and to provide them by means of a USB connector J1 for the connection of a conventional PC ,
So wird hier deutlich, dass in dieser Ausführung die insgesamt 18 verschiedenen Kanäle zur Erfassung von analogen Biosignalen auf lediglich zwei Leitungen D1B/D2B reduziert werden, was durch die serielle Wandlung der digitalisierten Biosignaldaten möglich ist. Es reicht daher im vorliegenden Fall aus, einen galvanischen Koppler U7 einzusetzen, der im vorliegenden Fall zwei Kanäle zur Verfügung stellt, um die galvanische Schutztrennung in dieser einen Richtung innerhalb dieser beiden Leitungen zu realisieren.Thus, it is clear here that in this embodiment, the total of 18 different channels for detecting analog biosignals on only two lines D1B / D2B are reduced, which is possible by the serial conversion of digitized biosignal data. It is therefore sufficient in the present case to use a galvanic coupler U7, which provides two channels in the present case, in order to realize the galvanic protective separation in this one direction within these two lines.
Die hier dargestellte elektronische Schaltung zeigt darüber hinaus noch mit dem Speicherbaustein U5 einen Speicher, der die Möglichkeit bietet, die von den Analog-Digital-Wandlern erhaltenen 8-bit-breiten Daten zwischenzuspeichern. Diese Zwischenspeicherung kann dabei beispielsweise gleich in der Form des seriellen Datenstroms erfolgen, der hier über die Datenleitungen D1 B und D2B geleitet werden soll. Im vorliegenden Fall kann der Speicher U5 beispielsweise als Ringspeicher organisiert sein, so dass die zunächst in diesen Speicher eingeschriebenen Daten als erstes auch wieder diesem Speicher entnommen werden. Das hier dargestellte elektronische Schaltbild zeigt darüber hinaus einen weiteren Baustein zur Realisierung einer galvanischen Schutztrennung, mit der eine Kommunikation zwischen dem Schnittstellenbaustein U8 und dem Mikrocontroller U4 auch in der anderen Richtung möglich ist.The electronic circuit shown here also shows, with the memory module U5, a memory which offers the possibility of buffering the 8-bit-wide data obtained from the analog-to-digital converters. This buffering can take place, for example, immediately in the form of the serial data stream, which is to be routed here via the data lines D1 B and D2B. In the present case, the memory U5 can be organized, for example, as a ring memory, so that the data initially written into this memory are first removed from this memory again. The electronic circuit diagram shown here also shows a further module for the realization of a galvanic protective separation, with which a communication between the interface module U8 and the microcontroller U4 in the other direction is possible.
So können von einem PC über die hier realisierte USB-Schnittstelle an die erfindungsgemäße Vorrichtung gesandte Daten in dem Schnittstellenbaustein U8 in einen seriellen Datenstrom gewandelt werden, der hier über die Ausgangsports BD2 und BD3 an die Datenleitungen D1A und D2A bzw. D1 B und D2B und über den galvanischen Koppler U6 in Richtung des MikroControllers U4 gesendet wird. So kann der Mikrocontroller U4 über dieselbe realisierte Schnittstelle J1 zu einem PC auch von außen programmiert werden oder es kann ein sonstiger Einfluss auf die erfindungsgemäße Vorrichtung genommen werden.Thus, data sent from a PC via the USB interface realized here to the device according to the invention can be converted in the interface module U8 into a serial data stream which here via the output ports BD2 and BD3 to the data lines D1A and D2A or D1B and D2B and is sent via the galvanic coupler U6 in the direction of the microcontroller U4. Thus, the microcontroller U4 can also be programmed externally via the same implemented interface J1 to a PC, or another influence can be exerted on the device according to the invention.
Das elektronische Schaltbild zeigt hier deutlich, dass mit elektronischen Standardbauteilen eine Reduktion von insgesamt 18 Eingangskanälen zu 2 Ausgangskanälen erfolgen kann, so dass nunmehr nur noch statt wie bisher in 18 Eingangskanälen in diesen zwei Ausgangskanälen die Schutztrennung erfolgen muss. Dies reduziert deutlich den Aufwand, der für die Schutztrennung vorgenommen werden muss und ermöglicht dabei weiterhin noch erfindungsgemäß die Bereitstellung der digitalisierten Biosignale an einer standardisierten Schnittstelle eines Computers.The electronic circuit diagram clearly shows here that a reduction of altogether 18 input channels to 2 output channels can take place with standard electronic components, so that now only instead of 18 input channels in these two output channels the protective separation has to take place. This significantly reduces the effort that has to be made for the protective separation and still allows according to the invention the provision of the digitized biosignals on a standardized interface of a computer.
