Ausgehend
vom Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die
Aufgabe zugrunde, eine Elektrodenanordnung sowie ein System zur
Erfassung von Elektrokardiogrammsignalen bereitzustellen, mit denen
ermöglicht
wird, zur Aufnahme eines Elektrokardiogramms eine Vielzahl von Elektroden
am Körper
eines Patienten zu befestigen, ohne dass diese untereinander verbunden
sein müssen.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass ein erster Referenzpotentialanschluss vorgesehen ist, der mit
der ersten und der zweiten Elektrode verbunden ist und an dem ein
Referenzpotential bereitgestellt wird, und dass der erste Referenzpotentialanschluss
und die dritte Elektrode mit der Sendeeinrichtung verbunden sind.
Statt
einer Vielzahl untereinander verbundener Elektroden, die an einem
gemeinsamen Halteelement angebracht sind, werden zur Aufnahme eines Elektrokardiogramms
mehrere erfindungsgemäße Elektrodenanordnungen
auf dem Körper
eines Patienten angebracht. Das elektrische Potential auf der Oberfläche der
Haut des Patienten wird dabei in der Weise erfasst, dass das Potential
der dritten Elektrode in Bezug auf das an dem ersten Referenzpotentialanschluss
bereitgestellte Referenzpotential gemessen wird. Da sowohl der Referenzpotentialanschluss als
auch die dritte Elektrode mit der Sendeeinrichtung verbunden sind,
kann dieses Differenzsignal anschließend drahtlos an eine Empfangs-
und Auswertungseinrichtung übertragen
werden. In der Empfangs- und Auswertungseinrichtung können dann
die Ableitun gen durch Differenzbildung zwischen den Signalen unterschiedlicher
Elektrodenanordnungen gebildet werden.
Durch
das in der Elektrodenanordnung bereitgestellte Referenzpotential
entfällt
die Notwendigkeit, die einzelnen Elektrodenanordnungen elektrisch miteinander
zu verbinden. Stattdessen ergibt sich das für die Messung erforderliche
Referenzpotential als virtueller Mittelpunkt aus der Potentialdifferenz zwischen
zwei Elektroden einer 3-Elektroden-Anordnung. Das sich so ergebende
Referenzpotential ist über
den gesamten Körper ähnlich und
stellt daher ein gemeinsames Referenzpotential dar, auf das sich die
jeweils an der dritten Elektrode einer Elektrodenanordnung gemessenen
Einzelsignale beziehen, sodass diese Signale dann auch einzeln drahtlos
zu einer Empfangs- und
Auswertungseinheit übertragen werden
können.
Damit
wird das Anlegen der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnungen erleichtert,
da diese unabhängig
voneinander beispielsweise auch an den Extremitäten eines Patienten befestigt
werden können.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist zwischen dem ersten Referenzpotentialanschluss und der ersten
Elektrode ein erster Widerstand und zwischen dem ersten Referenzpotentialanschluss und
der zweiten Elektrode ein zweiter Widerstand vorgesehen. Auf diese
Weise wird zwischen der ersten und der zweiten Elektrode ein Spannungsteiler gebildet,
um so durch Differenzbildung das gewünschte Referenzpotential bereitzustellen.
In
weiter bevorzugter Weise sind der erste Widerstand und der zweite
Widerstand einstellbar. Dies kann auch in der Weise realisiert werden,
dass schaltbare Drain-Source-Strecken aus Feldeffekttransistoren
(FETs) oder bipolare Transistoren als einstellbarer Widerstand genutzt
werden. Neben den einstellbaren Widerständen ist es auch möglich, dass weitere
Halbleiter elemente wie Dioden verwendet werden, um ein Netzwerk
aufzubauen, mit dessen Hilfe das Referenzpotential angepasst werden
kann.
Außerdem kann
zwischen den ersten Referenzpotentialanschluss und der ersten Elektrode
ein erster Kondensator und/oder eine erste Induktivität geschaltet
sein, und zwischen den ersten Referenzpotentialanschluss und die
zweite Elektrode kann ein zweiter Kondensator und/oder eine zweite
Induktivität
geschaltet sein. Auf diese Weise kann ein komplexer Widerstand zwischen
den Elektroden und den jeweiligen Referenzpotentialanschlüssen realisiert werden,
um eine nicht nur rein resistive sondern auch kapazitive Ankopplung
der Elektroden an die Haut des Patienten zu berücksichtigen.
In
weiter bevorzugter Weise kann der erste Referenzpotentialanschluss
auch mit der dritten Elektrode verbunden sein, wobei zwischen dem
erste Referenzpotentialanschluss und der dritten Elektrode ein dritter
Widerstand vorgesehen ist. In diesem Fall sind die Elektroden mit
dem ersten Referenzpotentialanschluss sternförmig verschaltet, sodass das
Referenzpotential den Mittelpunkt zwischen den Potentialen der drei
Elektroden der Elektrodenanordnung darstellt, was zu einer verbesserten
Vergleichbarkeit der an unterschiedlichen Elektrodenanordnungen
erfassten Einzelsignalen führt.
