Welches ist keine Untersuchungsmethode zur Messung bioelektrischer Potentiale?
Klausur
EPG
Was beschreibt die sog. Nernst-Gleichung?
Die elektrische Gleichspannung zwischen Zellinnerem und Zelläußerem, für die sich ein Gleichgewichtszustand ergibt, bei dem die Ionenkonzentrationen innen und außen konstant bleiben.
Was sind biolektrische Signale und wodurch entstehen sie?
Elektrische Potentialveränderungen an der Zellmembran lebender Zellen, sowohl von Neuronen, als auch von Muskelfasern.
Diese sog. Zellmembranpotentiale werden durch die Bewegung von elektrischen Ladungen (dies sind meist positiv oder negativ geladene Ionen) auf- und auch wieder abgebaut.
Welches sind die beiden wichtigsten Ionensorten für die Entstehung des Zellmembranpotentials?
K+ (positive Kaluim-Ionen)
Na+ (positive Natrium-Ionen)
Durch welche Mechanismen findet ein Ionenfluss bzw. Ionentransport statt?
Konzentrationsgradienten zwischen Zellinnerem und -äußerem bzw. der Pumpmechanismus verbraucht Energie.
Wie ist die Refraktärphase einer Zelle definiert?
Die Refrakträrphase ist der Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt, an dem sich das Zellpotential selbst weiter verstärkt (𝑈>𝑈𝑅𝑒𝑖𝑧𝑠𝑐ℎ𝑤𝑒𝑙𝑙𝑒) und dem Zeitpunkt, an dem das Zellpotential diese Reizschwelle wieder unterschreitet.
Während dieser Zeit ist die Zelle nicht von außen neu erregbar, bzw. nur mit verringerter Amplitude also unvollständig erregbar.
Wieviele μs hat eine s?
1.000.000
Wie lange dauert die Refraktärzeit bei Nervenzellen?
0.2-2ms = 200-2000 μs
Mit welcher/n Geschwindigkeit(en) breiten sich elektrische Zellmembranpotentiale auf Nervenfasern (Axonen) aus?
1-2 m/s für vegetative c-Fasern (Darm, Magen)
80 - 120 m/s für dickere, sog. motorische α-Fasern (Armbewegung)
Weshalb breiten sich Nervensignale auf sog. myelenisierten Nervenfasern schneller aus?
Die stückweise Umhüllung der Nervenfaser wirkt wie eine stückweise Isolation der Zellmembran des Axons.
Damit überspringt das Aktionspotential quasi den dazwischenliegenden Bereich und breitet sich so sprungartig und damit deutlich schneller aus.
Können nur Nervenfasern elektrische Signale weiterleiten oder falls nicht, welche anderen Zellen können das?
Nein, es können auch die Muskelfaserzellen (sog. Muskelleitung)
Welche Spannungen misst man beim EKG an der Körperoberfläche?
Summenpotentiale von Muskelzellen
In welcher Größenordnung liegen die auf der Körperoberfläche messbaren beim EKG gemessenen Spannungen?
1 mV
In welcher Größenordnung liegen die elektrischen Zellmembranpotentiale?
90 mV
Was ist die Ursache des EEG-Signals?
Die zeitlich schwankende Aktivität der Nervenzellen im Kortexabschnitt unter der Ableitelektrode.
Messbar ist natürlich auch hier nur die mittlere Aktivität, die sich in messbaren relativ langsamen Schwankungen der Erregungszustände an den Dendritenverzweigungen äußert.
Wie groß sind die auf der Kopfhaut beim EEG gemessenen Spannungsschwankungen (sog. Amplitude)?
Amplitude von nur 30 - 300 μV auf der Kopfhaut
In welchem Frequenzbereich liegen die beim EEG gemessenen Aktivitätsschwankungen?
