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Die Erfindung betrifft das Gebiet
der Elektrophysiologie, und hier insbesondere die Erfassung von
elektrophysiologischen Signalen elektromagnetischer Art, die von
einem Subjekt ausgestrahlt werden, durch Elektroden unter schwierigen
Bedingungen und im Hinblick auf die Aufzeichnung der Signale.
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Sie betrifft insbesondere Vorrichtungen
des Typs, der eine Aufnehmeranordnung enthält, die an ein Subjekt anpaßbar und
mit einem Satz Elektroden versehen ist, die dazu eingerichtet sind,
elektromagnetische Signale aufzunehmen, um diese in Form von Ausgangssignalen
an die Eingänge
von Verarbeitungseinrichtungen abzugeben, die außerdem dazu eingerichtet sind,
die Signale vor Speicherung aufzubereiten.
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Ein solcher Satz, bekannt z. B. aus
dem Dokument US-A-3 880 146, enthält im Allgemeinen Arbeitselektroden,
die wenigstens eine Erfassungselektrode aufweisen, die an vorgegebener
Position in oder auf der Aufnehmeranordnung angebracht ist, sowie
eine Zusatzelektrode zur Verbindung mit den Verarbeitungseinrichtungen
als schwimmende Masse.
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Man versteht unter einer Aufnehmeranordnung
z. B. einen Helm, der mit Elektroden versehen ist, die dazu bestimmt
sind, die Gehirnaktivität
in der Form eines Elektroencephalogramms (EEG) zu messen, oder auch
eine Vorrichtung, die dazu bestimmt ist, die muskuläre Aktivität in Form
eines Elektromyogramms (EMG) zu messen, oder auch eine Vorrichtung,
die dazu bestimmt ist, die Herzaktivität in Form eines Elektrokardiogramms
(EKG) zu messen, oder allgemeiner alle Vorrichtungen zur Erfassung
elektrophysiologischer Signale.
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Außerdem versteht man unter Subjekt
alle Lebewesen (Menschen oder Tiere), die klinisch krank, und in
diesem Fall handelt es sich um einen Patienten, oder die klinisch
gesund sind.
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Der Anmelder hat erkannt, daß unter
gewissen Nutzungsbedingungen die von den Elektroden einer solchen
Aufnehmeranordnung gemessenen Signale ein Signal-Rausch-Verhältnis (S/G)
aufwiesen, das in der Größenordnung
von 1 lag, und die folglich in der Tat nicht repräsentativ
für die
gesuchte Aktivität waren.
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Dies ist insbesondere der Fall bei
Untersuchungen, die dazu bestimmt sind, elektrische Si gnale zu messen,
die einerseits eine sehr geringe Amplitude, typischerweise in der
Größenordnung
von einigen Mikrovolt, aufweisen, von Subjekten, die erzwungenen
Bewegungen ausgesetzt sind, wie z. B. anläßlich einer Stimulation ihres
vestibulären
Systems (um die vestibulären
evozierten Potentiale zu erfassen), und/oder andererseits von Subjekten,
die nicht leicht unbeweglich zu halten sind, wie z. B. Säuglinge,
Hyperkinetiker oder auch Menschen, die von der Parkinsonkrankheit
betroffen sind.
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Dies ist auch der Fall bei Messungen
in aus elektromagnetischer Sicht gestörten Umgebungen, selbst dann,
wenn das Subjekt unbeweglich ist.
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Der Anmelder hat erkannt, daß die vornehmliche
Ursache dieses Störeffekts
der Signale dem Kopplungseffekt der Impedanz der Elektroden (typischerweise
einige Kiloohm) und der elektrischen Schleifen, die die Verbindungskabel
zwischen den Elektroden und den Verarbeitungseinrichtungen bilden,
zugeschrieben werden kann. Diese Schleifen weisen, da sie in einem
elektromagnetischen Gleichfeld Bewegungen ausgesetzt sind, an ihren
Klemmen eine induzierte Störspannung
auf, die mit besagtem elektrischen Rauschen vergleichbar ist.
