DE1050021B - Gerät zur Phasenwinkelmessung zweier ihre Phasenlage dauernd ändernder Wechselspannungen bei Elektrozephalographie - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Phasenwinkelmessung zweier ihre Phasenlage dauernd ändernder Wechselspanimingen bei der Elektroenzephalographie.

Es ist durch die Veröffentlichung von W. G.Walter und H.W. Shipton (EEG CHn. Neurophysiol., 3 [1951], S. 281 bis 292) ein Gerät bekanntgeworden, bei dem die Hirnpotentiale als Vektoren auf den Schirmen nebeneinander angeordneter Braunscher Röhren dargestellt werden. Dadurch ist bereits eine bessere Beobachtung der Phasenlage der Hirnpotentiale zweier verschiedener Hirnregionen möglich, aber nicht deren fortlaufende graphische oder numerische Registrierung.

Es ist üblich, nach einem Vorschlag von Hubert Hugger (Pflüg. Arch., 244 [1941], S. 309 bis 336) die Phasenwinkelbeziehungen in bestimmte Bereiche, sogenannte Phasenklassen, einzuordnen. Der Klasse I wird dabei die Phasenumkehr, der Klasse II eine Phasenverschiebung von 90° zugeteilt, wenn die linksseitig abgeleitete Spannung der rechten voreilt. Der Klasse III werden gleichphasige Spannungen zugeordnet, während die Klasse IV wiederum eine Phasenverschiebung um 90° umfaßt für den Fall, daß die linksseitig abgeleiteten Spannungen gegenüber den rechtsseitigen nacheilen. In die Klasse Va bzw. Vb werden die Fälle eingeordnet, bei denen eine Potentialschwankung auf der linken oder rechten Seite ausfällt. Die Grenzen der einzelnen Klassen liegen zwischen den genannten Winkelwerten. Es ist jedoch auch eine Unterteilung in andere Phasenwinkelbereiche möglich.

Es sind an sich Phasenmeßvorrichtungen bekannt, bei denen die zu vergleichenden Wechselspannungen in rechteckförmige Impulse umgeformt werden und wobei durch die Überlagerung dieser Impulse Impulse konstanter Amplitude und phasenabhängiger Breite gewonnen werden.

Auch ist es bekannt, eine Impulsbreitenmessung dadurch durchzuführen, daß die Impulse auf einem Kondensator integriert werden und dadurch eine von der Impulsbreite abhängige Spannung erzeugt wird.

Es sind ferner Amplitudendiskriminatoren bekannt, durch die beliebige Spannungsverläufe nach Spannungsintervallen aufgeschlüsselt werden und so getrennten Kanälen zugeführt werden.

Es ist der Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Gerät zu schaffen, das den in der Literatur bereits ausgedrückten Wunsch nach einer automatischen Aufschlüsselung der Phasenbeziehungen von Hirnpotentialen nach den bekannten Phasenklassen erfüllt.

Die Erfindung besteht darin, daß eine an sich bekannte Phasenmeßvorrichtung vorgesehen ist, durch die die zu vergleichenden Wechselspannungen in rechteckförmige Impulse umgeformt und aus diesen Impulse konstanter Amplitude und phasenabhängiger Breite Gerät zur Phasenwinkelmessung zweier
ihre Phasenlage dauernd ändernder

Wechs elsp annungen
bei Elektroenzephalographie

Anmelder:

