DE102006027372B4 - Electromyography biofeedback device for relaxation training - Google Patents
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Abstract
Elektromyographie-Biofeedbackgerät für Entspannungstraining, mit einer Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von vom menschlichen Körper abgeleiteten EMG-Signalen, die vom Patienten als akustische Rückmeldesignale mit veränderbarer Frequenz in Abhängigkeit vom abgeleiteten EMG-Potential wahrnehmbar sind, mit einem automatischen Signalabschwächer, der die Signalhöhe für die Aussteuerung des Frequenzgenerators für das Rückmeldesignal so einstellt und verändert, dass ein Entspannungstraining ermöglicht wird, ohne dass eine manuelle Einstellung erforderlich wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalabschwächung adaptiv nachgeführt wird und sich dadurch die Änderung der Signalabschwächung im Rückmeldesignal nicht bemerkbar macht.Electromyography biofeedback device for relaxation training, with a circuitry for processing human body derived EMG signals from the patient as audible feedback signals with changeable Frequency depending on derived EMG potential are perceptible, with an automatic signal attenuator, the signal height for the Control of the frequency generator for the feedback signal sets so and changed, that a relaxation training is possible without one manual adjustment is required, characterized in that the signal attenuation adaptively tracked and thereby the change the signal attenuation in Feedback signal not noticeable.
Description
Die Erfindung betrifft ein Elektromyographie-Biofeedbackgerät für den Einsatz für Entspannungstraining nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an electromyography biofeedback device for use for relaxation training according to the preamble of claim 1.
Biofeedback ist ein Oberbegriff für apparative Trainingsverfahren, mit deren Hilfe ein Proband lernt, physiologische Prozesse zu beeinflussen, die sich normalerweise der willkürlichen Beeinflussung entziehen.biofeedback is a generic term for apparatus training methods with which a subject learns, to influence physiological processes that are normally the arbitrary Remove influence.
Eines der Hauptanwendungsgebiete für Elektromyographie-(EMG-)Biofeedback-Geräte ist das Erlernen einer neuromuskulären Entspannung. Grundlage dieses Trainings ist die Reduzierung des vom Körper des Probanden abgeleiteten Muskelpotentials (des in μV gemessenen EMG-Potentials der quergestreiften Skelettmuskulatur). Die Signalableitung erfolgt im Normalfall von der Stirn des Patienten (Frontalis-Ableitung).One the main field of application for electromyography (EMG) biofeedback devices is the Learning a neuromuscular Relaxation. The basis of this training is the reduction of the body of the subject's derived muscle potential (measured in μV EMG potential of striated skeletal muscle). The signal derivation usually takes place from the forehead of the patient (frontalis discharge).
Die Anforderungen an ein EMG-Biofeedback-Gerät sind: ein großer EMG-Empfindlichkeitsbereich und eine hohe Auflösung (bei akustischem Feedback eine große Frequenzänderung des Rückmeldesignals pro gegebener Änderung der Signalhöhe des EMG-Niveaus). Das sind Anforderungen, die einander widersprechen und die üblicherweise durch manuelle Einstellungen der Empfindlichkeit gelöst werden können.The Requirements for an EMG biofeedback device are: a large EMG sensitivity range and a high resolution (In the case of acoustic feedback, a large frequency change of the feedback signal per given change the signal height of the EMG level). These are requirements that contradict each other and usually be solved by manual adjustments of sensitivity can.
Aus
dem
EMG-Biofeedback findet vermehrt Einsatz in psychosomatischen Kliniken und bei psychotherapeutischen Behandlungen. Ein selbständiges Training ohne eine Veränderung der Geräteparameter durch einen Therapeuten kann Behandlungskosten senken.EMG biofeedback is increasingly used in psychosomatic clinics and psychotherapeutic Treatments. An independent one Training without a change the device parameter a therapist can reduce treatment costs.
