DE102005031737B4

DE102005031737B4 - Anordnung zur lokalen Erfassung und Auswertung der Gehirnaktivität von lebenden Organismen

Info

Publication number: DE102005031737B4
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: 2008-04-24
Anticipated expiration: 2025-07-08
Also published as: DE102005031737A1

Abstract

Anordnung zur lokalen Erfassung und Auswertung der Gehirnaktivität von lebenden Organismen, mit mehreren gleich gestalteten Potentialmesssonden (2) zur Erfassung und Auswertung lokaler Potentialdifferenzen, die jeweils ein Paar Aufsetzelektroden (4) aufweisen, deren Anschlussdrähte (4a, 4b) in einem diese umschließenden metallischen Abschirmzylinder (3) geführt werden, wobei die abgerundeten Aufsetzelektroden (4) jeder Potentialmesssonde (2) auf der Stirnseite (21) derselben um das Maß a geringfügig über den zylindrischen Abschirmzylinder (3) hinausragen und dabei in einem geringen definierten Abstand b, der in der Größenordnung von 1 mm liegt, angeordnet sind, wobei sie über die Anschlussdrähte (4a, 4b) direkt mit den Eingängen (13a, 13b) eines Differenzverstärkers (12) verbunden sind, und der Ausgang (14) jedes Verstärkers (12) über einen A/D-Wandler (7) mit einem Mikrocomputer (8) zur Auswertung der Signale und ihre Darstellung auf einem Monitor (9) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur lokalen Erfassung und Auswertung der Gehirnaktivität von lebenden Organismen.
Sie ist für die Erfassung und Beurteilung der Gehirnfunktion, insbesondere nach pathologischen Veränderungen oder Medikamentengaben zur Verbesserung des Energiestoffwechsels der Gehirnzellen einsetzbar.
Anordnungen zur Messung der Gehirnaktivität mittels EEG sind seit langem bekannt, wobei elektrische Potentiale ausgewählter Stellen durch aufgesetzte Einzelelektroden abgegriffen werden, die gewonnenen analogen Messsignale verstärkt, digitalisiert und als Funktion der Zeit dargestellt bzw. mittels Rechner weiter bearbeitet werden, wie in US 2004/0097802 angegeben.
Ein Problem für die Messwertgewinnung ist dabei, einen guten Kontakt zwischen den Elektroden und der Hautoberfläche herzustellen, was im Patent DE 35 27474 durch die Ausbildung der aufsetzbaren Elektroden als abgerundete Silberröhrchen erreicht wird. Da diese Röhrchen jedoch ebenso wie auch die Elektroden im Patent US 2004/0030258 , die einen Durchmesser von 8 mm haben, eine relativ große Berührungsfläche 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. Wie in US 2004/0097802 dargelegt, ist erheblicher Aufwand erforderlich, um den Störeinfluss zu reduzieren. Die Messelektroden am Kopf sind jeweils über abgeschirmte verdrillte Leitungen und ein zwischengeschaltetes Filter an die Eingänge eines Differentverstärkers geführt, wobei die Abschirmung, verbunden mit einer zusätzlichen Elektrode am Kopf, über einen Spannungsfolger entsprechend der Signalspannung am Differenzverstärker potentialgesteuert wird.
Aus FR 2 088 780 ist eine Anordnung zur Befestigung von EEG-Elektroden auf der Kopfoberfläche bekannt, die jedoch nicht ein wiederholtes ortsgenaues Aufsetzen der Elektroden gewährleistet.
Die genannten technischen Lösungen sind nicht für eine störungsfreie und reproduzierbare lokale Erfassung und Auswertung der lokalen Gehirnaktivität von lebenden Organismen geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messanordnung zu haben, mit der an definierten lokalen Punkten auf der Kopfoberfläche EEG-Signale störungsfrei und mit höchster Empfindlichkeit erfasst werden, die anschließend ausgewertet und dargestellt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Potentialmesssonden, positioniert in einer Haltevorrichtung mit einem wählbaren 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 werden einzelne Potentialmesssonden 2 aufgesetzt, deren konstruktiver Aufbau nachfolgend in 2 näher erläutert wird. Die Anzahl der Potentialmesssonden 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 jeweils 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 anschließend auf einem Monitor 9 dargestellt.
In 2 ist der Aufbau einer erfindungsgemäßen Potentialmesssonde 2 skizziert. Aus der ebenen Stirnseite 21 der Potentialmesssonde 2 mit dem metallischen Abschirmzylinder 3 ragen 2 vorzugsweise aus einem Edelmetall, wie z.B. Silber, 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 sind und sich innerhalb des Abschirmbereiches des Abschirmungzylinders 3 befinden, der auch flexibel ausgeführt sein kann.
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 7 dienen, 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
21: 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

Anordnung zur lokalen Erfassung und Auswertung der Gehirnaktivität von lebenden Organismen, mit mehreren gleich gestalteten Potentialmesssonden (2) zur Erfassung und Auswertung lokaler Potentialdifferenzen, die jeweils ein Paar Aufsetzelektroden (4) aufweisen, deren Anschlussdrähte (4a, 4b) in einem diese umschließenden metallischen Abschirmzylinder (3) geführt werden, wobei die abgerundeten Aufsetzelektroden (4) jeder Potentialmesssonde (2) auf der Stirnseite (21) derselben um das Maß a geringfügig über den zylindrischen Abschirmzylinder (3) hinausragen und dabei in einem geringen definierten Abstand b, der in der Größenordnung von 1 mm liegt, angeordnet sind, wobei sie über die Anschlussdrähte (4a, 4b) direkt mit den Eingängen (13a, 13b) eines Differenzverstärkers (12) verbunden sind, und der Ausgang (14) jedes Verstärkers (12) über einen A/D-Wandler (7) mit einem Mikrocomputer (8) zur Auswertung der Signale und ihre Darstellung auf einem Monitor (9) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Potentialmesssonden (2) in einem Helm (17) angeordnet sind, der mittels elastischer Fixationsriemen (23) auf dem Messobjekt fixierbar ist, der Helm (17) aus einem festen Kunststoffteil (19) mit elastischer Auskleidung (21) besteht und an die Form des jeweiligen Messobjektes (1) anpassbar ist und an definierten Messstellen Durchgangsbohrungen (18a bis 18l) besitzt, die metallische Führungshülsen (20) mit Konusverschraubung (22) aufweisen.