DD238327A1 - Einrichtung fuer die diagnostik mittels elektrisch evozierter potentiale - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur diagnostischen Nutzung der durch ein elektrisches Reizfeld hervorgerufenen elektrischen Organantwort. Ziel der Erfindung ist die breitere Anwendbarkeit dieser Diagnostik, insbesondere auch fuer die Otologie, bei erhoehter Patientensicherheit. Dazu ist es noetig, die Ueberlagerungsstoerung der elektrischen Organantwort durch das Reizfeld zu vermeiden und die ueber die Reizelektroden fliessenden Stroeme zu ueberwachen. Das Wesen der Erfindung liegt darin, dass mit Hilfe einer Kompensationsstromquelle die elektrische Wirkung der Reizstromquelle auf die Ableitelektroden weitgehend aufgehoben wird. Bei Vorhandensein eines Mittelwertrechners sind Reiz- und Kompensationsimpulse alternierender Polaritaet vorteilhaft. Die Einstellung der Kompensation kann durch einen dem Ableitverstaerker nachgeschalteten elektronischen Artefaktsignal-Indikator erleichtert werden, der im einfachsten Falle aus einem reizabhaengig geschalteten R-C-Integrator mit Spannungsanzeige besteht. Die Patientenschutzschaltung besteht aus Lichtemitterdioden in jedem Quellenstromkreis, die in gleichberechtigter optischer Verbindung zu einem Fototransistor stehen, der bei Ueberstrom ueber eine Komparatorschaltung und darueber gesteuerte Schalter die Stromversorgungen der Stromquellen abschaltet.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung bestehend aus einem Elektrostimulator (Reizteil) zur Erzeugung eines impulsiven elektrischen Strömungsfeldes zur Stimulation insbesondere von Nerven und einer aus Ableitelektroden, Biosignalverstärker und Biosignal-Registriereinrichtung gebildeten Teileinrichtung (Antwortteil) zur Gewinnung und Darstellung bzw. Auswertung der durch den Stimulus direkt oder indirekt evozierten Biopotentiale. Solche Einrichtungen werden insbesondere zur Funktionsdiagnostik von Nerven benutzt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Einrichtungen bekannt (siehe z.B. Jörg und Hielscher: Evozierte Potentiale [VEP, SEP, AEP] in Klinik und Praxis, Springer Verlag 1984) bzw. naheliegend, die aus einem Reizteil und einem Antwortteil bestehen, wobei das letztere meist einen vom Reizteil getriggerten Mittelwertrechner, genannt Averager, zur Unterdrückung des biologischen Rauschens enthält. Das Reizteil besteht aus einer bezüglich Strom und Zeitdaten einstellbaren Quelle für eine Stromimpulsfolge, deren beide Ausgangsklemmen an Reizelektroden angeschlossen sind, die auf oder unter der Körperoberfläche so angeordnet sind, daß das zwischen ihnen entstehende Strömungsfeld (Reizfeld) den zu reizenden Nerv erfaßt. Das Antwortteil ist an Ableitelektroden angeschlossen, die auf oder unter der Körperoberflächeso angeordnet sind, daß sie günstig im Potentialfeld der jeweils interessierenden Quelle des durch den Reiz evozierten Biopotentials liegen.

Da sich Reiz- und Ableitelektroden im gleichen Volumenleiter (Körper) befinden, wirkt das Reizfeld auch direkt auf die Ableitelektroden ein und erzeugt dort eine Potentialdifferenz-Zeitfunktion, die dem Reizströmungsfeld proportional ist. Diese auf direktem elektrischen Wege zwischen den Ableitelektroden erzeugte elektrische Spannungszeitfunktion — hier genannt Artefakt-Signal — überlagert sich mit dem durch den Reiz evozierten Biopotential.

