DE10028787A1

DE10028787A1 - Vorrichtung zur Behandlung von neurologischen und neuropsychologischen Erkrankungen

Info

Publication number: DE10028787A1
Application number: DE10028787A
Authority: DE
Inventors: Galina Ivanova; Gert Griesbach; Axel Fink; Guenter Henning
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: ELDITH GMBH, 98693 ILMENAU, DE
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2001-01-11

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von neurologischen und neuropsychologischen Erkrankungen.

Sie ermöglicht eine methodisch-technische Realisierung eines patientenspezifischen Biofeedback-Systems für spontane und evozierte hirnelektrische Aktivität auf der Basis einer zentralen und einer portablen Einheit.

Auf dem Gebiet des Biofeedbacks bzw. EEG-Biofeedbacks existieren unterschiedliche Systeme, Vorrichtungen und Verfahren für den Einsatz in der klinischen Praxis (US 3942516, US 4110918, US 5343871, US 5406957, US 5899867, US 5792047, US 5024235, WO 9405201). Grundsätzlich kann man bei der Beschreibung eines Biofeedback-Apparates folgende Schwerpunkte betrachten:

1. Art und Anzahl der für das Feedback erfaßten Signale;
2. Technische Ausführung;
3. Eingesetzte Verfahren der Signalanalyse;
4. Art des Feedbacks.

Eine der verbreitetsten gerätetechnischen Lösungen bietet die Möglichkeit der Rückkopplung mehrerer physiologischer Signale, wie EMG, Temperatur, Atmung, Hautleitfähigkeit und EEG. Im Bereich der Rückkopplung der menschlichen Hirnaktivität existieren Apparaturen, die das Feedback von unterschiedlichen EEG-Anteilen wie θ-, α-, β-, SMR-Rhythmus oder Verhältnissen dieser Hirnaktivitäten realisieren. Diese Geräte bieten dem Arzt die Auswahl von festgelegten Neurofeedback-Protokollen, wobei auch vorgeschriebene Elektrodenpositionen ausgewählt werden sollten. Eine sehr oft bei ganz unterschiedlichen neuronalen Erkrankungen eingesetzte Biofeedback-Methode ist beispielsweise auf der Basis des SMR-Rhythmus. Es wird dabei meist höchst unspezifisch vorgegangen, da auch die existierende Technik nicht genug Flexibilität und Raum für eine individuelle Gestaltung der Behandlung bietet.

Probleme im Hinblick auf die Anforderungen dieser Aufgaben erwachsen aus den Beschränkungen der auf dem Markt verfügbaren EEG-Gerätetechnik: die Meßhardware gestattet meist nicht die zuverlässige Erfassung spezifischer Signalkomponenten, die mitgelieferte Software ist zumeist auf Routine-EEG-Untersuchungen ausgerichtet und realisiert nur konventionelle Auswerteverfahren. Für die Steuerung des Feedbacks bei EEG-Lernprozessen ist eine kontinuierliche online-fähige Überwachung der Frequenz- und Amplitudenänderungen von Grundrhythmen notwendig. Bekannte EEG-Feedbackkontrollen basieren auf Auswertungen in längeren Zeitfenstern bzw. Signalabschnitten. Damit ist eine Rückmeldung über den Erfolg der Rhythmussteuerung nur in Abständen von einigen Sekunden möglich. Es fehlen insbesondere in Zeit und Frequenz hochauflösende sowie topographische Methoden, mit denen on-line die Dynamik von Hirnprozessen unter Berücksichtigung des stochastischen EEG-Charakters erforscht werden kann. Damit sind die Voraussetzungen zum Verständnis der feinen zeitlichen Mikrostruktur der physiologischen und pathologischen Hirnereignisse nicht vorhanden. Es fehlen ebenso Methoden zum Nachweis der Spezifität der Neurofeedback-Therapie, weil die verschiedenen Einflußfaktoren und die zur Validierung geeigneten Merkmale nicht ausreichend extrahiert und kontrolliert werden können.