Eine Verbindung dieses Referenzpotenzialanschlusses mit dem Masseanschluss
einer Batterieversorgung eines Verstärkers in der Elektrodenanordnung
bewirkt über
die Kapazität
der Batterie und daraus resultierende Zeitkonstanten eine Unterdrückung von
Störsignalen
und eine zeitweilig statische Differenzbildung der Potentiale am
Verstärkereingang.
Des
Weiteren ist es bevorzugt, wenn auch die erste und die zweite Elektrode
mit der Sendeeinrichtung verbunden sind, sodass insgesamt ein Impedanznetzwerk
gebildet wird. Dies ermög licht
es, insgesamt drei Einzelsignale an einer Elektrodenanordnung durch
Differenzbildung mit dem Referenzpotential zu erfassen, sodass die
Ableitungen später aus
einer größeren Anzahl
von Einzelsignalen bestimmt werden können, was zu einer verbesserten Genauigkeit
führt.
Zur
Erfassung der Einzelsignale ist es dabei weiter bevorzugt, wenn
ein erster Signalverstärker, ein
zweiter Signalverstärker
und ein dritter Signalverstärker
vorgesehen sind. Besonders bevorzugt werden Instrumentenverstärker oder
Chopperverstärker eingesetzt,
wobei durch Letztere Drifteffekte vermieden werden. Der Eingang
des ersten Signalverstärkers
ist mit dem ersten Referenzpotentialanschluss und der dritten Elektrode
verbunden, der Eingang des zweiten Signalverstärkers mit dem ersten Referenzpotentialanschluss
und der ersten Elektrode und der Eingang des dritten Signalverstärkers mit
dem ersten Referenzpotentialanschluss und der zweiten Elektrode.
Schließlich
sind die Ausgänge
der Signalverstärker
mit der Sendeeinrichtung verbunden.
Bei
einer derartigen Anordnung werden die über die Sendeeinrichtung zu übertragenden
Signale in einfacher Weise durch Differenzbildung bestimmt und verstärkt, wobei
die von den Signalverstärkern ausgegebenen
Signale dann auf das Massepotential der Spannungsversorgung (Batterie)
der Verstärkerstufen
dieser Anordnung oder ein anderes auf die Spannungsversorgung bezogenes,
erzeugtes Referenzpotenzialniveau bezogen sind.
In
einer Alternative zu der sternförmigen
Verbindung des ersten Referenzpotentialanschlusses mit den Elektroden
kann ein zweiter Referenzpotentialanschluss vorgesehen sein, der
mit der zweiten Elektrode und der dritten Elektrode verbunden ist. Ferner
kann ein dritter Referenzpotentialanschluss vorgesehen sein, der
mit der ersten Elektrode und der dritten Elektrode verbunden ist,
wobei der zweite und der dritte Referenzpotentialanschluss sowie
die zweite und die dritte Elektrode mit der Sendeeinrichtung verbunden
sind. Dabei ist in weiter bevorzugter Weise zwischen dem zweiten
Referenzpotentialanschluss und der zweiten Elektrode ein dritter
Widerstand und zwischen dem zweiten Referenzpotentialanschluss und
der dritten Elektrode ein vierter Widerstand vorgesehen. Außerdem ist
zwischen dem dritten Referenzpotentialanschluss und der dritten
Elektrode ein fünfter
Widerstand und zwischen dem dritten Referenzpotentialanschluss und
der ersten Elektrode ein sechster Widerstand vorgesehen.
Wie
bei der sternförmigen
Verbindung können
die Widerstände
zum einen in der bereits beschriebenen Weise einstellbar sein, und
es können neben
ohmschen Widerständen
auch Kondensatoren und Induktivitäten vorgesehen sein, um komplexe
Widerstände
bzw. ein komplexes Netzwerk zu realisieren.
In
diesem Fall einer Dreieck-Verschaltung der drei Elektroden werden
an einer Elektrodenanordnung statt nur eines Referenzpotentials
mehrere bereitgestellt, wobei zur Erfassung eines Einzelsignals
jeweils ein anderes Referenzpotential herangezogen werden kann.
Daher können
die Einzelsignale unabhängig
voneinander erfasst werden, sodass ein System aus einer Vielzahl
von Elektrodenanordnungen weniger störungsanfällig ist.
In
weiter bevorzugter Weise sind ein erster, ein zweiter und ein dritter
Signalverstärker
vorgesehen. Dabei ist der Eingang des ersten Signalverstärkers mit
dem ersten Referenzpotentialanschluss und der dritten Elektrode
verbunden, der Eingang des zweiten Signalverstärkers mit dem zweiten Referenzpotentialanschluss
und der ersten Elektrode und der Eingang des dritten Signalverstärkers mit
dem dritten Referenzpotentialanschluss und der zweiten Elektrode.
Ferner sind in dieser Ausführungsform
die Ausgänge
der Signalverstärker
mit der Sendeeinrich tung verbunden, sodass auch hier die zu übertragenden Signale
in einfacher Weise durch Differenzbildung bestimmt werden können, wobei
die ausgegebenen Signale dann ebenfalls auf das Massepotential der Spannungsversorgung
bezogen sind.