Nachteil der bekannten Einrichtungen ist, daß sie nur unter einer der folgenden Voraussetzungen anwendbar sind: Hat das Biopotential durch quellnahe Ableitung eine relativ große Amplitude und das Artefaktsignal infolge Konzentration des Reizfeldes und große Entfernung zwischen Reiz- und Ableitelektroden eine relativ sehr kleine Amplitude, kann das letztere vernachlässigt werden. Läßt sich das Artefaktsignal zeitlich eindeutig vom Biopotential unterscheiden, weil dieses erst nach längerer Latenzzeit auftritt, kann das Artefaktsignal unter Umständen wiederum vernachlässigt oder aber mit bekannten technischen Mitteln unterdrückt werden.

Die genannten Voraussetzungen sind bei Anwendung der bekannten Einrichtungen für einige diagnostische Aufgaben unzureichend bzw. überhaupt nicht erfüllt. Ein Beispiel ist die Hörnerv-Diagnostik anhand elektrisch evozierter Hirnstammpotentiale, wobei der Hörnerv im Bereich des Innenohres elektrisch gereizt wird und die elektrische Reizantwort insbesondere bestimmter Hirnstamm-Kerngebiete mittels Kopfhautelektroden abgegriffen und zur Auswertung bereitgestellt werden sollen. Bei Anwendung bekannter Einrichtungen für die Hörnervdiagnostik ist die Amplitude des Artefaktsignals um 2 bis 3 Größenordnungen größer als die der gesuchten Reizantwort, so daß von letzterer bestenfalls späte Anteile anwertbar sind. Ein weiterer Nachteil der bekannten Einrichtungen ist im Falle ihrer Anwendung für die Hörnervdiagnostik und andere hirnnahe Diagnostik die Gefahr einer schädigenden Reizstromdichte bei bestimmten Ausfällen elektronischer Bauelemente, insbesondere bei Transistor-Durchbrüchen.

Ziel der Erfindung

Hauptziel der Erfindung ist die Durchführbarkeit der Diagnostik mittels elektrisch evozierter Biopotentiale auch in den Fällen, in denen bei Anwendung der bekannten Einrichtungen das Artefaktsignal das Biopotential verdecken würde. Insbesondere die bei Erreichung des Hauptzieles mögliche Anwendung zur Hörnerv-Diagnostik erfordert die Sicherung des Patienten gegen eine schädigende Reizstromdichte (Nebenziel).

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die durch die Erfindung zu lösende Hauptaufgabe besteht darin, die Artefaktsignal-Amplitude an den Ableitelektroden relativ zur Biopotential-Amplitude stets ausreichend klein zu halten. Die zu lösende Nebenaufgabe besteht darin, die durch die Reizelektroden applizierte Reizstromstärke ständig zu überwachen und bei Überschreitung eines Grenzwertes automatisch den Stromfluß durch den Patienten zu unterbinden.

Erfindungsgemäß wird die Hauptaufgabe dadurch gelöst, daß das Reizteil außer der ersten einstellbaren Quelle für eine Stromimpulsfolge, die hier Reizstromquelle genannt werden soll, eine zweite, zweckmäßigerweise gleichartige Quelle mit für sich einstellbarer Stromstärke enthält, die entweder mit der Reizstromquelle oder einer gemeinsamen bekannten Ansteuerimpulsschaltung elektrisch so verbunden ist, daß mit ihr Stromimpulse erzeugbar sind, deren Zeit-Parameter identisch mit denen der Reizstromquelle sind. Die zweite Stromimpulsquelle sol I Kompensationsstromquelle genannt werden. Diebeiden Ausgangsklemmen der Kompensationsstromquelle sind ebenfalls an bekannte Elektoden angeschlossen, die Kompensationselektroden heißen sollen. Die Kompensationselektroden sind auf oder unter der Körperoberfläche unter Berücksichtigung der Polarität der Kompensationsstromquelle nach bekannten Regeln der Feldausbreitung in Volumenleitern so angeordnet, daß einerseits durch das durch sie hervorrufbare Strömungsfeld der diagnostisch interessierende Nerv nicht nennenswert erfaßt wird, jedoch andererseits zwischen den Ableitelektroden eine elektrische Spannungszeitfunktion mit zum Artefaktsignal entgegengesetztem Vorzeichen erzeugbar ist. Eine bei Vorhandensein eines Mittelwertrechners im Antwortteil der Einrichtung vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung der Hauptaufgabe entsteht dadurch, daß die Reizstromquelle und die Kompensationsstromquelle und die mit beiden elektrisch verbundene Ansteuerimpulsschaltung in ansieht bekannter Weise bipolar ausgelegt sind, so daß mit der Reizstromquelle und mit der Kompensationsstromquelle Folgen von Stromimpulsen alternierender Polarität erzeugbar sind.