Erkennbar ist hier weiterhin, dass eine Stromversorgung über den Baustein U9 erfolgt, bei dem über einen internen DC/DC-Wandler die benötigte Schutztrennung erfolgt. Verwendet wird dabei die Stromversorgung über die Leitung PortVCC, mittels der auch der Schnittstellenbaustein U8 mit der nötigen Energie versorgt wird. So kann demnach die externe Energieversorgung aus einem USB-Kabel auch verwendet werden, um eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu versorgen. Die gesamte hier dargestellte Schaltung kann innerhalb eines Gehäuses realisiert sein, welches Eingangskanäle für die Sensorsignale bereitstellt sowie eine USB- Schnittstelle, mittels der der Datentransport zwischen Computer und dieser Vorrichtung sowie die Stromversorgung erfolgt.It can also be seen here that a power supply via the module U9 takes place, in which the required protective separation takes place via an internal DC / DC converter. The power supply is used via the PortVCC line, which also supplies the necessary power to the U8 interface module. Thus, therefore, the external power supply from a USB cable can also be used to supply a device for carrying out the method according to the invention. The entire circuit shown here can be realized within a housing which provides input channels for the sensor signals and a USB interface, by means of which the data transport between the computer and this device and the power supply takes place.
Die weiterhin in dieser elektronischen Schaltung dargestellten Bauteile stellen übliche Bauteile zur Realisierung einer elektronischen Schaltung dar und sind für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens an sich von keiner weiteren Relevanz.The components further illustrated in this electronic circuit represent common components for the realization of an electronic circuit and are of no further relevance to the realization of the method according to the invention.
Die Wandlung der Daten kann z.B. konkret wie folgt ablaufen: Ein Taktsiganl wird auf die drei A/D-Wandler IM 1 U2, U3 gegeben, die synchron alle 18 Kanäle Chi bis Ch18 sampeln. Zeit zur Verarbeitung der gesampelten Daten verbleibt bis zum nächsten Abtastzeitpunkt. Bei einer beispielhaften Takterate von 4 kHz sind dies 0.25 ms. Arbeit beispielsweise der Mikroprozessor U4 mit einer Taktfrequenz von 16 MHz, so verbleiben diesem für diese Arbeit 4000 Taktzyklen.The conversion of the data may, for example, actually take place as follows: A clock signal is applied to the three A / D converters IM 1 U2, U3 which synchronously sample all 18 channels Chi to Ch18. Time for processing the sampled data remains until the next sampling time. For an exemplary 4 kHz cycle, this is 0.25 ms. Work, for example, the microprocessor U4 with a clock frequency of 16 MHz, so this remain for this work 4000 clock cycles.
Der Reihe nach werden dabei die A/D-Wandler abgefragt, die jeweils 6 Kanäle bedienen. Die Datenübertragung erfolgt dabei über die 8 Datenleitungen DO bis D7 des gemeinsamen Datenbusses parallel zum Mikrocontroller U4. Dabei werden die vom A/D-Wandler kommenden Daten direkt in den Ringspeicher U5 eingeschrieben. Da der Ringspeicher einen 16 Bit breiten Datenbus aufweist ergibt dies eine Datenrate von 18 Kanälen x 16 Bit x 4 kHz = 1.152 MBit/sek. Der Ringspeicher hat z.B. 64 kByte und kann somit ca. 0,45 Sekunden lang Daten Zwischenspeichern.In turn, the A / D converters are queried, each serving 6 channels. The data transmission takes place via the 8 data lines DO to D7 of the common data bus parallel to the microcontroller U4. The data coming from the A / D converter are written directly into the ring memory U5. Since the ring buffer has a 16-bit data bus, this results in a data rate of 18 channels x 16 bits x 4 kHz = 1,152 MBit / sec. The ring buffer has e.g. 64 kbytes and can therefore store data for approx. 0.45 seconds.