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Eine solche Spannung ist, um so störender sie
im Fall von aufgezwungenen Bewegungen ist, in Phase mit den repräsentativen
Signalen der gesuchten Aktivität,
und ihre Amplitude ist um so größer, je größer die
Abmessungen der Schleife und die Impedanz dieser Schleife, und folglich
auch je größer die Elektroden
sind.
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Die vorliegende Erfindung hat zum
Ziel, die Situation zu verbessern, indem sie eine Lösung für dieses
Meßrauschproblem
liefert, das eine Analyse der Messungen verbietet.
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Die Erfindung schlägt zu diesem
Zweck eine Vorrichtung des vorher definierten Typs vor, in welcher
einerseits der Ausgang einer jeden Arbeitselektrode mit einer ersten
Impedanzanpaßeinrichtung versehen
ist, und die andererseits eine elektrische Versorgungseinrichtung,
die den ersten Impedanzanpaßeinrichtungen
gemeinsam ist, sowie eine Schaltung aufweist, die ein elektrisches
Zwischenpotential, das mit dieser Versorgungsquelle verbunden ist,
auf dem elektrischen Potential der Zusatzelektrode hält, welches
selbstverständlich
von dem Ort abhängt,
an dem sich besagte Zusatzelektrode befindet. Dieses Zwischenpotential
liegt also zwischen den jeweiligen Potentialwerten der beiden äußeren Klemmen
der Versorgungseinrichtung.
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Auf diese Weise reduziert man, indem
man den Ausgang jeder Arbeitselektrode mit einer Impedanzanpaßeinrichtung
ausstattet, ihre Ausgangsimpedanz in beträchtlichem Maße, was
darauf abzielt, den durch die Bewegung des Subjekts induzierten Effekt
zu unterdrücken.
Außerdem
gestattet dies, dadurch daß die
Schaltung mit einem mittleren Punkt der Versorgungsspannung verbunden
ist, eine schwimmende Masse zu definieren, die der Vorrichtung und
den Verarbeitungseinrichtungen als Bezugsmasse dient.
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Gemäß einer anderen Eigenschaft
der Erfindung ist der Ausgang der Zusatzelektrode in gleicher Weise
mit einer zweiten Impedanzanpaßeinrichtung ausgestattet.
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In besonders vorteilhafter Weise
sind die ersten und zweiten Impedanzanpaßeinrichtungen mittels eines
Operationsverstärkers
ausgebildet, der durch seine sehr kleinen Abmessungen leicht am Ausgang
jeder Elektrode angebracht werden kann oder auch direkt in die Elektrode
integriert werden kann, ohne daß dies
eine merkliche Erhöhung
des Gewichts der Aufnehmeranordnung zur Folge hat.
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Gemäß einer weiteren Eigenschaft
der Erfindung ist der Ausgang jedes Operationsverstärkers mit
dem intervertierenden Eingang desselben verbunden.
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Auf diese Weise nimmt, durch den
Aufbau einer Gegenreaktion, die Spannungsverstärkung jedes Operationsverstärkers im
wesentlichen den Wert 1 an für
die Signale, die an seinem nicht-invertierenden Eingang anliegen.
Jeder Operationsverstärker
wird auf diese Weise in einen Spannungsfolger mit einer Ausgangsimpedanz
quasi null umgewandelt.
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Vorzugsweise sind die entsprechenden
Verstärkungen
der ersten Impedanzanpaßeinrichtung
im wesentlichen gleich, wodurch sich eine erneute Normierung der
Signale vermeiden läßt.
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In einer ersten Ausführungsform
der Vorrichtung ist der Ausgang jeder Elektrode mit dem nicht-invertierenden
Eingang des entsprechenden Operationsverstärkers verbunden, wobei jeder
Operationsverstärker
einen Ausgang bildet, der mit dem entsprechenden Eingang der Verarbeitungseinrichtungen
verbunden ist. Das Potential des Ausgangs der Zusatzelektrode ist
gleich dem Potential der Zusatzelektrode, und erfindungsgemäß folglich
gleich dem Zwischenpotential.
