DE2104850A1

DE2104850A1 - Meßgerat fur Gehirnwellen

Info

Publication number: DE2104850A1
Application number: DE19712104850
Authority: DE
Inventors: Keiji Tokio A61b5O8 Tateno
Original assignee: Nihon Kohden Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Kohden Kogyo Co Ltd
Priority date: 1970-02-02
Filing date: 1971-02-02
Publication date: 1971-08-26
Also published as: US3732859A; DE2104850C3; GB1330552A; DE2104850B2; JPS498557B1

Description

Meßgerät für Gehirnwellen

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät für Gehirnwellen.

Im allgemeinen besitzt ein herkömmliches Meßgerät für Gehirnwellen eine Anzahl von mit einem lebenden Körper in Berührung bringbaren Elektroden, einen Verstärker zur Verstärkung der durch die Elektroden abgegriffenen Gehirnwellensignale sowie einen Gehirn-

wellenschreiber zur Aufzeichnung der Ausgangssignale des Verstärkers. Unter den zum Verstärker gelangenden Signalen befinden sich _; die zu messenden Gehirnwechselsignale sowie bei der Messung der Gehirnströme unerwünschte Signale wie z.B. Wechselstrombrummsignale, durch die Herztätigkeit erzeugte Cardiosignale oder andere Störsignale. Es ist deshalb für eine befriedigende Unterscheidung der Hirnwellensignale von Störsignalen wichtig, das Auflösungsverhältnis des Verstärkers und der Eingangskreise zu vergrößern.

Vor der Beschreibung der Erfindung sei zunächst anhand der Pig. I das Auflösungsverhältnis erklärt. Fig. 1 zeigt den Stromlaufplan eines herkömmlichen Meßgerätes für Gehirnwellen. Die Widerstände

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und 2 mit den angenommenen Widerstandswerten R. und R„ stellen die Berührungswiderstände von Elektroden dar. Diese Widerstände sind an die Eingangsklemmen eines Verstärkers 3 angeschlossen, dessen Ausgangssignal an den Enzephalographen 4 gelangt. Die Bezugszeichen 5 und 6 stellen die Quellen für das von einem menschlichen Körper erzeugte Gehirnwellensignal e bzw. für ein

nicht durch Gehirnwellen erzeugtes Störsignal e dar. In Reihe geschaltete Eingangswiderstände 7 und 8 mit jeweils dem Widerstandswert R sind an den Eingang des Verstärkers 3 angeschlossen, und der gemeinsame Anschlußpunkt der beiden Widerstände ist an Masse gelegt. Unter der Annahme eines idealen Verstärkers werden die Verstärkungsgrade durch die folgenden Gleichungen wiederg.egeben, wobei die Signale e und e einmal als phasengleich und j .ns

! zum anderen Mal als phasenverschoben angenommen sind.

Der Verstärkungsgrad der phasenverschobenen Signale ist

2 R_

OS d R_g + H₁ + H₂ S

wenn 2R > R, + Rp, dann ist

^Eos =^A * ^es <^X)

wobei A den Verstärkungsgrad des Verstärkers 3 darstellt,

Andererseits wird der Verstärkungsgrad E„ der in Phase befindli-ι on

chen Signale durch die folgende Gleichung angegeben:

'on " / (R₁ + R) (R₂ + R_) I " "n

■h-yf

* CT ft- i Λ P^ _ '^ 7 Δ · A ι

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- 3 wenn R ^ R₁ ; R₀ dann ist

E_0n.=^ ^R2 - ^Rl - A - e (2)

Uli. -i-i Ii

^Rg

E Da das Auflösungsverhältnis im allgemeinen durch ^- angegeben

os wird, ergibt sich

fön ^ ^R2 - ^Rl

^Sos ^{= R}g (3)

Somit läßt sich durch Erfüllung der Bedingung Rj, = R, der Aufzeichnungsvorgang der Gehirnwellen stabilisierer.. In der Praxis ist es jedoch nicht möglich, gleiche Ubergangswiderstände an verschiedenen Elektroden zu erhalten. Auch wenn somit R₁ nicht gleich ist R₀, könnte man jedoch durch genügende Verkleinerung dieser Widerstandswerte ein kleines Verhältnis ^— und somit eine sta-

¹ os bile Aufzeichnung der Gehirnwellenerzielen. Aus diesem Grunde hat man sich bemüht, das Verfahren der Anbringung der Elektroden am lebenden Körper zu verbessern oder den Übergangswiderstand herabzusetzen, indem man eine Paste auf die Haut des lebenden Körpers ™ aufträgt. Da jedoch für die Messung der Gehirnwellen eine Vielzahl von Elektroden erforderlich ist, z.B. 24 Elektroden, ist es schwierig, die Ubergangswiderstände aller Elektroden herabzusetzen.