Frequenzen zwischen 0,5 und 30 Hz
Wie groß sind die EKG Signale, wenn sie nicht an der Körperoberfläche, sondern invasiv an den Herzmuskelzellen abgeleitet werden?
10x so groß
Was versteht man unter dem elektrischen Dipolmoment des Herzens?
Die verschiedenen Herzregionen sind zu einem Zeitpunkt t unterschiedlich stark erregt. Somit können zu diesem Zeitpunkt Potentialdifferenzen zwischen diesen Regionen gemessen werden.
Bei zwei benachbarten Regionen mit unterschiedlichem Potential spricht man von einem elektrischen Dipol, bei drei Regionen von einem Tripol usw.
Für die EKG-Messung betrachtet man das Herz in erster Näherung als einen elektrischen Dipol, der aufgrund seiner pulssynchronen örtlichen Erregungsänderungen ein in Betrag und Richtung zeitlich veränderliches Dipolfeld erzeugt.
Die mit der Erregung der Zellen im Herz verbundenen Ströme fließen…
… im gesamten Körper mit Ausnahme nichtleitender Bereiche
Durch welche Körperbereiche fließt kein Strom?
Durch die mit Luft gefüllten Bereiche der Lunge
Wohin fließt der Strom weiter, der bis zur Körperoberfläche vorgedrungen ist?
Zunächst entlang der Körperoberfläche und letzlich zurück zum Herzen
Was versteht man unter Äquipotentiallinien?
Gedachte Linien, auf denen man an jeder Stelle (in der Praxis) exakt die gleiche elektrische Spannung (hier EKG-Spannung) messen kann.
Was wird beim EKG letztlich gemessen?
Die Spannungen auf der Körperoberfläche an Ableitpunkten auf verschiedenen Äquipotentiallinien
Welche Aspekte sind bei der Ableitung von elektrischen Biosignalen zu beachten?
Bei der Ableitung von elektrischen Biosignalen ist zu beachten, dass:
die zu messende Größe möglichst wenig durch die Signalableitung oder aber auch durch das Messgerät selbst verändert wird
die Belastung für den Patienten möglichst gering ist, weshalb nichtinvasive Ableitmethoden zu bevorzugen sind, um unvermeidbare Störsignale möglichst schon am Anfang der Aufnahmekette unterdrückt werden, z.B. durch eine sog. differentielle Messung zwischen mehreren Ableitpunkten
bei digital arbeitenden Messsystemen (heute eigentlich alle): das Biosignal häufig genug abgetastet und digitalisiert wird
Welche Aufgaben hat die sog. Aufnahmekette?
Ableitung der elektrischen Signale durch Ableitelektroden
Vorverarbeitung der Signale, z.B. Verstärkung u. Impedanzwandlung
Ausfilterung der Nutzsignale bzw. Unterdrückung der Störsignale
Was versteht man unter der Polarisationsspannung von Ableitelektroden?
Spannungdifferenz an der Übergangsstelle Körper/Elektrode
Nennen Sie Beispiele für vom Patienten ausgehende Störungen
Messung von Muskelaktivitäten, die z.B. beim EKG nicht vom Herzmuskel stammen
—> Abhilfe: vorherige Entspannung (noch kritischer beim EEG da Nutzsignal kleiner)
Spannungsschwankungen aufgrund eines sich verändernden Kontaktwiderstandes, z.B. durch Atembewegung des Brustkorbes
—> Abhilfe: Atem anhalten, sog. Bewegungsartefakte die Basislinienschwankungen hervorrufen
Welchen Einfluss hat eine Änderung des Kontaktwiderstandes auf den gemessenen EKG-Kurvenverlauf?
Basislinienschwankung
Welches ist die einfachste Methode, um bei der EKG Messung, Basislinienschwankungen und Einflüsse durch Muskelativitäten zu minimieren?
Flacher atmen sowie ruhig und entspannt liegen
Was versteht man unter einer stromlosen Messung einer Spannung?
Messung mit einem möglichst hochohmigen Messgerät.