In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
ist eine vierte Elektrode vorgesehen, die an dem Halteelement befestigt
und mit der Sendeeinrichtung verbunden ist. Dadurch kann neben den
drei Einzelsignalen, die an der ersten, zweiten und dritten Elektrode
erfasst werden, wobei diese gleichzeitig mit einem Referenzpotentialanschluss
verbunden sind, noch ein viertes Einzelsignal erfasst werden. Dabei ist
in weiter bevorzugter Weise ein vierter Signalverstärker vorgesehen,
wobei die vierte Elektrode und der erste Referenzpotentialanschluss
mit den Eingängen
des vierten Signalverstärkers
verbunden sind und der Ausgang des vierten Signalverstärkers mit
der Sendeeinrichtung verbunden ist. Die vierte Elektrode kann mit
ihrer Verstärkerstufe
unmittelbar gegen den Massepol der Spannungsversorgung (Batterie)
arbeiten oder über
ein komplexes Widerstandsnetzwerk. Dies ergibt eine aktive Schirmung.
Die
vierte Elektrode kann auch direkt (ohne vierte Verstärkerstufe)
oder mittelbar über
ein komplexes Widerstandsnetzwerk als passive Schirmung an die Versorgungsmasse
angeschlossen werden. Es gibt aber auch die Möglichkeit, die vierte Elektrode gegen
den Referenzmittelpunkt der Stern-Anordnung über einen Differenzverstärker zu
schalten. Die so gebildete Differenz enthält Signalanteile, in denen Gleichtaktanteile
sowie statische und dynamische Unsymmetrien von Aufbau und Kontaktierung
enthalten sind. Diese Signalanteile können, sofern es die Signalqualität der Elektrodensignale
erlaubt, zur Korrektur der Signalverläufe verwendet werden.
Hierbei
kann die vierte Elektrode zur Erzielung einer guten Schirmwirkung
ringförmig
ausgebildet sein, wobei sie die erste, zweite und dritte Elektrode
umgibt.
In
bevorzugter Weise weist das Halteelement einen oberen Teil und einen
unteren Teil auf, wobei die Elektroden an dem unteren Teil befestigt sind
und die Sendeeinrichtung an dem oberen Teil vorgesehen ist. Dies
ermöglicht
einen einfachen Zusammenbau, eine Reinigung der Elektroden sowie eine
einfache Herstellung der Elektrodenanordnung. Außerdem bietet die Trennung
in ein Mehrlagensystem Vorteile beim Batterieaustausch.
Weiterhin
ist es bevorzugt, wenn das Halteelement zusätzlich mit einem Spannungsversorgungsteil
zur Versorgung der Elektrodenanordnung versehen ist. In diesem Fall
kann beispielsweise eine Folienbatterie als Spannungsversorgung
für die
Elektrodenanordnung verwendet werden, die dann aufgrund der Aufteilung
der Elektrodenanordnung leicht ausgetauscht werden kann.
Um
schließlich
zu ermöglichen,
dass die Einzelsignale drahtlos zwischen den Elektrodenanordnungen übertragen
werden können,
weisen die Elektrodenanordnungen in einer bevorzugten Ausführungsform
eine Empfangseinheit auf.
Ferner
wird die obige Aufgabe durch ein System zur Aufnahme von Elektrokardiogrammsignalen mit
einer Vielzahl von Elektrodenanordnungen und mit einer Empfangs-
und Auswertungseinrichtung gelöst,
wobei die Elektrodenanordnungen ein flächenförmiges Halteelement, eine erste,
eine zweite und eine dritte Elektrode zur Verbindung mit der Haut
eines Patienten und eine an dem Halteelement angebrachte Sendeeinrichtung
aufweisen, wobei die Elektroden an dem Halteelement angebracht sind,
wobei ein erster Referenzpotentialanschluss vorgesehen ist, der
mit der ersten und der zweiten Elektrode verbunden ist und an dem
ein Referenzpotential bereitgestellt wird und wobei der erste Referenzpotentialanschluss
und die dritte Elektrode mit der Sendeeinrichtung verbunden sind.
Das
erfindungsgemäße System
weist den Vorteil auf, dass durch das an den Elektrodenanordnungen
bereitgestellte Referenzpotential die Notwendigkeit entfällt, die
einzelnen Elektrodenanordnungen über
eine Kabelverbindung miteinander zu verbinden. Das erfindungsgemäße System
ist daher leichter anzulegen und für den Patienten angenehmer
zu tragen.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Systems weist dieses weiter eine Übertragungselektrodenanordnung
auf, die ein flächenförmiges Halteelement,
eine erste, eine zweite und eine dritte Elektrode zur Verbindung
mit der Haut eines Patienten, eine an dem Halteelement angebrachte Übertragungseinheit
und eine an dem Halteelement angebrachte Empfangseinheit aufweist,
wobei die Elektroden an dem Halteelement angebracht sind, wobei
ein erster Referenzpotentialanschluss vorgesehen ist, der mit der
ersten und der zweiten Elektrode verbunden ist und an dem ein Referenzpotential
bereitgestellt wird, wobei der erste Referenzpotentialanschluss,
die dritte Elektrode und die Empfangseinheit mit der Übertragungseinheit
verbunden sind, wobei die Empfangseinheit ausgestaltet ist, Signale
der Sendeeinrichtungen der Elektrodenanordnungen zu empfangen, und
wobei die Übertragungseinheit
ausgestaltet ist, Daten zu der Empfangs- und Auswertungseinrichtung
zu übertragen.