Aus dem Ringspeicher werden die Daten dann über den galvanischen Trenner zum USB-Chip übertragen, wie zuvor beschrieben. Sollte es dabei zu Stockungen kommen, können diese durch den Speicher ausgeglichen werden. Der Einsatz des Speichers hilft dabei die maximal mögliche Datenrate zu erhöhen. Der USB-Chip ist bevorzugt kein USB-RS232-Konverter wie sie üblicherweise verwendet werden. RS232 ist asynchron und bietet nur Übertragungsraten < 900KByte/Sek was für diesen Fall nicht ausreicht. Genutzt wird hier der "Fast Opto-Isolated Serial Interface Mode" z.B. des USB-Controllers FT2232. Diese Übertragung benutzt 4 Datenleitungen (die über dieThe data is then transferred from the ring buffer via the galvanic isolator to the USB chip, as described above. Should it come to stagnation, they can be compensated by the memory. The use of the memory helps to increase the maximum possible data rate. The USB chip is preferably not a USB to RS232 converter as commonly used. RS232 is asynchronous and offers only transmission rates <900Kbytes / sec which is not sufficient for this case. Used here is the "Fast Opto-Isolated Serial Interface Mode", for example, the USB controller FT2232. This transmission uses 4 data lines (which over the
Optokoppler laufen) : Daten Mikrocontroller->USB, Daten USB->Mikrocontroller, Takt (vom MikroController) und ein Signal welches die Bereitschaft des USB- Controllers zum Datenempfang anzeigt. Der verwendete Modus ist Halb-Duplex, es können also nicht gleichzeitig Daten gesendet und empfangen werden.Optocoupler running): data microcontroller-> USB, data USB-> microcontroller, clock (from the microcontroller) and a signal indicating the readiness of the USB controller to receive data. The mode used is half-duplex, so you can not send and receive data at the same time.
Da das Protokoll nur Halbduplex ist und das Umschalten der Datenrichtung auch Zeit kostet, wird hier bevorzugt ein Datenprotokoll gewählt, bei dem die Messdaten quasi kontinuierlich zum PC übertragen werden. Etwa 4x pro Sekunde folgt ein kurzes Handshake bei dem der PC Daten an den Mikrocontroller schickt. Dass kann dazu benutzt werden um z.B. die Messung zu stoppen oder die 4 Digitalen Ein-/Aus-Gänge zu schalten. Den Rest der Zeit sendet die Messschaltung Daten, sofern eine Messung läuft.Since the protocol is only half duplex and the switching of the data direction also costs time, a data protocol is preferably chosen here, in which the measurement data is transmitted virtually continuously to the PC. About 4x per second follows a short handshake in which the PC sends data to the microcontroller. That can be used to e.g. to stop the measurement or to switch the 4 digital input / output gears. The remainder of the time, the measuring circuit sends data, if a measurement is running.
Der Datenstrom über die USB-Schnittstelle kann PC-seitig von geeigneten DLL-Schnittstellenroutinen abgefragt werden und z.B. in Programmiersprachen wie Visual-C, C# oder MatLab verarbeitet werden.The data stream via the USB interface can be polled on the PC side by suitable DLL interface routines and e.g. in programming languages such as Visual-C, C # or MatLab.