—> Hochohmig bedeutet, dass der innere elektrische Widerstand des Gerätes so groß ist, dass so gut wie kein Strom durch das Messgerät selbst fließen kann.
Was versteht man unter einer galvanischen Entkopplung?
Da das bioelektrische Signal an das Messsystem (EKG-Gerät, EEG-Gerät, Patientenmonitor etc.) weitergeleitet wird, ist, da dieses Gerät i.d.R. netzbetrieben ist oder über Schnittstellen mit anderen am Stromnetz betriebenen Geräten verbunden werden könnte, zum Schutz des Patienten notwendig, eine Isolation des Patienten vom Stromnetz vorzunehmen.
Was versteht man unter dem Netzbrummen?
Spannungsschwankungen mit einer Frequenz von 50Hz (bzw 60Hz in USA), die aus den elektrischen Versorgungsleitungen in ein Messgerät, die Messleitungen oder auch in das Messobjekt selbst (z.B. Patient), i.d.R. unbeabsichtigt eingekoppelt wurden.
Was ist ein Filter?
Ein System, das aus einem eingangsseitigen Signal nur die interessierenden Frequenzen durchlässt, d.h. alle nicht interessierenden Anteile möglichst stark abschwächt (z.B. das 50Hz Netzbrummen).
Worin liegen die wesentlichen Unterschiede zwischen EKG, EMG, EEG, ERG und EOG?
Prinzipiell: Alle sehr ähnlich
Unterschiede:
Signalaufnahme (Ableitort)
Signalamplituden
dem genauen Signalverlauf
in dem für die Signale charakteristischen Frequenzbereich
Hauptunterschied: Gerätesoftware, d.h. den angebotenen Mess- und Auswerteprogrammen
Wie heißen die verschiedenen Gewebe zur Reizbildung, Reizleitung und Reizsteuerung im Herzen?
Sinusknoten
AV-Knoten
His-Bündel
Tawara-Schenkel
Purkinje-Fasern
Merksatz: Sonntag Abend holt Tamara Pizza
Was versteht man unter dem Arbeitsmyokard?
Die Arbeitsmuskulatur (Myokard)
besteht aus Zellen, die sich aufgrund elektrischer Erregung kontrahieren
sind miteinander elektrisch verkoppelt: Wenn Zellen überschwellig stimuliert werden, werden die Erregung auf die anderen Zellen verzögert übertragen —> Kontraktion der Ventrikel
Welches ist im Normalfall der Ursprung der Erregung des Herzens?
Normalfall: Ursprung im Sinusnoten (Frequenz vom ZNS beeinflusst)
—> Erregung breitet sich über die Muskulatur des rechten und später auch des linken Vorhofes aus und erreicht nach ca. 50ms den sog. AV-Knoten
Welches sind die vier Phasen des Erregungsablaufes im Herzen?
P-Welle: Resultiert aus der Erregung der Vorhöfe
PQ-Strecke: Entspricht der Überleitzeit vom AV-Knoten in die Ventrikel
Ausgeprägter QRS-Komplex: Charakterisiert die Erregungsausbreitung in der Arbeitsmuskulatur
T-Welle: Entspricht der Erregungsrückbildung
Worin unterscheiden sich die EKG-Ableitungen nach Goldberger und nach Einthoven, d.h. wo sind die Elektroden angeschlossen und wie wird das Bezugspotential für die Messung gebildet?
Im Unterschied zu Einthoven sind bei der Ableitung nach Goldberger die Elektroden jeweils zweier Extremitäten über Widerstände zusammengeschaltet (s. schwarze Kreise) —> bilden zsm das Bezugspotential für die Messung an der noch freien Extremität (s. roter Kreis), die zugleich die jeweilige Messung bezeichnet
Wieviele Ableitpunkte (ohne Elektroden für die Bezugspotentialbestimmung) werden bei der Brustwandableitung nach Wilson verwendet?