Weiterhin zeigt die Praxis, daß beispielsweise beim Training von epileptischen Patienten auf der Basis der langsamen Potentiale, die Biofeedback-Sitzungen mit einer Häufigkeit von mindestens 2-3 Sitzungen pro Woche über einen Zeitraum von mehreren Monaten durchgeführt werden sollten. Dies stellt sich insbesondere für arbeitstätige oder entfernt wohnende Patienten als kaum realisierbar heraus, deswegen wird oft auf diese Art der Behandlung verzichtet.

Ziel der Konzeption des hier vorgestellten Systems ist es, unter Berücksichtigung etablierter und aktueller neurologischer Erkenntnisse und unter Anwendung neuer Algorithmen der Signalverarbeitung, sowie unter Einbeziehung moderner Hardware und multimedialer Möglichkeiten eine neue Biofeedback-Strategie und Vorrichtung für die Behandlung von neurologischen und neuropsyhologischen Erkrankungen zu entwickeln. Die methodisch-technische Lösung beinhaltet ein flexibles, integriertes mehrkanaliges System, das Komponenten zur spezifischen Indikation eines multiplen, patientenindividuellen Neurofeedbackprofils und für ein überwachtes Initialtraining umfaßt. Auf der Grundlage des an diesem zentralen System angepaßten Protokolls kann eine Portierung in ein modular aufgebautes, individuell einstellbares mobiles Gerät für den Heimeinsatz bzw. außerhalb der Arztpraxis erfolgen. Eine Überwachung, Kontrolle und Auswertung der von mehreren, gleichzeitig, nicht unbedingt an einem Ort, stattfindenden Sitzungen und Neueinstellung der Biofeedback-Protokolle via Internet bzw. Kommunikationsprotokolle ist damit auch realisierbar.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Vorrichtung zur patientenspezifischen Biofeedback-Behandlung für spontane und evozierte hirnelektrische Aktivität auf der Basis einer zentralen und einer portablen Einheit. Diese ist gekennzeichnet durch:

- Realisierung als zentrales System (ZS) und portables Miniatursystem (PS) bzw. Praxis-Heimsystem;
- Ein in die zentrale Einheit integrierter Profiler, Entscheidungsunterstützungssystem, für die Erstellung eines patientenspezifischen Profils auf deren Basis die Wahl der zu trainierenden Aktivitäten und die objektive Validierung der Biofeedback-Strategie mit Hilfe signalanalytischer Verfahren und statistischer Tests gegenüber einem Ausgangszustand und gegenüber einer Normgruppe erfolgt;
- Freie interaktive Gestaltung von Biofeedbackprotokollen vom Arzt in Form von mathematischen Funktionen, wie z. B.
(Aα(O1) + Aα(Oz) + Aα(O2))/Aθ(Oz)
Summe der Amplituden der α-Tätigkeit unter Elektroden O1, Oz, O2 dividiert durch die Amplitude der θ-Tätigkeit unter Elektrode Oz
(P[10 - 12](Oz))/(P[8 - 10)(Oz))
Verhältnis der momentanen Leistung (Elektrode Oz) der Aktivität im Frequenzbereich 10 <= f <= 12 Hz gegenüber dieser im Frequenzbereich 8 <= f <= 10 Hz
F(P3)
momentane Frequenz der Aktivität unter Elektrode P3
ASMR(C3)
SMR-Amplitude-Position C3
SCP(C2)
Slow Cortical Potential unter Cz
C(C4)
lokale Kohärenz-Position C4
- Konfiguration der Software für das PS durch die Zusammensetzung einzelner ausgewählter bei der Einstellung des Protokolls auf der ZS Softwarekomponenten und deren Portierung von dem ZS auf das PS;
- Überwachung, Kontrolle und Auswertung der Sitzungen und die Neueinstellung der Biofeedback-Protokolle via Internet bzw. via Kommunikationsprotokolle;
- Überwachung und Kontrolle von mehreren, gleichzeitig, nicht unbedingt an einem Ort stattfindenden Sitzungen (PS) über das ZS;
- Freie Wahl des Feedbackkanals bzw. der kortikalen Lokalisation bei gleichzeitigem Monitoring der realen Signale und der Feedbackparameter aller erfaßten Kanäle (ZS);
- Möglichkeiten zur simultanen Erfassung von nicht nur EEG-Anteilen wie θ-, α-, β- etc. sondern auch langsamer Komponenten (SCP) und anderen polygraphischen Signalen;
- Möglichkeit für Erfassung und Feedback von evozierten Potentialen durch den Einsatz zahlreicher visueller, akustischer und kognitiver Stimulationen (ZS);
- Variable Dauer und Kombinierbarkeit der Feedback-Trials, der Interstimulusabstände und der Pausen (ZS);
- Wahl von unterschiedlichen Signalverarbeitungsverfahren bzw. Parametern für den selben Kanal oder für unterschiedliche Kanäle und deren gleichzeitige Darstellung zur Optimierung des Feedback-Protokolls (ZS);
- Einsatz von adaptiv rekursiven Schätzungen als Basis für die kontinuierliche online-Steuerung des Feedbacks (ZS, PS);
- Ein multimediales Feedbackmodul, das sich individuell durch Wahl oder Import von Musik-, Filmdateien oder Bildern durch den Arzt ggf auch durch den Patienten konfigurieren läßt. Die Sensitivität des Feedbacks ist ebenso individuell einstellbar (ZS, PS). Ziel dabei ist es einen optimalen Lernprozeß mit maximaler psychologischer Wirkung zu erreichen;
- Steuerung von Filmen als Feedback, d. h. das Abspielen des Filmes wird nur so lange erfolgen wie die entsprechende Aktivität in die gewünschte Richtung gesteuert wird. Anderenfalls wird das Abspielen gestoppt;
- Realisierung des ZS als zwei Monitoren-System (Patient-, Arzt-Monitor) entweder als 2PC-System (Kommunikation z. B. über RS232 oder TCP/IP) oder als 1PC-System bei der Anwendung interner Kommunikation (DDE, TCP/IP);
- Kompatibilität mit gängigen polygraphischen und EEG Systemen und dadurch Realisierung auf der Basis von kommerziell vorhandenen Geräten und keine spezielle Hardware-Lösung (ZS);
- Wahlweise Anwendung von Monitor, Video-Panel, LCD-Brille oder am Kopf befestigtem Display für das Feedback (ZS, PS).
- Realisierung des portablen Miniatursystems auf der Basis von tragbarem Computer, "body-worn"-Computer, Palmtop oder Spielkonsolen (PS).

Auf Grund der hohen Funktionalität, Flexibilität und der Möglichkeiten für eine individuelle Optimierung wird nicht nur die Effizienz des Neurofeedbacktrainings gesteigert, sondern es werden neue Behandlungsperspektiven durch die Gestaltung neuer Biofeedback-Protokolle eröffnet. Mit der portablen Lösung wird dem Patienten nicht zuletzt eine kostengünstige Alternative angeboten, die eine Terminunabhängigkeit und damit freie Planung gestattet. Weiterhin können durch die Kombination von einer ZS mit mehreren PS, z. B. in Krankenhäusern oder Biofeedbackstudios, für die Kontrolle der Patienten Biofeedback-Monitoring-Räume eingerichtet werden und dadurch Personal gespart werden.