Bezüglich sämtlicher Ausführungen ist festzustellen, dass die in Verbindung mit einer Ausführung genannten technischen Merkmale nicht nur bei der spezifischen Ausführung eingesetzt werden können, sondern auch bei den jeweils anderen Ausführungen. Sämtliche offenbarten technischen Merkmale dieser Erfindungsbeschreibung sind als erfindungswesentlich einzustufen und beliebig miteinander kombinierbar oder in Alleinstellung einsetzbar. With regard to all embodiments, it should be noted that the technical features mentioned in connection with one embodiment can be used not only in the specific embodiment, but also in the other embodiments. All disclosed technical features of this invention description are to be classified as essential to the invention and arbitrarily combined or used alone.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Erfassung von Biosignaien mittels einer Erfassungseinheit, bei dem mehrere analoge elektrische Biosignale von mehreren Sensoren erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der analogen Biosignale in das jeweilige Biosignal repräsentierende digitale Daten gewandelt wird, die digitalen Daten der Biosignale zu wenigstens einem seriellen digitalen Datenstrom auf wenigstens einer digitalen Datenleitung (L, L2, D1b, D2b) zusammengefügt werden, wobei die wenigstens eine digitale Datenleitung (L, L2, D1b, D2b) eine galvanische Schutztrennung (ST1 U6, U7) aufweist und der wenigstens eine serielle digitale Datenstrom nach der galvanischen Schutztrennung (St, U6, U7) in ein mit der Erfassungseinheit kompatibles Schnittstellenprotokoll gewandelt wird.1. A method for detecting biosignas by means of a detection unit in which a plurality of analog electrical biosignals are detected by a plurality of sensors, characterized in that each of the analog biosignals in the respective biosignal representing digital data is converted, the digital data of the biosignals to at least one serial digital data stream on at least one digital data line (L, L2, D1b, D2b) are joined together, wherein the at least one digital data line (L, L2, D1b, D2b) a galvanic protective separation (ST 1 U6, U7) and the at least one serial digital data stream after the galvanic protective separation (St, U6, U7) is converted into an interface protocol compatible with the detection unit.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die digitalen Daten der Biosignale mittels wenigstens eines insbesondere programmierbaren MikroControllers / Mikroprozessors (U4) in den wenigstens einen seriellen digitalen Datenstrom gewandelt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the digital data of the biosignals by means of at least one particular programmable microcontroller / microprocessor (U4) are converted into the at least one serial digital data stream.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein3. The method according to claim 2, characterized in that a
Mikrocontroller / Mikroprozessor (U4) mit einem Speicherbaustein (U5) kommuniziert, um die parallelen digitalen Daten und/oder die seriellen digitalen Daten vor der Wandlung in das Schnittstellenprotokoll zu speichern.Microcontroller / microprocessor (U4) communicates with a memory device (U5) to store the parallel digital data and / or the serial digital data before conversion into the interface protocol.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der4. The method according to claim 3, characterized in that the
Speicherbaustein (U5) als Ringspeicher betrieben wird. Memory module (U5) is operated as a ring buffer.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikrocontroller / Mikroprozessor (U4) die seriellen Daten über wenigstens einen seriellen Port (PE1 , PE2) ausgibt und über wenigstens einen galvanisch trennenden Koppler (U7) als elektrisches Signal an wenigstens einen Eingangsport (BdO, BD1) eines Schnittstellenbausteins U8) sendet, der die Wandlung in das Schnittstellenprotokoll durchführt und die elektrischen Kontakte für eine protokollspezifische Schnittstelle (J 1) bereitstellt, an die die Erfassungseinheit anschließbar ist.5. The method according to any one of the preceding claims 2 to 4, characterized in that a microcontroller / microprocessor (U4) outputs the serial data via at least one serial port (PE1, PE2) and via at least one galvanically isolating coupler (U7) as an electrical signal to at least one input port (BdO, BD1) of an interface module U8), which performs the conversion in the interface protocol and the electrical contacts for a protocol-specific interface (J 1) provides, to which the detection unit is connectable.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Erfassungseinheit kommende protokollkonforme Daten, insbesondere Befehle zur Steuerung / Programmierung des MikroControllers / Mikroprozessors, in einen seriellen Datenstrom gewandelt werden und der Datenstrom über wenigstens eine digitale Datenleitung mit galvanischer Schutztrennung (U6) an wenigstens einen Eingangsport (PEO, PE7) des wenigstens einen MikroControllers / Mikroprozessors (U4) geleitet wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that coming from the detection unit protocol-compliant data, in particular commands for controlling / programming the microcontroller / microprocessor, are converted into a serial data stream and the data stream via at least one digital data line with galvanic protection separation (U6 ) is conducted to at least one input port (PEO, PE7) of the at least one microcontroller / microprocessor (U4).