6
Wie sieht das Ableitschema bei der Ableitung nach Wilson aus?
Bei der Brustwandableitung nach Wilson werden, gegenüber einem Bezugspotenzial an den in Herznähe, angeordneten Elektroden V1 bis V6 6 Spannungsverläufe gemessen.
Das Bezugspotenzial wird hier aus dem Potenzial beider Arme und des linken Beines gemittelt (Zusammenschaltung über Widerstände in Sternschaltung).
Welches sind die Hauptvorteile der Ableitung nach Wilson?
Jetzt 6 näher am Herz plazierte Elektroden —> Ortsauflösung höher als bei den Ableitungen nach Einthoven bzw. Goldberger
Verteilung der Ableitpunkte: Erfassung, der zum Rücken gerichteten Vektoren möglich —> 3D-Lagebestimmung des elektrischen Dipols möglich
Was versteht man im Zusammenhang mit dem EKG unter einer Vektorschleife?
Die Bahn, die die Spitze des aus der 3D-Lagebestimmung ermittelten elektrischen Dipols im Raum beschreibt.
Wie viele Kanäle werden bei einem Standard EKG aufgezeichnet?
6 oder 12
Welche Messungen (Messfunktionen/Messprogramme) erlauben rechnerbasierte EKG-Geräte?
Vermessung Zeiten(msec) Ausschläge (mV)
Bestimmung der Herzfrequenz
Berechnung der Achsen (Cabrera-Kreis)
Bestimmung des Lagetyp (z.B. bei Geburt leichter Linkstyp)
Vermessung der ST-Strecke
Was versteht man unter dem Begriff Bradykardie?
Pulsverlangsamung
Welcher Frequenz in Hz entspricht eine Herzfrequenz von 60 Schlägen pro Minute?
60 Schläge/min : 60s = 1 Schlag/s = 1 Hz
Welche Gerätekomponenten benötigt man für ein Belastungs-EKG?
EKG-Gerät + Fahrradergometer
Wozu dient ein Langzeit-EKG?
z.B. Diagnostik von Herzrhythmusstörungen, Herzrhythmusanalyse bei Patienten mit erhöhtem Risiko, Therapie(erfolgs)monitoring.
Wie lange sollte die Aufzeichnungsmöglichkeit eines Langzeit-EKG-Gerätes mindestens sein?
24h
Nennen Sie zwei Aufzeichnungsprinzipien von Langzeit EKG-Geräten
Bandgerät: Aufzeichnung auf Medium im Audiokassettenformat mit z.B. 1mm/s Bandgeschwindigkeit
Festspeicher: Digitale Speicherung in Halbleiterspeicher, z.B. batteriegepufferter RAM oder sog. Flash-Memory (nichtflüchtig)
Wieviele Aufzeichnungskanäle sollte ein Langzeit-EKG-Gerät mind. haben?
2-3 Kanäle
Was versteht man beim Langzeit EKG-Recorder unter einer Markierungstaste und wozu dient sie?
Markierungstaste (Eventmarker) für den Patienten, um Zeitpunkte besonderer Ereignisse z.B. Herzproblem oder Anstrengungsphase zu kennzeichnen, damit dies bei der Auswertung berücksichtigt werden kann.
Was versteht man unter einem sog. Elektromyogramm (EMG)?
Klausur, WDH
Die Aufzeichnung der Muskelerregung von Körpermuskeln entsprechend der Aufzeichnung der Herzmuskelerregung beim EKG
In welchem Frequenzbereich liegen die interessierenden EMG-Signale?
Die Frequenzen liegen bei 5 bis 1000 Hz mit einem Intensitätsmaximum bei 150 bis 300 Hz
Welche Unterschiede bestehen bzgl. der Signalausbreitungsrichtung zwischen Nerven- und Muskelfasern?