Da überdies während der Messung der Gehirnwellen der lebende Körper für längere Zeit in Ruhe gehalten wird, verschlechtern sich die Bedingungen für die Kontaktgabe zwischen den Elektroden und der Haut durch Austrocknen der Paste oder durch Bewegungen des

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lebenden Körpers, und dadurch erhöht sich der Übergangswiderstand* Diese Erhöhung des Übergangswiderstandes ergibt eine anormale Wellenform der aufgezeichneten Gehirnwellen, und es ist schwierig^ festzustellen, ob diese anormale Wellenform durch die Erhöhung _;

des Elektrodenwiderstandes oder durch einen anormalen Zustand der Gehirnwellen selbst verursacht wurde. Um zu einer richtigen Bewertung zu gelangen, wird in der Praxis der Aufzeichnungsvor-

j gang der Gehirnwellen unterbrochen, um die Größe des Übergangs-.

j Widerstandes der entsprechenden Elektroden nachzuprüfen. Im Pall j

j der Anlage nach Fig. 1 wird"z.B. nach Unterbrechung des Betriebs ι I
des Enzephalographen die Quelle 9 durch Schließen eines Schalters

11 an ein Ohmmeter 10 angeschlossen. Dann wird über einen Um- ! schalter 12 Strom zur Elektrode 1 oder 2 geleitet, um zu bestim-

ι men, ob die Anomalie der Wellenform durch eine Erhöhung des Übergangswiderstandes entsprechend der Anzeige des Ohmmeters 10 be- j

ί I

wirkt wurde oder nicht, und es wird nachgeprüft, an welcher der Elektroden der erhöhte Übergangswiderstand aufgetreten ist. Das bisherige Meßverfahren erfordert somit eine Unterbrechung der Aufzeichnung der Gehirnwellen und die Betätigung des Umschalters 12, so daß dieses Verfahren umständlich und zeitraubend ist.Statt der in Fig. 1 gezeigten Batterie 9 kann als Quelle für die Prüfspannung auch eine Wechselstromquelle verwendet werden.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein verbessertes Meßgerät für Gehirnwellen zu schaffen, bei dem beim Auftreten einer anormalen Wellenform der aufgezeichneten Gehirnströme schnell und in einfacher Weise auf Unterschiede zwischen den Übergangs-, widerständen verschiedener Elektroden geprüft werden kann.

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Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe gelöst mit einem Meßgerät für Gehirnwellen mit einer ersten Elektrode, von der ein Ende mit der Haut eines lebenden Körpers in Berührung bringbar ist, einer zweiten Elektrode, von der ein Ende mit der Haut des lebenden Körpers in Berührung bringbar ist, einem Verstärker mit zwei Eingangsklemmen, die an das andere Ende der ersten bzw. zweiten Elektrode angeschlossen sind, und einem an den Ausgang des Verstärkers angeschlossenen Gehirnwellen-Aufzeichnungsgerät, wobei das Meßgerät dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Serienschaltung mit zwei zur Zuführung von PrüfeLgnalen dienenden Impedanzen gleichen Wertes den beiden Eingangsklemmen des Verstärkers parallel geschaltet ist, und daß eine Prüfsignalquelle an den gemeinsamen Anschlußpunkt der beiden Impedanzen anschließbar ist. In gleicher Weise wird die gestellte Aufgabe gelöst mit einem Meßgerät für Gehirnwellen mit einer Anzahl von Elektroden, von denen jeweils ein Ende mit der Haut eines lebenden Körpers in Berührung bringbar ist, einer Anzahl von Verstärkern, die jeweils zwei mit anderen Enden der Elektroden verbundene Eingangsklemmen aufweisen, und einer Anzahl von Gehirnwellen-Aufzeichnungsgeräten, (| die jeweils an die Ausgänge der Verstärker angeschlossen sind, wobei das Meßgerät dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Prüfsignalquelle vorgesehen ist, und daß eine Anzahl von Prüfsignal-Zuführimpedanzen mit gleichen Scheinwiderständen zwischen die Prüfsignalquelle und die entsprechenden anderen Enden der Elektroden geschaltet ist.

