在生物電信號的測量中抑制共模信號成分的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及在生物電信號的測量中抑制共模信號成分。描述一種差分電壓測量系統(tǒng)（500）。所述差分電壓測量系統(tǒng)（500）具有用于測量生物電信號的信號測量電路（502）和干擾信號測量電路（503），所述干擾信號測量電路與所述差分電壓測量系統(tǒng)（500）的電位（V）耦合并且與固定的參考電位（E）電連接。在此，干擾信號測量電路（503）被設(shè)置用于測量從所述差分電壓測量系統(tǒng)（500）的電位（V）流向固定的參考電位（E）的電流（IE）。也描述一種具有附加路徑（RLD）的差分電壓測量系統(tǒng)（600）。此外描述一種利用平均電位測量方法的差分電壓測量系統(tǒng)（700）。
【專利說明】
在生物電信號的測量中抑制共模信號成分
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用于差分地測量生物電信號的電壓的方法和差分電壓測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在生物電信號、例如EKG信號的測量中由于EKG測量裝置的不理想的測量輸入端而出現(xiàn)共模干擾信號(由共模信號引起的干擾)。這些共模干擾信號例如由具有50Hz的電網(wǎng)頻率得出。如果在差分EKG信號測量中在兩個(gè)測量輸入端處出現(xiàn)不相等的條件、如不同的阻抗和電容，則出現(xiàn)共模干擾信號。用于測量心電圖的常規(guī)測量裝置的示例在圖1中被示出。
[0003]實(shí)際上，在差分測量的情況下共模信號、例如干擾信號不被共同放大，使得所述共模信號被抑制。然而，EKG測量裝置的輸入端的不同阻抗導(dǎo)致由相同的干擾信號引起的不同輸入信號施加在EKG測量裝置的放大器電路的兩個(gè)輸入端處，使得干擾信號與實(shí)際的測量信號被一起放大。這些共模干擾信號在應(yīng)用中在患者、例如人或動(dòng)物處是非常強(qiáng)的，因?yàn)榛颊叩钠つw處的電極接觸部在沒有復(fù)雜的準(zhǔn)備的情況下具有強(qiáng)烈不同的品質(zhì)。患者處的電極接觸部可以具有10千歐和幾兆歐之間的阻抗以及同樣強(qiáng)烈變化的電容。由此，兩個(gè)測量輸入端處的阻抗和電容之間的差別也位于直至幾兆歐的范圍中。針對由500千歐的阻抗差引起的共模干擾的EKG信號的示例在圖2中被示出。EKG測量裝置的輸入端處的阻抗差有時(shí)候是更高的，使得EKG信號的分析顯得幾乎不再可能。
[0004]在具有號碼102014 219 943.3的專利申請中描述了一種可能的電路，利用所述電路可以確定以及抑制所描述的共模干擾信號。在所提到的專利申請中所描述的測量電路(參見圖3)具有第一測量路徑和第二測量路徑。所述測量電路在兩個(gè)測量路徑之一、例如第二測量路徑中具有分流電阻。在分流電阻處出現(xiàn)電壓降，所述電壓降與在第二測量路徑中流動(dòng)的共模電流成比例。附加地，所述裝置包括自適應(yīng)濾波器，所述自適應(yīng)濾波器根據(jù)所檢測的電壓降被調(diào)整并且對所檢測的測量信號進(jìn)行濾波，使得所檢測的測量信號的共模成分被抑制。
[0005]不過，分流電阻通過熱噪聲影響通過放大器電路所檢測的測量信號。
[0006]所提到的具有號碼DE10 2014 219 943.3的專利申請中的替代的裝置包括與第二測量路徑分離或者從第二測量路徑分岔的附加測量路徑中的分流電阻(參見圖4)。因?yàn)樵谠撟冃头桨钢蟹至麟娮璨恢苯游挥诘诙y量路徑中，該分流電阻也不通過熱噪聲影響通過第一放大器電路所檢測的測量信號。
[0007]然而，在所描述的裝置中的問題在于:其中所使用的自適應(yīng)濾波也導(dǎo)致有用信號的衰減，這降低信/噪比的總增益。此外，在圖4中所示出的電路裝置的情況下也還總是存在用于測量共模信號的分流電阻和第二測量路徑之間的直接電連接，即使在該情況下分流電阻不被直接或者串行地集成到第二測量路徑中。因此，分流電阻還總是位于模擬輸入接線的影響范圍中，使得用于測量共模電流的測量裝置和用于測量有用信號的測量電路之間的一定的遺留的干擾相互作用遺留。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此本發(fā)明的任務(wù)是開發(fā)具有改善的信/噪比的差分電壓測量系統(tǒng)，在所述差分電壓測量系統(tǒng)中由共模信號引起的干擾被有效地抑制。
[0009]該任務(wù)通過根據(jù)專利權(quán)利要求1的差分電壓測量系統(tǒng)、通過根據(jù)專利權(quán)利要求7的具有帶有用于右腿的驅(qū)動(dòng)電路的附加路徑的差分電壓測量系統(tǒng)以及通過根據(jù)專利權(quán)利要求11的利用平均電位測量方法的差分電壓測量系統(tǒng)來解決。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的差分電壓測量系統(tǒng)具有用于測量生物電信號的信號測量電路，所述信號測量電路例如被集成到EKG組件中。此外，所述差分電壓測量系統(tǒng)具有干擾信號測量電路，所述干擾信號測量電路與差分電壓測量系統(tǒng)或者EKG組件的電位耦合并且附加地與固定的參考電位電連接。在此，干擾信號測量電路被設(shè)置用于測量從差分電壓測量系統(tǒng)的電位流向固定的參考電位的電流。
