DE102005031737A1

DE102005031737A1 - Verfahren und Anordnung zur Erfassung und Auswertung der Gehirnaktivität von Modellorganismen und Patientenmodellen

Info

Publication number: DE102005031737A1
Application number: DE102005031737A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr. Lecher; Werner Dr. Schramm; Simone Maurer
Original assignee: Mfd Diagnostics GmbH
Current assignee: Mfd Diagnostics GmbH
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-07-08
Also published as: DE102005031737B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung elektrophysiologischer Potentiale am Gehirn von Modellorganismen und Patientenmodellen. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden EEG- und ECoG-Potentiale gemessen, indem abgeschirmte nadelförmige Elektroden an definierten Stellen des Schädels fixiert werden. Diese Elektrroden, die von Tastfiguren aus Metall in bestimmter vorgesehener Lager gehalten werden, die ihrerseits an der Stirnseite eines zylinderförmigen Messkopfes in bestimmtem Abstand zueinander angebracht sind, sind über abgeschirmte Leitungen mit den Eingängen von elektronischen Verstärkern verbunden, die sich in dem Messkopf befinden. Die Verstärker sind rauscharm und mit extrem hohem Eingangswiderstand in Mikrosystemtechnik aufgebaut. Der Messkopf ist über ein abgeschirmtes Kabel mit einem Gerät verbunden, in dem ein Rechnermodul mit vorgeschaltetem programmierbaren A/D-Wandlermodul und ein Anzeigebildschirm untergebracht sind. DOLLAR A Statt mit einem flexiblen Verbindungskabel kann auch ein entsprechend gestalteter Messkopf mit einer Sender-Empfängeranordnung kombiniert sein, die die Ausgangssignale der Messverstärker nach der Umwandlung in Digitalwerte von dem implantierbaren Messkopf zu dem Gerät überträgt. Hierzu werden den Messverstärkern weitere mikroelektronische Funktionsgruppen wie Multiplexer, A/D-Wandler und Sender hinzugefügt, die umgeben von einer entsprechenden Schutzhülle eine implantierbare Einheit darstellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung und Auswertung der Gehirnaktivität von Modellorganismen und Patientenmodellen.
Sie ist für die Beurteilung der Gehirnfunktion, insbesondere nach pathologischen Veränderungen oder Medikamentengaben zur Verbesserung des Energiestoffwechsels der Gehirnzellen einsetzbar.
Anordnungen zur Messung der Gehirnpotentiale mittels EEG oder EcoG sind seit langem bekannt, wobei die Potentiale ausgewählter Stellen durch aufgesetzte Einzelelektroden abgegriffen werden. Ein Problem ist dabei heute noch, wie in DE 35 274 74 dargelegt, einen guten Kontakt zwischen den Abgriffselektroden und der Hautoberfläche herzustellen, was im Falle dieses Patentes durch die Ausbildung der aufsetzbaren Elektroden durch abgerundete Silberröhrchen erreicht wird. Da diese Röhrchen jedoch einen relativ großen Durchmesser besitzen, wird durch sie nicht ein punktförmiges Potential sondern nur das mittlere Potential einer Fläche abgegriffen, das zudem wegen der offenen Elektrodenverdrahtung von beträchtlichen Störpotentialen überlagert ist.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, von definierten lokalen Punkten auf der Gehirn- bzw. Kopfoberfläche ein EEG-Signal störungsfrei mit höchster Empfindlichkeit zu gewinnen.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem Patentanspruch 2 und 3 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltungen ist Gegenstand des Unteranspruchs.
Die Potentialmesssonden positioniert in einer Haltevorrichtung mit einem Raster von Durchgangsbohrungen entsprechend der erfindungsgemäßen Anordnung ermöglichen es, die EEG-Potentialverläufe an beispielsweise 12 unterschiedlichen Messstellen zu erfassen, miteinander zu vergleichen und dabei Korrelationen zwischen den unterschiedlichen Erregungsmustern auszuwerten, was sowohl für die Grundlagenforschung, die Diagnostik neurologischer Erkrankungen als auch für die Untersuchung der Wirkung therapeutischer Substanzen von großer Bedeutung ist.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung der elektronischen Messanordnung für die direkte Signalauswertung (1a) und die Signalauswertung bei drahtloser Signalübertragung (1b).
2 die Prinzipdarstellung einer Potentialmesssonde