Vorteilhafterweise ist ein Schalter zwischen dem gemeinsamen Anschlußpunkt der Impedanzen und die PrUfsignalquelle geschaltet.

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j Mit erfindungsgemäßen Meßgeräten können Unterschiede zwischen !Übergangswlderständen einer Vielzahl von Elektroden festgestellt

;werden, ohne da3 es notwendig ist, den Aufzeiehnungs Vorgang zu un-

Jterbrechen. Bei der angegebenen Verwendung eines Schalters genügt jauch bei einer Vielzahl von Elektroden ein einziger Schalter, um

;den PrüfVorgang vorzunehmen.

Mit dem erfindungsgemäßen Meßgerät für Gehirnweiler, können die ίGehirnwellen auch dann gemessen werden, wenn sie einem PrUfisignal überlagert sind, das während der Prüfung der Übergangs-

!widerstände der Elektroden aus einem Wechselspannungsgenerator zu-

!geführt wird.

JDurch die Erfindung wird ferner ein Gtehirnwellen-Aufzeichnun-sge-

jrät geschaffen, das ohne weiteres stabile Gehrinwellanaufzeichnun-

Igen zu liefern vermag, indem es ein dem Auflösungsverhältnis zwi-Ischen einem Verstärker und seinem Einranrslcrsis proportional ο r,

!signal erfaßt und dazu verwendet, um Unterschiede in den Übergangswiderständen einer Vielzahl von Elektroden festzustellen und diese Unterschiede zu kompensieren.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen antreiben.

iDie Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführuri; sbeispielen !in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, wc:_;e:L alle sich vom Stand der Technik unterscheidenden Merkmale vrn erfindungswesentlicher Bedeutung sein können. In den Zeiclinunren int:

BADOFöGlNAL

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Pig. 1 ein Stromlaufplan eines vorbekannten Meßgerätes für Gehirnwellen,

Pi;¹;. 2 ein Stromlauf plan, zürn Teil als Blockschaltbild ausgeführt, eines Ausführungsbeispiels des erfindun<jscemä?en Meßgeräts für Gehirnwellen,

Stromlauf plan, teilweise als Blockschaltbild ausgeführt, eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

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- 8 Pig. 1 ist weiter vorn schon beschrieben worden.

Pig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Meßgerät für Gehirnwechselströme, in welcher die der Pig. I entsprechenden Bauelemente die gleichen Bezugszeichen wie dort haben. Aus Gründen der Klarheit wurde die Quelle 6 des Störsignals (e ) der Pig. 1 in Fig. 2 fortgelassen. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist ein Verstärker 15 mit einer hohen Eingangsimpedanz und mit Eingangsklemmen 14 und '15 vorgesehen. Jeweils ein Ende der Elektroden 1 und 2 ist an die Haut eines (nicht dargestellten) lebenden Körpers oder eine Quelle: 5 für Gehirnwellensignale angeschlossen, während die entgegenge- ;

setzten Enden der Elektroden an die Eingangsklemmen 14 und 15 des Verstärkers 15 angeschlossen sind. Eine Reihenschaltung aus zwei Widerständen 16 und 17 mit gleichen Widerstandswerten R liegt

parallel zu den Eingangsklemmen 14 und 15* und der Verbindungspunkt 18 zwischen den beiden Widerständen ist über einen Schalter 19 an einen Wechselspannungsoszillator 20 angeschlossen. Der Neutralpunkt der Quelle. 5 für das Gehirnwellensignal ist über eine Erdelektrode 21 mit dem Widerstand R an Masse gelegt.

Wird der Schalter 19 geschlossen, um den Prüfoszillator 20 mit dem ^Anschlußpunkt 18 zu verbinden, so kann die sich ergebende Ausgangs· spannung E_Q des Verstärkers 15 durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Wenn 2R_g> R₁ ; R_g ; R_Qg, dann ist

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Rp-R,
E₀ i ² * A · ge (4)

^Rg
wobei g die Ausgangs spannung des Prüf Oszillators 20 darstellt.