Bei
dieser Ausführungsform
können
die an den Elektrodenanordnungen erfassten Einzelsignale zunächst drahtlos
zu der Übertragungselektrodenanordnung
gesendet werden, von wo sie dann mittels der Übertragungseinheit zu der Empfangs-
und Auswertungseinheit übertragen
werden. Dabei kann bereits in der Übertragungselektrodenanordnung
eine erste Auswertung der Einzelsignale erfolgen.
In
einer ersten Alternative ist die Übertragungseinheit mit der
Empfangs- und Auswertungseinheit über eine drahtlose Verbindung
verbunden. Auf diese Weise wird eine gestaffelte Funkverbindung
zwischen den Elektrodenanordnungen und der Empfangs- und Auswertungseinheit
realisiert. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass die an den
Elektrodenanordnungen aufzubringende Sendeleistung gering ist, da
das Signal von diesen lediglich zu der ebenfalls am Körper des
Patienten angebrachten Übertragungselektrodenanordnung
gesendet werden muss. Dort werden die Einzelsignale der Elektrodenanordnungen
von der Empfangseinheit empfangen und gemeinsam mittels der Übertragungseinheit zu
der Empfangs- und Auswerteeinheit gesendet. Erst bei dieser gemeinsamen Übertragung
ist eine höhere
Sende leistung erforderlich, sodass nur an der Übertragungselektrodenanordnung
ein erhöhter Energieverbrauch
auftritt.
Dabei
kann die Übertragungseinheit
einen lösbar
angebrachten Sender aufweisen, wobei die Übertragungseinheit ferner über eine
Kabelverbindung mit der Empfangs- und Auswertungseinheit verbunden
sein kann. In diesem Fall wird entweder die drahtlose Verbindung
oder ein Kabel zwischen Patient und Empfangs- und Auswertungseinheit genutzt. Im
Fall einer drahtlosen Verbindung können die Übertragungseinheit und die
Empfangs- und Auswertungseinheit auch über optische Schnittstellen,
beispielsweise IrDA, miteinander verbunden sein.
Wenn
ein Patient stationär
behandelt wird, kann die Kabelverbindung verwendet werden, während bei
einem "mobilen" Patienten eine drahtlose Verbindung über den
Sender zwischen Empfangs- und Auswertungseinheit benutzt wird.
Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer lediglich
bevorzugte Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnung erläutert.
In der Zeichnung zeigen
1 eine
schematische Ansicht des unteren Teils eines ersten Ausführungsbeispiels
einer Elektrodenanordnung,
2 eine
schematische Ansicht des oberen Teils des ersten Ausführungsbeispiels
der Elektrodenanordnung,
3 eine
Ansicht einer alternativen Ausgestaltung der E- lektroden am unteren
Teil für
das erste Ausführungsbeispiel,
4 eine
schematische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung,
5 eine
schematische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung,
6 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems
zur Erfassung eines Elektrokardiogramms,
7 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems
und
8 eine
schematische Draufsicht auf den oberen Teil einer Übertragungselektrodenanordnung.
1 zeigt
eine erfindungsgemäße Elektrodenanordnung 1,
und zwar den unteren Teil 2. Dabei sind im unteren Teil 2 eines
elastischen, flächenförmigen Halteelements
eine erste Elektrode 3, eine zweite Elektrode 4 und
eine dritte Elektrode 5 angebracht, die mit einem Ring
aus Kontaktgel versehen sein können.
Die Elektroden 3, 4, und 5 sind dabei
derart an dem unte ren Teil 2 des Halteelements befestigt, dass
sie mit der Haut eines Patienten in Kontakt stehen, wenn der untere
Teil 2 auf die Haut aufgeklebt wird.
Des
Weiteren weist der untere Teil 2 des Halteelements einen
ersten Referenzpotentialanschluss 6, einen zweiten Referenzpotentialanschluss 7 und einen
dritten Referenzpotentialanschluss 8 auf. Der erste Referenzpotentialanschluss 6 ist
sowohl mit der ersten Elektrode 3 als auch mit der zweiten
Elektrode 4 verbunden, wobei zwischen dem ersten Referenzpotentialanschluss 6 und
der ersten Elektrode 3 ein erster Widerstand 9 angeordnet
ist und zwischen dem ersten Referenzpotentialanschluss 6 und
der zweiten Elektrode 4 ein zweiter Widerstand 10.