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die galvanische Schutztrennung mittels eines galvanischen Kopplerbausteins erfolgt, der bidirektional betrieben wird, oder mittels je eines Kopplerbausteins (U6, U7) für jede Übertragungsrichtung.wobei in einer Richtung Biosignale repräsentierende Daten von dem Mikrocontroller / Mikroprozessor (U4) zu dem wenigstens einen Schnittstellenbaustein (U8) transportiert werden und/oder Statusdaten und in der anderen Richtung Steuer- / Programmierungsdaten von dem wenigstens einen Schnittstellenbaustein (U8) an den wenigstens einen Mikrocontroller / Mikroprozessor (U4) transportiert werden.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the galvanic protective separation is effected by means of a galvanic coupler module, which is operated bidirectionally, or by means of a respective coupler module (U6, U7) for each Übertragungsrichtung.wobei in one direction biosignals representing data from the Microcontroller / microprocessor (U4) are transported to the at least one interface module (U8) and / or status data and in the other direction control / programming data from the at least one interface module (U8) to the at least one microcontroller / microprocessor (U4) are transported.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit durch eine digitale Datenverarbeitungsanlage, insbesondere einen Computer gebildet wird, die wenigstens eine für das Verfahren eingesetzte Standardschnittstelle aufweist, insbesondere eine USB oder Firewire-Schnittstelle.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the detection unit is formed by a digital data processing system, in particular a computer, the has at least one used for the process standard interface, in particular a USB or Firewire interface.
9. Vorrichtung zur Erfassung von Biosignalen mittels einer Erfassungseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass sie folgende Elemente umfasst:9. Device for detecting biosignals by means of a detection unit, characterized in that it comprises the following elements:
a. Wenigstens einen Analog-/Digitalwandler (IM , U2, U3) mit einer wenigstens der Anzahl von mit Sensoren zu erfassenden Biosignalen korrespondierenden Anzahl von Wandlereingängen (Chi , ..., CH 18) und mit Wandlerausgängen (DO1... D7) zur Analog- Digital-Wandlung der erfassbaren analogen Biosignale,a. At least one analog / digital converter (IM, U2, U3) with a number of transducer inputs (Chi, ..., CH 18) corresponding to at least the number of biosignals to be detected by sensors and with transducer outputs (DO 1 ... D7) for Analog-digital conversion of the detectable analogue biosignals,
b. Wenigstens einen Multiplexer (U4) zur Wandlung der parallelen die Biosignale repräsentierenden digitalen Daten in wenigstens einen seriellen Datenstrom,b. At least one multiplexer (U4) for converting the parallel digital data representing the biosignals into at least one serial data stream,
c. Wenigstens eine elektrische digitale Datenleitung (D1b, D2b) zur Übertragung des wenigstens einen digitalen Datenstroms, mit wenigstens einer galvanischen Schutztrennung (U7), die innerhalb oder mittels der wenigstens einen Datenleitung (D1 b, D2b) für den digitalen Datenstrom ausgebildet istc. At least one electrical digital data line (D1b, D2b) for transmitting the at least one digital data stream, with at least one galvanic protective separation (U7), which is formed inside or by means of the at least one data line (D1b, D2b) for the digital data stream
d. Wenigstens einen Schnittstellenbaustein (U8) mit dem ein über die wenigstens eine Datenleitung (D1b, D2b) übertragener serieller Datenstrom in einen Schnittstellen-Protokoll-konformen elektrischen Datenstrom für eine digitale Datenverarbeitungsanlage wandelbar ist.d. At least one interface module (U8) with which a serial data stream transmitted via the at least one data line (D1b, D2b) can be converted into an interface protocol-compliant electrical data stream for a digital data processing system.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Multiplexer durch einen programmierbaren / programmierten MikroController / Mikroprozessor (U4) realisiert ist.10. The device according to claim 9, characterized in that the at least one multiplexer is realized by a programmable / programmed microcontroller / microprocessor (U4).
11.Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass dem Multiplexer ein Speicherbaustein (U5) zugeordnet ist, insbesondere der als Ringspeicher organisiert ist. 11.Vorrichtung according to any one of the preceding claims 9 or 10, characterized in that the multiplexer is associated with a memory module (U5), in particular is organized as a ring memory.
12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung der Vorrichtung über die Schnittstelle (J 1) erfolgt, über welche der Datenaustausch mit einer digitaten Datenverarbeitungsanlage erfolgt, insbesondere wobei die Energieversorgung eine Schutztrennung (U9) aufweist. 12. Device according to one of the preceding claims 9 to 11, characterized in that the power supply of the device via the interface (J 1) takes place, via which the data exchange with a digitata data processing system, in particular wherein the power supply has a protective separation (U9).
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