[0011]在信號測量電路和干擾信號測量電路之間不存在直接耦合。兩個(gè)電路僅通過信號測量電路或者EKG組件的電位連接。
[0012]差分電壓測量系統(tǒng)的電位和固定的參考電位之間的電流的測量例如可以通過如下方式被實(shí)現(xiàn):阻抗被接通在差分電壓測量系統(tǒng)的電位和固定的參考電位之間，差分放大器電路作為電壓測量單元與所述阻抗并聯(lián)。
[0013]例如包括電容的阻抗用于將流向固定的參考電位的電流轉(zhuǎn)換成能夠測量的電壓。共模電流從電極流到EKG組件中。電流在那里才到達(dá)信號測量電路中并且由于寄生效應(yīng)進(jìn)一步流動(dòng)到EKG組件的電位上。電流從EKG組件的電位出來進(jìn)一步朝固定的參考電位、例如接地的方向流動(dòng)。通過這里提供顯式路徑，在所述顯式路徑上電流從EKG組件的電位朝接地的方向流動(dòng)，可以在該路徑上測量電流流動(dòng)。從EKG組件到接地的剩余電流流動(dòng)也又僅僅通過寄生效應(yīng)進(jìn)行。信號測量電路或者EKG組件和干擾信號測量電路之間的電流因此僅僅通過EKG電路的共同的電位流動(dòng)。
[0014]通過將信號測量電路和干擾信號測量電路僅僅通過EKG電路的共同的電位耦合，實(shí)現(xiàn)對兩個(gè)子系統(tǒng)的最優(yōu)的分離，其中特別是干擾信號測量電路對信號測量電路的影響是最小的。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，因此實(shí)現(xiàn)將患者的測量信號或者生物電信號的測量與共模干擾信號的測量的進(jìn)一步分離，使得共模的干擾信號的測量不再損害生物電信號的測量。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的具有帶有用于右腿的驅(qū)動(dòng)電路的附加路徑的差分電壓測量系統(tǒng)具有第一測量路徑，所述第一測量路徑包括第一電極，所述第一電極在輸入端處與患者連接并且在輸出端處提供第一測量接觸部。此外，根據(jù)本發(fā)明的具有帶有用于右腿的驅(qū)動(dòng)電路的附加路徑的差分電壓測量系統(tǒng)具有第二測量路徑，所述第二測量路徑包括第二電極，所述第二電極在輸入端處與所述患者連接并且在輸出端處提供第二測量接觸部。根據(jù)本發(fā)明的差分電壓測量系統(tǒng)的一部分也是放大器電路，所述放大器電路具有第一輸入端，所述第一輸入端與第一測量路徑電連接，以及具有第二輸入端，所述第二輸入端與第二測量路徑電連接，以及具有輸出端。根據(jù)本發(fā)明的差分電壓測量系統(tǒng)具有在放大器電路的輸出端處的第一信號檢測單元以及帶有與患者的接觸部的附加路徑。附加路徑包括用于右腿的驅(qū)動(dòng)電路;具有已知的電阻值的分流電阻，所述分流電阻被接通在附加接觸部和驅(qū)動(dòng)電路之間；以及電壓測量裝置，所述電壓測量裝置與分流電阻并聯(lián)，利用所述電壓測量裝置能夠測量在分流電阻處下降的電壓以及因此在附加接觸部和驅(qū)動(dòng)電路之間流動(dòng)的電流。
[0017]如下低歐姆電阻應(yīng)當(dāng)被理解為分流電阻，所述低歐姆電阻被用于測量流過該低歐姆電阻的電流。
[0018]也被稱為Right-Leg-Drive(右腿驅(qū)動(dòng))的用于右腿的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)被理解為如下驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路通過附加路徑與患者連接。通過也被稱為RLD路徑的附加路徑，患者被設(shè)定為參考電位。驅(qū)動(dòng)電路用于產(chǎn)生信號，所述信號可以被調(diào)節(jié)為各個(gè)測量路徑的各個(gè)或者全部信號的平均共模電壓或者被設(shè)定為固定的電壓值。通過也被稱為RLD路徑的附加路徑的測量具有以下優(yōu)點(diǎn):在那里電流比流過第一測量路徑和第二測量路徑的電流強(qiáng)I至3個(gè)數(shù)量級。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的利用平均電位測量方法的差分電壓測量系統(tǒng)具有第一測量路徑，所述第一測量路徑包括第一電極，所述第一電極在輸入端處與患者連接并且在輸出端處提供第一測量接觸部。所述差分電壓測量系統(tǒng)具有第二測量路徑，所述第二測量路徑包括第二電極，所述第二電極在輸入端處與患者連接并且在輸出端處提供第二測量接觸部。此外，根據(jù)本發(fā)明的差分電壓測量系統(tǒng)具有放大器電路，所述放大器電路具有第一輸入端，所述第一輸入端與第一測量路徑電連接，以及具有第二輸入端，所述第二輸入端與第二測量路徑電連接，以及具有輸出端。附加地，根據(jù)本發(fā)明的差分電壓測量系統(tǒng)包括在放大器電路的輸出端處的第一信號檢測單元以及電位測量單元，所述電位測量單元被設(shè)置用于由位于第一電極和放大器電路的第一輸入端之間的第一測量路徑處的電位以及位于第二電極和放大器電路的輸入端之間的第二測量電路處的電位確定平均值。該平均具有如下優(yōu)點(diǎn):由此通過第一和第二測量路徑的電極的接觸部的不同品質(zhì)引起的差分成分在共同的接觸點(diǎn)處被消除，電位測量單元在所述接觸點(diǎn)處進(jìn)行測量。