Dr. Gerhard Kietz,
Heidelberg, Schröderstr. 12

Dr. Gerhard Kietz, Heidelberg,
ist als Erfinder genannt worden

gewonnen werden, daß eine an sich bekannte Vorrichtung vorgesehen ist, durch die durch Integration der entstandenen Impulse eine von der Impulsbreite abhängige Spannung erzeugt wird, daß ein an sich bekannter Amplitudendiskriminator vorgesehen ist, durch den die entstandenen Spannungen nach Spannungsintervallen getrennten Kanälen zugeführt werden, und daß eine von den rechteckförmigen Eingangsimpulsen gesteuerte Vorrichtung vorgesehen ist, durch die die am Amplitudendiskriminator entstehenden Spannungen nach jedem Eingangsimpuls abgetastet werden. Ebenfalls von den rechteckförmigen Eingangsimpulsen gesteuert sind eine Integrationsvorrichtung, die vorgesehen ist, um eine frequenzproportionale Spannung zu gewinnen, mittels der die Bezugsspannungen des Amplitudendiskriminators derart nachgesteuert werden, daß die in den einzelnen Kanälen auftretenden Spannungsimpulse unabhängig von der Frequenz gleichen Phasenwinkelbereichen entsprechen, wobei diese Bereiche den in der Elektroenzephalographie bekannten Phasenwinkelklassen entsprechen, und eine Entladevorrichtung für die beiden Integrationskondensatoren, die nach jedem Abtastvorgang in Tätigkeit tritt. Eine Mehrfachzählvorrichtung für die von den Amplitudendiskriminatorkanälen abgegebenen Impulse ist dem Gerät angeschlossen. Die weitere Ausbildung des Gerätes gemäß der Erfindung besteht darin, daß ein von den beiden

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rechteckförmigen Eingangsimpulsen gesteuerter elek- Diskriminatorstufen. An den Punkten χ und x' sind

ironischer Schalter vorgesehen ist, durch den die aus die in positive und negative Rechteckspannungen um-

dem Kanal kommenden Impulse, die gleichen positiven gewandelten Einzelmeßspannungen anzuwenden. Beide

und negativen Phasendifferenzen entsprechen, je nach werden am Außenwiderstand der Röhre 1 addiert. Für

Phasenlage in zwei getrennte; Kanäle geleitet werden. 5 die Dauer der zeitlichen Überdeckung gleichsinniger

Das Gerät kann ferner so ausgebildet sein, daß die Rechteckspannungen tritt ein Impuls mit einer bevon den beiden rechteckförmigen Eingangsimpulsen stimmten, stets gleichbleibenden Amplitude auf, bei gesteuerte Phasenmeßvorrichtung so aufgebaut ist, entgegengesetzter Richtung der Einzelmeßspannungen daß die Summe aus den beiden gegebenenfalls zeitlich ist die Spannungsschwankung am Außenwiderstand versetzten Rechteckimpulsen gebildet wird, wobei ein io gleich Null. Fällt der eine der zu vergleichenden Vor-Amplitudendiskriminator derart vorgesehen ist, daß gänge physiologisch bedingt aus, so ändert sich die in einem Kanal die Summe der Impulse abgegeben Spannung am Außenwiderstand der Röhre 1 nur um wird, während in einem weiteren Kanal nur der über den Wert der halben Amplitude. Da nun die zeitliche die _halbe normale Pulsamplitude hinausgehende Überdeckung der gleichsinnigen in Rechteckspan-Impulsanteil auftritt. 15 nungen umgewandelten Einzelmeßspannungen ein • Eine weitere Entwicklungsstufe des Gerätes gemäß Maß für die Phasenlage zwischen beiden ist, werden, der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein wie durch die Dioden 2 und 3 angedeutet, die Spanelektronischer Schalter vorgesehen ist, der einerseits nungen zwischen der halben und der vollen Höhe der von dem die summierten Pulse abgebenden Kanal und am Außenwiderstand von 1 erzeugten positiv geandererseits von dem den über die normale halbe 20 richteten Spannungsschwankung abgetrennt und über Impulsamplitude hinausgehenden Impulsanteil ab- eine Laderöhre 4 am Kondensator 15 zeitlich integebenden Kanal gesteuert wird und der nur beim Aus- griert. Die Spannung am Kondensator 15 bestimmt bleiben eines der beiden rechteckförrnfg'en Eingangs- diejenige Diodenstrecke des Diskriminators 8. . . 11, impulse und damit des über die normale halbe Impuls- welche für einen nunmehr gegebenen kurzen Schalthöhe hinausgehenden Impulsteils einen Kanal zu einem 25 impuls durchgängig wird. Letzterer wird durch Diffeweiteren von den beiden rechteckförmigen Eingangs- - renzieren der an χ auftretenden rechteckförmigen impulsen gesteuerten elektronischen Schalter freigibt, Spannungsänderungen an dem i?C-Glied kleiner Zeitder das Signal auf zwei weitere Kanäle verteilt, je konstante 16 und 17 erzeugt. Er sorgt auch nach nachdem welcher von den Eingangsimpulsen aus- kurzer Verzögerung (in Röhre 7) für die Entladung gefallen ist. 30 des Kondensators 15 über die Röhre 5. Die beim

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Differenzieren an dem i?C-Glied entstehende Span-Gerätes gemäß der Erfindung an Hand der Zeich- nungsspitze zu Beginn der Rechteckspannung wird nungen beschrieben. durch die Röhre 6 unterdrückt.