Ausgangspunkt ist die Quantifizierung des EEG (Abb. 1), welches mittels Langzeit-Monitoring abgeleitet wurde. Dadurch können aus dem EEG, welches in Ruhe oder, je nach Anwendung, während unterschiedlicher Provokationsmethoden aufgenommen wurde, Kenngrößen gewonnen werden, die den Zustand des Patienten beschreiben. Mit Hilfe eines vordefinierten Vektors von Parametern wird ein patientenspezifisches Profil erstellt. In diesem Profil werden neben den durch die Quantifizierung entstandenen Größen auch patientenindividuelle Daten, wie z. B. Informationen über den momentanen emotionalen Zustand und die Umgebung aufgenommen. Das patientenspezifische Profil wird danach für die Bestimmung der Strategie bei der Neurotherapie (NT) bzw. beim Biofeedback (BF) benutzt. Während der ersten als initial zu bezeichnenden BF-Sitzungen wird zusätzlich ein Monitoring der realen Signale und der Feedbackparameter über allen erfaßten Kanälen durchgeführt. Eine Wahl von unterschiedlichen Signalverarbeitungsverfahren für den selben oder unterschiedliche Kanäle ist ebenso möglich. Nach der Bestimmung der für den Patienten optimalen Methode - d. h. Wahl der Aktivität, der kortikalen Lokalisation, des Berechnungsverfahrens, der Start-Auflösung des Feedbacks und der Modalitäten der Stimulationsparadigmen, im Falle einer Evozierun, können entweder am zentralen System oder am Heimsystem (nach Portierung der entsprechenden Module) eine bestimmte Anzahl von Trainingsprozeduren durchgeführt werden. Nachfolgend kann erneut ein Langzeit-Monitoring mit anschließender Quantifizierung durchgeführt werden. Mit den neu gewonnenen Parametern wird das Profil kontinuierlich erweitert. Auf der Grundlage ausgewählter statistischer Verfahren und nach vordefinierten Kriterien können Vergleiche zwischen den Zustandsvektoren durchgeführt werden. Das Ergebnis dient zur Beurteilung des Erfolges der angewendeten NF-Therapie. Die Ergebnisse des Evaluierens dienen zur Adaptivierung der Behandlungsmethode. Das würde bedeuten, daß bei nicht erfolgreicher Steuerung einer Aktivität diese bei zukünftigen Therapiesitzungen durch die Steuerung einer anderen Aktivität oder durch die Kombination der Kontrolle unterschiedlicher EEG-Bänder ersetzt werden kann.

Das zentrale Biofeedback-System besteht, wie in Abb. 2 sichtbar, unabhängig von der praktischen Realisierung aus folgenden Komponenten:

- Steuerung der Messungen und der Stimulation;
- Signalerfassung;
- Signalverarbeitung;
- Signalpräsentation;
- Feedback;
- Stimulation (optional).

Wesentlich für die Initialphase ist das Einsetzen von vielkanaligen Ableitungen bei Neurofeedbackuntersuchungen. Diese Vorgehensweise erlaubt eine deutlich verbesserte Betrachtung der Korrelation von funktionellen und morphologischen Befunden. Es ist zu erwarten, daß durch die Berücksichtigung der topographischen Besonderheiten der pathologischen EEG-Signale und durch ein effizientes online-Monitoring eine patientenindividuelle und wirksamere Neurofeedbacktherapie konzipiert werden kann. Weiterhin sollten andere biologische Signale simultan abgeleitet werden. Auf diese Weise können wertvolle Rückschlüsse über zeitkorrelierende Begleiterscheinungen bzw. andere physiologische oder pathologische Vorgänge gemacht und in der Zukunft beim Biofeedback berücksichtigt werden.

Um die Möglichkeit einer vollständigen Information über die ablaufenden physiologischen Prozesse zu erhalten, können polygraphische Daten, beinhaltend z. B. das EEG, das VEOG, das HEOG, das EKG und die Atemkurve, aufgenommen werden. Für die Ableitung des EEG werden Positionen des internationalen 10-20 Systems benutzt. Die Ableitungen werden referentiell gegen die verbundenen Mastoiden durchgeführt. Andere Montagen wie transversale, longitudinale und temporale sind möglich. Die Übergangsimpedanzen werden auf Werte < 3 kΩ gebracht. Die Einstellung der Filter ist im Bereich 0-70 Hz, wobei DC (0 Hz) nur bei der Ableitung langsamer Potentiale (SCP) notwendig ist. Die Abtastrate beträgt zwischen 100 und 500 Hz. Die Ableitung der übrigen Signale erfolgt bipolar. Das EEG und das EOG werden unter Verwendung von gesinterten Ag/AgCl-Elektroden durchgeführt. Die Atemkurve wird mit Hilfe eines Atemgurtes aufgenommen.

Das nach der initialen Untersuchung und Feedback-Sitzung nachfolgende Biofeedback-Training erfolgt unter dem Einsatz einer stark reduzierten Anzahl von Elektroden, die abhängig von der Auswahl der Aktivität ist.