[0020]從屬權(quán)利要求以及隨后的描述分別包含本發(fā)明的特別有利的構(gòu)型和改進(jìn)方案。在此，一個(gè)權(quán)利要求類型的權(quán)利要求尤其也可以與另一權(quán)利要求類型的從屬權(quán)利要求類似地被改進(jìn)。此外，也可以在本發(fā)明的范圍中將不同的實(shí)施例和權(quán)利要求的不同特征也組合為新的實(shí)施例。
[0021]在根據(jù)本發(fā)明的差分電壓測量系統(tǒng)的優(yōu)選構(gòu)型中，信號測量電路具有第一測量路徑，所述第一測量路徑包括第一電極，所述第一電極在輸入端處與患者連接并且在輸出端處提供第一測量接觸部。根據(jù)本發(fā)明的差分電壓測量系統(tǒng)此外具有第二測量路徑，所述第二測量路徑包括第二電極，所述第二電極在輸入端處與所述患者連接并且在輸出端處提供第二測量接觸部。在該構(gòu)型中，信號測量電路具有放大器電路，所述放大器電路具有第一輸入端，所述第一輸入端與第一測量路徑電連接，以及具有第二輸入端，所述輸入端與第二測量路徑電連接，以及具有輸出端。此外，信號測量單元包括在放大器電路的輸出端處的第一信號檢測單元。
[0022]在差分電壓測量系統(tǒng)的同樣優(yōu)選的構(gòu)型中，干擾信號測量電路具有放大器電路，所述放大器電路具有第一輸入端，所述第一輸入端與阻抗的面向差分電壓測量系統(tǒng)的電位的末端電連接，并且具有第二輸入端，所述第二輸入端與阻抗的面向固定的參考電位的末端電連接，以及具有輸出端。此外，在該構(gòu)型中干擾信號測量電路具有在干擾信號測量電路的放大器電路的輸出端處的第一信號檢測單元。
[0023]在根據(jù)本發(fā)明的差分電壓測量系統(tǒng)的一種變型方案中，電容被接通在阻抗和固定的參考電位之間，所述電容包括具有寄生電容的元件或者ESD保護(hù)電容器。
[0024]在此，電容具有少于1pF的電容值是優(yōu)選的。
[0025]附加地，根據(jù)本發(fā)明的差分電壓測量系統(tǒng)可以擁有用于產(chǎn)生如下信號的與患者的另外的接觸部，所述信號可以被調(diào)節(jié)為各個(gè)或者全部信號的平均共模電壓或者被設(shè)定為固定的電壓值。該附加路徑是RLD路徑，所述RLD路徑與已經(jīng)被提及的用于右腿的驅(qū)動(dòng)電路電連接。如果從RLD路徑將帶有干擾信號的信號適宜地、即以負(fù)相關(guān)的方式傳輸?shù)交颊呱?，則可以在施加到患者上的信號的幫助下獲得對干擾信號的補(bǔ)償。
[0026]在根據(jù)本發(fā)明的具有用于右腿的驅(qū)動(dòng)電路的差分電壓測量系統(tǒng)的情況下，分流電阻具有1-1OOkQ的范圍中的電阻值是優(yōu)選的。
[0027]在具有用于右腿的驅(qū)動(dòng)電路的差分電壓測量系統(tǒng)的優(yōu)選構(gòu)型中，電壓測量裝置具有放大器電路。放大器電路具有第一輸入端，所述第一輸入端與分流電阻的面向驅(qū)動(dòng)電路的末端電連接，具有第二輸入端，所述第二輸入端與分流電阻的面向到患者的附加接觸部的末端電連接，以及具有輸出端。放大器電路例如可以被構(gòu)成為運(yùn)算放大器、尤其差分放大器，利用所述運(yùn)算放大器可以確定電壓差。
[0028]在根據(jù)本發(fā)明的具有用于右腿的驅(qū)動(dòng)電路的差分電壓測量系統(tǒng)的一種變型方案中，電壓測量裝置具有信號檢測單元，所述信號檢測單元與電壓測量裝置的放大器電路的輸出端電連接。
[0029]在根據(jù)本發(fā)明的利用平均測量方法的差分電壓測量系統(tǒng)的一種構(gòu)型中，電位測量單元包括兩個(gè)并聯(lián)的電位測量路徑。第一電位測量路徑包括第一電極和放大器電路的第一輸入端之間的第一接觸部和第一電阻并且第二電位測量路徑包括第二電極和放大器電路的第二輸入端之間的第二接觸部和第二電阻。在此，兩個(gè)并聯(lián)的測量路徑在并聯(lián)的測量路徑的分支點(diǎn)處被聚集到共同的被平均的電位上。
[0030]優(yōu)選地，電位測量單元具有放大器電路，所述放大器電路包括第一輸入端，所述第一輸入端與并聯(lián)的電位測量路徑的分支點(diǎn)電連接，以及包括第二輸入端，所述第二輸入端與參考電位電連接，以及包括輸出端。在此，電位測量單元被設(shè)置用于確定測量路徑和參考電位的被平均的差信號。
[0031]在根據(jù)本發(fā)明的利用平均測量方法的差分電壓測量系統(tǒng)的一種優(yōu)選變型方案中，電位測量單元具有第二信號檢測單元，所述第二信號檢測單元與電位測量單元的放大器電路的輸出端電連接。