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In einer zweiten Ausführungsform
der Vorrichtung ist der Ausgang jeder Arbeitselektrode mit dem nicht-invertierenden
Eingang des entsprechenden Operationsverstärkers verbunden, der einen Ausgang
hat, der mit dem entsprechenden Eingang der Verarbeitungseinrichtungen
verbunden ist, wohingegen der Ausgang der Zusatzelektrode mit dem Ausgang
des entsprechenden Operationsverstärkers verbunden ist, wobei
jeder Operationsverstärker
einen nicht-invertierenden Eingang aufweist, der mit dem entsprechenden
Eingang der Verarbeitungseinrichtungen verbunden ist und auf dem
elektrischen Zwischenpotential gehalten ist, das mit der Versorgungsquelle
mittels der Schaltung der Zusatzelektrode verbunden ist.
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Die Schaltung der Zusatzelektrode
weist vorzugsweise erste und zweite Widerstände mit identischen Eigenschaften
auf, die entsprechend zwischen den ersten bzw. zweiten Endanschlüssen der
Versorgungsquelle und dem nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers entsprechend
der Zusatzelektrode liegen.
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Die Schaltung der Zusatzelektrode
kann jedoch auf unterschiedliche Weise realisiert werden, wobei
der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers direkt
mit dem Mittenpunkt der Versorgungsquelle verbunden ist.
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In jeder der beiden Ausführungsformen
ist es möglich,
die Zusatzelektrode auf einem elektrischen Zwischenpotential zu
halten, das mit dem Mittenpunkt der Versorgungsquelle verbunden
ist, wobei dieser Punkt tatsächlich
der Mittelpunkt ist mit einem Potential von im wesentlichen gleich
null Volt. Folglich besitzt die schwimmende Masse, die das Bezugspotential
der Verarbeitungseinrichtungen festlegt, in gleicher Weise im wesentlichen
das Potential null Volt.
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Der Operationsverstärker, mit
dem die Zusatzelektrode ausgestattet ist, ist vorzugsweise vom bipolaren
Typ oder vom Feldeffekt-Typ. Gleiches gilt für jeden Operationsverstärker, den
eine Arbeitselektrode aufweist.
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Selbstverständlich kann man vorsehen, daß der Operationsverstärker der
Zusatzelektrode von einem vorgegebenen Typ ist, während die
Operationsverstärker
der Arbeitselektroden von einem anderen Typ sind.
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Während
die Operationsverstärker
der Arbeitselektroden vom Feldeffekt-Typ sind, ist es vorzuziehen,
daß die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zwischen jedem Endanschluß der
Versorgungsquelle und dem nicht-invertierenden Eingang jedes Operationsverstärkers entsprechend
jeder Arbeitselektrode eine erste bzw. eine zweite in Sperrichtung
gepolte Diode mit gleichen Eigenschaften aufweist. Dies begrenzt
auf diese Weise sehr erheblich die Möglichkeiten eines elektrischen
Durchschlagens eines Operationsverstärkers, was ihn wirkungslos
machen würde und
folglich die Analyse der durch die entsprechende Elektrode gemessenen
Signale verhindern würde.
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Vorzugsweise weisen die Arbeitselektroden in
gleicher Weise mindestens eine Bezugselektrode auf, die dazu bestimmt
sind, ein oder mehrere Bezugspotentiale zu liefern, die sich während der
Verarbeitung der elektrischen Signale ergeben, die von den Erfassungselektroden
ausgesendet werden.
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Dadurch, daß diese Bezugselektroden Arbeitselektroden
sind, weisen sie selbstverständlich die
gleiche Art Impedanzanpassung auf wie die Erfassungselektroden.
Es ist jedoch offensichtlich, daß solche Bezugselektroden nicht
unverzichtbar sind, wenn einerseits die Anzahl der Elektroden genügend hoch
ist, und wenn andererseits die Erfassungseinrichtungen geeignet
sind, ein fiktives Bezugspotential aus der Gesamtheit der Potentiale,
die von den Erfassungselektroden geliefert werden, zu berechnen. Dieses
fiktive Potential würde
dann das (oder die) normalerweise durch die Bezugselektrode(n) gelieferte(n)
Bezugspotentiale) ersetzen.
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Folglich kann man in Abwandlung eine
Vorrichtung ohne Bezugselektroden vorschlagen, die jedoch mit mindestens
drei Erfassungselektroden ausgestattet ist, und in der die Verarbeitungseinrichtungen
geeignet sind, ein fiktives Bezugspotential aus den von jeder Erfassungselektrode
gelieferten Signalen zu berechnen.