Es kann dabei günstig sein, wenn die Kompensationsstromquelle in bekannter Weise so ausgelegt ist, daß für die beiden Impulspolaritäten auch ungleiche Stromstärken einstellbar sind.

Es kann bei sehr kleinen oder frag lieh vorhandenen Biopotentialen vorteilhaft sein, wenn ein elektronischer Artefaktsignal-Indikator mit dem Signalausgang des Biosignalverstärkers im Antwortteil in elektrischer Verbindung steht. Eine Realisierungsmöglichkeit für einen elektronischen Artefaktsignal-Indikator besteht aus mindestens einer Kettenschaltung in der angegebenen Reihenfolge aus drei ansich bekannten Teilschaltungen: einer durch ein Steuersignal triggerbaren elektronischen Torschaltung mit relativ zum Steuersignal einstellbarer Öffnungs-und Schließzeit, einer Integratorschaltung, die im einfachsten Falle aus einem Ladewiderstand und einem Speicherkondensator besteht, sowie einer elektronischen Einrichtung zur Anzeige oder Auswertung der Ausgangsspannung der Integratorschaltung. Die Integratorschaltung enthält zweckmäßigerweise eine Rücksetzvorrichtung, die im einfachsten Falle aus einem elektronischen Schalter parallel zum Speicherkondensator besteht. Der Steuersignaleingang der elektronischen Torschaltung ist mit der Ansteuerimpulsschaltung im Reizteil elektrisch verbunden.

Erfindungsgemäß wird die Nebenaufgabe durch eine Patientenschutzschaltung gelöst. Diese ist so aufgebaut, daß in je einer Elektrodenzuleitung der Reizstromquelle und der Kompensationsstromquelle eine, bei bipolarer Auslegung der Reiz- und der Kompensationsstromquelle zwei, dann antiparallel geschaltete, Lichtemitterdioden angeordnet sind, die alle zwei bzw. vier in gleichberechtigter optischer Verbindung zu einem Fototransistor in vorzugsweise Emitterschaltung stehen. Der Signalausgang der Fototransistorschaltung ist elektrisch verbunden mit einer bekannten, einstellbaren Komparatorschaltung, deren Ausgang mit den Steuereingängen bekannter elektronischer Schalter, wie z. B. Thyristoren, elektrisch verbunden ist, die ihrerseits den Stromversorgungseinheiten der Reizstromquelle und der Kompensationsstromquelle parallelgeschaltet sind. Die vorgeschlagenen Lösungen werden wie folgt angewandt:

Nachdem an der Reizstromquelle eine aufgabengemäße Reizstromstärke eingestellt wurde, wird unter oszillografischer Kontrolle des Ausgangssignals des Biosignalsverstärkers die Stromstärke der Kompensationsstromquelle so eingestellt, daß das ohne Benutzung der Kompensationsstromquelle verhandene Artefaktsignal weitgehend verschwindet. Bei Verwendung von Reiz- und Kompensationsimpulsen alternierender Polarität wird das Kompensationsoptimum, dasheißtdas Artefaktsigna I-Minimum meist bei ungleicher Einstellung der positiven und negativen Kompensationsstromimpulse gefunden. Die oszillografische Kontrolle des Ausgangssignals des Biosignalverstärkers kann bei sehr kleinen oder unsicheren Biopotentialen ergänzt werden durch die Anwendung des elektronischen Artefaktsignal-Indikators. Gemessen vom Reizimpulsbeginn ist dessen Toröffnungszeit beispielsweise auf 1 ms und dessen Torschließzeit beispielsweise auf 5 ms eingestellt, wodurch entsprechende Zeitabschnitte aus dem Ausgangssignal des Biosignalverstärkers in der Integratorschaltung