[0032]此外，根據(jù)本發(fā)明的利用平均測量方法的差分電壓測量系統(tǒng)可以具有帶有用于右腿的驅(qū)動(dòng)電路的附加的患者接觸部。在此，電位測量單元包括附加的患者接觸部和分支點(diǎn)之間的附加的電位測量路徑，使得在確定被平均的電位時(shí)顧及施加在附加的患者接觸部處的電位。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的差分電壓測量系統(tǒng)可以在有效的構(gòu)型中具有至少一個(gè)附加的測量路徑以及信號測量電路的至少一個(gè)附加的、與放大器電路并聯(lián)的、具有分別用于兩個(gè)信號的輸入端的放大器電路。
[0034]此外，根據(jù)本發(fā)明的差分電壓測量系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)接的多路復(fù)用器，通過所述多路復(fù)用器可以將另外的測量接觸部與信號測量電路的放大器電路的第一和第二信號輸入端連接。
【附圖說明】
[0035]下面參照所附的圖借助實(shí)施例再一次進(jìn)一步解釋本發(fā)明。在此，在不同的圖中相同的組件配備相同的參考符號。所述圖一般不是按比例的。
[0036]圖1示出常規(guī)EKG測量裝置的框圖，
圖2不出如下圖表，在所述圖表中不出了被干擾信號疊加的EKG，
圖3示出如下電路裝置，利用所述電路裝置來抑制、確定以及補(bǔ)償共模干擾信號，
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的具有分流電阻的差分電壓測量系統(tǒng)，
圖5示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的差分電壓測量系統(tǒng)，
圖6示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的差分電壓測量系統(tǒng)，
圖7示意性示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的差分電壓測量系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0037]在圖1中示出了用于測量患者P的心電圖(EKG)的常規(guī)電路裝置100。電路裝置100包括第一電極I和第二電極2，所述第一電極和第二電極與患者P接觸，使得心臟電流可以通過電極1、2流動(dòng)到差分放大器4 ο放大器4包括第一輸入端5、第二輸入端6以及輸出端7。第一輸入端5與第一電極I電連接并且第二輸入端6與第二電極2電連接。放大器4的輸出信號被傳送到信號檢測單元21，所述信號檢測單元檢測由放大器4所放大的信號。兩個(gè)電極I和2利用RC元件來象征性地表示，所述RC元件闡明第一測量路徑以及第二測量路徑的阻抗值。在此，第一測量路徑從第一電極I到患者P的接觸部通過第一電極I伸展到放大器4的第一輸入端5并且第二測量路徑從第二電極2到患者的接觸部通過第二電極2伸展到放大器4的第二輸入端6。
[0038]針對由于500千歐的阻抗差引起的被共模干擾的EKG信號的示例在圖2中被示出。所屬的測試構(gòu)造與圖1中的構(gòu)造相對應(yīng)。在所示出的圖表中關(guān)于以秒為單位的時(shí)間t繪制了以mV為單位的EKG信號的幅度UEKG。干擾信號的幅度在具有500千歐阻抗差的示例中為大約1.3mV。在該示例中，具有大于2 mV的幅度的強(qiáng)的EKG信號被給定，但是也存在僅具有0.1mV的幅度的患者，所述幅度在這些干擾者中將完全地消失。在更大的阻抗差的情況下，共模干擾信號的幅度進(jìn)一步升高并且也可能達(dá)到所示出的圖示的多倍。
[0039]在圖3中闡明了用于EKG信號的差分測量的電路裝置300。
[0040]第一電極I以其輸入端與患者P連接。第一電極I是第一測量路徑的一部分，所述第一測量路徑包括第一電極I以及附加地包括電阻R。第二電極2以其輸入端同樣與患者P電連接。第二電極2以其輸出端與分流電阻3連接并且與該分流電阻形成第二測量路徑。
[0041 ] 第一放大器電路4包括第一輸入端5和第二輸入端6以及輸出端7。第一放大器電路4以其第一輸入端5通過電阻R與第一電極I連接。第一放大器電路4以其第二輸入端6通過分流電阻3與第二電極2電連接。第一放大器電路4的輸出端7與信號檢測單元21的輸入端連接。信號檢測單元21的輸出端與分析單元23的輸入端連接。
[0042]第二放大器電路8包括第一輸入端9和第二輸入端10，其中第二放大器電路8的第一輸入端9被接通在分流電阻3和第一放大器電路4的第二輸入端6之間并且第二放大器電路8的第二輸入端10被接通在第二電極2和分流電阻3之間。第二放大器電路8以其輸出端11與第二信號檢測單元22電連接。
[0043]第一放大器電路4用于檢測測量信號、即患者的心臟電流并且將與由第一電極I和第二電極2所檢測的信號的差相對應(yīng)、然而可能還具有共模成分的信號轉(zhuǎn)交給第一信號檢測單元21，而第二放大器電路8用于確定分流電阻3處的與在第二測量路徑中流動(dòng)的共模電流成比例的電壓降并且將所述電壓降轉(zhuǎn)交給第二信號檢測單元22。分析單元23例如可以包括自適應(yīng)濾波器，所述自適應(yīng)濾波器根據(jù)由第二信號檢測單元22所檢測的信號被調(diào)整并且對由第一信號檢測單元21所檢測的信號進(jìn)行濾波，使得由第一信號檢測單元21所檢測的測量信號的共模成分被抑制。