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Dieses fiktive Bezugspotential ist
repräsentativ
für den
Mittelwert der Potentiale, die von jeder Erfassungselektrode geliefert
werden. Gemäß einer weiteren
Eigenschaft der Erfindung ist die Versorgungsquelle von einer Zelle
oder aus mehreren, in Reihe geschalteten Zellen oder auch von wiederaufladbaren
Akkumulatoren gebildet, deren Potentialdifferenz an den beiden Endanschlüssen im
wesentlichen gleich 9 Volt ist.
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Diese Ausführungsform der Versorgungsspannung
erlaubt einerseits die den Patienten nicht beunruhigende der Montage
auf dem Subjekt und andererseits die Vermeidung von elektrischen
Störstrahlen,
die gewöhnlich
von einem Gleichspannungswandler erzeugt werden, obwohl dessen Benutzung
durchaus denkbar ist.
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Bei EEG-Anwendung ist die Aufnehmeranordnung
der vorgestellten Vorrichtung ein elektrophysiologischer Helm, der
an den Kopf des Subjekts anpaßbar
ist. Die von den Erfassungselektroden aufgenommenen Signale sind
also Hirnaktivitätswellen,
die aus identifizierbaren Bereichen des Gehirns stammen.
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Es ist auf diese Weise möglich, beispielsweise
evozierte Potentiale von Subjekten zu erfassen, die vestibulären Stimulationen
ausgesetzt sind, oder auch die Hirnaktivität von Subjekten zu studieren,
die sich nur schwer unbeweglich machen lassen.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile
der Erfindung werden sich aus dem Studium der folgenden detaillierten
Beschreibung sowie der im Anhang befindlichen Zeichnungen ergeben,
wobei:
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1 eine
Abbildung der grundlegenden Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in der Ausführungsform
bestimmt für
EEG zeigt, und
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2 ein
Schaltbild zeigt, das die Impedanzanpaßeinrichtungen am Ausgang der
Elektroden der erfindungsgemäßen Aufnehmeranordnung
in einer präferierten
Ausführungsform
zeigt.
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Die beigefügten Zeichnungen sind im wesentlichen
von bestimmter Eigenschaft. Folglich dienen sie nicht nur dazu,
die detaillierte Beschreibung besser zu verstehen, sondern tragen
gegebenenfalls auch zur Definition der Erfindung bei.
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Man bezieht sich zunächst ganz
auf 1, um eine erfindungsgemäße elektrophysiologische Vorrichtung
zu beschreiben.
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In der gesamten folgenden Beschreibung wird
man berücksichtigen,
daß die
Aufnehmeranordnung ein elektrophysiologischer Helm 1 ist,
der dazu dient, elektrische Signale aufzunehmen, die repräsentativ
für evozierte
Potentiale eines Subjekts P sind, insbesondere eines Menschen, der
vestibulären
Stimulationen ausgesetzt ist. Es ist jedoch klar, daß die vorgeschlagene
Erfindung zahlreiche andere Gebiete betrifft.
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Der elektrophysiologische Helm 1 ist
aus biegsamem Material gebildet, und seine Form ist im wesentlichen
sphärisch,
wodurch er sich an den Kopf eines Subjekts P vom Typ Mensch anpassen
läßt, das
für diesen
Typ der Stimulation in einem Sessel (nicht dargestellt) plaziert
ist.
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Gleichwohl können auch andere Helme oder Anordnungen,
die mit Elektroden ausgestattet sind, die dazu geeignet sind, die
Hirnaktivitätswellen
auf dem Schädel
eines Subjekts zu messen, genutzt werden, insbesondere geklebte
Elektroden.
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Dieser Helm 1 weist einen
Satz Elektroden auf, der die Arbeitselektroden 2 und 3 sowie
eine Zusatzelektrode 4 beinhaltet.
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Die Arbeitselektroden weisen einerseits
Erfassungselektroden 2-j (j = 1 bis n) auf, die dazu bestimmt sind,
die für
die evozierten Potentiale repräsentativen
elektrischen Signale zu erfassen, die durch gewisse Regionen des
Gehirns als Antwort auf Stimulationen ausgesendet werden, und andererseits
ein oder zwei, oder sogar drei Bezugselektroden 3-k (k = 1 bis 3).