Patienten,
die unter psychischen Störungen leiden,
können
im Vergleich zu psychisch stabilen Personen einen mehrfach so hohen
EMG-Wert bei der Frontalis-Ableitung aufweisen. Das unter dem
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein EMG-Biofeedback-Gerät durch eine adaptive Empfindlichkeitswahl derart auszubilden, dass auch bei sehr großen EMG-Bereichsänderungen, wie für die psychotherapeutische Behandlung erforderlich, die Geräteparameter während des gesamten Entspannungstrainings weder vom Therapeuten noch vom Patienten selbst verändert werden müssen.Of the Invention is based on the object, an EMG biofeedback device by form an adaptive sensitivity selection such that even at very big EMG range changes as for the Psychotherapeutic treatment required the device parameters while of the entire relaxation training neither by the therapist nor by the Patients themselves changed Need to become.
Aus
dem
Bei einem EMG Biofeedback-Gerät mit auditiver Rückmeldung werden Muskeltonusänderungen in Tonhöhenänderungen umgesetzt. Bei einer Umschaltung der Empfindlichkeitsbereiche wird die Signalhöhe sprungartig geändert. Dies hat zur Folge, dass der Patient während des Entspannungstrainings Tonhöhenänderungen erfährt, die nicht durch das Entspannungstraining hervorgerufen werden.at an EMG biofeedback device with auditory feedback will be muscle tone changes in pitch changes implemented. When switching the sensitivity ranges is the signal height changed abruptly. This causes the patient during relaxation training pitch changes learns which are not caused by the relaxation training.
Bei dem EMG Biofeedback-Gerät gemäß der Erfindung ist das Hauptmerkmal, dass die Empfindlichkeit nicht in vorgegebenen Bereichen automatisch geschaltet wird, sondern adaptiv nachgeführt wird. Die schaltungstechnischen Anordnung ist so ausgebildet, dass bei fallendem EMG Niveau die Signalabschwächung verringert (das Signal erhöht) wird, ohne dass sich dies als Signaländerung auswirkt. Im nachgeschalteten Generator für das akustische Rückmeldesignal (einem spannungsgesteuerten Frequenzgenerator [voltage controlled oscillator, VCO]) tritt keine Änderung des akustischen Rückmeldesignal ein und das Entspannungstraining wird nicht gestört.at the EMG biofeedback device according to the invention The main feature is that the sensitivity is not predetermined Areas is switched automatically, but adaptive tracked. The circuit arrangement is designed so that at decreasing signal attenuation (the signal increased), without this as a signal change effect. In the downstream generator for the acoustic feedback signal (a voltage controlled frequency generator [voltage controlled oscillator, VCO]), no change occurs the acoustic feedback signal one and the relaxation training is not disturbed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1–4 gelöst.These Task is according to the invention with the characterizing features of claim 1-4.
Der automatische Signalabschwächer hat erfindungsgemäß die Funktion, die Signalhöhe selbständig an den Arbeitsbereich des Frequenzgenerators anzupassen.Of the automatic signal attenuator has the function according to the invention the signal height independent to adapt to the working range of the frequency generator.
Die Steuerung des Signalabschwächers macht sich den Signalverlauf zu nutze, der bei der Frontalis-Ableitung beobachtet wird. Bei Patienten, die die neuromuskuläre Entspannung nicht beherrschen, ist das EMG-Niveau bei Trainingsbeginn hoch und durch starke Amplitudenschwankungen geprägt. Im Verlauf des Entspannungstrainings wird das mittlere EMG-Niveau niedriger und die Amplitudenschwankungen werden kleiner.The Control of the signal attenuator makes to use the waveform, in the frontalis derivation is observed. In patients who have the neuromuscular relaxation not mastered, the EMG level is high at the start of training characterized by strong amplitude fluctuations. In the course of relaxation training the mean EMG level becomes lower and the amplitude fluctuations become smaller.
Beim Entspannungstraining können EMG-Niveau-Änderungen in Richtung höherer Werte aus verschiedenen Gründen hervorgerufen werden: kurzzeitige Störungen z. B. durch Räuspern und Schlucken, mittelfristige Störungen dadurch, dass Muskelpartien wieder leicht angespannt werden und durch gedankliches „Abdriften" vom Training bei einschießenden Gedanken. EMG-Niveau-Änderungen in Richtung niedrigerer Werte können nur durch Muskelentspannung hervorgerufen werden. Daher werden erfindungsgemäß die absteigenden Flanken der EMG-Werte für die Steuerung des automatischen Signalabschwächers herangezogen.At the Relaxation training can change EMG levels in the direction of higher Values for different reasons be caused: short-term disturbances z. By clearing and swallowing, medium-term disturbances in that muscles are strained again slightly and through mental "drifting" from the training at einschießenden Thoughts. EMG level changes in Towards lower values only be caused by muscle relaxation. Therefore, according to the invention, the descending Flanks of the EMG values for the control of the automatic signal attenuator used.