[0044]在圖4中示出了具有分流電阻3的電路裝置400。分流電阻3在該變型方案中被布置在與第二測量路徑分離的或者從第二測量路徑分岔的附加的測量路徑中。在分流電阻3處下降的電位被第二放大器電路8測量并且被轉(zhuǎn)發(fā)給信號檢測單元22。因?yàn)樵趫D4中所示出的變型方案的情況下分流電阻3不位于第二測量路徑中，該分流電阻也僅在小的程度上通過熱噪聲影響通過第一放大器電路4所檢測的測量信號。用于測量共模電壓的附加的測量路徑還包括具有可調(diào)節(jié)電容15以及可調(diào)節(jié)歐姆電阻16的可調(diào)節(jié)阻抗14，其中可調(diào)節(jié)阻抗14例如可以被調(diào)整，使得用于測量共模電壓的附加的測量路徑具有與第二測量路徑相同的特性。替代地，可調(diào)節(jié)阻抗14也可以被調(diào)整，使得在附加的測量路徑上實(shí)現(xiàn)更高的電流流動(dòng)，這有助于改善地抑制第一和第二測量路徑上的共模干擾信號。在該信號測量電路中針對共模電流的測量路徑雖然已經(jīng)不直接處于信號測量電路中，但是還總是處于模擬輸入接線的影響區(qū)域中。
[0045]在圖5中示意性闡明了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的差分電壓測量系統(tǒng)500、例如EKG測量電路。差分電壓測量系統(tǒng)500包括兩個(gè)測量路徑MPl、MP2和具有兩個(gè)測量電路502、503的信號測量組件501、例如EKG組件。在此，第一測量電路502是信號測量電路，利用所述信號測量電路例如測量帶有共模電流的EKG信號。此外也稱為干擾信號測量電路的第二測量電路503用于測量干擾的共模電流并且被設(shè)置用于測量共模電流，其方式是，從EKG組件501的電位V通過在圖5中被示出為阻抗頂?shù)募纳娙莼蛘哚槍SD保護(hù)所設(shè)計(jì)的保護(hù)電容器到地E的路徑上的電流被測量。
[0046]也稱為EKG測量電路的信號測量電路502包括第一電極I，所述第一電極以其輸入端與患者P連接。第一電極I是包括第一電極I的第一測量路徑MPI的一部分。EKG測量電路502包括第二電極2，所述第二電極以其輸入端同樣與患者P電連接。在此，第二電極2是第二測量路徑MP2的一部分。
[0047]信號測量電路502包括放大器電路4，所述放大器電路具有第一輸入端5和第二輸入端6以及輸出端7。放大器電路4以其第一輸入端5與第一電極I連接并且以其第二輸入端6與第二電極2電連接。放大器電路4的輸出端7與第一信號檢測單元21的輸入端連接。
[0048]在圖5中的右下方示出了第二測量電路、即用于測量干擾的共模電流的干擾信號測量電路503。第二測量電路503不直接與EKG測量電路502連接，而是僅通過也被稱為EKG組件的電位V的參考電位連接。電位V例如可以是EKG組件的測量電路500的外殼的電位。
[0049]如在圖5中可看出，電流Ie在干擾信號測量電路503中從參考電位V通過阻抗頂以及通過附加的電容C向地E流動(dòng)。阻抗IM用于將向地E流動(dòng)的電流轉(zhuǎn)換成能夠被干擾信號測量電路503測量的電壓。附加的電容C例如可以包括寄生電容、電容器或者尤其ESD保護(hù)電容器。
[0050]干擾信號測量電路503包括具有第一輸入端9和第二輸入端10以及輸出端11的測量放大器8。測量放大器8的第一輸入端9與阻抗IM的位于參考電位V上的末端電連接并且干擾信號測量電路503的第二輸入端10與阻抗頂?shù)谋徊贾迷诘貍?cè)的末端電連接。干擾信號測量電路503的輸出端與第二信號檢測單元22電連接。如果電流Ie現(xiàn)在從EKG組件的電位V朝地E的方向流動(dòng)，則該電流可以借助于干擾信號測量電路503被測量。
[0051 ]有利地，流經(jīng)附加的電流路徑的電流1-E比通過第一和第二測量路徑MPl、MP2的電流Icm強(qiáng)多個(gè)數(shù)量級。此外，在附加的電流路徑中的測量對輸入接線也沒有影響。這種電路在使用也簡稱為RLD路徑的所謂的Right-Leg-Drive(右腿驅(qū)動(dòng))(用于右腿的驅(qū)動(dòng)電路)的情況下也起作用。在該情況下，流向地的電流Ie典型地具有比流過測量路徑MP1、MP2的電流高I至3個(gè)數(shù)量級的值。如已經(jīng)提及的，在圖4中所示出的信號測量電路400的情況下用于測量共模電流或者共模信號的測量路徑雖然已經(jīng)不直接在信號測量電路中，但是還總是在模擬輸入接線的影響區(qū)域中。而在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖5中的電路裝置500的情況下，用于測量共模信號的測量路徑503與信號測量電路502僅還共享共同的參考電位并且因此被最大限度地去耦，這有利地導(dǎo)致通過測量共模電流如果未完全消除則最小化EKG測量路徑的干擾。