Die zu vergleichenden Spannungen werden, wie in Nun ist die Dauer des Spannungsrechtecks am Abb. 1 dargestellt, auf die Impulsformer α und a' ge- 35 Außenwiderstand der Röhre 1 nicht nur von der geben, in denen sie zu Rechteckspannungen umgeformt Phasenlage der Einzelmeßspannungen abhängig, und eventuell bei der Messung störende Frequenzen sondern auch umgekehrt proportional der Frequenz ausgefiltert werden. Die Rechteckspannungen werden derselben. Die Spannung an den Widerständen 18... 20 dann in der Mischstufe b addiert und einem Integrator des Diskriminators muß also der Frequenz der Einzel- und einem auf die Phasenwinkelbereiche abgestimmten 40 meßspannungen angepaßt werden. Dieses wird da-Diskriminator zugeführt, beide zusammen mit c be- durch erreicht, daß der Kondensator 21 während der zeichnet. Da sich nun bei der Addition der Rechtecke Dauer einer Halbwelle über die Laderöhre 12 mit für diejenigen Winkelbereiche, welche die Werte 0° konstantem Strom aufgeladen wird. Die Röhre 14 und 90° enthalten, eindeutige Impulslängen und damit sorgt für die Entladung des Kondensators 21 nach eindeutige Spannungswerte am Integrator ergeben, 45 jeder Einzelmessung. An den Punkten p und r werden können die diesen Bereichen zugeordneten Zählwerke nach obengenanntem Schema die Klassen III bzw. I in /, gegebenenfalls über Zählwerkverstärker, vom gemessen. Sie werden über Verstärker direkt mit den Diskriminator aus direkt gesteuert werden. Für alle zugeteilten Zählwerken verbunden. An Punkt q muß übrigen Phasenwinkelbereiche ist noch eine Unter- ein elektronischer Umschalter angeschlossen werden, scheidung in Voreilen und Nacheilen der Vergleichs- 50 der je nach Vor- oder Nacheilen der Vergleichsspannung gegenüber der Bezugsspannung durch spannung den Schaltimpuls auf das entsprechende Stromweichen d, die von den in Rechteckspannungen Zählwerk leitet. Werden die Winkelbereiche enger umgewandelten Einzelmeßspannungen am Eingang gewählt als angegeben, so müssen weitere Diodender Mischstufe gesteuert werden, vorzunehmen. Für strecken in den Diskriminator aufgenommen werden. den Fall, daß wie beim EEG auch das physiologische 55 Jeder dieser Diodenstrecken sind wiederum, nach entAusbleiben eines der Vorgänge registriert werden sprechender Umschaltung, zwei Zählwerke zuzusoll, ist ein besonderer Diskriminator e, der hier von ordnen.

den Ausgangsspannungen der Mischstufe betätigt Abb. 3 zeigt die auf der Grundlage eines elektro-

wird, anzuwenden. nischen Umschalters aufgebaute Weiche. Die Funktion

Die Umformung von sinusförmigen oder sinusähn- 60 des Umschalters ist dabei als bekannt vorauszusetzen. liehen Vorgängen in rechteckige Spannungsstöße kann An Punkt q werden die Impulse zur Schaltung der in an sich bekannter Weise z. B. dadurch erfolgen, Zählwerke vom gleichbezeichneten Punkt in Abb. 2 daß man die Spannungen mehrmals extrem verstärkt (nach Verstärkung und Phasenumkehr) gegeben. Die und jedesmal in der Amplitude beschneidet. Es wird an q gemeinsam angeschlossenen Gitter der Röhren 22 dann eine sinusähnliche Spannung in einen positiven 05 und 23 liegen in Ruhe an einer Sperrspannung, um und einen negativen in erster Näherung rechteckigen Fehlzählungen durch das Umkippen des Elektronen-Spannungsstoß von der Dauer einer halben Wellen- schalters zu verhüten. Der Schalter selbst wird von länge umgeformt. den in Rechteckspannungen umgewandelten Einzel-