integriert werden. Sind keine Artefaktsignalanteile mehr in den erwähnten Zeitabschnitten vorhanden, entsteht kein elektrischer Ausgangswert an der Integratorschaltung und die nachgeschaltete Anzeige bleibt auf Null. Sind bei Verwendung alternierender Impulspolaritäten in den erwähnten Zeitabschnitten noch kleine Artefaktsignalanteile wechselnder Polarität vorhanden, deren über Sekunden gebildeter Zeitmittelwert aber gegen Null geht, entsteht ebenfalls kein nennenswerter elektrischer Ausgangswert an der Integratorschaltung und die Anzeige bleibt bei Null. Die tatsächlich verbleibenden kleinen Artefaktsignal-Reste stören nicht, weil sie wegen ihrer alternierenden Polarität durch den im Antwortteil vorhandenen Mittelwertrechner eliminiert werden.

Die erfindungsgemäße Lösung der Nebenaufgabe wirkt so, daß bei Auftreten eines unzulässig hohen Stromes in einem der beiden Patientenstromkreise bzw. bei Auftreten einer unzulässig hohen Stromsumme in beiden Patientenstromkreisen die Strahlungseinwirkung der einen bzw. beider Lichtemitterdioden auf den Fototransistor einen Grenzwert überschreitet, bei dem die Fototransistorschaltung mit nachgeschaltetem Komparator und elektronischen Schaltern einen Quasi-Kurzschluß der den Patienten gefährdenden Betriebsspannungen auslöst.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel mit alternierenden Impulspolaritäten und einem Artefaktsignal-Indikator mit einer Integratorschaltung erläutert werden

In der zugehörigen Zeichnung zeigen schematisch

Fig. 1: die Gesamteinrichtung mit dem Patienten,

Fig. 2: die Diagramme der Reizstrom-Zeitfunktion, der Kompensationsstrom-Zeitfunktion sowie die Triggerimpuls-Zeitfunktion, Fig.3: einen Artefaktsignal-Indikator,

Fig.4: die Patienten-Schutzschaltung.

Die Ansteuerimpulsschaltung A in Fig. 1 ist eine bekannte, hauptsächlich aus astabilen und monostabilen Multivibratoren aufgebaute Schaltung zur Erzeugung einer Folge von 300us breiten Rechteckimpulsen, Folgefrequenz 40 Hz, bei alternierender Polarität. Diese Rechteckimpulsfolge liegt sowohl am Steuereingang ER der Reizstromquelle RQ als auch am Steuereingang EK der Kompensationsstromquelle KQ. Hauptbestandteile der Reizstromquelle RQ und der Kompensationsstromquelle KQ sind komplementär aufgebaute, bipolare, spannungsgesteuerte Transistorstromquellen mit vorgeschalteten, einstellbaren Spannungsteilern. Bei der Kompensationsstromquelle KQ ist die Spannungsteilerschaltung so ausgelegt, daß auch ungleiche Stromamplituden der beiden Impulspolaritäten eingestellt werden können. Die prinzipiellen Zeitverläufe der Stromimpulse aus der Reizstromquelle RQ und der Kompensationsstromquelle KQ sind in Fig.2 dargestellt.

An den Ausgang AR 1 der Reizstromquell RQ ist die Reizelektrode RE1 angeschlossen, die hierin Hörnervnähe positioniert ist. An den Ausgang AK1 der Kompensationsstromquelle KQ ist die Kompensationselektrode KE1 angeschlossen, die beispielsweise an der Schläfe des Patienten P positioniert ist.

Die Reizgegenelektrode RE2 sowie die Kompensationsgegenelektrode KE2 sind hierzu einer, beispielsweise an der Stirn des Patienten P befestigten Gegenelektrode RE2/KE2 zusammengefaßt.