Zwei Schwellwerte werden für diese Anpassung der EMG-Werte an den nachgeschaltenen Frequenzgenerator festgelegt: Schwellwert I für einen Wert bei ca. 25% des Eingangspegels des Frequenzgenerators und Schwellwert II für einen Wert bei ca. 75% des Eingangspegels des Frequenzgenerators. Während des Entspannungstrainings wird das Signal am Ausgang des Signalabschwächers ständig mit beiden Schwellwerten verglichen.Two Thresholds are for this adjustment of the EMG values to the downstream frequency generator set: Threshold I for a value at approx. 25% of the input level of the frequency generator and threshold II for a value at approx. 75% of the input level of the frequency generator. During the Relaxation training is the signal at the output of the signal attenuator constantly with both Thresholds compared.
Die Steuerung des automatischen Signalabschwächers erfolgt durch drei schaltungstechnische Maßnahmen: Die erste Maßnahme betrifft die Einschaltphase, die zweite die Nachführung des Signalabschwächers während des Trainings, die dritte Maßnahme tritt in Kraft, wenn sich die Signalhöhe über einen vorgegebenen Zeitraum über einen vorgegebenen Betrag hinaus erhöht.The Control of the automatic signal attenuator is carried out by three circuit measures: The first measure concerns the switch-on phase, the second the tracking of the Signalabschwächers while of training, the third measure comes into force when the signal level over a given period of time over a amount increased.
Bei Inbetriebnahme wird eine feste Zeitspanne vorgegeben, damit das Gerät seine Stabilität erreichen kann. Nach Erreichen der Stabilität setzt der Regler den Ausgang des Signalabschwächers auf das Niveau des Schwellwertes I herab. Durch diese Maßnahme ist auch ein hohes Signal abgeschwächt, um es an den aktiven Bereich des Frequenzgenerators für das beginnende Training anzupassen.at Commissioning is given a fixed period of time, so that the Device his stability can reach. After reaching stability, the controller sets the output of the signal attenuator to the level of the threshold I down. By this measure is also toned down a high signal to it to the active area of the frequency generator for the beginning Adapt training.
Wenn während des Trainings bei einsetzender Entspannung ein Minimum einer Amplitudenschwankung den Schwellwert I zu unterschreiten beginnt, verändert der Regler den Signalabschwächer in Richtung zu geringerer Abschwächung und hält das Signal so über dem Schwellwert I. Bei fortschreitendem Training wiederholt sich dieser Vorgang und der Signalabschwächer wird entsprechend dem Trainingsverlauf nachgeführt, bis bei sehr geringem EMG-Niveau keine Abschwächung des Signals mehr stattfindet (100% Signal).If while the training at the onset of relaxation a minimum of amplitude fluctuation If the threshold value I begins to fall below the value, the controller changes the signal attenuator to Direction to lesser weakening and keep that Signal so over Threshold I. As training progresses, it repeats itself this process and the signal attenuator will be according to the Tracked training course, until there is no attenuation of the signal at very low EMG level (100% signal).
Bei steigender Signalhöhe ist die Regelstrecke gesperrt und der Signalabschwächer verbleibt auf der Einstellung. Wenn der Signalabschwächer und die Steuerung des Signalabschwächers in analoger Technik ausgeführt sind, muß ein Speicher, z. B. in Form einer „Sample-and-Hold"-Schaltung die Einstellung des Signalabschwächers speichern.at rising signal level the controlled system is blocked and the signal attenuator remains on the attitude. When the signal attenuator and the controller of the Signalabschwächers executed in analog technology are, must be one Memory, z. B. in the form of a "sample-and-hold" circuit setting of the signal attenuator to save.