Nervensignale: Werden über das Axon nur in eine Richtung weitergeleitet
Muskelfasern: Erregung breitet sich in beide Richtungen der Faser aus und erfasst so alle Faserzellen
Von welcher Größe hängt die makroskopisch messbare Stärke (Kraft) der Muskelerregung ab?
Hängt von der Häufigkeit der Anregungsimpulse ab.
Die sog. Anregungsfrequenz bestimmt, also die Größe der Kraft dieser motorischen Einheit.
Nennen Sie mind. 2 typische Einsatzbereiche für EMG-Geräte
Neurologische Rehabilitation in der Neurochirurgie
HNO-Heilkunde (Innenohrerkrankungen s.o.)
Wie unterscheidet sich eine monopolare Messung mit mehreren EMG-Elektroden von einer bipolaren Messung mit mehreren EMG-Elektroden?
Monopolaren Messung (Messung gegen ein Bezugspotential):
Die Messelektroden werden auf der Muskeloberfläche verteilt angeordnet und die Gegenelektrode etwas abgesetzt, damit sie die Muskelaktivität selbst nicht erfasst
Bipolaren Messung:
Es wird i.d.R. von jedem Messverstärker die Differenz zwischen zwei örtlich benachbarten Elektroden aufgenommen
Warum misst man bei einer EMG-Messung mit Nadelelektroden auch höherfrequente Siganlanteile, die bei einer Messung mit Oberflächenelektroden nicht zu messen waren?
Bei der invasiven Messung mit Nadelelektroden misst man höherfrequente Signalanteile, weil eine geringere Mittelung stattfindet, die letztlich einer Tiefpassfilterung entspricht.
Warum berechnet man beim EMG eine mittlere momentane Amplitude (also Mittelung über ein Zeitfenster)?
Man erhält eine, die ursprüngliche EMG-Kurve, umhüllende Kurve, die im direkten Zusammenhang zur Kraft des Muskels steht. Da die tatsächliche Muskelkraft ebenfalls gemessen wird, kann sie dieser EMG-Aktivitätskurve gegenübergestellt werden.
Wie misst man die sog. Leitgeschwindigkeit eines Nervs oder Muskels?
Man reizt elektrisch zu einem bekannten Zeitpunkt 𝑡0 einen Nerven (oder Muskel) an verschiedenen Punkten 𝑃1, 𝑃2 und 𝑃3 und misst die Zeitverzögerungen 𝜏1, 𝑡𝑎𝑢2 und 𝑡𝑎𝑢3 bis sich am EMG-Messort eine EMG- ergibt.
Wie bezeichnet man die Methode der Nervenleitgeschwindigkeitsbestimmung?
Neurographie
Was misst man mit der Elektroneurographie?
WDH
Zum Beispiel die Nervenleitgeschwindigkeit
Welche weiteren Messungen können neben der Messung von Nervenleitgeschwindigkeiten mit Hilfe der Neurographie gemessen werden?
Funktion komplexerer Nervenverschaltungen
Was versteht man unter sog. Evozierten Potentialen?
Die Messung der elektrischen Reaktion in Nerven und Gehirn auf Reizungen von Sinnesorganen, die dann wiederum wie beim EMG abgeleitet werden.
Wofür steht VEP, AEP, SEP, MEP?
VEP: Visuell evozierte Potentiale
AEP: Akustisch evozierte Potentiale
SEP: Somatosensibel evozierte Potentiale
MEP: Motorisch evozierte Potentiale
Wann/wofür werden evozierte Potentiale u.a. verwendet?
Multiple-Sklerose Diagnose
Diagnose bei bewusstlosen Patienten
Hirntoddiagnostik mit AEP und SEP
Mit welchen Signalen wird bei der VEP-Messung stimuliert?
Reizung: Blitzlampe oder Monitor mit speziellem Lichtmuster, z.B. mit 1 Hz oder 14 Hz invertierendes Schachbrettmuster.
