DE102007049466B4 - Lichtwellenleiterschaltung - Google Patents

Abstract

Lichtwellenleiterschaltung für die Magnet-Resonaz-Tomographie (MRT) und für die Magnet-Enzephalographie (MEG) mit Lichtwellenleitern als Sensoren einer Responsetastatur oder einer Joystickbetätigung oder einer anderen Sensorbetätigung wie Dreh- oder Schieberegler mit einer Elektronik-Unit, wobei
a) die Responsetastatur, die Joystickbetätigung oder die Dreh- oder Schieberegler ein übliches Bedienverhalten aufweisen und mittels Auswertung der durch den bewegten Lichtleiter erzeugten analogen Signale, speziell die Betätigungskraft auf die Tastatur oder den Joystick ermittelt wird, um Betätigungseigenschaften des Benutzers zu unterscheiden sowie
b) von der Lichtwellenleiterschaltung als Signalgeber ausgelöste analoge Signale zur Unterscheidung der Betätigungseigenschaften des Benutzers, wie das Weg-Zeit-Verhalten sowie des Kraftaufwandes für die Tastatur-, Joystick- oder Reglerbetätigung über die Elektronik-Unit auswertbar sind und durch Bewegung einer der Tasten der Responsetastatur, bzw. des Joysticks, bzw. des Betätigungselementes eines andere Sensorelements, wie Dreh- oder Schieberegler, einen oder mehrere Lichtwellenleiter definiert mechanisch verformt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Lichtwellenleiterschaltung als Sensor einer sensiblen Response-Tastatur oder einer sensiblen Joystickbetätigung oder einer anderen Sensorbetätigung für Anwendungen in medizinischen Bereichen, in explosionsgefährdeten Bereichen, in Bereichen mit gefährlichen Energien oder besonderen Umgebungen, in Büro und/oder Industrieumgebungen, oder anstelle von herkömmlichen Standard-Tastaturen oder Sensoren, insbesondere jedoch für die Magnet–Resonanz-Tomographie (MRT) und für die Magnet-Enzephalographie (MEG).
• Bekannt ist eine MRT taugliche Response-Tastatur zur Schaltung und Übertragung von Lichtwellenleitersignalen mittels Lichtschranken und mit intuitiver Tastaturbetätigung.
• Nachteilig ist daran, dass damit nur ausschließlich Ja-Nein-Aussagen realisierbar sind und keine Informationen über das Weg-Zeit-Verhalten, d. h. über die Art und Weise und der Dynamik der Tastaturbetätigung, wie Eigenschaften von Zögerlichkeit, Entschlossenheit, Reaktionsschnelligkeit oder die Bereitschaft des Bedieners der Tastatur erhältlich sind.
• Bekannt ist weiterhin ein Bewegungsmessinstrument mittels welchem Signale aus der Verkrümmung von Lichtleitern gemessen und elektronisch ausgewertet werden. Die Lichtleiter sind dabei unmittelbar am menschlichen Körper befestigt, wobei die Messung räumlich erfolgt ( WO 98/418115 A1 ).
• Bekannt ist auch ein faseroptischer Biege- und Positionierungssensor, welcher mit ganz speziell behandelten Lichtleitern ausgestattet ist ( DE 694 06 447 T2 ).
• Bekannt ist noch eine Lichtleiteranordnung zur selektiven Übertragung von Signalen der Fingerbewegungen, welche direkt am Körper befestigt sind ( WO 88/07659 A1 ).
• Bekannt ist auch ein Verfahren zur Gewichtsbestimmung durch Verformung von Lichtleitern ( US 4,560,016 A ).
• Bekannt ist auch ein Verfahren zur Erkennung von Verformungen an Bauelementen aus Beton und elastischen Gegenständen mittels Lichtleitern durch Einbettung derselben in diese Materialien ( US 5,374,821 A ).
• Bekannt ist auch ein Druckempfindlicher Fühler mit einem Lichtwellenleiter, wobei der Lichtwellenleiter mit einer besonderen Umhüllung versehen ist.
• Bekannt ist auch eine numerische Telefontastatur mit druckempfindlichen Sensoren ( DE 198 49 460 B4 ).
• Alle diese bekannten Vorrichtungen und Verfahren sind jedoch für die Anwendung im Bereich der Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) ungeeignet.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine MRT und MEG taugliche Lichtwellenleiterschaltung als Sensor für eine sensible Response-Tastatur und/oder einer Joystickbetätigung und/oder einer anderen Sensorbetätigung, wie Dreh- oder Schieberegler zu schaffen, welche
• – einerseits das aus dem normalen Umfeld bekannte und übliche Bedienverhalten an Standard-Tastaturen aufweist, um bei dem Benutzer keine neuen unerwünschten Lernvorgänge auszulösen, die zu zusätzlichen störenden Gehirnreaktionen führen könnten und welche
• – andererseits nicht nur allein eine Ja-Nein-Information über deren Betätigung liefert, sondern darüber hinaus möglichst viele weitere Informationen über das Weg-Zeit-Verhalten sowie des Kraftaufwandes der Tastaturbetätigung liefert, welche wichtige Rückschlüsse auf die Art und Weise sowie der Dynamik der Responsetastatur- oder Joystick- oder der anderen Sensorbetätigung erlauben, wie zum Beispiel Eigenschaften von Zögerlichkeit, Entschlossenheit, Reaktionsschnelligkeit sowie Beginn, Verlauf und Ende sowie Weg und Kraftaufwand der Tastatur- oder Joystickbetätigung.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie mit den Ansprüchen angegeben gelöst.
• Im Allgemeinen ist eine Krümmung von Lichtwellenleitern für die Signalübertragung wegen ihrer Dämpfung der Signale nachteilig und störend. Eine Überkrümmung führt in der Regel zu einer völligen Funktionsunfähigkeit der Signalübertragung.