In gleicher Weise ist der zweite Referenzpotentialanschluss 7 mit
der zweiten Elektrode 4 und der dritten Elektrode 5 über einen
dritten Widerstand 11 und einen vierten Widerstand 12 verbunden.
Schließlich
ist auch der dritte Referenzpotentialanschluss 8 über einen
fünften
Widerstand 13 und einen sechsten Widerstand 14 mit
der ersten Elektrode 3 und der dritten Elektrode 5 verbunden.
Ferner
sind auf dem unteren Teil 2 des Halteelements der Elektrodenanordnung 1 ein
erster Signalverstärker 15,
ein zweiter Signalverstärker 16 und ein
dritter Signalverstärker 17 vorgesehen.
Der Eingang des ersten Signalverstärkers 15 ist mit der
dritten Elektrode 5 und dem ersten Referenzpotentialanschluss 6 verbunden.
In analoger Weise ist der zweite Signalverstärker 16 mit dem zweiten
Referenzpotentialanschluss 7 und der ersten Elektrode 3 verbunden
und der dritte Signalverstärker 17 mit
der zweiten Elektrode 4 und dem dritten Referenzpotentialanschluss 8.
Die Ausgänge
der Signalverstärker 15, 16 und 17 sind
mit dem Eingang einer Steckverbindung 18 verbunden, die
den unteren Teil 2 der Elektrodenanordnung 1 mit
dem in 2 dargestellten oberen Teil 19 verbindet.
Es
ist auch denkbar, dass die Widerstände 9, 10, 11, 12, 13 und 14 einstellbar
sind, wobei dies auch in der Weise realisiert werden kann, dass schaltbare
Drain-Source-Strecken aus Feldeffekttransistoren (FETs) oder bipolare
Transistoren als einstellbarer Widerstand genutzt werden. Neben
den einstellbaren Widerständen
ist es auch möglich,
dass weitere Halbleiterelementen wie Dioden verwendet werden, um
ein komplexes Netzwerk aufzubauen, mit dessen Hilfe das Referenzpotential
angepasst werden kann. Außerdem
kann zwischen die Referenzpotentialanschlüsse 6, 7, 8 und
die Elektroden 3, 4, 5 jeweils ein Kondensator
und/oder eine Induktivität
geschaltet sein, sodass ein komplexer Widerstand zwischen den Elektroden
und den jeweiligen Referenzpotentialanschlüssen realisiert werden kann,
um eine nicht nur rein resistive sondern auch kapazitive Ankopplung
der Elektroden an die Haut des Patienten zu berücksichtigen.
Der
obere Teil 19 der Elektrodenanordnung 1 weist
zunächst
den zweiten Teil der Steckverbindung 18 auf, mittels derer
die an dem unteren Teil 2 angebrachten Signalverstärker 15, 16 und 17 mit
den Bauteilen des oberen Teils 19 verbunden sind. Auf dem oberen
Teil 19 sind eine Multiplexing-Einheit 20, ein Analog-Digital-Wandler 21,
ein Controller 22 und eine Hochfrequenz-Sendestufe 23 mit Antenne angebracht.
Ferner ist eine Spannungsversorgung 24 vorgesehen, die
neben den Einheiten auf dem oberen Teil 19 auch die Signalverstärker 15, 16 und 17 versorgt.
Die Spannungsversorgung kann alternativ auch in einem von dem unteren
und dem oberen Teil getrennten Teil (nicht dargestellt) angebracht
sein. Die Multiplexing-Einheit 20, der Analog-Digital-Wandler 21,
der Controller 22 und die Hochfrequenz-Sendestufe 23 bilden
dabei zusammen die Sendeeinrichtung der Elektrodenanordnung 1.
Mit
der in den 1 und 2 dargestellten Elektrodenanordnung 1 können in
folgender weise drei Einzelsignale, die das elekt rische Potential
auf der Haut des Patienten wiedergeben, erfasst und gesendet werden.
An
den Elektroden 3, 4 und 5 werden die
Potentiale auf der Haut eines Patienten bestimmt, wobei in diesem
Fall, wo die Elektroden 3, 4 und 5 in
einer Dreieck-Schaltung verbunden sind, durch die Referenzpotentialanschlüsse 6, 7 und 8 drei
Referenzpotentiale bereitgestellt werden. Mit Hilfe der Signalverstärker 15, 16 und 17 werden
jeweils die Differenzen zwischen dem Potential einer der Elektroden 3, 4 und 5 und
einem der Referenzpotentiale gemessen, verstärkt und bezogen auf das Massepotential
der Batterie 24 an die Sendeeinrichtung übergeben,
die die Multiplexing-Einheit 20, den Analog-Digital-Wandler 21,
den Controller 22 sowie die Hochfrequenz-Sendestufe 23 umfasst.