3 eine Potentialmesssonde kombiniert mit einem Messverstärker innerhalb der Sonde (3a) bzw. die Verbindung der Aufsetzelektroden mit der Verstärkeranordnung für ein Gerät mit 3 Potentialmesssonden und den zugehörigen elektronischen Verstärkern in einem Messverstärkergehäuse (3b).
4 eine Haltevorrichtung für die Potentialmesssonden in Draufsicht (4a), in Seitenansicht (4b) sowie einen Schnitt durch eine Durchgangsbohrung für die Halterung der Sonde (4c).
Für die EEG-Messungen wird eine elektronische Messanordnung verwendet, wie sie in 1 schematisch dargestellt ist.
Auf die Messobjektoberfläche 1, die eine Kopfhaut oder eine Gehirnhaut sein kann, werden einzelne Potentialmesssonden 2 aufgesetzt, deren konstruktiver Aufbau nachfolgend in 2 näher erläutert wird. Die Anzahl der Potentialmesselektroden kann 1 bis n betragen, wobei n durch die Aufgabenstellung vorgegeben wird. Die Potentialmesssonden 2 sind mit Messverstärkern 12 verbunden, wie anhand von 3 beschrieben wird. Die analogen Ausgangssignale der Messverstärker 12 werden über zugeordnete A/D-Wandler in Digitalwerte umgesetzt. Letztere werden entweder über eine direkte Verbindung, wie in 1a gezeigt, in den Speicher eines Mikrocomputers 8 oder drahtlos, wie in 1b ausgeführt, über einen Sender 10 und Empfänger 11 übertragen und auf einem Monitor 9 dargestellt.
In 2 ist der Aufbau einer erfindungsgemäßen Potentialmesssonde 2 skizziert. Aus der ebenen Stirnseite 2s der Potentialmesssonde 2 ragen 2 vorzugsweise aus einem Edelmetall, wie z.B. Silber, bestehende abgerundete Aufsetzelektroden 4 um das Maß a von etwa 0,5 mm über diese hinaus und sind dabei voneinander in einem Abstand b von etwa 1 mm angeordnet. An diese Aufsetzelektroden 4 sind Anschlussdrähte 4a und 4b angeschlossen, die in einem Dielektrikum 5 isoliert verlegt und von einer metallischen Abschirmung 3, die auch flexibel ausgeführt sein kann, umgeben sind.
3 zeigt wie die Anschlusselektroden 4 der Potentialmesssonde 2 mit dem Messverstärker verbunden sind.
Die 3a stellt eine Ausführungsform der Messanordnung dar, bei der die Aufsetz-Elektroden 4 mit den Eingängen 13a und 13b eines Messverstärkers 12 über die Anschlussdrähte 4a und 4b verbunden sind, wobei der Messverstärker 12 mit innerhalb der Abschirmung 3 angebracht ist und sein Ausgang 14 über einen niederohmigen Abschlusswiderstand 15 mit dieser verbunden ist, wobei von der Anschlussstelle 14 eine Leitung 16 das Ausgangssignal des Verstärkers an einen A/D-Wandler weitergibt, wie sinngemäß in 1 erläutert wurde.
In 3b ist eine Anordnung mit beispielsweise 3 Potentialsonden, die mit 2a, 2b, 2c bezeichnet sind, skizziert. Der Ausgang 14 jedes Verstärkers 12 ist, wie exemplarisch nur für die Potentialmesssonde Nr. 2a vollständig bezeichnet, über einen Abschlusswiderstand 15 mit dem geerdeten Messverstärkergehäuse 3a verbunden, während die Anschlussleitungen 16 zur Verbindung mit den A/D-Wandlern 7dienen, wie in 1 dargestellt wurde.
4 zeigt eine Haltevorrichtung für die Potentialmesssonden in Draufsicht (4a) und im Querschnitt (4b).
Wie in 4a skizziert ist die Form des aus Kunststoff, wie beispielsweise Gießharz, geformten Helmes 17 an die Konturen der Messobjektoberfläche 1 angepasst und weist zugeordnet zu definierten Messstellen des Gehirns Durchgangsbohrungen 18 auf. Diese sind, wie die Schnittdarstellung in 4c verdeutlicht, im Kunststoffteil 19 mit Metallhülsen 20 versehen, die als Führung für den zylindrischen Teil einer Spannschraube 22 dient, durch die Potentialmesssonde 2 bis zum Aufsetzen auf die Messobjektoberfläche 1 eingeführt und durch Festschrauben der Mutter 22a auf dem Konusstück 22b in dieser Lage gehalten wird. Diese Spannschraube 22 ist in die elastische Auskleidung 21 eingebunden und kann sich somit entsprechend der Verformung derselben mit bewegen.
Der Helm 17 wird, wie in 4b skizziert über eine Vierpunktfixierung mittels frontal lateralem Fixationsband 23a jeweils am vorderen Ohransatz, durch das occipitale laterale Fixationsband 23b jeweils am Nackenansatz gehalten, welche zu einem gemeinsamen lateralen Fixationsband 23c auf jeder Seite zusammengeführt werden. Letztere werden über einen Klettverschluss miteinander verbunden.