Abb. 2 zeigt ein Beispiel für die im Blockschema meßspannungen über die differenzierenden kleinen

mit b bzw. c bezeichneten Misch-, Integrator- und 70 Kondensatoren 24 und 25 gekippt. Soll an Punkt ^

Klasse II und an t Klasse IV des obengenannten Schemas gezählt werden, so muß das Gitter des Schaltersystems in 23 mit x, in 22 mit x' in Abb. 2 verbunden werden. Die Anschlüsse ί und t werden mit den entsprechenden Zählwerken verbunden.

Abb. 4 gibt ein Schaltbild eines Diskriminators für den Fall, daß das physiologische Ausbleiben eines der Vorgänge ebenfalls registriert werden soll. Hierbei werden die Spannungsschwankungen am Ausgangswiderstand der Röhre 1 einerseits mit ihrer vollen Amplitude, abgegriffen an y in Abb. 2, und in der Höhe zwischen der halben und der vollen Amplitude, abgegriffen an s, zur Steuerung verwendet. Die Grundschaltung besteht aus zwei Elektronenumschaltern, bestehend aus den Röhren 28 und 29 bzw. 32 und 33, deren einer für die Auswahl der Spannungen am Ausgangswiderstand der Röhre 1 mit nur halber Amplitude, deren anderer für die Verteilung der Schaltimpulse auf die Zählwerke für das physiologisch bedingte Fehlen des einen oder anderen Vorganges vorgesehen ist. Die Arbeitsweise des ersten Schalters ist folgende. Die an y abgegriffenen Spannungen werden an dem i?C-Glied kleiner Zeitkonstante 34 und 35 differenziert und in der Röhre 26 in der Phase umgekehrt. Es tritt dadurch am Außenwiderstand der Röhre zu Beginn einer jeden (positiven) Spannungsschwankung an y ein negativer, am Ende der Schwankung ein positiver Impuls auf. Die negative Spannungsspitze wird auf das Steuergitter der Röhre 29 geleitet, die positive wird durch den Gleichrichter 30 unterdrückt. Zu Beginn jeder positiven Spannungsänderung an y wird also Röhre 28 leitend. Am ersten Gitter von 28 kommen nur die über die halbe Amplitude hinausgehenden Anteile der Spannung am Außenwiderstand der Röhre 1, differenziert an dem kleinen Kondensator 36, zur Wirkung.

Eine Spannungsspitze trifft das Gitter also nur dann, wenn keiner der Vorgänge ausgefallen ist. Beim Einwirken der Spannungen an χ und x' sind nun für die Spannung am Außenwiderstand der Röhre 1 folgende Kombinationen möglich. Ist der eine Vorgang ausgefallen, so erhält Röhre 29 einen negativen Impuls. Die Röhre 28 wird dadurch leitend und bleibt für den am Ende des von der einen Einzelmeßspannung herrührenden Spannungsrechtecks über Röhre 27 verzögert gegebenen positiven Zählimpuls durchgängig. Fällt keiner der Vorgänge aus, so entsteht an y eine Spannungsschwankung, die zunächst auf die halbe, dann auf die volle Amplitude ansteigen kann und dann auf Null abfällt. Dadurch wird 28 durch negativen Impuls am Gitter von 29 zuerst leitend. Der darauffolgende positive Impuls am ersten Gitter von 28 ändert an diesem Zustand noch nichts. Beim Zusammenbrechen der Schwankung von der vollen Amplitude auf Null oder auf die halbe Amplitude erhält das erste Gitter der Röhre 28 jedoch einen negativen Impuls, der sie für den nachfolgenden Zählimpuls von Röhre 27 sperrt.