[0052]在圖6中示意性示出了差分電壓測量系統(tǒng)600、例如EKG測量電路，在所述差分電壓測量系統(tǒng)中共模電流在單獨(dú)的電流路徑中被測量，所述電流路徑被構(gòu)造為RLD路徑。在這種電流路徑中，比通過測量電路600的第一測量路徑MPl以及通過第二測量路徑MP2的電流Icm大大約I至3個(gè)數(shù)量級的電流Irld流動(dòng)。與在圖5中所示出的測量電路相似，在圖6中所示出的測量電路600包括具有第一電極I的第一測量路徑MPl，所述第一電極以其輸入端與患者P連接，并且包括具有第二電極2的第二測量路徑，所述第二電極以其輸入端同樣與患者P電連接。
[0053]在圖6中所示出的測量電路600此外具有放大器電路4，所述放大器電路包括第一輸入端5和第二輸入端6以及輸出端7。放大器電路4以其第一輸入端5與第一電極I電連接并且以其第二輸入端6與第二電極2電連接。放大器電路4的輸出端7與第一信號檢測單元21的輸入端電連接。
[0054]附加地，第一信號檢測單元21與也被稱為Right-Leg-Drive(右腿驅(qū)動(dòng))的驅(qū)動(dòng)電路19連接。驅(qū)動(dòng)電路19通過具有附加的接觸部20的附加的路徑RLD與患者P連接。通過也被稱為RLD路徑的附加的路徑將患者P設(shè)定為參考電位。驅(qū)動(dòng)電路19用于產(chǎn)生如下信號，所述信號可以被調(diào)節(jié)為各個(gè)或全部信號的平均共模電壓或者被設(shè)定為固定的電壓值。附加地，在驅(qū)動(dòng)電路19和路徑20之間布置有分流電阻3。在分流電阻3處下降的電壓由電壓測量裝置24確定。電壓測量裝置24包括第二放大器電路8，所述第二放大器電路測量在分流電阻3處下降的電壓并且將所述電壓轉(zhuǎn)發(fā)給第二信號檢測單元22。第二放大器電路8同樣包括第一輸入端9和第二輸入端10以及輸出端11。第一輸入端9與分流電阻3的面向驅(qū)動(dòng)電路19的末端18連接并且第二輸入端10與分流電阻3的面向患者P的末端17連接。第二放大器電路8的輸出端11與第二信號檢測電路22電連接。在第二放大器電路8的幫助下，在分流電阻3處下降的電壓以及因此作為通過RLD路徑RLD的電流Irld的分量的共模電流被測量。
[0055]RLD路徑RLD的總阻抗幾乎不被分流電阻3影響，因?yàn)樵摲至麟娮枧c患者保護(hù)電阻和電極轉(zhuǎn)移電阻相比是相對小的。分流電阻的典型值在I O-1 OOk Ω的范圍中變動(dòng)，患者保護(hù)電阻的電阻值典型地位于I OOk Ω至500k Ω的范圍中，電極轉(zhuǎn)移電阻的值通常位于1千歐至2兆歐的范圍中。
[0056]在圖7中示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的差分電壓測量系統(tǒng)700。與在圖5和圖6中所示出的測量電路500、600相似，系統(tǒng)700包括具有第一電極I的第一測量路徑MPl，所述第一電極在輸入端處與患者P連接并且在輸出端處提供第一測量接觸部，并且包括具有第二電極2的第二測量路徑MP2，所述第二電極在輸入端處與患者P連接并且在輸出端處提供第二測量接觸部。
[0057]第一放大器電路4以其第一輸入端5與第一測量路徑MPl電連接，以其第二輸入端5與第二測量路徑MP2電連接并且以其輸出端6與第一信號檢測單元21電連接。附加地，系統(tǒng)700包括電位測量單元38，所述電位測量單元被設(shè)置用于由位于第一電極I和第一放大器電路3的第一輸入端4之間的第一測量路徑MPl處的電位以及位于第二電極2和第一放大器電路4的第二輸入端6之間的第二測量電路MP2處的電位確定平均值。為此，電位測量單元38包括具有電阻31、22的兩個(gè)附加的第三和第四測量路徑MP3、MP4，所述電阻與第一測量路徑MPl和第二測量路徑MP2連接并且通過接觸點(diǎn)KP被彼此并聯(lián)。
[0058]由該接線在接觸點(diǎn)KP處產(chǎn)生被平均的電位。該平均具有如下優(yōu)點(diǎn):由此通過第一和第二測量路徑MP1、MP2的電極1、2的接觸部的不同品質(zhì)引起的差分成分在共同的接觸點(diǎn)KP處被消除。共同的接觸點(diǎn)KP處的被平均的電位被第二放大器電路33測量，所述第二放大器電路是電位測量單元38的一部分。第二放大器電路33具有第一輸入端34、第二輸入端35以及輸出端36，其中被平均的電位施加在第一輸入端34處。第二放大器電路33將被平均的電位與該第二放大器電路的第二輸入端處的參考電位V進(jìn)行比較并且將所測量的信號通過該第二放大器電路的輸出端36傳送給信號檢測裝置37。第二輸入端處的參考電位例如可以是EKG輸入電路的電位。EKG輸入電路的電位是本身自由浮動(dòng)的，該電位被非常強(qiáng)地與地絕緣。所述電位以連接在患者上的方式總是與患者相適應(yīng)。共模電流流動(dòng)，直到EKG組件位于患者的電位上。因?yàn)镋KG組件和患者從不通過O歐姆的電阻連接，組件和患者的電位從不相等，電壓由于共模電流在該電阻之上下降。該電壓是患者和EKG組件的電位的差。