Bei akustischem Feedback erfährt der Proband eine Änderungen des EMG-Niveaus als Tonfrequenzänderung der Rückmeldung. Bei einer Anpassung des Signalabschwächers auf ein neues Signal-Minimum tritt für den Zeitraum der Nachregelung keine Spannungsänderung am Ausgang des Signalabschwächers und folglich keine Frequenzänderung der Rückmeldung auf. Dadurch entsteht eine kurze Lücke in der Rückmeldung. Diese Lücke stört den Patienten nicht, weil er den tatsächlichen Signalverlauf nicht kennt.at receives acoustic feedback the subject changes the EMG level as a sound frequency change the feedback. When adjusting the signal attenuator to a new signal minimum occurs for the period of readjustment no voltage change at the output of the signal attenuator and consequently no frequency change of the feedback on. This creates a short gap in the feedback. This gap disturbs the patient not because he is the actual Signal waveform does not know.
Wenn bei sehr geringem EMG-Niveau keine Abschwächung des Signals mehr stattfindet, treten keine Lücken in der Rückmeldung auf.If at a very low EMG level no signal attenuation takes place, do not leave any gaps in the feedback on.
Den Lücken in der Rückmeldung steht der Vorteil gegenüber, dass bei der selbständigen Arbeitsweise gemäß der Erfindung die Nachregelung vom Patienten nicht wahrgenommen wird und keine Störung im Trainingsablauf eintritt, wie sie bei einer manuellen Nachstellung unausbleiblich ist.The Gaps in the feedback is the advantage that at the self-employed Operation according to the invention the readjustment is not perceived by the patient and no disturbance in the patient Training sequence occurs, as in a manual adjustment is inevitable.
Die dritte Maßnahme tritt in Kraft, wenn sich das EMG-Niveau während des Trainings erhöht und auf erhöhtem Niveau verbleibt. Wenn eine Signalüberhöhung über einen Schwellwert II hinaus auftritt und über mindestens sechs Sekunden ununterbrochen anhält, wird die automatische Einstellung des Signalabschwächers neu gesetzt. Kurze Signalüberhöhungen, wie Räuspern oder Schlucken bleiben ohne Einfluß. Im Anschluß an diese Korrektur kann das Training wie gewohnt weitergeführt werden.The third measure comes into effect as the EMG level increases and increases during exercise increased Level remains. When a signal overshoots beyond a threshold II occurs and over for at least six seconds continuously, the automatic adjustment will be made of the signal attenuator set again. Short signal peaks, like hawking or swallowing is without influence. Following this Correction, the training can be continued as usual.
Der Frequenzgenerator wird vorzugsweise mit einer logarithmischen Kennlinie ausgestattet. Eine Signaländerung am automatischen Signalabschwächer um einen gegebenen Prozentsatz bewirkt eine bestimmte Frequenzänderung des Frequenzgenerators, unabhängig von dem Grad der Abschwächung.Of the Frequency generator is preferably with a logarithmic characteristic fitted. A signal change on the automatic signal attenuator by a given percentage causes a certain frequency change of the frequency generator, independent from the degree of mitigation.
Ein Ausführungsbeispiel eines Gerätes gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden beschrieben:One embodiment a device according to the invention is shown in the drawing and described below:
Wie
Das
abgeleitete EMG-Signal wird im Vorverstärker
Das
Signal aus dem Elektrodenkopf passiert ein Hochpaßfilter
Der
Präzisionsgleichrichter
Das
Gleichspannungssignal kann auf einer Anzeige
Das
Gleichspannungssignal wird zum automatischen Signalabschwächers
Vom
Frequenzgenerator
Der
Regler
Bei
Inbetriebnahme schaltet das Zeitglied
Diese Maßnahme dient dazu, dem Gerät die Zeit zu geben, seine Stabilität zu erreichen und das Gerät auf das EMG-Niveau des Patienten einzustellen.These measure serves to the device give the time to reach its stability and the device on the To adjust the patient's EMG level.
Während des
Entspannungstrainings vergleicht der Regler
Durch
die Ausführung
des Signalabschwächers
Der
Komparator
Der Komparator
The comparator
Kurzzeitige
Signalüberhöhungen unter
ca. sechs Sekunden bleiben durch das Verzögerungsglied
Claims (4)
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