Die durch die Gleichung 4 ausgedrückte Ausgangsspannung E ist proportional dem Auflösungsverhältnis nach Gleichung 3, so daß j die Ausgangsspannung E_Q eine Punktion des Auflösungsverhältnisses ist, solange der Verstärkungsgrad A und die Ausgangsspannung g konstant sind.

Anders ausgedrückt, ergibt sich bei geschlossenem Schalter 19 eine Ausgangsspannung E von großer Amplitude, wenn eine fertiggestellte Anomalie der Wellenform durch eine Erhöhung des Übergangswi- _; derstandes der Elektroden bewirkt wird. Wenn dagegen eine solche anormale Wellenform nicht durch eine Erhöhung des Übergangswiderstandes der Elektrode bedingt ist, sondern durch einen Gehirnschaden, würde sich die Wellenform der Ausgangsspannung E durch das Schließen des Schalters 19 nicht ändern, wenn sich nicht der Übergangswiderstand der Elektrode von dem Anfangswert unterscheidet, der zu der Zeit geherrscht hat, als die Elektroden angebracht wurden. Auf diese Weise gestattet die Erfindung die Peststellung, ob eine anormale Wellenform durch eine Änderung des Übergangswiderstandes der Elektrode verursacht wurde oder nicht, während der Aufzeichnungsvorgang der Hirnwechselströme weiterläuft. Wenn festgestellt wird, daß die Anomalie der Wellenform von der Elektrode herrührt, wird der Kontaktwiderstand der beiden Elektroden 1 und 2 an der Haut des lebenden Körpers nachgestellt, während die am Schreiber 4 aufgezeichnete Wellenform

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- λ λ η ι c /mit

2104850 -ιο-Ι beobachtet wird, um eine stabile Aufzeichnung der Gehirnwellen zu erhalten.

I Im allgemeinen wird nur selten eine Einkanal-Messung unter Ver- ! wendung nur zweier Elektroden durchgeführt, sondern es werden 8 , bis 16 Kanäle verwendet, und eine ausgewählte Elektrode wird [ zusammen mit einer gemeinsamen Bezugselektrode an den Verstärker angeschlossen.

j Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführung eines Gehirnwellen-Meßgerätes unter Verwendung von 2 Kanälen. Die Elektroden 1 und 2, der Verstärker 13 und derSchreiber 4 bilden einen Kanal zur Messung des Hirnwechselstromsignals (e ) der Quelle 5, während die Elektroden 2 und 100, der Verstärker 131 und der Schreiber eine zweiten Kanal zur Messung des Hirnwechselstromsignals (e* ) einer Quelle 51 bilden, wobei die Elektrode 2 beiden Kanälen gemeinsam ist. Das eine Ende eines hohen Widerstandes 16 ist an die Eingangsklemme 14 des Verstärkers 13 angeschlossen, und das entsprechende Ende eines anderen hohen Widerstandes IJ ist an den ! Verbindungspunkt zwischen den Eingangsklemmen Ij und 141 der Verstärker 13 und 131 gelegt. Außerdem ist ein Ende des hohen Widerstandes 18 an die Eingangsklemme 151 des Verstärkers 131 gelegt, und die anderen Enden dieser hohen Widerstände sind gemeinsam an den Schalter 19 angeschlossen. Diese Widerstände 16, 17 und 18 die zur Zufuhr von Prüfsignalen dienen, haben gleiche Widerstandst werte R von z.B. 5 Megohm. Weiter kann ein Elektroden-Erdungs- '

I widerstand 211 (R* _) vorgesehen sein, doch genügt gewöhnlich j

eg j

einer der Widerstände 21 und 211.

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In der Schaltung nach Fig. 3 können die Ausgangsspannungen der Verstärker 13 und 131 wie folgt errechnet werden:

Ausgangs spannung E-, des Verstärkers 13:

V^R1 ^+Reg ^Rg ^+R2^+Reg

Wenn 2R^ R₁ ; R_p } R , dann ist ^l2

R_n-R₁

In der gleichen Weise ergibt sich die Ausgangsspannung Ep des Ver-I stärkers I31 zu:

R^ - R,

¹ A · g_Q (6)

^Rg

wobei A und A¹ die Verstärkungsgrade der Verstärker I3 bzw. I3I darstellen.

