Bioelektrische Signalerfassung

Elektrische Felder treten an verschiedensten Organen auf.  Zahlreiche biologische Funktionen des menschlichen und tierischen Körpers werden durch elektrische Signale gesteuert. Dies reicht von der Erregungsweiterleitung in den Nerven des Gehirns über den Herzschlag bis zur Muskelbewegung. Die Signalstärke ist dabei je nach Organ stark variabel. Eine Messung der an der Hautoberfläche abgeleiteten elektrischen Signale ermöglicht eine nicht-invasive Beobachtung verschiedenster Körperfunktionen. Wesentliche bioelektrische Messmethoden sind:

• Elektrokardiogramm (EKG)
Für das Elektrokardiogramm (EKG) werden die Veränderungen des elektrischen Potentials auf der Körperoberfläche im Bereich des Brustkorbs und der Extremitäten abgeleitet. Die Entstehung dieser Potentiale ist in der Erregung des Herzmuskels (Myokard) begründet. Durch die Kombination mehrerer Ableitungen erhält man ein vektorielles EKG.

  • Elektroenzephaloggramm (EEG)
  • Für das Elektroenzephalogramm (EEG) werden von der Schädeloberfläche Veränderungen des elektrischen Potentials abgeleitet. Die Quelle der Potentiale liegt in der Hirnrinde. Die Entstehung dieser Potentiale ist in den durch synaptische Prozesse im zerebralen Kortex entstehende Ströme begründet.
  • Elektromyogramm (EMG)

Für das Elektromygramm werden die Veränderungen des elektrischen Potentials einzelner Muskeln oder Muskelgruppen auf der Hautoberfläche erfasst.  Die Entstehung dieser Potentiale ist in dem durch die Nerven des Gehirns ausgesandten Signale zur Steuerung der Muskelaktivität begründet.

• Bioimpedanzmessung (IMP)
Die Bioimpedanzmessung ermöglicht durch eine aktive Messung der Reaktion des Körpergewebes auf eine induzierte Spannung eine Beurteilung der Körpereigenschaften. Diese reichen von der Bestimmung der Gewebezusammensetzung bis zur Beobachtung der Herzaktivität. Die Messung basiert auf den unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften verschiedener Gewebearten bzgl. elektrischer Wechselsignale.

Von entscheidender Bedeutung für die Qualität der auf Basis der Messungen erstellten Diagnosen ist die Zuverlässigkeit der einzelnen Komponenten der Vorverarbeitung der biologischen Messkette.  Sie besteht aus dem Biosensor (Messfühler/Wandler), dem Signalfilter- und verstärker und der digitalen Signalverarbeitung. Insbesondere die Auswahl und Platzierung des Messfühlers (Elektrode) an der Körperoberfläche stellt hier eine Herausforderung dar. Thorsis Technologies beschäftigt sich in verschiedenen Forschungsprojekten mit der nicht-invasiven Erfassung und mobilen Verarbeitung bioelektrischer Signale. Gerade im Veterinärbereich ist die Entwicklung geeigneter dedizierter Lösungen noch eine technische Herausforderung. Hier arbeitet die Firma im Verbund mit veterinärmedizinischen und technischen Partnern an telemetrischen Lösungen und der Entwicklung von Wearables im Großtierbereich.