Diese Einzelsignale können dann,
nachdem sie in dem Analog-Digital-Wandler 21 digitalisiert
wurden, in digitaler Form drahtlos zu einer Empfangs- und Auswertungseinheit übertragen
werden. Zur Übertragung
der digitalisierten Signale können
sowohl bidirektionale Systeme wie beispielsweise Bluetooth und Zigbee
(bei 2,45 GHz) als auch proprietäre
unidirektionale Systeme (Bluerobin) verwendet werden. Alternativ
ist es auch möglich,
dass die Einzelsignale zunächst über eine
Kurzstrecken-Funkverbindung zu einer weiteren Elektrodenanordnung
gesendet werden, von wo sie dann zur Empfangs- und Auswertungseinheit übertragen
werden. Beide Möglichkeiten
werden im Detail unter Bezugnahme auf 6, 7 und 8 beschrieben.
Dadurch,
dass an den Referenzpotentialanschlüssen 6, 7 und 8 der
Elektrodenanordnung 1 "virtuelle" Bezugssignale bereitgestellt
werden, relativ zu denen die Einzelsignale an den Elektroden 3, 4 und 5 erfasst
werden, ist es nicht erforderlich, die Elektrodenanordnungen 1 eines
Systems zur Erfassung eines Elektrokardiogramms miteinander zu verbinden, um
ein einheitliches Referenzpotential zur Verfügung zu stellen.
Vielmehr
können
die erfindungsgemäßen Elektrodenanordnungen 1 unabhängig voneinander am
Körper
des Patienten angebracht werden und übertragen dann drahtlos die
Einzelsignale zu einer Empfangs- und Auswertungseinheit, wie dies
im Folgenden noch näher
erläutert
werden wird. Da außerdem
durch die Dreieck-Verschaltung
der drei Elektroden 3, 4 und 5 mehrere
Referenzpotentiale bereitgestellt werden, kann zur Erfassung eines
der Einzelsignale jeweils ein anderes Referenzpotential herangezogen
werden, sodass die Einzelsignale unabhängig voneinander erfasst werden
und ein System aus einer Vielzahl von Elektrodenanordnungen 1 weniger störungsanfällig ist.
In 3 ist
eine alternative Ausgestaltung des unteren Teils 2' des Halteelements
gezeigt, das bei dem ersten Ausführungsbeispiel
einer Elektrodenanordnung 1 ebenfalls verwendet werden
kann, wobei im Unterschied zu 1 lediglich
die Anordnung der ersten Elektrode 3', der zweiten Elektrode 4' und der dritten
Elektrode 5' zusammen
mit den Referenzpotentialanschlüssen 6, 7 und 8 dargestellt
ist, während
die Signalverstärker
sowie die Verbindung zum oberen Teil nicht dargestellt sind.
Im
Unterschied zu der in 1 dargestellten Alternative
auf Basis handelsüblicher
kreisförmiger, Elektroden
sind hier die Elektroden 3', 4' und 5' nicht kreisförmig ausgebildet,
sondern erstrecken sich für einen
besseren Kontakt mit der Haut über
einen ausgedehnten Bereich, der im Falle der ersten Elektrode 3' halbrund ausgebildet
ist.
4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung 1', wobei die
Elektrodenanordnung 1' ebenfalls
ein ebenes, flächenförmiges Halteelement 25 aufweist,
an dem eine erste Elektrode 3, eine zweite Elektrode 4 und
eine dritte Elektrode 5 angebracht sind, und wobei die
Elektroden 3, 4 und 5 ebenfalls derart
an dem Halteelement 25 befestigt sind, dass sie in Kontakt mit
der Haut eines Patienten stehen, wenn das Halteelement 25 darauf
aufgeklebt wird.
Des
Weiteren ist an dem Halteelement 25 ein erster Referenzpotentialanschluss 6 vorgesehen,
der über
einen ersten Widerstand 9',
einen zweiten Widerstand 10' und
einen dritten Widerstand 11' sternförmig mit
den Elektroden 3, 4, 5 verbunden ist.
Daher stellt der erste Referenzpotentialanschluss 6 den "Mittelpunkt" zwischen den Potentialen
der Elektroden 3, 4, 5 dar.
Wie
schon im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel in den 1 und 2 beschrieben,
können
auch hier die Widerstände 9', 10' und 11' in der bereits
erwähnten
Weise einstellbar sein. Außerdem
ist es denkbar, dass zwischen den Referenzpotentialanschluss 6 und
die Elektroden 3, 4, 5 jeweils ein Kondensator
und/oder eine Induktivität geschaltet
ist, um einen komplexen Widerstand zu realisieren.
Des
Weiteren weist die Elektrodenanordnung 1' einen ersten Signalverstärker 15 auf,
dessen Eingang mit dem ersten Referenzpotentialanschluss 6 und
der dritten Elektrode 5 verbunden ist. Dieses wäre zur erfindungsgemäßen Erfassung
eines einzelnen Signals mit Hilfe dieser Elektrodenanordnung 1' bereits ausreichend.