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Es ist hier eine Erfassung beschrieben,
die eine Bezugselektrode aufweist, die auf der Nase N des Patienten
angebracht ist, oder die zwei Bezugselektroden aufweist, die entsprechend
auf dem rechten Ohr OD und linken Ohr OG plaziert sind, um das Mittel
ihrer entsprechenden Potentiale zu berechnen, oder um sie getrennt
zu nutzen. Es ist jedoch in gleicher Weise möglich, ganz andere Körperpartien
des Patienten als Bezugspotential zu benutzen.
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Diese Elektroden 3-k sind dazu bestimmt,
ein Bezugspotential zu liefern, das repräsentativ in jedem Moment für das Oberflächenpotential
in der Nähe
der Elektroden ist, so daß man
die wahren Signale vestibulären
Ursprungs durch Subtraktion zwischen den durch die Erfassungselektroden
2-j erfaßten
elektrischen Signale und den durch die Bezugselektroden 3-k erfaßten elektrischen
Signale ableiten kann.
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Jede Erfassungselektrode 2 ist
auf der Struktur des Helms 1 an einem vorgegebenen Ort
angebracht, wo sie eine Hirnzone auf der Kopfhaut des Subjekts definiert,
wobei jede Gehirnzone mit mindestens einer identifizierbaren Region
des Gehirns verbunden ist, von der angenommen wird, daß sie eine
vestibuläre
Projektion ist.
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Entsprechend der Genauigkeit der
Untersuchung kann der Helm eine bis n Elektroden aufweisen, wobei
die Zahl n nicht begrenzend ist.
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In 1 sind
die entsprechenden Positionen der 61 Elektroden mit Bezug auf das
rechte Ohr OD, das linke Ohr OG sowie die Nase N eines Subjekts menschlichen
Typs dargestellt.
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Die Zusatzelektrode 4 ist
im allgemeinen auf der Wange oder der Schulter des Subjekts P angebracht.
Sie erlaubt es, den Wert des Potentials der schwimmenden Masse der
Vorrichtung zu bestimmen. Man wird später auf diese zurückkommen.
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Der Ausgang 5 jeder Elektrode 2 bis 4 ist
mit dem Eingang Ei (i = 2 bis 4) der Verarbeitungseinrichtungen 6 über ein
elektrisches Kabel 7 mit einer Länge von ungefähr 1 bis
1,5 m verbunden.
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Diese Verarbeitungseinrichtungen 6 weisen Nachbearbeitungseinrichtungen 8 auf,
die dazu bestimmt sind, jedes auf unabhängige Weise empfangene Signal
wenigstens zu verstärken,
sowie Speichereinrichtungen 9, die dazu dienen, die auf
diese Weise verstärkten
Signale mit Hinblick auf ihre spätere
Analyse zu speichern.
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Selbstverständlich kann die Nachbearbeitungseinrichtung
auch eine oder mehrere Filterungen sowie eine Digitalisierung vor
der Speicherung aufweisen.
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Außerdem können die Verarbeitungseinrichtungen
derart eingerichtet sein, daß sie
in Echtzeit gewisse, wenigstens für die evozierten Potentiale, die
als Antwort auf eine Stimulation ausgesendet werden, repräsentative
Signale nach Subtraktion der durch die Elektroden 3-k gemessenen
Bezugspotentiale anzeigen können.
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Die Verarbeitung kann in gleicher
Weise vor der Anzeige einen Schritt enthalten, in dem man die evozierten
Potentiale in Bezug auf die Bewegungsgleichung, die gewählt wurde,
um das vestibuläre System
des Subjekts zu stimulieren, untersucht.
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In gleicher Weise könnte man,
um mit einem Maximum an Präzision
die Gehirnregionen zu bestimmen, die im Zusammenhang mit der vestibulären Antwort
auf die Stimulation stehen, eine Analyse der evozierten Potentiale
durch lineare Kombination von gewissen Erfassungselektroden 2-j
des Helms 1 vornehmen.