Das Neurofeedbacksystem soll flexibel einsetzbar sein und dabei dem Arzt die Möglichkeit zum Experimentieren geben. Aus diesem Grund sollen die Voraussetzungen für eine Kontrolle sowohl von evozierter als auch von spontaner Aktivität geschaffen werden. Im ersten Fall werden neben den in der neurologischen Routine etablierten Provokationsmethoden außerdem zahlreiche Stimulationsprozeduren benötigt.

Eine Vielzahl der Stimulationen beruhen auf dem S1-S2 Paradigma [Rockstroh et al., 1982] (Abb. 3), wobei der Interstimulus-Intervall (ISI) im Sekunden-Bereich liegt (meist 6 s). Das S1-S2 Paradigma bedeutet, daß ein bestimmter Stimulus S1 einen zweiten Stimulus S2 ankündigt.

Während des ISI wird, abhängig vom erwarteten S2 und der Art der Präsentation von S1 (akustisch oder visuell, durchgehend über dem gesamten ISI oder nicht), eine Erwartungshaltung aufgebaut, die sich in einer bestimmten DC-Verschiebung widerspiegelt. Um diese Verschiebung zu beeinflussen, werden im Stimulationsparadigma unterschiedliche S1-S2 Paare eingesetzt. Ein bestimmter S1 kündigt einen aversiven S2 an, während ein anderer, einfach zu differenzierender S1 einen neutralen S2 ankündigt. Das hier erklärte Paradigma wird auf verschiedene Weise realisiert:

- einfache Stimulationen
Eine einfache Realisierung des S1-S2 Paradigmen besteht darin, daß als S1 und S2 unterschiedliche Töne gewählt werden. Ein hoher Ton kündigt einen aversiven S2 an, während ein tieferer Ton einen neutralen S2 ankündigt. S1 wird durchgehend über 6 s präsentiert und S2 über 4 s. Nach jeder Sequenz (S1, S2) erfolgt eine Pause von 4 s.
Eine zweite, bei allen Messungen eingesetzte Variante besteht in der Ankündigung eines Bildes durch S1. Auch hier wird ein visueller aversiver S2 durch einen hohen Ton als S1 angekündigt, und ein neutraler S2 durch den tieferen S1. Danach erfolgt eine Pause von 4 s.
- komplexere Stimulationen
Komplexere S1-S2-Paradigma enthalten die Reaktion des Probanden auf eine bestimmte Aufgabe (Abb. 4). Bei dieser Stimulation kündigt ein S1 schwierigere und ein zweiter S1 relativ einfache Rechenaufgaben an. Die Präsentation der Aufgaben erfolgt mit Ergebnis und der Proband muß entscheiden, ob dieses richtig oder falsch ist und eine entsprechende Taste betätigen. Nach einer anschließenden Wartezeit von 4 s erfolgt eine visuelle Rückmeldung, ob seine Entscheidung richtig oder falsch war.
Für Messungen mit einem sich in der Frequenz verändernden Checkerboard ist das Paradigma in der Art verändert, daß der S1, der die neutralen S2 ankündigt, hier langsame Frequenzen (5 und 10 Hz) ankündigt. Der andere S1 kommt vor schnelleren Frequenzen (15 und 20 Hz). Die Frequenzänderungen erfolgen bei 5 Hz beginnend über 10 und 15 bis 20 Hz und wieder zurück.
- Spezielle Stimulationen
Für die Untersuchung von Erregungszuständen im Kortex, sowie für Kontrollmessungen zum Feststellen von Einflüssen auf die erzeugten langsamen Verschiebungen sind besondere Stimulationen vorhanden. Zum einen sind in den Pausen der oben erklärten Checkerboard-Rampe zwei einzelne visuelle Stimuli eingefügt, um ein VEP zu erzeugen, dessen Amplitude Auskunft über den Erregungszustand der Kortexregion geben könnte.
Außerdem sind Stimulationen für Kontrollmessungen implementiert, bei denen die Stimuli vertauscht sind (S1 visuell, S2 akustisch), die akustischen oder visuellen S1 nur ganz kurz präsentiert werden oder nur die S1 oder S2 separat für sich präsentiert werden. Damit können die Einflüsse der Gestaltung der Stimulation auf die gemessene DC-Verschiebung ermittelt werden.
Bei der Erstellung der Stimulationen werden die Sequenzen mehrfach wiederholt. Dabei wurde die Reihenfolge der Sequenzen zufällig festgelegt. Außerdem können bei allen Paradigmen sowohl die ISI- als auch die Pause-Zeiten flexibel verändert werden.