Die Gleichungen 5 und 6 zeigen, daß auch mit einem mehrkanaligen ^; Gehirnwellen-Meßgerät ähnliche Beziehungen gelten wie bei dem Gerät nach Fig. 2, so daß die Prüfsignale zu Signalen proportional den Auflösungsverhältnissen werden und gleichzeitig an den Ausgängen der entsprechenden Kanäle erscheinen. Daher wird erfindungs+ gemäß bei der Prüfung der entsprechenden Elektroden die Betätigung

eines Umschalters vermieden.

Erfindungsgemäß kann nicht nur der Kontaktzustand der Elektrode

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geprüft werden, ohne daß es notwendig ist, üazu den Aufzeichnungsvorgang der Gehirnwellen zu unterbrechen, sondern es können auch _; gleichzeitig die Kontaktzustände einer Vielzahl von Elektroden \ unter Verwendung eines einzelnen Schalters geprüft werden. Selbst
wenn eine Vielzahl von Verstärkern gemeinsam an eine Elektrode J angeschlossen ist, wie in Fig. 3 gezeigt, können außerdem bei
Verbindung der jeweiligen einen Enden einer Vielzahl von zur
Zufuhr von Prüf Signalen dienenden Widerständen mit den entsprechen¹ den Elektroden und durch Verbindung der anderen Enden dieser j

Widerstände mit einer gemeinsamen Prüfsignalquelle die Gehirnwellen mit hoher Genauigkeit gemessen werden, da diese Eingangswiderstände in bezug auf die Verstärker nicht parallel geschaltet
sind.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen bestäien
die zur Zufuhr dienenden Schaltungselemente aus Widerständen.
Statt der Widerstände können auch geeignete Kondensatoren verwen- |

det werden. Die Prüfsignale können gewünschtenfalls auch über j

Koppeltransformatoren den entsprechenden Elektroden zugeführt
werden.

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Claims

Dr. Ing. H. Negenetank
Nihon Kohden Kogyo Co., Ltd. ^DiP¹',^ln«· |£ ^
„ λι 1 ™ u.
U4 · Dipl. Phys. W.Schmitz
4, ^l, 1, Nishxochiai _8München15,Mozerfctr.23
Shinjuku-ku τ·«. 5380586
Tokyo, Japan München, 2.
Februar 1971
(Anwaltsakte M-1476)
Patentansprüche
11.] Meßgerät für Gehirnwellen mit einer ersten Elektrode, von der

j ein Ende mit der Haut eines lebenden Körpers in Berührung bringbar ist, einer zweiten Elektrode, von der ein Ende mit ^; der Haut des lebenden Körpers in Berührung bringbar ist, einem Verstärker mit zwei Eingangsklemmen, die an das andere Ende der ersten bzw. der zweiten Elektrode angeschlossen sind, und einem an den Ausgang des Verstärkers angeschlossenen Gehirnwellen-Aufzeichnungsgerät, dadurch gekennzeichnet, daß eine Serienschaltung mit zwei zur Zuführung von Prüfsignalen dienenden Impedanzen gleichen Wertes (3.6, 17) den beiden Eingangsklemmen ^! (14, 15) des Verstärkers (Ij5) parallel geschaltet ist, und daß eine Prüfsignalquelle (20) an den gemeinsamen Anschlußpunkt i (l8) der beiden Impedanzen (16, 17) anschließbar ist.

2. Meßgerät für Hirnwechselströme mit einer Anzahl von Elektroden, von denen jeweils ein Ende mit der Haut eines lebenden Körpers ; in Berührung bringbar ist, einer Anzahl von Verstärkern, die jeweils zwei mit anderen Enden der Elektroden verbundene Eingangs klemmen aufweisen, und einer Anzahl von Gehirnwellen-Aufzeichnungsgeräten, die jeweils an die Ausgänge der Verstärker angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prüfsignalquelle (20) vorgesehen ist, und daß eine Anzahl von _A

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Prüfsignal-Zuführimpedanzen (l6, I7, l8) mit gleichen Scheinwiderständen zwischen die Prüfsignalquelle (20) und die entsprechenden anderen Enden der Elektroden (1, 2, 100) geschaltet ist.

j5. Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (19) zwischen den gemeinsamen Anschlußpunkt (18) der Impedanzen (l6, I7) und die Prüfsignalquelle (20) geschaltet ist.

4. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfsignalquelle (20) einen Wechselspannungsoszillator aufweist.

5· Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen (l6, IJ, l8) Widerstände aufweisen.

6. Meßgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen (16, 17, 18) Kondensatoren aufweisen.

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