DE1961593A1

DE1961593A1 - Vorrichtung zur Analyse von Gehirnwellen

Info

Publication number: DE1961593A1
Application number: DE19691961593
Authority: DE
Inventors: Robert Laupheimer; John E Roy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-12-09
Filing date: 1969-12-09
Publication date: 1971-06-16

Description

Vorrichtung zur Analyse von Gehinnwellen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse von Gehirnwellen zum Feststellen von Gehirnschäden.
Das Gehirn ist vermutlich der komplexeste, empfindlichste und heikelste Teil des menschlichen Körpers. Es ist schwer, Gehirnschäden zu entdecken und genau zu diagnostizieren, sogar für diejenigen Ärzte, die auf diesem Gebiet besonders erfahren sind.
Das Gehirn erzeugt elektrische Signale, die durch.
einen elektrischen Kontakt oder eine Sonde, die an der Oberfläche oder dem Inneren des Kopfes angeordnet ist, aufgenommen werden. Die Signale werden verstärkt und durch Bewegung eines Schreibers auf Papier in einem EEG- (Elektroenzephalograph) Apparat erkennbar-. Die Gehirnwellen (kortikale Reaktion) können von einer äußeren Stimulanz, d.h. einer Reaktion von blitzendem Licht resultieren.
Einige Neurologen sind nach langem Studium und Übung in der Läge, die Aufzeichnungen, die durch einen EEG-Apparat gemacht werden zu studieren und einige Arten von Gehirnschäden hieraus abzulesen. Im allgemeinen arbeiten die Neurologen-, -indem sie ein Muster, das erkennbar den Aufzeichnungen nahe kommt heraussuchen und die Aufzeichnungen mit den speziellen Eigenheiten oder Lokalisationen des Schadens des Musters vergleichen. Die geschulten Neurologen sind selten und es gibt keine genügende Zahl von ihnen, um alle Diagnosen durchzufthren, die verrichtet werden müssen.
Eine EEG-Prüfung ist kein Teil der routinemäßigen medizinischen Prüfung. Dementsprechend werden Gehirntumore, Epilepsie und andere Gehirnschäden zu spät entdeckt, um geheilt oder behandelt zu werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Instrument für automatische Analysen von Gehirnwellen vorzusehen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein solches Instrument -vorzusehen, das, obwohl es relativ wenig kostet und leicht arbeitet, von medizinischem Personal benutzt werden kann, das nicht die umfassende Schulung der Neurologen hat.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung zum automatischen Analysieren von Gehrinwellen vorgeschlagen. Dieses Instrument ist ein Ersatz für die Papieraufzeichnung des EEG-Apparates und der analytischen Erfahrung des Neurologen, diese Aufzeichnung zu interpretieren.
Das Instrument enthält allgemein ein oder mehrere Paare von elektrischen Kontakten, die beispielsweise außen an den Kopf des Patienten angebracht werden, uni die Gehirnwellen aufzunehmen. Die Elektroden werden in bilateral symmetrischer Lage am Kopf angeordnet. Die beiden Signale werden durch das Instrument nach der Erfindung verstärkt und sie stehen in '~echselbeziehung. Das Instrument gibt an seinem Ausgang den Wechselbeziehungskoeffizienten der beiden Signale. Der Wechselbeziehungskoeffizient, der von der Lage der Kontakte abhängt, ist ein Anzeichen ür das genaue Funktionieren des Gehirns oder für seinen Schaden.
Weitere Merkmale der Erfindung werden durch die folgende, ins einzelne gehende Beschreibung von einer bevorzugten Anordnung nach der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen offenbart.
Fig. zeigt in Draufsicht einen menschlichen Schadel mit einer Serie von elektrischen Kontaktpaaren.
Fig. 2 zeigt in Draufsicht ein Teil des menschlichen Schädels.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform des instrumentes nach der Erfindung.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm einer zwe-iten Ausführungsform des Instrumentes nach der Erfindung.
Fig. 5, 6 und 7 sind schematische Schaltdiagramme der gleichpoligen Korrelators nach der Erfindung.
Fig. 8 ist eine Vorderansicht eines bevorzugten gleichpoligen Korrelators.
Die Gehirne von Normalmenschen und Tieren sind physikalisch symmetrisch um eine Mittellinie angeordnet, d.h. sie sind bilateral symmetrisch. Dies kann man durch Betrachten eines freigelegten Gehirnes von oben sehen, wobei die linke und rechte Seite das Abbild voneinander sind.
Es wurde entdeckt, daß die physikalische Symmetrie sich in einer Symmetrie zwischen einigen elektrischen Wellen, die an verschiedenen Teilen des Gehirnes erzeugt werden, wiedergespiegelt. Beispielsweise können zwei Oberflächenelektroden, wie Saugschalenkontakte, an symmetrischen Punkten am Kopf in gleicher Entfernung links und rechts von der Mittellinie angeordnet werden. Die Elektroden erzeugen in einem Gehirn elektrische Signale, die, etwa von gleicher Form, Größe und Phase sind0 Die Symmetrie der elektrischen Gehirnwellen entspricht den großen verbindenden Bahnen von einer Seite des Gehirnes zur anderen.
Die Durchführung der Diagnose nach der Erfindung sei durch folgende drei Beispiele dargestellt: Beispiel 1: Die Entdeckung von Gehirntumoren.