[0059]最后，再一次指出:先前所描述的詳細(xì)的方法和設(shè)備是實(shí)施例以及基本原理也可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員在寬的范圍中改變，而不離開本發(fā)明的范圍，只要該范圍由權(quán)利要求預(yù)先給定。
[0060]為了完整性也指出:不定冠詞“一”或“一個(gè)”的使用不排除有關(guān)的特征也可以多倍地存在。術(shù)語“單元”同樣不排除所述單元由多個(gè)組件構(gòu)成，所述組件必要時(shí)也可以是空間上分布的。
[0061 ] 附圖標(biāo)記列表
I第一電極 2第二電極 3分流電阻 4差分放大器 5第一輸入端6第二輸入端7輸出端
8第二放大器電路
9第一輸入端
10第二輸入端
11輸出端
14可調(diào)節(jié)阻抗
15可調(diào)節(jié)電容
16歐姆電阻
19驅(qū)動(dòng)電路/右腿驅(qū)動(dòng)
20 RLD路徑
21第一信號檢測單元
22第二信號檢測單元
23分析單元
24電壓測量裝置
31、32電阻
33第二放大器電路
34第一輸入端
35第二輸入端
36輸出端
37信號檢測裝置
38電位測量單元
100用于測量心電圖的電路裝置
300電路裝置
400電路裝置
500差分電壓測量系統(tǒng)
501信號測量組件
502信號測量電路
503干擾信號測量電路
600差分電壓測量系統(tǒng)
700差分電壓測量系統(tǒng)
C電容
E地
Icm通過第一測量路徑以及通過第二測量路徑的電流IM阻抗
Irld通過RLD路徑的電流MPl第一測量路徑MP2第二測量路徑MP3第三測量路徑MP4第四測量路徑KP接觸點(diǎn)P患者R電阻RLD RLD路徑t時(shí)間
Uekg EKG信號的幅度V EKG組件的電位。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.差分電壓測量系統(tǒng)(500)，具有: -信號測量電路(502)，所述信號測量電路用于測量生物電信號， -干擾信號測量電路(503)，所述干擾信號測量電路與所述差分電壓測量系統(tǒng)(500)的電位(V)耦合以及與固定的參考電位(E)電連接，其中所述干擾信號測量電路(503)被設(shè)置用于測量從所述差分電壓測量系統(tǒng)(500)的電位(V)流向所述固定的參考電位(E)的電流(Ie) ο2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分電壓測量系統(tǒng)(500)，其中阻抗(IM)被接通在所述差分電壓測量系統(tǒng)(500)的電位(V)和所述固定的參考電位(E)之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的差分電壓測量系統(tǒng)(500)，其中所述信號測量電路(502)具有: -第一測量路徑(MPl)，所述第一測量路徑包括第一電極(I)，所述第一電極在輸入端處與患者(P)連接并且在輸出端處提供第一測量接觸部， -第二測量路徑(MP2)，所述第二測量路徑包括第二電極(2)，所述第二電極在輸入端處與所述患者(P)連接并且在輸出端處提供第二測量接觸部， -放大器電路(4)，所述放大器電路具有第一輸入端(5)，所述第一輸入端與所述第一測量路徑(MPl)電連接，并且具有第二輸入端(6)，所述第二輸入端與所述第二測量路徑(MP2)電連接，以及具有輸出端(7)， -在所述放大器電路(3)的輸出端(6)處的第一信號檢測單元(21)。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的差分電壓測量系統(tǒng)(500)，其中所述干擾信號測量電路(503)具有: -放大器電路(8)，所述放大器電路具有第一輸入端(9)，所述第一輸入端與所述阻抗(頂)的面向所述差分電壓測量系統(tǒng)(500)的電位(V)的末端電連接，并且具有第二輸入端(10)，所述第二輸入端與所述阻抗(頂)的面向所述固定的參考電位(E)的末端電連接，以及具有輸出端(11)， -在所述放大器電路(8)的輸出端(10)處的信號檢測單元(22)。5.根據(jù)權(quán)利要求2至4之一所述的差分電壓測量系統(tǒng)(500)，其中電容(C)被接通在所述阻抗(IM)和所述固定的參考電位(E )之間，所述電容包括具有寄生電容的元件或者ESD保護(hù)電容器和/或所述電容(C)具有少于1pF的電容值。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的差分電壓測量系統(tǒng)(500)，所述差分電壓測量系統(tǒng)擁有用于產(chǎn)生如下信號的與所述患者(P)的另外的接觸部(RLD)，所述信號能夠被調(diào)節(jié)為各個(gè)或者全部信號的平均共模電壓或者被設(shè)定為固定的電壓值。7.