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Schließlich kann der Helm, wie alle
anderen Aufnahmevorrichtungen, in gleicher Weise Elektroden aufweisen
(nicht in den Figuren dargestellt), die dazu bestimmt sind, ganz
in der Nähe
der Augenlider des Subjekts angebracht zu werden, um die vertikalen
und horizontalen Bewegungen der Augen zu erfassen. Selbstverständlich sind
solche Elektroden mit den Verarbeitungseinrichtungen 6 verbunden.
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Man bezieht sich nun auf 2, um im Detail den Ausgang 5 der
Elektroden 2 bis 4 des Helms 1 zu beschreiben.
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Die von den Erfassungselektroden
2-j (j = 1 bis 32) erfaßten
Signale werden an die Verarbeitungseinrichtungen in der Form von
Potentialdifferenzen übermittelt,
deren Amplitude einerseits von der Anzahl der mit der Antwort in
Zusammenhang stehenden Neuronen und andererseits von der Tiefe abhängt, in
der sich der aussendende Gehirnabschnitt befindet. Diese Potentialdifferenzen
sind also im allgemeinen von sehr schwacher Intensität, typischerweise
einige Mikrovolt.
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Die vom Fachmann benutzten Elektroden 2 bis 4 weisen
eine erhöhte
Ausgangsimpedanz auf, typischerweise einige Kiloohm. In der Tat
ist ihre Impedanz dem Kontakt mit der Kopfhaut des Subjekts geschuldet,
der mittels einer elektrisch leitenden Paste oder einem elektrisch
leitenden Gel ausgeführt
ist.
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Wie in der Einleitung bereits erklärt wurde, induziert
die Bewegung der Verbindungskabel 7 in einem elektromagnetischen
Gleichfeld eine Störpotentialdifferenz
in diesen Kabeln, die um so größer ist,
je größer die
Ausgangsimpedanz der Elektrode ist.
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Um diese mit den Stimulationen gleichphasigen
störspannungen
zu unterdrücken,
existieren zwei Lösungen.
Die erste Lösung
besteht darin, die Länge
der Verbindungskabel 7 maximal zu verkürzen. Die zweite Lösung besteht
darin, die Ausgangsimpedanz der Elektroden maximal zu reduzieren.
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Es ist offensichtlich, daß die erste
Lösung nicht
zweckmäßig ist,
denn sie würde
die Einrichtung eines Teils der Verarbeitungseinrichtungen, und
insbesondere den Verstärkungs teil 8,
auf dem Helm 1 zwingend erforderlich machen, was das Gewicht
des besagten Helms in beträchtlicher
Weise erhöhen würde und
sogar eventuell die Messungen stören könnte.
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Folglich hatte der Anmelder die besonders vorteilhafte
Idee, am Ausgang jeder Elektrode 2 bis 4 eine
Impedanzanpaßeinrichtung
Aoi (i = 2 bis 4) einzurichten, die dazu bestimmt ist, ihre Ausgangsimpedanz
auf einen Wert der Größenordnung
1 Ohm zu verringern. Diese Impedanzanpaßeinrichtungen wurden in 1 aus Platzgründen nicht
dargestellt.
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Jede Impedanzanpaßeinrichtung AOi weist einen
Operationsverstärker
vom Feldeffekt-Typ auf, wie sie von der Firma Analog Device unter
der Bezeichnung AD795 angeboten werden, oder auch vom bipolaren
Typ, wie sie von der Firma Linear Technology unter der Bezeichnung
LT1012 angeboten werden.
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Jeder Operationsverstärker ist
als Spannungsfolger ausgeführt
(oder als Schleife ohne Ausgang), derart, daß seine Verstärkung im
wesentlichen gleich 1 ist und folglich seine Ausgangsimpedanz in
der Größenordnung
von 1 Ohm liegt. Um dies zu erreichen, ist sein Ausgang Si (i =
2 bis 4) direkt mit seinem besagten invertierenden Eingang EIi verbunden.
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Eine Ausführungsform wird bevorzugt,
in der der Ausgang 5 einer jeden Elektrode 2 bis 4 mit
dem nicht-invertierenden Eingang ENIi (i = 2 bis 4) des entsprechenden
Operationsverstärkers
AOi verbunden ist, der einen Ausgang Si hat, der mit dem entsprechenden
Eingang Ei der Verarbeitungseinrichtungen 6 verbunden ist.