Ein Gehirntumor ist eine Ansammlung von karziomatösen Zellen. Die Zellen führen nicht länger die Funktion der normalen Zellen aus, d.h. einige der normalen Zellgewebe sind tatsächlich totq Wenn ein Tumor nicht früh entdeckt und behandelt wird, kann er wachsen und dauernde Körperbeschädigung oder Tod bewirken. Allgemein wird ein Neurologe zum Feststellen des Vorhandenseins eines Gehirntumors eine Reihe von Reflexteste durchführen. Es ist gegenwärtig sehr schwer oder unmöglich, einen Gehirntumor zu entdecken, ehe er merklich gewachsen ist, um einige äußerlich sichtbare Funktionen, wie eine Reflexreaktion, zu beeinträchtigen.
Es ist jedoch möglich, einen Gehirntumor durch eine Analyse der Gehirnwellen zu entdecken. Wenn zwei Elektroden symmetrisch an dem Kopf angeordnet sind und das Signal von einer Sonde schwächer, aber andererseits ähnlich ist, dann kann das Signal von der zweiten Elektrode einen Gehirnschaden anzeigen, der durch das Vorhandensein eines Tumors an oder nahe der Oberfläche des gehirns verursacht ist. Die Seite, die das schwächere Signal hervorbringt, ist die Seite, die Schaden erlitten hat.
Die Sonden können beispielsweise an jeder Seite an zwanzig Stellen L und 10 und R1 siehe Fig. 1, angeordnet sind Wenn das Signal beispielsweise von L3 schwächer als das Signal von R3 ist, wird ein Tumor an oder nahe der Oberfläche dieser Stelle angezeigt. Wenn der Tumor tiefer im Gehirn sitzt, müssen zwei Effekte erwirkt werden. Einmal ist das Signal schwächer und zum anderen wird das Signal im Verhältnis zu dem Signal von -der symmetrisch angeordneten Sonde verzögert (es kommt aus der Phase).
Beispiel 2: Die Diagnose von Epilepsie.
Epilepsie ist ein Gehirnschaden, der durch perio dische, krampfartige Schwächungen des Bewußtseins und Störung des automatischen Nervensystems gekennzeichnet ist. Ihre Diagnose kann in schweren Fällen als Symptome eines epileptischen Anfalls, der bezeichnend und leicht erkennbar ist, relativ einfach sein.
Bei milderen Fällen jedoch kann sie für längere Zeit unentdeckt oder falsch diagnostiziert werden. Die Symptome von milderen Fällen, insbesondere bei Kindern, können bei Fehlen der Aufmerksamkeit und Nachlässigkeit verwechselt werden, insbesondere wenn das Kind nur durch eine Schulschwester geprüft wird.
Epilepsie erzeugt charakteristische elektrische Gehirnwellen, die durch Benutzung des Instruments nach der Er,f-indung entdeckt und diagnostiziert werden können. Bei einem -epileptischen Herd wird das Gewebe zu einem Erzeuger eines elektrischen Signals. Das Signal hat nicht eine einfache Wel lenform sondern gewöhnlich eine hochfrequenzgetragene Ladung. Beim Vergleich mit normalen Gehirnwellen können diese Entladungen in Form eines Geräusches erkannt werden. Ein Patient mit einem fortgeschrittenen epileptischen Herd erzeugt, sogar wenn er ruht, Gehirnwellen mit einem hohen Geräuschumfang. Das gleiche Phänomen eines Geräusches der Gehirnwellen kann durch eine angetriebene, hervorgerufene Reaktion, beispielsweise durch eine photesche Stimulation von blitzendem Licht vor dem Patienten, erzeugt werden.
Wenn der epileptische Herd an der Oberfläche des Gehirnes liegt, erzeugt er ein Geräusch, das mit Zeitverzögerung an andere Oberflächenzonen des Gehirns ankommt. Wie in Fig. 2 gezeigt, kann das Geräusch bei einem Gehirn mit einem epileptischen Herd 10, mit F (t) bezeichnet werden. Das Gerausch am Fungkt 11, das vom Herd 10 ausgeht, ist G(t + @@t), wobei @t der Zeitverlauf des Geräusches ist.
Der Vorgang, um die Stelle eines epileptischen Herdes zu bezeichnen, ist folgender: Zunächst wird ein bilateral symmetrischer Satz von Zonen am -Gehirn aufgestellt, -die in Fig. -1 mit Links 1 ... 10 und Rechts 1 ... 10 bezeichnet sind. Dann werden an die Oberfläche jeder Zone Sonden angelegt und die elektrischen Wellen von den symmetrischen Sondenpaaren geprüft, um den Korrelationskoeffizienten jedes Paares L1 zu R1, L2 zu R2 ... un L10 und R10 zu bestimmen. Wenn der Korrelationskoeffizient r ungefähr = 1 ist, dann liegt kein Anzeichen fir einen epileptischen herd vor. Wenn jedoch ein Sondenpaar, beispielsweise L5 und R@, einen Korrelationskoeffizienten r von weniger als 0,8 hat, dann.kommt ein Geräusch bei L5 oder R5 von einem- epileptischen Herd und eine weitere Untersuchung ist berechtigt. Für eine weitere Verfolgung werden die Sondenelektroden, wie in Fig. 2 gezeigt, in einem Muster um- die Zone angeordnet, wo die ursrüngliche Sonde L5 angeordnet war. Dann wird an der Signaleingabe bei der Sonde 25 eine Verzögerung eingeführt und das Signal von der Sonde 25 (mit der Verzögerung) wird mit dem Signal von der Sonde 21 in Übereinstimmung gebracht. Wenn der Korrelationskoeffizient r etwa = 1 ist, dann ist angezeigt, daß der epileptische Herd bei der Sonde 21 liegt. Ähnliche Korrelationen werden mit Verzögerung an den anderen Sonden 21 bis 25 vorgenommen. Die Verzögerungen sind einstellber , so daß eine Anzahl von Tabellen erstellt werden können.