Für die Erstellung von Stimulationen im kognitiven Bereich wurden Komponenten des International Affective Picture Systems (IAPS) [Lang et al., 1997], ein System mit statistisch verifizierten und nach unterschiedlichen Kriterien eingeteilten Bildern - eingesetzt. Damit konnte die Wahl der Stimulatoren nach objektiven Kriterien erfolgen. Unter Zuhilfenahme des IAPS wurden spezielle altersgerechte Stimulationen, z. B. für Kinder erstellt.

Die Forderung nach Flexibilität impliziert die Berücksichtigung einer größeren Anzahl von spontanen und evozierten Hirnaktivitätsanteile. Es werden an erster Stelle Signale ausgewählt, deren experimenteller Einsatz im Rahmen einer Neurofeedbackprozedur mit einem positiven therapeutischen Effekt verbunden wurde. Beispiele für solche EEG-Rhythmen sind θ-, α-, β-, SMR-Rhythmus oder Kombinationen von diesen. Zum Gebiet der ERP zählen die CNV und eventuell einige der kognitiven Komponenten. Es werden zusätzlich Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen kortikalen Lokalisationen, wie die bilateralen Asymmetrien, einbezogen. Die Überlagerung der relevanten EEG-Signale mit einer Vielzahl von Artefakten biologischen und nichtbiologischen Ursprungs macht eine effiziente Vorverarbeitung unverzichtbar. Bei der Wahl der Methoden und Algorithmen muß an dieser Stelle, auf Grund der Echtzeitfähigkeit, ein Kompromiß im Sinne einer optimalen Signalqualität getroffen werden.

Die Routinen der Signalverarbeitung bilden das Kernstück eines Neurofeedbacksystems. Die Resultate der Potentialauswertung werden dabei auf vier unterschiedliche Weisen genutzt:

- zur Artefaktreduktion;
- zur Ergebnispräsentation und Kontrolle durch den Arzt oder das medizinisch-technische Personal. Dabei kann eine Kombination aus der direkt gemessenen und der berechneten Größe erstellt und dargestellt werden;
- zur Steuerung des Feedbacks;
- zur späteren off-line Auswertung der NF-Sitzung und zum statistischen Vergleich mit den vorgehenden Sitzungen oder mit vorhandenen Durchschnittsdaten.

In den ersten drei Fällen kommen nur on-line fähige Verfahren in Frage, oder Verfahren bei denen die Auswertungen auf der Basis von Epochen (quasi on-line) durchgeführt werden. Nach der Berechnungsart sind Methoden der folgenden Gruppen implementiert:

- Methoden auf der Basis von Fenstern, z. B. die FFT, Baselineberechnung, Averaging, Korrelationen, VEOG-, HEOG-Korrektur;
- Rekursive Methoden wie z. B. die adaptiv rekursiven Schätzungen (ARE) [Grießbach et al., 1993a], [Grießbach et al., 1993b], [Grießbach et al., 1994a], [Grießbach et al., 1994b].

Durch die Ansteuerung über die aus den Meßdaten berechnete Steuerkenngröße steht der momentane Zustand des Feedbacks für einen bestimmten, gemessenen physiologischen Zustand des Patienten. Das eigentliche Feedback besteht darin, daß dieser Zustand durch eine multimediale Darstellung für den Patienten wahrnehmbar wird (akustisch, visuell oder audiovisuell) und über diese Darstellung eine Änderung dieses Zustandes, im Rahmen der Trainingsprozedur, erst erfaßt und dann trainiert werden kann. Die Gestaltung der Feedbacks sollte einfach und nicht zu komplex erfolgen und altersabhängig sein. In dem hier vorgestellten System sind die Feedbacks in Form von hoch qualitativen Animationen, Filmen und Musikstücke die über RS323, DDE oder TCP/IP gesteuert werden können, realisiert. Es sind sowohl bewegungsorientierte als auch leistungsorientierte Typen implementiert. Eine Anpassung der Feedbackauflösung an die Möglichkeiten des Patienten (innerhalb des individuellen Parameterbereiches des zu steuernden Signals) ist möglich. Die für den Steuerungsmechanismus benötigten Dateien (Bilder, Musik, Filme) können in bestimmten Formaten beliebig durch den Arzt und ggf. durch den Patienten eingebracht werden.