• Es wurde nun gefunden, dass durch eine definierte mechanische Verformung von Lichtwellenleitern die damit zu übertragenden Signale modulierbar sind. Mittels einer Opto- und Mikro-Elektronik lassen sich nun solche Modulationen der Lichtwellensignale in elektronische verarbeitbare Informationen umwandeln. Die Anwendung der Erfindung ist besonders im MRT und MEG Bereich mit ihren starken magnetischen Feldern wegen der völligen Störfreiheit der magnetischen Impulse von Bedeutung.
• Die Lichtwellenleiterschaltungsbetätigung einer Responsetastatur oder einer Joystickbetätigung ist mit einer Elektronik-Unit, getrennt oder in Funktionseinheit zusammengeschaltet bzw. gekoppelt, wobei
• a) die Responsetastatur, die Joystickbetätigung oder die Dreh- oder Schieberegler ein übliches Bedienverhalten aufweisen und mittels Auswertung der durch den bewegten Lichtleiter erzeugten analogen Signale, speziell die Betätigungskraft auf die Tastatur oder den Joystick ermittelt wird, um Betätigungseigenschaften des Benutzers zu unterscheiden sowie
• b) von der Lichtwellenleiterschaltung als Signalgeber ausgelöste analoge Signale zur Unterscheidung der Betätigungseigenschaften des Benutzers, wie das Weg-Zeit-Verhalten sowie des Kraftaufwandes für die Tastatur-, Joystick- oder Reglerbetätigung über die Elektronik-Unit auswertbar sind und der Lichtwellenleiter durch Bewegung einer der Tasten der Responsetastatur, bzw. des Joysticks, bzw. des Betätigungselementes eines andere Sensorelements, wie Dreh- oder Schieberegler, einen oder mehrere Lichtwellenleiter definiert mechanisch verformt wird.
• Die Vorzüge der erfindungsgemäßen Lichtwellenleiterschaltung bestehen darin, dass bei MRT und MEG-Anwendungen
• – einerseits die intuitive Wahrnehmung des authentischen Response-Tastenklicks keine unbewussten Lerneffekte im Gehirn von Patienten oder Probanden erfordert oder solche auslöst und
• – andererseits seitens des Auswertenden Personals die Betätigungsdynamik nach Weg und Zeit nunmehr erstmals unter den Bedingungen von MRT und MEG beliebig fein beobachtet und registriert werden kann. So kann z. B. sogar bei einer Response-Tastatur das bloße „Finger auf die Taste legen” oder das Erfassen des Joysticks jetzt erstmals beobachtet werden.
• Damit eignet sich eine Response-Tastatur oder eine Joystickbetätigung oder solche andere Sensorbetätigung nunmehr für eine kontinuierliche Weg-Zeit-Information. Es werden damit auch neue bisher nicht beobachtbare Tätigkeiten oder Handhabungen eines Patienten oder Probanden der Beobachtung und Registrierung zugänglich. Die Lichtwellenleiterschaltung sowie deren codiertes Lichtwellenleitersystem sind in ihrer Sensibilität bzw. ihrem Ansprechverhalten mechanisch als auch elektrisch oder Software basiert justierbar. Sie lassen sich ohne besonderen Aufwand an vorhandene MRT oder MEG Anlagen adaptieren.
• Bei Einfach- und Mehrfachanwendungen des Erfindungsprinzips sind auch Einsatzmöglichkeiten bei 2- und 3 dimensionaler Computersteuerung mit Computermaus und Joystick, Fahrsimulator, Musikinstrument denkbar sowie noch andere Anwendungen, allgemein, in der Sensorik.
• Auch in der Optoelektronik sind solche erfindungsgemäß gestalteten Sensorelemente anwendbar.
• Nachstehend wird die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen sind mit
• 1 eine Response-Tastatur mit Elektronik-Unit und mit
• 2 die definierte Krümmung eines geraden Lichtwellenleiters und mit
• 3 die definierte Krümmung eines gebogenen Lichtwellenleiters und mit
• 4 die definierte Krümmung eines einfach gewundenen Lichtwellenleiters und mit
• 5 die definierte Krümmung eines mehrfach als Wicklung gewundenen Lichtwellenleiters und mit
• 6 die definierte Krümmung mehrerer Lichtwellenleiterwicklungen mittels einer Joystickanordnung.
• Beispiel 1
• Innerhalb des Response-Tastaturgehäuses 5 mit den Tasten 1 bis 4 sind jeder Taste ein mehrfach gewundener Lichtwellenleiter 10 zugeordnet.
• Die Tasten wirken dabei auf den einseitig im Response-Tastaurgehäuse 5 angelenkten Hebel 8 gegen den Widerstand der Feder 9 und die geringe Eigenspannung der Lichtwellenleiterwicklung 10. Die Hebelverhältnisse sind so bemessen, dass eine optimale Funktionalität gewährleistet ist. Die Lichtwellenleiterwicklung 10 ist dabei unterhalb des anderen freien Hebelendes so angeordnet, dass sie die Unterseite desselben gerade berührt.
• Sobald der Hebel 8 über die Taste 1 betätigt wird, verformen sich die Lichtwellenleiterwindungen der Lichtwellenleiterwicklung 10 definiert, was wiederum eine definierte Störung der Lichtwellensignale, die auch als Modulationen gelten, auslöst. Mittels der Elektronik-Unit 7 werden diese definierten Modulationen (Störungen) gemessen, registriert und ausgewertet.
• Beispiel 2
• Im Joystickgehäuse sind an der Peripherie des Joysticks mehrere Lichtwellenleiterwicklungen 10 so angeordnet, dass diese direkt oder über Mechanismen vom Joystick kontaktiert sind.
• Sobald der Joystick betätigt wird, erfolgt über die Kontaktierung desselben mit mindestens einer Lichtwellenleiterwicklung 10 eine definierte Verformung derselben, die eine gewisse Modulation verursacht. Je nach dem, wie die Kontaktierungen justiert sind und in welcher Richtung der Joystick bewegt wird, werden die Lichtwellensignale im Lichtwellenleiter verändert und mittels der Elektronik-Unit angezeigt und auswertbar gemacht. Auch können zusätzlich eine oder mehrere Tasten 12 (Fire-Button) im Handgriff 11 des Joysticks angeordnet sein.