Mit welchen Signalen wird bei der AEP-Messung stimuliert?
Anregung durch z.B. über Kopfhörer mittels kurzer Click-Reize von 0,1 - 0,3 s Dauer.
—> Der Kopfhörer muss elektromagnetisch gut abgeschirmt sein
Welche Signale werden bei der AEP-Messung weitergeleitet, umgewandelt und schließlich gemessen?
Mechanische Reizung der Basilarmembran im inneren Ohr (Cochlea) durch Schallwellen
—> Die Haarzellen in der Cochlea wandeln diese mechanischen Reize in messbare elektrische Reize um.
Welcher Leitmechanismus wird bei der MEP-Messung untersucht?
Überprüfung der zentralmotorischen Bahn vom Gehirn zu den Muskeln (Umkehrung des SEP).
Wie wird beim MEP der weiterzuleitende Reiz im Gehirn erzeugt?
Stimulation des motorischen Kortex mittels eines magnetischen Impulses (Magnetstimulator).
Nennen Sie die typischen Einsatzgebiete von EEG-Geräten (mind. 3)
Neurologie
Psychiatrie
Epilepsiezentren (s. EEG-Überwachungszentrale)
bei Schlafstörungen (Schlaf-EEG)
bei Medikamentenstudien (Pharmako - EEG)
Was versteht man unter einem 10-20-Ableitschema?
Eine standardisierte Anordnung der Ableitelektroden bei der EEG-Messung
Was wird durch das EEG letztlich dargestellt?
Da die Funktionen des Gehirns wie Sinneswahrnehmung, Sprache, Gedächtnis etc. an bestimmten Orten des Kortex gebunden sind, wird durch das EEG quasi eine, wenn auch sehr grobe, Aktivitätskarte für diese verschiedenen Funktionen ermittelt.
Wie lang dauert eine typ. EEG-Aufnahme?
10-20min
Wie werden die vier Frequenzbänder bezeichnet, nach denen die EEG-Signale spektral unterschieden werden können?
<4 Hz δ-Wellen
4 - 7 Hz θ-Wellen (Theta-Wellen)
8 - 13 Hz α-Wellen
14 - 30 Hz β-Wellen
>30 Hz γ-Wellen
Von welchen Parametern hängt die Frequenz der gemessenen Hirnwellen ab?
Alter/Reifegrad
Was wird durch das sog. Leistungsdichtespektrum des EEGs beschrieben?
Die spektrale (über die Frequenz aufgetragene) Verteilung der EEG-Signalleistung (∼𝑢2).
Was kann z.B. aus der Verschiebung des Schwerpunktes des spektralen Leistungsdichtespektrums abgeleitet werden?
Lage des Schwerpunktes ist ein Maß für den Wachzustand
Wie bezeichnet man die direkte Ableitung von EEG-Signalen von der Hirnoberfläche durch aufs Hirn aufgelegte Elektrodenarrays?
Elektrokortikogramm
Was versteht man unter einem sog. topographischen EEG?
Computerunterstützte Auswertung zur Verbesserung der räumlichen Darstellung mit farblicher Codierung der Signalamplitude.
Was ist bei einer elektronischen Speicherung neben der Zuverlässigkeit/Haltbarkeit des Datenträgers zu beachten?
Die Lesbarkeit des Datenformates in 10 Jahren!
—> D.h. Bei Übergang zu moderneren Systemen sind die vorhandenen Konvertierungstools zu nutzen, um Daten auch im jeweils aktuellen Format verfügbar zu machen.
Wie unterscheidet sich das EMG vom EEG und EKG?
EMG:
Die Aufzeichnung der Muskelerregung von Körpermuskeln entsprechend der Aufzeichnung der Herzmuskelerregung beim EKG.
EKG:
Es werden die Spannungen auf der Körperoberfläche an Ableitpunkten auf verschiedenen Äquipotentiallinien gemessen.
EEG:
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