.Die Ableitelektroden AE1 und AE2 sind in diesem Fall am Vertex und am ipsilateralen Mastoid angebracht und mit dem Differenzeingang des Biosignalverstärkers BV elektrisch verbunden. An dessen Ausgang sind ein Oszilloskop O, ein elektronischer Artefaktsignal-Indikator I und ein Mittelwertrechner MR angeschlossen. Dessen Ausgang ist mit einer Einrichtung zur grafischen Darstellung D des Biosignals verbunden.

Fig.3 zeigt die Realisierung des elektronischen Artefaktsignal-Indikators mit nur einem geschalteten Integrator: Nach dem Signaleingang SE ist Vein Verstärker und ES 1 ein elektronischer Schalter, dem in dargestellter Weise ein Ladewiderstand Rund ein Speicherkondensator C folgen, dessen Spannung über den Anzeigeverstärker AZV vom Anzeigeinstrument AZ angezeigt wird. Der Triggereingang TE des Artefaktsignal-Indikators I ist über die Triggerleitung TL in Fig. 1 mit der dortigen Ansteuerimpulsschaltung Averbunden, die — wie in Fig. 2 gezeigt — Triggerimpulse T abgibt, deren Vorderflanken mit den Vorderflanken der Reizstromimpulse übereinstimmen. Mit Hilfe der Verzögerungsschaltung VS und dem nachgeschalteten monostabilen Multivibrator MV, dessen Ausgang auf den elektronischen Schalter ES 1 wirkt, löst jeder Triggerimpuls mit einstellbarer Verzögerung von beispielsweise 1 ms ein einstellbare, beispielsweise 4ms dauernde Schließung des elektronischen Schalters ES 1 aus. Das Integrationsglied R/C bewirkt die Integration aller durch ES1 bewirkten Signalausschnitte. Das Integrationsergebnis wird durch einen Anzeigeverstärker AZV abgefragt, dessen Ausgang auf ein Nullpunkt-Anzeigeinstrument AZ wirkt. Mit dem Triggereingang TE des elektronischen Artefaktsignal-Indikator I ist auch eine bekannte Impulsfrequenz-Untersetzerschalter IU verbunden, an deren Ausgang der elektronische Schalter ES 2 angeschlossen ist. Dieser bewirkt nach 2" (beispielsweise η = 6) Trigger- bzw. Reizimpulsen eine Entladung, d. h. Rücksetzung des aus R und C gebildeten Integrators.