Die Grundlage des zentralen Systems bildet ein polygraphisches EEG-Gerät (DC-AC-Verstärker). Dieses bietet die Möglichkeit, die Meßanordnungen flexibel zu gestalten. Eine mögliche Konfiguration wäre beispielsweise: 28 unipolare Kanäle EEG und 4 bipolare Kanäle für VEOG, HEOG, EKG und Atmung.

Um die erforderliche Rückkopplung herzustellen, muß zunächst der Datenstrom vom Verstärker zum Meßrechner übertragen werden. Anschließend wird aus den Rohdaten eine Kenngröße, die zur Steuerung des Feedbacks dient, berechnet (Abb. 5).

Die Gestaltung der Steuerung der Feedbacks auf den beschriebenen drei Wegen (über RS323, DDE oder TCP/IP) erlaubt die Realisierung des zentralen Systems unter Benutzung von zwei PCs und zwei Bildschirmen oder aber auch durch einen PC und ein oder zwei Bildschirme. Dabei wird die portable Einheit auf der Basis von tragbaren Computern, "body worn" Computern, Palmtop oder Spielkonsolen realisiert. Sowohl bei dem zentralen als auch beim portablen System können entweder gängige Monitore, z. B. TFT-Displays, als auch spezielle LCD-Brillen mit integrierten Kopfhörern, wie beispielsweise ein Personal LCD Monitor oder ein "head mounted" Display eingesetzt werden. Die genannten Möglichkeiten erlauben eine zusätzliche Miniaturisierung und den mobilen Einsatz der portablen Lösung (Abb. 6).

Referenzen

[Grießbach; 1990]
Grießbach, G.:, Computerorientierte Meßstochastik in der Technischen Diagnose und dem Signalmapping, Habilitationsschrift Friedrich- Schiller-Universitat Jena, Math. Fakultät, 1990.
[Grießbach et al., 1993a]
Grießbach, G., Schack, B., Adaptive Quantile Estimation and its, Application in Analysis of Biological Signals, Biometrical Journal, Vol. 35, 1993, no. 2, 165-179.
[Grießbach et al., 1993b]
Grießbach, G., Witte, H., Schack, B.: Möglichkeiten des Einsatzes von dynamischen Spektralkenngrößen in der Biosignalanalyse. Biomedizinische Technik, 38, 1993, S. 81-82.
[Grießbach et al., 1994a]
Grießbach, G., Schack, B., Putsche, P., Bareshova, E., Bolten, J.: The Dynamic Description of a Stochastic Signal by its Adaptive Momentary Power and Momentary Frequency Estimation and its Application to Biological Signals, Medical & Biological Engineering and Computing

32

, Vol. 6, (

1994

) S. 632-637.
[Grießbach et al., 1994b]
Grießbach, G., Schack, B., Anders, Ch., Schumann, N. P., Scholle, H. Ch., Neue Möglichkeiten zur zeitlich parametrischen Frequenzanalyse beim Mehrkanal-Oberflächen-EMG, in: Motodiagnostik Mototherapie II, Universitätsverlag Jena, 1994, S. 179-184.
[Grießbach et al., 1994c]
Grießbach, G., Schack, B.,: Erkennung und Beschreibung dynamischer Veränderungen in Bildsequenzen mit Hilfe adaptiver Verfahren, Kongreßband "Digitale Bildverarbeitung in der Medizin" der GMDS, Freiburg

1994

.
[Rockstroh et al., 1982]
Rockstroh, B., Elbert, T., Birbaumer, N.; Lutzenberger, W.: Slow Brain Potentials und Behavior, Urban & Schwarzenberger Baltimore-Munich

1982

.