Da jedoch mehrere Einzelsignale erfasst werden sollen, sind in dieser
bevorzugten Ausführungsform
ein zweiter Signalverstärker 16 und
ein dritter Signalverstärker 17 vorgesehen,
die in zu dem ersten Signalverstärker 15 analoger
Weise mit der ersten Elektrode 3 und der zweiten Elektrode 4 verbunden
sind. Somit können
mit dieser Elektrodenanordnung 1' ebenfalls drei Einzelsignale erfasst werden,
die dann in der bereits im Zusammenhang mit den 1 bis 3 erläuterten
Weise digitalisiert und drahtlos zu einer Empfangs- und Auswertungseinheit übertragen
werden können.
Wie
bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird
auch hier ein "virtuelles" Bezugspotential
an dem ersten Referenzpotentialanschluss 6 bereitgestellt,
wobei die Einzelsignale an den Elektroden 3, 4 und 5 in
Bezug darauf mittels der Signalverstärker 15, 16 und 17 gemessen
werden, deren Ausgangssignale dann auf die Masse einer hier nicht
dargestellten Spannungsversorgung bezogen werden. Daher können auch
mit dieser Elektrodenanordnung 1' Elektrokardiogrammsignale an verschiedenen
Stellen des Körpers
erfasst werden, ohne dass es erforderlich ist, die Elektroden der
Elektrodenanordnung 1' zur
Bereitstellung eines gemeinsamen Referenzpotentials miteinander
elektrisch zu verbinden.
5 zeigt
ein viertes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung 1'', bei der, wie bei dem zweiten
Ausführungsbeispiel auch,
die Elektroden 3, 4 und 5 sternförmig zur
Bereitstellung eines Referenzpotentials an einem ersten Referenzpotentialanschluss 6 verschaltet
sind. Neben den drei Elektroden 3, 4 und 5,
die optional mit einem Ring aus Kontaktgel versehen sind, ist noch eine
vierte Elektrode 26 an dem Halteelement 25 zur Verbindung
mit der Haut eines Patienten angebracht. Dabei umgibt die vierte
Elektrode 26 mittels eines Kontaktgel-Kissens die anderen
Elektroden 3, 4 und 5 ringförmig. Außerdem weist
die Elektrodenanordnung 1'' neben den bereits
in 4 dargestellten Bauelementen noch einen vierten
Signalverstärker 27 auf,
dessen Eingang mit dem ersten Referenzpotentialanschluss 6 sowie
mit der vierten Elektrode 26 verbunden ist. An dem Ausgang
des vierten Signalverstärkers 27 kann
dann ein viertes Einzelsignal ausgegeben werden, das ebenfalls.
auf die Masse einer nicht näher
dargestellten Spannungsversorgung bezogen ist. Dieses Signal kann
dann drahtlos zu einer Empfangs- und Auswertungseinheit übertragen werden.
Dazu sind dem vierten Signalverstärker 27 eine Signalfilterungseinheit 28,
ein Analog-Digital-Wandler 29, eine Codierungseinheit 30,
eine Modulationseinheit 31, ein Sendeverstär ker 32 und
eine Antennenanpassung 33 nachgeschaltet, die mit einer Antenne 34 verbunden
ist. Mittels der vierten Elektrode 26 können die oben beschriebenen
Gleichtaktanteile und Unsymmetrien gemessen werden.
6 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines Systems zur Erfassung von Elektrokardiogrammsignalen gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das System weist Elektrodenanordnungen 1 auf,
die gemäß einem
der vorher beschriebenen Ausführungsbeispiele
ausgeführt
sein können
und ein Halteelement 25, eine erste, eine zweite und eine
dritte Elektrode 3, 4, 5 und eine an
dem Halteelement 25 angebrachte Sendeeinrichtung aufweisen.
Die Elektroden 3, 4, 5 sind an dem Halteelement 25 angebracht,
und es ist ein erster Referenzpotentialanschluss 6 vorgesehen,
der mit der ersten und der zweiten Elektrode 3, 4 verbunden
ist und an dem ein Referenzpotential bereitgestellt wird. Der erste
Referenzpotentialanschluss 6 und die dritte Elektrode 5 sind
mit der Sendeeinrichtung verbunden. Die Elektrodenanordnungen 1 sind
an dem rechten Arm, dem linken Arm und dem linken Bein eines Patienten 35 angebracht,
wobei die Elektroden 3, 4, 5 der Elektrodenanordnung 1 im
Kontakt mit der Haut des Patienten 35 stehen.
Da
die Elektrodenanordnungen 1 jeweils drei Elektroden 3, 4 und 5 aufweisen,
können
an den Elektrodenanordnungen 1 jeweils drei Einzelsignale erfasst
und mittels der Sendeeinrichtung drahtlos zu einer Empfangs- und
Auswertungseinheit 36 übertragen
werden. Die einzelnen Signale sind mit LA1, LA2, LA3, RA1, RA2 usw.
bezeichnet. Diese Einzelsignale LA1, LA2, ... werden in der bereits
im Zusammenhang mit den Elektrodenanordnungen 1, 1' und 1'' beschriebenen Weise erfasst, ohne
dass eine elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Elektrodenanordnungen 1 erforderlich
ist, da an jeder Elektrodenanordnung 1 ein bzw. mehrere
Referenzpotentiale bereitgestellt werden. Zudem werden die Einzelsignale
in den Elektrodenanordnungen 1 digitalisiert, sodass digitale
Signale an die Empfangs- und Auswertungseinheit 36 übertragen
werden.