Fig.4 zeigt die Patientenschutzschaltung innerhalb der Reizstromquelle RQ und der Kompensationsstromquelle KQ. Die Bezeichnungen der Eingangsklemmen ER bzw. EK sowie der Ausgangsklemmen AR 1 und AR 2 bzw. AK1 und AK 2 sind identisch mit den Klemmenbezeichnungen in Fig. 1. Wie aus Fig.4 ersichtlich ist, sind in die Zuleitung zur Reizelektrode RE1 und in die Zuleitung zur Kompensationselektrode KE1 jeweils zwei antiparallel geschaltete Lichtemmitterdioden L1 und L2 bzw. L3 und L4 eingefügt, die in gleichberechtigter optischer Verbindung zu einem Fototransistor FT in Emitterschaltung stehen, an dessen Signalausgang eine einstellbare Komparatorschaltung K angeschlossen ist. Deren Ausgang ist elektrisch verbunden mit den Steuereingängen der jeweils mit Thyristoren realisierten elektronischen Schalter ESR und ESK im Bereich der Reizstromquelle RQ bzw. im Bereich der Kompensationsstromquelle KQ, deren Funktion—wie aus Fig.4 ersichtlich ist — darin besteht, im Gefahrenfall die von den jeweiligen Stromversorgungseinheiten SRV bzw. SVK gelieferten Betriebsspannungen für die Reizstromschaltung RS bzw. die Kompensationsstromschaltung KS quasi kurzschließen.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   1. Einrichtung für die Diagnostik mittels elektrisch evozierter Potentiale, bestehend aus einem Reizteil, das eine bezüglich Stromstärke und Zeitparametern einstellbare Quelle für eine Stromimpulsfolge, genannt Reizstromquelle, sowie daran angeschlossene und auf oder unter der Körperoberfläche angeordnete Reizelektroden enthält sowie bestehend aus einem Ableitelektroden, Biosignalverstärker, Oszilloskop sowie meist einen Mittelwertrechner und Darstellungsgerät enthaltenden Antwortteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Reizteil eine weitere Quelle für eine Stromimpulsfolge, genannt Kompensationsstromquelle (KQ), enthält, die bezüglich ihrer Stromstärke einstellbar ist, die entweder mit der Reizstromquelle (RQ) oder einer gemeinsamen bekannten Ansteuerimpulsschaltung (A) elektrisch so verbunden ist, daß mit ihr Stromimpulse (KS) erzeugbar sind, deren Zeitparameter identisch mit denen der Stromimpulse (RS) der Reizstromquelle (RQ) sind und an deren Ausgangsklemmen (AK1;AK2) bekannte, auf oder unter der Körperoberfläche angeordnete Elektroden (KE 1;KE2), genannt Kompensationselektroden, so angeschlossen sind, daß durch das hervorrufbare Strömungsfeld der diagnostisch interessierende Nerv nicht nennenswert erfaßbar ist, jedoch zwischen den Ableitelektroden (AE1;AE2) eine elektrische Spannungszeitfunktion mit zum Artefaktsignal entgegengesetztem Vorzeichen erzeugbar ist.
2. 2. Einrichtung für die Diagnostik mittels elektrisch evozierter Potentiale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reizstromquelle (RQ) und die Kompensationsstromquelle (KQ) und die mit beiden elektrisch verbundene Ansteuerimpulsschaltung (A) so ausgelegt sind, daß mit der Reizstromquelle (RQ) und mit der Kompensationsstromquelle (KQ) Folgen von Stromimpulsen alternierender Polarität ( + RS;-RS;+ KS;-KS) erzeugbar sind.
3. 3. Einrichtung für die Diagnostik mittels elektrisch evozierter Potentiale nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsstromquelle (KQ) so ausgelegt ist, daß für die beiden Impulspolaritäten auch ungleiche Stromstärken einstellbar sind.
4. 4. Einrichtung für die Diagnostik mittels elektrisch evozierter Potentiale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Signalausgang des Biosignalverstärkers (BV) im Antwortteil ein elektronischer Artefaktsignal-Indikator (I) angeschlossen ist.
5. 5. Einrichtung für die Diagnostik mittels elektrisch evozierter Potentiale nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Artefaktsignal-Indikator (I) aus mindestens einer Kettenschaltung aus einer bekannten, durch ein Steuersignal triggerbaren elektronischen Torschaltung mit einstellbarer Öffnungs- und Schließzeit, einer bekannten Integratorschaltung und einer bekannten Einrichtung zur Anzeige oder Auswertung der Integratorspannung besteht, wobei die Integratorschaltung zweckmäßigerweise eine bekannte elektronische Rücksetzvorrichtung enthält.
6. 6. Einrichtung für die Diagnostik mittels elektrisch evozierter Potentiale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in je eine Elektrodenzuleitung der Reizstromquelle (RQ) und der Kompensationsstromquelle (KQ) eine, bei bipolarer Auslegung der Reiz-und Kompensationsstromquelle zwei, dann antiparallel geschaltete Lichtemitterdioden (L 1; L2; L3; L4) angeordnet sind, die alle in gleichberechtigter optischer Verbindung zu einem Fototransistor (FT) in vorzugsweise Verstärkerschaltung stehen, dessen Signalausgang mit einer einstellbaren Komparatorschaltung (K) elektrisch verbunden ist, an deren Signalausgang die Steuereingänge belastbarer elektronischer Schalter (ESR; ESK) angeschlossen sind, die ihrerseits den Stromversorgungseinheiten (SVR; SVK) der Reizstromquelle (RQ) und der Kompensationsstromquelle (KQ) parallelgeschaltet sind.

   Hierzu 4 Seiten Zeichnungen