Wenn die Sonden mit 21, 22, 23, 24 und 25 bezeichnet werden, d die Verzögerung, r einen hohen Sorrelatipnskoeffizienten und n eine niedrige Korrelation anzeigt, würden zwei Tabellen wie folgt aussehen:

d (Verzögerung 1) d, (Verzögerung 2)

Sonde 21 22 23 24 25 25 2 23 24 25

21 r r r r 21 - n n n n

22 r n n n 22 n n n n

23 r n n n 23 n @ n n n

24 r n n n 24 n n n n

25 r n n n # 25 n - n n n

Die zwei Tabellen zeigen, daß der Mittelpunkt des epileptischen Herdes bei. der Sonde 21 mit der Verzögerung d1 liegt.

Wenn die Tabellen ergeben sollten, daß selbst über den Bereich der Verzögerungen es nicht möglich ist, eine hohe Korrelation zu erhalten, ist. es ein Anzeichen für einen tiefen epileptischen Herd.
Solch ein tiefer Herd ist an der Gehirnoberfläche als eine relativ große Zone mit erzeugtem Geräusch erkennbar Beispiel 3: Die Diagnose von Schizophrenie.
Schizophrenie (dementia praecox) ist eine Art von persönlicher Geistesstörung (psychosis), die unrealistische Reaktionen auf die Umwelt hervorbringt. Es bestand lange die Theorien daß einige Arten von Schizophrenie einer Diagnose durch eine chemische Analyse des Blutes oder anderer Körperkonstitutionen potentiell unterworfen werden können. Untersuchungen haben gelegentliche Erfolge bei solchen chemischen Analysen gebracht. Jedoch haben individuelle Untersuchungen in anderen Laboratorien dies nicht bestätigt. Zur Zeit wird dementsprechend die Diagnose von Schizophrenie vornehmlich aufgrund der äußeren Symptome der p-ersönlichen Verwirrung gemacht.
Einige Jahre früher bestand die Theorie, daß eine Verbindung zwischen Schrizophrenie und Schaden an den vorderen Lappen des Gehirns bestünde. Zur Zeit werden Operationen, bekannt als frontale Lolartomie, in wenigen schweren Fällen von Schizophrenie vorgenommen. Die Operation hat die Folge, daß die vorderen Lappen vom übrigen Gehirn getrennt werden.
Die Operation wird von Vielen als ein gefährlicher experimenteller Vorgang bezeichnet und man hat allgemein aufgehört, sie vorzunehmen.
Jetzt wurden Teste durchgeführt, welche ergaben, daß, Schizophrenie durch eine Analyse der elektrischen Gehirnwellen diagnostiziert werden kann.
Die elektrischen Gehirnwellen werden, wie bei den vorstehenden Beispielen, entsprechend der bilateralen Symmetrie durch eine Reihe von elektrischen Sondenpaaren abgestimmt. Die Sonden werden hierzu nacheinander oder gleichzeitig am Gehirn von vorn nach hinten angebracht. Bei' der Durchführung des Tastes wird eine Reihe von bilateral symmetrischen Sonden außen am Kopf des Patienten angeordnet. Jedes Sondenpaar, eine links und eine rechts, wird dann auf seinen Signalinhalt geprügt.
Die Signale werden in gegenseitige übereinstimmung gebracht und ihr Korrelationskoeffizient hergeleitet. Die Korrelationen nehmen einen Platz unter der Stimulanzreaktion, wie beim Aufblitzen von Licht, ein.
Ein Anzeichen von Schizophrenie ist ein relativ niedriger Korrelationskoeffizient zwischen den Signalen, die von den symmetrisch angeordneten Sonden au dem vorderen Teil des Gehirns auftreten. Wie in Fig. 1 gezeigt ist,, haben die Sonden beispielsweise L1, R1, L2, R2 und L3, R3 einen Korrelationskoeffizienten r von weniger als 0,8.
bin asymmetrisches Reaktionssignal, das an dem vorderen Teil des Gehirnes gegeben wird, kann ebenso als charakteristisch für einen schizophrenen Patienten wie das Verhalten bei traditioneller persönlicher ueistesverwirrung angesehen werden.
Andere Verfahren zur Gehirnwellenanalyse, die nicht auf die Korrelationsanalyse basieren, haben kein endgültiges Ergebnis gebracht, siehe Greenberg-Pollack "Clinical Correlates 14 und 6 Sec. Positive Spiking in Schizophrenic Patients", O Electroencephalograpy an Clinical Neurophysicology 197 (1966).