Claims (1)

1. Lichtwellenleiterschaltung für die Magnet-Resonaz-Tomographie (MRT) und für die Magnet-Enzephalographie (MEG) mit Lichtwellenleitern als Sensoren einer Responsetastatur oder einer Joystickbetätigung oder einer anderen Sensorbetätigung wie Dreh- oder Schieberegler mit einer Elektronik-Unit, wobei a) die Responsetastatur, die Joystickbetätigung oder die Dreh- oder Schieberegler ein übliches Bedienverhalten aufweisen und mittels Auswertung der durch den bewegten Lichtleiter erzeugten analogen Signale, speziell die Betätigungskraft auf die Tastatur oder den Joystick ermittelt wird, um Betätigungseigenschaften des Benutzers zu unterscheiden sowie b) von der Lichtwellenleiterschaltung als Signalgeber ausgelöste analoge Signale zur Unterscheidung der Betätigungseigenschaften des Benutzers, wie das Weg-Zeit-Verhalten sowie des Kraftaufwandes für die Tastatur-, Joystick- oder Reglerbetätigung über die Elektronik-Unit auswertbar sind und durch Bewegung einer der Tasten der Responsetastatur, bzw. des Joysticks, bzw. des Betätigungselementes eines andere Sensorelements, wie Dreh- oder Schieberegler, einen oder mehrere Lichtwellenleiter definiert mechanisch verformt wird.

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