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In dieser Ausführungsform ist die Verstärkung jedes
Operationsverstärkers
AOi gleich +1.
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Um sämtliche neuen Störeffekte
zu vermeiden, die aufgrund der Verbindung der Elektrode mit dem
Operationsverstärker
eintreten könnten,
ist es vorteilhaft, daß besagter
Operationsverstärker
direkt mit der Elektrode verbunden ist, oder noch besser, daß er während seiner
Herstellung bereits direkt in die Elektrode integriert wird, oder
noch besser in die Struktur des Helms.
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Jeder dieser Operationsverstärker AOi
(i = 2 bis 4) benötigt
zur Funktion eine Gleichspannungs-Versorgungsquelle. Dementsprechend
sieht man eine Versorgungsquelle 10 vor, die man beispielsweise
auf dem Helm 1 anbringt. Selbstverständlich kann diese Versorgungs quelle
an einem ganz anderen Ort angebracht werden, der nicht zu weit entfernt
vom Gesicht des Patienten liegt. Die Eingänge V+ und V– einer
Versorgungsquelle eines Operationsverstärkers sind aus Platzgründen nur
bei AO2–32
dargestellt, doch es ist offensichtlich, daß jeder Operationsverstärker auf
die selbe Weise versorgt wird. Vorzugsweise ist die Versorgungsquelle von
einer Zelle oder aus mehreren, in Reihe geschalteten Zellen oder
auch von wiederaufladbaren Akkumulatoren gebildet. Die Potentialdifferenz
an den Anschlüssen
der Versorgungsquelle ist vorzugsweise gleich 9 Volt, wobei der
erste Endpunkt 11 auf einem oberen Potential von +4,5 Volt
liegt, während
der zweite Endpunkt 12 ein unteres Potential von –4,5 Volt
aufweist.
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Diese Lösung ist der einer Benutzung
eines Gleichspannungswandlers vorzuziehen, der bisweilen Störungen erzeugt.
Außerdem
sorgt eine Versorgungsquelle durch Zellen für eine bessere Isolierung in
Bezug auf die umgebenden Schaltkreise und bietet mehr Sicherheit
für den
Patienten, der mit dieser Versorgungsquelle über Elektroden verbunden ist,
wie man später
sehen wird.
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Wenn die Operationsverstärker AO2-j
und AO3-k vom Feldeffekt-Typ sind, ist es vorzuziehen, um elektrische
Durchschläge
zu vermeiden, daß ihre nicht-invertierenden
Eingänge
ENIi (i = 2 oder 3) geschützt
sind. Um dies zu erreichen verbindet man einerseits den ersten Endpunkt 11 der
Versorgungsquelle 10 über
eine erste in Sperrichtung gepolte Diode 13 mit dem nicht-invertierenden
Eingang ENI2-j und ENI3-k jedes Operationsverstärkers, die zu jeder Arbeitselektrode
2-j und 3-k gehören,
und andererseits verbindet man den zweiten Endpunkt 12 der
besagten Versorgungsquelle 10 über eine zweite in Sperrichtung
gepolte Diode 13 mit dem nicht-invertierenden Eingang ENI-3-j
und ENI3-k jedes Operationsverstärkers,
der zu jeder Arbeitselektrode 2-j und 3-k gehört. Diese ersten und zweiten
Dioden sollen im wesentlichen identische Eigenschaften aufweisen.
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Vorzugsweise besitzen diese Dioden
einen sehr geringen Rückstrom,
typischerweise einige Picoampère,
wie z. B. Dioden des Typs PAD5 (für Picoampère-Diode mit einem maximalen
Rückstrom
von 5 pA).
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Diese besonders vorteilhafte Anordnung
gestattet es, die elektrischen Ladungen zu blockieren, damit der
nicht-invertierende Eingang jedes auf diese Weise ausgeführten Operationsverstärkers nicht
den Spannungen ausgesetzt ist, die höher als die entsprechenden
Spannungen der Endpunkte 11 und 12 der Versorgungsquelle
(+/– 4,5
V) sind.