Claims

1. Vorrichtung zur Behandlung von neurologischen und neuropsychologischen Erkrankungen, dadurch gekennzeichnet, daß die methodisch-technische Lösung ein flexibles integriertes mehrkanaliges System beinhaltet, das Komponenten zur spezifischen Indikation eines multiplen, patientenindividuellen Neurofeedbackprofils und für ein überwachtes Initialtraining umfaßt, wobei auf der Grundlage des an diesem zentralen System angepaßten Protokolls kann eine Portierung in ein modular aufgebautes, individuell einstellbares mobiles Gerät für den Heimeinsatz bzw. außerhalb der Arztpraxis erfolgen, um eine Überwachung, Kontrolle und Auswertung (on- und off-line) der von mehreren, gleichzeitig, nicht unbedingt an einem Ort, stattfindenden Sitzungen und Neueinstellung der NF-Protokolle via Internet bzw. Kommunikationsprotokole zu realisieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Biofeedback-Training auf der Basis einer methodisch-technischen Lösung als zentrales System (ZS) und portables Miniatursystem (PS) bzw. Praxis-Heimsystem realisiert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der zentralen Einheit ein Profiler-Entscheidungsunterstützungssystem für die Erstellung eines patientenspezifischen Profils, für die Wahl der zu trainierenden Aktivitäten und die objektive Validierung der Biofeedback-Strategie auf der Basis signalanalytischer Verfahren und statistischer Vergleiche gegenüber einem Ausgangszustand und gegenüber einer Normgruppe integriert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine freie interaktive Gestaltung von Biofeedbackprotokollen vom Arzt in Form von Definition mathematischer Funktionen erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Softwarekomponenten, konfiguriert durch die Wahl des Protokolls in das portable Systems übertragen werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachung, Kontrolle und Auswertung der Sitzungen und Neueinstellung der Biofeedback-Protokolle via Internet bzw. Kommunikationsprotokolle realisiert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überwachung und Kontrolle von mehreren, gleichzeitig, nicht unbedingt an einem Ort, stattfindenden Sitzungen (PS) über das ZS im Sinne eines NF-Monitorings realisiert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Feedbackkanal bzw. die kortikale Lokalisation bei gleichzeitigem Monitoring der realen Signale und der Feedbackparameter aller erfaßter Kanäle frei gewählt werden kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine simultane Erfassung von nicht nur EEG-Anteilen wie θ, α, β etc. sondern auch von SCP und anderen polygrafischen Signalen erfolgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung und das Feedback von evozierten Potentialen durch den Einsatz zahlreicher visueller, akustischer und kognitiver Stimulationen integriert sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer und Kombinierbarkeit der Feedback-Trials, der Interstimulusabstände und der Pausen variabel und individuell gewählt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Signalverarbeitungsverfahren für denselben oder unterschiedliche Kanäle gewählt und gleichzeitig zum Vergleich dargestellt werden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß adaptiv rekursive Schätzungen als Basis für die kontinuierliche online-Steuerung des Feedbacks dienen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine patientenindividuelle inhaltliche Gestaltung des multimedialen Feedbacks und eine variable individuelle Feedbacksensitivität erfolgt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Portierung von beliebigen Musikstücken, Filmen und Bildern durch den Arzt bzw. Patienten möglich ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung von Filmen als Feedback, d. h. das Abspielen des Filmes nur so lange wie die Steuerung der entsprechenden Aktivität wie gewünscht erfolgt, integriert ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrale System als zwei Monitoren-System (Patient-, Arzt-Monitor) entweder als 2 PC-System (Kommunikation- RS232, TCP/IP) oder als 1PC-System bei der Anwendung interner Verbindungen (DDE, TCP/IP) aufgebaut ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein kommerziell vorhandenes Polygraphie-System und keine spezielle Hardware-Lösung für das zentrale System verwendet wird.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Monitor bzw. Video-Panel, LCD-Brille oder am Kopf befestigtes Display für das Feedback gewählt wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das portable System auf der Basis von tragbaren Computern, "body-worn"-Computern, Palmtops oder Spielkonsolen aufgebaut ist.