1: Messobjektoberfläche
2: Potentialmesssonde
2s: Stirnseite der Potentialmesssonde
3: Abschirmung
3a: Messverstärkergehäuse
4: Aufsetzelektroden
4a, 4b: Anschlussdrähte der Aufsetzelektroden
5: Dielektrikum
6: Verstärkeranordnung
7: A/D-Wandler
8: Mikrocomputer
9: Monitor
10: Sender
11: Empfänger
12: Messverstärker
13a, 13b: Verstärkereingang
14: Verstärkerausgang
15: Abschlusswiderstand
16: Leitung
17: Helm
18a,...18l: Durchgangsbohrungen
19: Kunststoffteil
20: Metallhülse
21: Auskleidung
22: Spannschraube
22a: Mutter
22b: Konusstück
23: Fixationsriemen
23a: frontal laterales Fixationsband
23b: occipidales laterales Fixationsband
23c: gemeinsames laterales Fixationsband

Claims

Verfahren zur Erfassung und Auswertung der Gehirnaktivität von Modellorganismen und Patientenmodellen mittels EEG oder EcoG, dadurch gekennzeichnet, dass an definierten Stellen des Gehirns jeweils das Elektrodenpaar einer Potentialmesssonde aufgesetzt oder implantiert wird, das Elektrodenpaar jeder Potentialmesssonde eine charakteristische lokale Potentialdifferenz erfasst, die auf den Eingang eines elektronischen Verstärkers gegeben wird, das verstärkte Signal jeweils über einen A/D-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt wird, das entweder direkt im Speicher eines Mikrocomputers abgelegt wird oder über Sender/Empfänger drahtlos an eine getrennt aufgestellte Anordnung mit Computer und Monitor übertragen wird, der Verlauf der Signale der einzelnen Messstellen mit Monitor oder Schreiber aufgezeichnet wird und die Resultate von Rechenoperationen zur Auswertung der Signale grafisch dargestellt werden.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, wobei eine Anordnung von Potentialmesssonden an definierten Stellen des Messobjektes aufgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialmesssondenanordnung aus Aufsetzelektrodenpaaren (4) gebildet wird, deren Anschlussdrähte (4a, 4b) in metallischen Abschirmungen (3) geführten werden, wobei die abgerundeten Aufsetzelektroden (4) jedes Elektrodenpaares auf der Stirnseite (2s) der Potentialsonde (2) um das Maß a geringfügig über die Abschirmung (3) hinausragen und sich dabei in geringem definiertem Abstand b gegenüberstehen und unmittelbar mit den Eingängen (13a, 13b) eines Messverstärkers (12) verbunden sind, dessen niederohmiges Ausgangssignal jeweils über einen A/D-Wandler (7) in Digitalwerte umgesetzt und für die weitere Auswertung in einem Mikrocomputer (8) gespeichert wird.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialmesssonden (2) in einem Helm (17) mit elastischen Fixationsriemen (23) auf dem Messobjekt (1) gehalten werden, wobei der Helm (17) aus einem festen Kunststoffteil (19) mit elastischer Auskleidung (21) besteht und an die Form des jeweiligen Messobjektes (1) angepasst ist, Durchgangsbohrungen (18a bis 18d) besitzt, durch die in Metallhülsen (20) geführten Potentialmesssonden (2) mit dem Messobjekt (1) in Kontakt gebracht und durch Konusverschraubungen in dieser Lage gehalten werden.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen A/D-Wandler (7) und Mikrocomputer (8) eine Anordnung von Sender (10) und Empfänger (11) zur drahtlosen Übertragung der Messwerte eingeschaltet ist.