具有附加路徑(RLD)的差分電壓測量系統(tǒng)(600 )，具有: -第一測量路徑(MPl)，所述第一測量路徑包括第一電極(I)，所述第一電極在輸入端處與患者(P)連接并且在輸出端處提供第一測量接觸部， -第二測量路徑(MP2)，所述第二測量路徑包括第二電極(2)，所述第二電極在輸入端處與所述患者(P)連接并且在輸出端處提供第二測量接觸部， -放大器電路(4)，所述放大器電路具有第一輸入端(5)，所述第一輸入端與所述第一測量路徑(MPl)電連接，并且具有第二輸入端(6)，所述第二輸入端與所述第二測量路徑(MP2)電連接，以及具有輸出端(7)， -在所述放大器電路(3)的輸出端(6)處的信號檢測單元(21)，以及 -具有與所述患者(P)的接觸部(20 )的附加路徑(RLD )，具有: -用于右腿的驅(qū)動(dòng)電路(19)， -具有已知的電阻值的分流電阻(3)，所述分流電阻被接通在附加接觸部(20)和所述驅(qū)動(dòng)電路(19)之間， -電壓測量裝置(24)，所述電壓測量裝置與所述分流電阻(3)并聯(lián)，利用所述電壓測量裝置能夠測量在所述分流電阻(3)處下降的電壓以及因此在所述附加接觸部(20)和所述驅(qū)動(dòng)電路(19)之間流動(dòng)的電流(Irld)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的差分電壓測量系統(tǒng)(600)，其中所述分流電阻(3)具有1-1OOkΩ的范圍中的電阻值。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的差分電壓測量系統(tǒng)(600)，其中所述電壓測量裝置(24)具有: -放大器電路(8)，所述放大器電路具有第一輸入端(9)，所述第一輸入端與所述分流電阻(3)的面向所述驅(qū)動(dòng)電路(19)的末端電連接，并且具有第二輸入端(15)，所述第二輸入端與所述分流電阻(3)的面向到所述患者(P)的附加接觸部(20)的末端電連接，以及具有輸出端(11)。10.根據(jù)權(quán)利要求7至9之一所述的差分電壓測量系統(tǒng)(600)，其中所述電壓測量裝置(24)包括信號檢測單元(22)，所述信號檢測單元與所述放大器電路(8)的輸出端(11)電連接。11.差分電壓測量系統(tǒng)(700)，具有: -第一測量路徑(MPl)，所述第一測量路徑包括第一電極(I)，所述第一電極在輸入端處與患者(P)連接并且在輸出端處提供第一測量接觸部， -第二測量路徑(MP2)，所述第二測量路徑包括第二電極(2)，所述第二電極在輸入端處與所述患者(P)連接并且在輸出端處提供第二測量接觸部， -放大器電路(4)，所述放大器電路具有第一輸入端(5)，所述第一輸入端與所述第一測量路徑(MPl)電連接，并且具有第二輸入端(6)，所述第二輸入端與所述第二測量路徑(MP2)電連接，以及具有輸出端(7)， -在所述放大器電路(4)的輸出端(7)處的信號檢測單元(21)，以及-電位測量單元(38)，所述電位測量單元被設(shè)置用于由位于所述第一電極(I)和所述放大器電路(4)的第一輸入端(5)之間的第一測量路徑(MPl)處的電位以及位于所述第二電極(2)和所述放大器電路(4)的第二輸入端(6)之間的第二測量電路(MP2)處的電位確定平均值。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的差分電壓測量系統(tǒng)(700)，其中所述電位測量單元(38)包括兩個(gè)并聯(lián)的電位測量路徑(MP3、MP4)，其中第一電位測量路徑(MP3)包括所述第一電極(I)和所述放大器電路(4)的第一輸入端(5)之間的第一接觸部和第一電阻(31)并且第二電位測量路徑(MP4)包括所述第二電極(2)和所述放大器電路(4)的第二輸入端(6)之間的第二接觸部和第二電阻(32)，其中兩個(gè)并聯(lián)的測量路徑(MP3、MP4)在所述并聯(lián)的測量路徑(MP3、MP4 )的分支點(diǎn)(KP )處被聚集到共同的被平均的電位上。13.根據(jù)權(quán)利要求11或12之一所述的差分電壓測量系統(tǒng)(700)，其中所述電位測量單元(38)包括放大器電路(33)，所述放大器電路具有第一輸入端(34)，所述第一輸入端與所述并聯(lián)的電位測量路徑(MP3、MP4)的分支點(diǎn)(KP)電連接，并且具有第二輸入端(35)，所述第二輸入端與參考電位(V)電連接，以及具有輸出端(36)，并且其中所述電位測量單元(38)被設(shè)置用于確定所述測量路徑(MP1、MP2)和所述參考電位(V)的被平均的差信號。14.根據(jù)權(quán)利要求11至13之一所述的差分電壓測量系統(tǒng)(700)，其中所述電位測量單元(38)具有信號檢測單元(37)，所述信號檢測單元與所述電位測量單元(38)的放大器電路(33)的輸出端(36)電連接。15.根據(jù)權(quán)利要求11至14之一所述的差分電壓測量系統(tǒng)(700)，此外具有帶有用于右腿的驅(qū)動(dòng)電路的附加的患者接觸部，其中所述電位測量單元(38 )包括所述附加的患者接觸部和所述分支點(diǎn)(KP)之間的附加的電位測量路徑，使得施加在所述附加的患者接觸部處的電位在確定被平均的電位時(shí)被顧及。
【文檔編號】A61B5/0402GK105852844SQ201610085578
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年2月15日
【發(fā)明人】U.巴策爾, P.格賴夫, H.卡爾
【申請人】西門子公司