In
der Empfangs- und Auswertungseinheit 36 können aus
den Einzelsignalen LA1, LA2, ... durch komplexe Differenzbildung
(Betrag und Phase) sowie Korrektur von Signalverfälschungen
(Unsymmetrie-Korrektur) mit Hilfe von Kreuz- und Autokorrelationsverfahren)
die erforderlichen Ableitungen gebildet werden, um die Herzfunktion
des Patienten 35 kontrollieren zu können.
Die
in 7 dargestellte zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems
unterscheidet sich von dem aus 6 dadurch,
dass neben den Elektrodenanordnungen 1 an dem linken und
rechten Arm noch eine Übertragungselektrodenanordnung 37 am
linken Bein des Patienten 35 vorgesehen ist.
Der
untere Teil der Übertragungselektrodenanordnung 37 ist
wie der in 1 gezeigte untere Teil einer
Elektrodenanordnung 1 ausgestaltet und weist insbesondere
eine erste, eine zweite und eine dritte Elektrode 3, 4, 5 zur
Verbindung mit der Haut eines Patienten 35 sowie einen
Referenzpotentialanschluss 6 auf. Der obere Teil 19' der Übertragungselektrodenanordnung 37 ist
in 8 dargestellt, wobei dieser ebenfalls über eine
Steckverbindung 18 mit dem nicht dargestellten unteren
Teil verbunden ist. Neben einer Batterie 24 sind im oberen
Teil 19' eine Multiplexing-Einheit 20,
ein Analog-Digital-Wandler 21, ein Controller 22 und
eine Hochfrequenz-Sendestufe 23 vorgesehen, wobei diese
Bauteile die Übertragungseinrichtung
der Übertragungselektrodenanordnung 37 bilden.
Des
Weiteren weist der obere Teil 19' eine Empfangseinheit 38 auf,
die ausgestaltet ist, Signale der Sendeeinrichtungen der Elektrodenanordnungen 1 des
Systems zu empfangen, und die mit dem Controller 22 der Übertragungseinheit
verbunden ist.
In
dieser Ausführungsform
eines Systems zur Aufnahme von Elektrokardiogrammsignalen wird eine
Kurzstrecken-Funkverbindung
verwendet, um die Einzelsignale der Elektrodenanordnungen 1 am linken
Arm und linken Bein zur Empfangseinheit 38 der Übertragungselektrodenanordnung 37 zu
senden. An der Übertragungselektrodenanordnung 37 kann
optional bereits eine Auswertung der Einzelsignale erfolgen (Bildung
der Ableitungen). Die ausgewerteten Daten können schließlich von der Übertragungselektrodenanordnung 37 drahtlos
auf die bereits beschriebene Weise (Bluetooth, Zigbee) zur Empfangs-
und Auswertungseinheit 36 übertragen werden, um eine Darstellung
der Daten zu ermöglichen.
Es ist aber auch denkbar, dass die Übertragungseinheit und die
Empfangs- und Auswertungseinheit 36 mittels optischer Schnittstellen
wie IrDA miteinander verbunden sind.
Somit
wird bei dieser Ausführungsform
des Systems eine gestaffelte Funkverbindung zwischen den Elektrodenanordnungen 1,
der Übertragungselektrodenanordnung 37 und
der Empfangs- und Auswertungseinheit 36 realisiert, was
mit dem Vorteil verbunden ist, dass die an den Elektrodenanordnungen 1 aufzubringende
Sendeleistung gering ist, da das Signal von diesen lediglich zu
der ebenfalls am Körper des
Patienten angebrachten Übertragungselektrodenanordnung 37 gesendet
werden muss.
Statt
einer drahtlosen Verbindung zwischen der Übertragungseinheit und der
Empfangs- und Auswertungseinheit 36 ist alternativ auch
eine Kabelverbindung denkbar. Dabei kann die Übertragungseinheit einen lösbar verbundenen
Sender aufweisen, der nur dann angebracht ist, wenn eine drahtlose Übertragung
beabsichtigt ist.
Damit
kann bei einem stationär
untergebrachten Patienten die Kabelverbindung verwendet werden,
während
bei einem "mobilen" Patienten die drahtlose
Verbindung verwendet wird.
Durch
das System bzw. die Elektrodenanordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung
ist es nicht mehr erforderlich, dass die an den Extremitäten des
Patienten 35 angebrachten Elektrodenanordnungen 1, 37 elektrisch
miteinander verbunden sind, um ein Referenzpotential bereitzustellen.
Vielmehr wird dies an den Elektrodenanordnungen 1, 37 selbst
erzeugt, sodass störende
Kabelverbindungen zwischen den Elektrodenanordnungen 1, 37 entfallen können. Außerdem kann
durch die Vielzahl der erfassten und übertragenen Einzelsignale die
Genauigkeit der berechneten Ableitungen erhöht werden.