Nach der Erfindung können verschiedene Arten von elektrischen Schaltungen, die einen automatischen Korrelationskoeffizienten zwischen den bilateralen symmetrisch angeordneten Sonden auf dem Äußeren des Gehirnes oder dort eingel flanzt hervorrufen, benutzt werden.
Die allgemeine Korrelationsfunktion für zwei unabhängige Signale X(t) und Y(t) der unabhängigen Variablen t1, die gleich der Zeit ist, kann dargestellt werden als: Bei Polübereistimmung wird nur die Polarität (Zeichen) von einem der beiden Signale in die Rechnung aufgenommen.
Der vorzugsweise benutzte Korrelationskoeffizient ist die Polaritätskorrelation. Die Polaritätskorrelation erlaubt dem Korrelationsinstrument, relativ billig, leicht zu handhaben und von geringer Größe zu sein. Darüber hinaus gibt es eine biologische Grundlage, die den Gebrauch der Polarisationskorrelation rechtfertigt. Brenn die Gehirnwelle im Bezug auf eine gegebene Bezugsgröße positiv ist, ergibt die biologische Interpretation ein Anwachsen der Rate der Nervenanregung in der Region der Sonde. Umgekehrt, wenn die Gehirnwelle negativ ist, ist die biologische Folge bei der gleichen Bezugsgröße, daß eine Hemmung, d.h. ein Abnehmen der Rate der Nervenanregung in der gleichen Region auftritt. enn zwei bilateral symmetrische Sonden, beispielsweise L1 und R1 betrachtet werden, dann haben sie die gleiche Polarität, wenn beide im gleichen Augenblick positiv sind,. ungeachtet der Amplitude und der Rat.e ihrer Signale0 Dies würde anzeigen, daß sie bei der Rate der Nervenanregung in beiden Regionen der Sonden L1 und R1 ähnlich anwachsen, wenn die Polarität der beiden im gleichen Augenblick positiv ist.
Andere Arten von Korrelationskoeffizientschaltungen können jedoch nach der Erfindung an Stelle der Polaritätskorrelationsschaltung benutzt werden, die besonders beschrieben ist. Die anderen Arten der Koinzidenzschaltungen, die auch benutzt werden können, schließen den "Pearson-Produkt-Moment-Korrelationskoeffizienten", den "Auto-Korrelationskoeffi zienten" und den "Veltmann-Korrelationskoeffizienten" ein. Diese Korrelationskoeffizienten, be-ispielsweise der "Pearson-Produkt-Moment-Korrelationskoeffizient", sind genauer als die relativ einfache Polaritätskorrelation. Die "Pearson-Produkt-Moment Korrelation" stimmt nicht nur in der Polarität von zwei Signalen, wie bei der Polaritätskorrelationsschaltung, sondern darüber hinaus in ihrer Amplitud und. Rate überein.
Die Vorrichtung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, ent.
hält eine Haube 30, die eine Anzahl von Sondenpaaren trägt. Zur Vereinfachung sind nur Sonden: 33. und 32 gezeigt. Die elektrischen Kontakte (Sonden) 31 und 32 sind an Ausgangs drähten 33 und 34 mit Signalverstärkern 35 und 36 verbunden. Die anderen Sonden.
können durch einen Stellschalter 37 nacheinander mit den Leitungen 33 und 34 verbunden werden. Die Kontakte 31 und 32 sind bilateral symmetrisch an dem Kopf des Patienten angeordnet. Die Verstärker 35 und 36 s-ind mit einem Signalableitungs- und Filterteil 38 verbunden, das eine erste Ableitung dc/dt und eine zweite Ableitung d²V/dt² der Signale von den Verstärkern 35 und 36 liefern kann.
Die Filter im Teil 38 sind elektrische Filter, die wahlweise geschaltet werden können, um unerwünschte Frequenzunterbänder in den Signalen herauszustreichen. Tatsächlich kann man durch Streichen aller anderen Frequenzunterbänder ein bestimmtes Frequenzunterband trennen, um es zu einer Zeit zu prüfen.
Beispielsweise kann eine hervorgerufene Reaktion bei einer bestimmten Frequenz stimuliert werden und der Patient wird bei der gleichen Frequenz reagieren.
Die entstandenen Gehirnwellen können für eine phasengebundene Oszillation mit dem stimulierten Signal berücksichtigt werden. Die Filter des Teils 38 können so geschaltet werden, daß sie nur die Frequenz des stimulierten Signales durchlassen. Bei einem anderen Beispiel können die niedrigen Frequenzen des normalen Gehirnwellenrythmus (der auf der fortlaufenden Aktivität beruht) durch die Filter elimeniert werden. Vorzugsweise enthält das Filtersystem als Untereinheit, die in zwei Signalwege geschaltet werden kann, erstens einen stellbaren Tiefpaß, um vorbestimmte Frequenzen über etwa 10 bis 100 Zyklen zu verringern, und zweitens einen Hochpaß. Darüber hinaus können die Filter so gestaltet sein, daß sie in Reihe mit dem Abzweigkreis verbunden sind, um beispielsweise die erste Ableitung des Signals von den beiden Tiefpaßfiltern, d.h. LP dv/dt links und LPrechts dv/dt, zu liefern.
Das Signalpaar vom Teil 38 ist mit einer Zeitverzögerungseinrichtung 39 verbunden, die bei genauer Stellung eine ausgewählte Verzögerung jedes Signales hervorrufen kann. Die Zeitverzögerungen sind vorbestimmt und allgemein in der Gröfenordnung von 0 bis 200 m Sekunden. Die Signale werden dann zu dem Polaritätskoinzidenzkorrelator 40 gefiihrt, der einen Korrelationskoeffizienten der beiden Signale ergibt. Alternativ werden die Signale von der Zeitverzögerungseinrichtung 39 durch die Leitungen 41 und 42 zu einer Durchschnittsreaktionsrechenanlage 4 geführt. Die Rechenanlage 43 addiert eine Anzahl von Signalen über eine Zeit, und bringt zwei gemittelte Signale hervor, die über Leitungen 44 und 45 zu dem hoinzidenzkol-relator 40 geführt werden. Bei einer einfachen Alternative, die nicht gezeigt ist, kann das Signalpaar durch die Durchschnittsreaktionsrechenanlage errechnet werden, ehe es zu der Zeitverzögerungsein richtung 39 und dem Polaritätskoinzidenzkorrelator 40 in Reihe gelangt. Ein Energiekomparator 46 kann beispielsweise hinter der Zeitverzögerungseinrich tung 39 und vor dem Polaritätzkoinzidenzkorrelator 40 benutzt werden. Das ins einzelne gehende Schaltbild für einen geeigneten Polaritätskoinzidenzkorrelator ist in Fig. 5 gezeigt.
Die allgeneine Anordnung, die in Fig. 3 gezeigt ist, weist eine große Flexibilität auf. Die verschiedenen Einheiten, die von dem gewünschten Ergebnis abhängen, können in v-erschiedenen Folgen und Kombinationen durch einfache Schaltung der Ein- und Ausgänge, beispielsweise durch Schaltorgane, verwendet werden.
Ein Antriebsstimulator 46, der als Lichtquelle gezeigt ist, ist übei eine Leitung 47 mit dem Schalter 37 verbunden. Der Schalter 37 kann betätigt werden, um gleichzeitig Signale von den Sonden abzusperren und den Antriebsstimulator 46 zu betätigen. Der Patient reagiert mit einer kortinalen Reaktion auf die photische Stimulation des Stimulators 46.
Die Anlage nach Fig. 4 enthält den Polaritätskoinzidenzkorrelator 40 der Fig. 3. Zwei elektrische Kontakte 48 und 49 sind mit Verstärkern 50 und 51 entsprechend verbunden. Die Verstärker sind mit dem Korrelator 40 verbunden. Die Kontakte 48 und 49 sind nacheinander bilateral symmetrisch am Kopf des Patienten angeordnet. Der Korrelator 40 ergibt als seine Aussage, den Polaritätskorrelationskoeffizienten der Gehirnwellen, die durch die Kontakte 48 und 49 aufgedeckt sind.
Ein schematisches Blockdiagramm des elektronischen Systems des Polaritätskoinzidenzzählers ist in Fig. 5 gezeigt. Die beiden Signale von den beiden elektrischen Kontakten 31 und 30 werden über die Leitung 100 und 101 erhalten. Die Signale werden über die Leitung 100 und 101 zu entsprechenden Verstärkerkomparatoren 102 und 103 übertragen. Die Verstärkerkomparatoren 102 und 103 vollziehen die Änderungsfunktion der positiven oder negativen Charakteristik der Signale zu einer 1 zu O Dualziffer. Es gibt tatsächlich Null-Spannungsanzeiger. Wenn das Signal positiv ist wird der Verstärkerkomparator eine Ziffer 1 hervorbringen. Wenn das Eingabesignal negativ ists wird er eine Ziffer 0 hervorbringen. Die Ziffern, die durch die Verstärkerkomparatoren 102 und 103 hervorgebracht werden, werden durch einen Schalt- und Halte-Flipflop 104 verglichen. Der Schalt- und Halte-Flipflop 104 kann direkt die Signale oder um, wie oben beschrieben, eine Verzögerung zu erhalten1 die Ziffern, die in einem Bit-Stellregister 105 gespeichelt sind, mit den Ziffern, die direkt von einem Verstärkerkomparator erhalten werden, vergleichen. Die verglichenen Ergebnisse vom Flipflop 104 werden zu einem Durchschnittsverstärker 106 übermittelt, der das Ergebnissignal erzeugt.
Die Verstärkerkomparatoren 102 und 103 sind in Fig. 6 gezeigt. Die Verstärkerkomparatoren 102 und 103, von denen nur einer zur Vereinfachung gezeigt ist, bestehen aus zwei Verstärkereinheiten 110 und 111, die hintereinander angeordnet sind. Die beiden Verstärkereinheiten können als eine integrierte Schaltung ausgebildet sein. Beispielswei Se ist die integrierte Schaltung Motorola Typ Nt 1435 P für diesen Fall geeignet.
Diese Schaltung ist eine monolithische Siliconintegrierte Schaltung bestehend aus dual arbeitenden Verstärkern, die durch ein epitaxial passiviertes Verfahren hergestellt sind. Sie hat eine offene Schleifenzunahme AVOL von etwa 7000.
Der Eingabeunterschaltkreis 112 der Verstärkereinheit 110 enthält eine relativ konstante Wechselstromkopplung, die eine lineare Eingabeimpendanz am Eingabepunkt 113 hat. Die Eingabeimpendanz ist unabhängig von der Wellenform. Das Eingabe Signal kann von einem niedrigen Wert von 10 Millivolt bis zu einem hohen Wert von einigen Hunden Volt streuen. Ein Sondensator 114 ist in Reihe mit einem Mega-Ohm-Widerstand 115 am Punkt 116 angeschlossen. wenn das Eingabesignal klein ist werden die Dioden 117 und 118 nicht leitend. Die Impendanz am Punkt 116 wird etwa 100 Ohm betragen.
Wenn das Eingabesignal groß ist, beispielsweise 100 V, werden die Dioden 117 und 118 leitend, da die Impendanz am Punkt 116 etwa 0 sein wird. Die Impedanz am Punkt 113 ist dementsprechend immer etwa die gleiche, ungeachtet der Amplitude des Eingabesignals. Die Dioden 117 und 118 sind umge-Kehrt zueinander gepolt und können vom Typ IN 914 rein.
Die Verstärkerkomparatoren 102 und 103 verstärken die Eingabesignale und erzeugen ein Digitalsig gnal. Wenn das Eingabesignal positiv ist, erzeugen sie eine 1 und wenn das ßingabesignal negativ ist, eine 0.
Die Dualzioffer von dem Verstärkerkomparator 102 wird zu dem Schalt- und Halte-Flipflop 104 übermittelt, der im einzelnen in Fig. 7 gezeigt ist.
Dr Schaltteil 120 des Schalt- und Halte-Flipflop 104 ists ein "exklusiver" oder Verknüpfungsschaltteil. In einer "exklusiven" oder Verknüfpungsschaltung ist die einzige Zeit, die eine Ausgabe erzeugt, die, wenn gleichzeitige Eingaben an irgendeinem der Verknüpfungsglieder anliegen, aber nicht gleichzeitige Eingaben an allen Verknüpfungsgliedern. Wenn beispielsweise die Verknüpfungsglieder A und B sind, wird eine Ausgabe nur erzeugt, wenn eine Eingabe am Verknüpfungsglied A oder am Verknüpfun-gsglied B ist, aber nicht, wenn eine Eingabe an beiden Verknüpfungsgliedern A und B ist. Eine geeignete "exklusive" oder Verknüpfungsschaltung kann auf Motorola Typ 717 basieren. Die Eingaben zu dem ersten Verknüpfungsglied 121 sind die Ziffer 1 von dem Verstärkerkomparator 102 und die Ziffer 0 von dem Verstärkerkomparator 103. Die Eingaben zu dem Verknüpfungsglied 122 sind die Ziffer 1 von dem Verstärkerkomparator 103 und die Ziffer 0 von dem Verstärkerkomparator 102. Die Verknüpfungsglieder 121 und 122 sind mit einem Verknüpfungsglied 123 verbunden.
Das Verknüpfungsglied 12.3 ist mit einem Ende eines Flipflop 125 und auch mit einem Ende eines Verknüpfungsgliedes 124 verbunden. Die Ausgabe des Verknüpfungsgliedes 124 ist mit dem zweiten Eingabe ende des Fliflop 125 verbunden.
Die Flipflop-Schaltung 1.25 ist ein J-K-Flipflop.
Sie kann von dem Typ Motorola MC 726 P sein. Der J-K-Flipflop 125 weist ein Ende 126 für einen Prüfimpuls auf. Der Prüfimpuls empfängt die Eingaben des Flipflop und überträgt und speichert sie. Der Prüfimpuls nach der vorliebenden Schaltung kann von einem Prüfimpuls von 1 KC zu einem Prüfimpuls von 10 KC geschaltet werden.
Der Verknüpfungsschaltteil 120 weist zusammen mit dem Flipflop 15 eine Ausgabe auf, die für die Übereinstimmung der Polaritäten der Eingabesignale bezeichnend ist. enn beide Eingabesignale zur gleiden Zeit positiv sind, dann steht der Flipflop 125 und der Ausgabeimpuls am Verknüpfungsglied Q 127 ist relativ positiv. Wenn jedoch die Eingabesignale von gegensätzlicher Polarität sind, d.h. einer positiv und einer negativ ist, dann ist der Flipflop 125 frei und das Verknüpfungsglied Q 127 ist O oder relativ negativ.
Die Ausgabe vom Verknüpfungsglied 127 wird zu einem Präzisionstransistorschalter 130 übermittelt und umgekehrt. Der Schalter 130 enthält eine positive Stromquelle 131, die sechs Volt hat. Die Ausgabe des Präzisionsschalters ist so, daß seine Ausgabe am Punkt 132 positiv bei 6 V ist, wenn der Flipflop 125 offen ist. enn jedoch der Flipflop 125 geschlossen ist, erzeugt der Schalter 130 eine Nullspannung. Der Punkt 132 ist ein Eingang zum Verstärker 106. Der Eingang zum Verstärker schließt eine Glättungsschaltung 134 ein. Die Glättungsschaltung enthält drei Tantalkondensatoren, die von ein Mikrofarad, 10 Nikrofarad und 100 Mikrofarad ausgewählt sind. Diese Kondensatoren können alternativ geschaltet wer-den, um entsprechend eine Glättung von 10 Millisekunden, 100 Millisekunden oder 1 Sekunde hervorzurufen. Die Hilfschaltungen des Verstärkers 106 schließen einen Iotentiometer 140 ein, der dem Verstärker eine Null-Reglung gibt.
Der Ausgang des Verstärkers 106 schließt einen Potentiometer 141 ein, mit dem man ein Endmessgerät 142 prüfen kann. Das Meßgerät, das das Endergebnis der Anlage gibt, ist ausgelegt, um zwischen negativ 1 V und positiv 1 V zu arbeiten. Ein Anzeigen an dem Meßgerät von +1 V bedeutet, daß zwei Signale bei der gleichen Polarität zur gleichen Zeit vorhanden sind, d.h. gleichzeitig beide positiv oder beide negativ sind. Ein Anzeigen von -1 V bedeutet, daß die beiden Signale von gegensätzlicher Polarität sind, d.h. daß das eine negativ ist, während das andere positiv ist. Ein Anzeigen von O bedeutet, daß die beiden Signale im Mittel von gegenstätzlicher Polarität sind.
Eine Prüfung, um die richtige Meßablesung zu erhalten, ist durch Regeln der plus-positiven Stromzufuhr 131 möglich.
Wie oben ausgeführt, ist es in einigen Fällen von Illteresse, die Gehirnwellen von dem einen Kontakt mit den Gehirnwellen von dem zweiten Kontakt bei einer vorbestimmten Verzögerung zu vergleichen.
Diese Verzögerung ist durch Benutzung von Verzögerungsleitungen möglich, aber solche Leitungen sind gewöhnlich groß und teuer. Die Alternative der Anlage nach der Erfindung ist, die analogen Gehirnwellensignale in Digitalwerte umzuwandeln, und dann die Ditital-Bits über einen Kanal zu verzögern. Da nur die Polarität geprüft wird, ist die Digitalrepräsentation von jeder der Gehirnwellen an den beiden Kanälen einfach 1. oder 0.
Es ist daher nur notwendig, ein einfaches Digital-Bit um einen vorbestimmten Betrag zu verzögern, um es mit einem einfachen Bit von dem anderen Kanal zu vergleichen. Vorteilhaft wird, wie in Fig. 5 gezeigt, ein Stellregister 105 benutzt, um die Digital-Bits zu speichern. Vorteilhaft hat das Stellregister 50 oder 100 Bit-Speicher. Ein Doppelschalter wird benutzt, um das Bit zu vergleichen. Der erste Schalter trennt die Zehnerstelle und der zweite die Einerstelle. Das Stellregister ist vorteilhaft mit Uhr impulsen versehen, die die gleichen sind, wie die Prüfrate des Flipflop, d.h. ein KC oder 10 KC im gegebenen Beispiel, obgleich andere Raten auch benutzt werden können.
Wenn das Stellregister auf 3 und 4 geschaltet ist, wird die Verzögerung 34 Millisekunden bei 1 KC und 3,4 Millisekunden bei 10 KC sein. Bei einem 50 Bit-Stellregister kann der Benutzer Verzögerungen von 0 - 49 Millisekunden bei 1 KC und 0 - 4,9 Millisekunden bei 10 KC trennen. Das Stellregister soll für parallele Ausgaben vorgesehen sein, so daß jede Bit-Stelle als ausgewählte Ausgabe benutzt werden kann. Eine geeignete Schaltung kann durch Anordnung von 50 Flipflop-Schaltungen hintereinander in einem 50 Bit-Stellregister erhalten werden.
Die Schaltung, die in Fig. 6 gezeigt ist, enthält auch einen Testsignalgenerator 107. Vorteilhaft ist der Testsignalgenerator ein neutraler Code-Zäh-1er, der Signalpaare erzeugt, die äquivalent zu den 0- oder 1-Dual-Ziffern sind. Der Testsignalgenerator wird benutzt, um die Funktionsfähigkeit der ganzen Anlage zu testen.
Eine bevorzugte Form der Vorrichtung ist in Fig. 8 gezeigt. Die Vorrichtung enthält Eingabeenden 100a und 100b, die den Eingabe signalen 100 und 101 der Fig. 5 entsprechend. Eine Endbuchse 150 ist auch vorgesehen, so daß verschiedene weitere Tests, die in Fig. 3 gezeigt sind, vorgenommen werden können.
Das Meßgerät 142 hat einen beweglichen Zeiger 151 und eine Harkierungsskala 52, die von negativ 1 V zu positiv 1 V reicht. Ein Schalter 153 dient dazu, entweder die Einrrichtung zu testen oder sie in Tätigkeit zu setzen. i'ie angegeben, geben die prüfungen von dem Testsignalgenerator 107 Teste, die eine negative 1-Spannung, eine Null-Spannung oder positive 1-Spannung an dem Meßgerät 142 anzeigen. Der Schalter 153 wird auch benutzt, uin die Zeitkonstanten für die Glättungsfunktion zu geben. Die Zeitkonstanten sind, wie angegeben, 0,1 Millisekunden 1 Millisekunde und 10 Millisekunden. Ein Schalter 154 schaltet alternativ einen oder den anderen der Kondensatoren der Glättungsschaltung 134. Ein Schalter 155 kann in alternativen Stellungen für den Verzögerungsnebenwiderstand angeordnet sein. Die Verzögerungsnebenwiderstände sind 0,1 und 1, was der trüfimpulsrate von 10 KC oder i KC entspricht. Die Verzögerungskalen 156 haben eine erste drehbare Skala 157 für die Zehnerstelle des Stellregisters und eine zweite drehbare Skala 158 für die Einerstelle des Stellregisters. Ein An-Aus-Schalter 159 und eine An-Aus-Anzeigelampe 160 vervollständigen das Schaltbrett des Signalkorrelators.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Analyse von Gehirnwellen zum Feststellen von Gehirnschäden, gekennzeichnet durch paarweise bilateral symmetrisch sm Kopf eines Patienten anbringbare elektrische Kontakte und ein elektronisches Analyseinstrument, das für jedes Kontaktpaar eine Korrelationsfunktion errechnet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Analyseinstrument ein Polaritätskoinzidenzkorrelator ist.

30 Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Analyseinstument Verstärker und einen Tiefpaß-Filter, der mit jedem Verstärker (35, 36) verbunden ist, aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Analyseinstrument Verstärker und einen Hochpaß-Filter, der mit jedem Verstärker (35, 36) verbunden ist, aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Analyseinstrument einen Abzweigkreis, der mit jedem Verstärker (35, 36) verbunden ist, aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche t bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Analyseinstrument eine Integrationsschaltung, die mit jedem Verstärker (35, 36) verbunden ist, aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Analyseinstrument eine Durchschnittsreaktionsrechenanlage (43) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 biß 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Analyseinstrument eine Zeitvereögerungseinrichtung (39), die mit jedem Verstärker (35, 36) verbunden ist, aufweist.