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Andererseits ist es unverzichtbar,
egal welchen Typs der Operationsverstärker AO4 ist, der mit der Zusatzelektrode 4 verbunden
ist, eine Schaltung 14 vorzuzehen, die es erlaubt, seinen
nicht-invertierenden Eingang ENI4 mit der Versorgungsquelle 10 zu
verbinden. Denn diese Elektrode 4 ist mit den Verarbeitungseinrichtungen 6 und
dem Patienten verbunden, um eine schwimmende Masse für die Gesamtvorrichtung
zu definieren. Vorzugsweise besitzt diese schwimmende Masse ein
elektrisches Potential von ungefähr
null Volt.
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Eine erste Lösung besteht darin, den nicht-invertierenden
Eingang ENI4 von AO4 direkt mit einem Mittenpunkt oder Mittelpunkt
der Versorgungsquelle 10 zu verbinden. So befindet sich,
wenn der Mittelpunkt tatsächlich
auf einem Potential null Volt liegt, nun der nicht-invertierende Eingang
ENI4 auf dem Potential null Volt, ganz wie die Masse der Verarbeitungseinrichtungen 6,
da diese ja mit dem Eingang von AO4 verbunden ist, der als Spannungsfolger
mit Verstärkung
+1 arbeitet.
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Eine zweite Lösung besteht darin, einerseits den
ersten Endpunkt 11 der Versorgungsquelle 10 über einen
ersten Widerstand R1 mit dem nicht-invertierenden Eingang ENI4 des
Operationsverstärkers AO4
zu verbinden, und andererseits den zweiten Endpunkt 12 der
besagten Versorgungsquelle 10 über einen zweiten Widerstand
R2 mit dem nicht-invertierenden
Eingang ENI4 des Operationsverstärkers
AO4 zu verbinden. Diese ersten und zweiten Widerstände sollten
im wesentlichen identische Eigenschaften aufweisen, um ein elektrisches
Ungleichgewicht zu vermeiden.
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Auf diese Weise erzeugt man einen
Mittenpunkt 15 mit einem Potential von im wesentlichen
null (abgesehen von Schwankungen der Eigenschaften der Widerstände) der
dank AO4 wie bereits vorher erwähnt
eine schwimmende Bezugsmasse der Vorrichtung definiert.
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Diese zweite Lösung ist vorzuziehen, denn durch
sie läßt sich
die Benutzung eines zusätzlichen, nicht
geschützten
Verbindungskabels zwischen der Zusatzelektrode und dem Mittelpunkt
der Versorgungsquelle vermeiden, welcher außerdem, um erzeugt zu werden,
eine Anpassung der Versorgungsquelle erforderlich machen würde.
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Für
die Impedanzanpassung der Zusatzelektrode AO4 kann man eine andere
Ausführungsform ins
Auge fassen, wobei der Ausgang 5 der Zusatzelektrode 4 mit
dem Ausgang S4 des Operationsverstärkers AO4 verbunden ist, der
einen nicht-invertierenden Eingang ENI4 bildet, der mit dem entsprechenden
Eingang E4 der Verarbeitungseinrichtungen 6 verbunden ist,
sowie mit dem Mittelpunkt der Versorgungsquelle oder mit einem Mittelpotential,
das wie vorher definiert durch zwei Widerstände mit identischen Eigenschaften
gebildet ist, die entsprechend zwischen den Endpunkten 11 und 12 der
Versorgungsquelle angebracht sind.
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In der obigen Beschreibung wurde
eine Vorrichtung beschrieben, die an den Kopf eines Subjekts vom
Typ Mensch angepaßt
wurde, es ist jedoch offensichtlich, daß eine derartige Testvorrichtung
für die
Untersuchung aller Lebewesen angepaßt werden kann. Dies schließt mit ein,
daß andere
Arten von elektrophysiologischen Helmen benutzt werden können, ohne
aus dem Umfang der Erfindung heraus zu führen.
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In gleicher Weise ist die Erfindung
nicht auf elektrophysiologische Helme beschränkt, sie betrifft jedoch alle
Arten von Aufnehmeranordnungen, die mit Elektroden ausgestattet
sind, wie z. B. die Apparate, die zur Muskelanalyse (EMG) oder Herzanalyse (EKG)
benutzt werden.