Die in Röhre 31 in der Phase wieder umgekehrten Zählimpulse werden, soweit sie Röhre 28 passieren konnten, vermittels der Röhren 32 und 33 auf die zugeordneten Zählwerke geleitet, und zwar wird an u Klasse Va und an ν Klasse Vb gezählt. Der durch diese Röhren gebildete Elektronenschalter wird, wie zu Abb. 3 beschrieben, geschaltet.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gerät zur Phasenwinkelmessung zweier ihre Phasenlage dauernd ändernder Wechselspannungen bei der Elektroenzephalographie, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine an sich bekannte Phasenmeßvorrichtung vorgesehen ist, durch die die zu vergleichenden Wechselspannungen in rechteckförmige Impulse umgeformt und aus diesen Impulse konstanter Amplitude und phasenabhängiger Breite gewonnen werden,

b) eine an sich bekannte Vorrichtung vorgesehen ist, durch die durch Integration der entstandenen Impulse eine von der Impulsbreite abhängige Spannung erzeugt wird,

c) ein an sich bekannter Amplitudendiskriminator vorgesehen ist, durch den die entstandenen Spannungen nach Spannungsintervallen getrennten Kanälen zugeführt werden,

d) eine von den rechteckförmigen Eingangsimpulsen gesteuerte Vorrichtung vorgesehen ist, durch die die am Amplitudendiskriminator entstandenen Spannungen nach jedem Eingangsimpuls abgetastet werden,

e) eine von den rechteckförmigen Eingangsimpulsen gesteuerte Integrationsvorrichtung vorgesehen ist, durch die eine frequenzproportionale Spannung gewonnen wird, mittels der die Bezugsspannungen des Amplitudendiskriminators derart nachgesteuert werden, daß die in den einzelnen Kanälen auftretenden Spannungsimpulse unabhängig von der Frequenz gleichen Phasenwinkelbereichen entsprechen, wobei diese Bereiche den in der Elektroenzephalograpihie bekannten Phasenwinkelklassen entsprechen,

f) eine von den rechteckförmigen Eingangsimpulsen gesteuerte Entladevorrichtung für die beiden Integratorkondensatoren vorgesehen ist, die nach jedem Abtastvorgang in Tätigkeit tritt,

g) eine Mehrfachzählvorrichtung für die von den Ampl itudendiskriminatorkanälen abgegebenen Impulse angeschlossen ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein von den beiden rechteckförmigen Eingangsimpulsen gesteuerter elektronischer Schalter vorgesehen ist, durch den die aus dem Kanal (q) kommenden Impulse, die gleichen positiven und negativen Phasendifferenzen entsprechen, je nach Phasenlage in zwei getrennte Kanäle geleitet werden.

3. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den beiden rechteckförmigen Eingangsimpulsen gesteuerte Phasenmeßvorrichtung so aufgebaut ist, daß die Summe aus den beiden gegebenenfalls zeitlich versetzten Rechteckimpulsen gebildet wird, wobei ein Amplitudendiskriminator derart vorgesehen ist, daß in einem Kanal die Summe der Impulse abgegeben wird, während in einem weiteren Kanal nur der über die halbe normale Pulsamplitude hinausgehende Impulsanteil auftritt.

4. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronischer Schalter vorgesehen ist, der einerseits von dem die summierten Pulse abgebenden Kanal und andererseits von dem den über die normale halbe Impulsamplitude hinausgehenden Impulsanteil abgebenden Kanal gesteuert wird, und der nur beim Ausbleiben eines der beiden rechteckförmigen Ein-

gangsimpulse und damit des über die normale halbe Impulshöhe hinausgehenden Impulsanteils einen Kanal zu einem weiteren von den beiden rechteckförmigen Eingangsimpulsen gesteuerten elektronischen Schalter freigibt, der das Signal auf zwei weitere Kanäle verteilt, je nachdem welcher von den Eingangsimpulsen ausgefallen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 909 002, 875 546;

deutsche Patentanmeldung C 3011 IX b / 83 d (bekanntgemacht am 5. 8. 1954);

Handbuch für die innere Medizin, 4. Auflage, 1953, Bd.

5, Teil I, S. 1264;

schweizerische Patentschrift Nr. 266 925.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen