Blockschaltung anzeigen (Klicken auf Foto)
Jede Muskelaktivität kommt durch elektrische Aktionspotentiale der
Muskelnervenfasern zustande. Diese bioelektrischen Signale können
mittels Elektroden gemessen, anschliessend verstärkt und gefiltert und
für Forschungszwecke genutzt werden. Sie eignen sich aber ebenso für
EMG-Biofeedback-Anwendungen. Als Feedbackmethoden kommen meist
akustische und optische in Frage.
In diesem Praktikum baut jeder Praktikant selbst ein einfaches
einkanaliges EMG-Biofeedback-Gerät, das solche bioelektrischen Signale
an der Hautoberfläche aufnimmt, verstärkt, filtert und mittels
Spannungs/Frequenz-Wandlung in hörbare akustische Signale umsetzt.
Dieses PPS-Praktikum besteht aus einem Einführungsnachmittag, wo das
grundlegende Wissen über EMG
vermittelt und die Grundlagen für die Schaltung
gezeigt werden. In den folgenden Nachmittagen baut jeder Praktikant
sein Gerät und am Schluss vertiefen wir uns noch speziell in die
Elektronik, welche gebaut worden ist. Dabei bereiten sich die Praktikanten
in Zweiergruppen für eine einfache Präsentation vor. Dies geschieht
weitgehendst im Praktikum mit meiner Unterstützung. Diejenigen
Teilnehmer dürfen das Gerät behalten, welche an der Präsentation aktiv
mitwirken. Die bisherige Erfahrung zeigt, dass sich der Einsatz lohnt:
Der Praktikant lernt praxisnah elektronische Schaltungtechnik, die ihm
für das weitere Studium der Elektrotechnik sehr nützlich ist.
EMG-Biofeedback wird bei gewissen Myopathien (Muskelerkrankungen)
therapeutisch erfolgreich eingesetzt. Zwei solcher Fälle habe ich bei
einem Einsatz im Zürcher Universitätsspital in den 1970er-Jahren mit einem
von mir gebauten zweikanaligen EMG-Biofeedback-Gerät mitbetreut. In
beiden Fällen konnten signifikante Verbesserungen der Gesundheit der
Patienten festgestellt werden.
Diese Seite, mit vielen Links zu meinen Elektronikminikursen, ist
wichtiger integrierender Bestandteil des EMG-PPS-Praktikum am ISI
(ETH-Zürich). Die angegebenen Links werden zum Studium unbedingt
benötigt!
Für diejenigen Studenten - es sind in der Regel solche aus dem zweiten
oder dritten Semester - welche erst wenige Elektronikkenntnisse haben,
empfehle ich die angegebenen Links bereits vor Praktikumsbeginn etwas zu
studieren. Keine Angst, es wird nicht erwartet, dass alles gleich
verstanden wird. Es gilt: Learning by Doing! Es ist aber vorteilhaft,
sich mit den Inhalten dieser Links etwas vertraut zu machen.
Ihr könnt mich jederzeit per E-Mail kontaktieren, wenn etwas unklar
sein sollte.
Die folgenden drei WWW-Seiten geben eine kurze Uebersicht, eine kurze Einführung (PDF-Datei) und Online-Anmeldung:
Die EMG-Forschungstätigkeit des Institutes für Signal- und Informationsverarbeitung (ISI) der ETH Zürich, ursprünglich in Zusammenarbeit mit der neurologischen Klinik des Universitätspitales Zürich (USZ), und aktuell mit dem Zentrum für Organisations- und Arbeitswissenschaften (ZOA), genauer Physiologie der Arbeitsbefähigung (Arbeitsphysiologie) der ETH Zürich, dauert mit Unterbrüchen mehr als ein Vierteljahrundert. Die EMG-Forschung ist eine Tradition des ISI. Einen kurzen Hinweis findet man in:
Im Manual EMG-BioFeedbackDevice / PPS ETHZ wird nur soviel
Elektronikwissen vermittelt, wie es in meinen
Elektronik-Minikursen
nicht vollständig ist. Im Text und im Schaltschema des Gerätes im
Manual wird mit eckigen Klammern auf meine zutreffenden
Elektronik-Minikurse im ELKO hingewiesen. Diese Elektronik-Minikurse,
im Stile von Workshops, muss man unbedingt lesen! Sie werden am
Einführungsnachmittag auch in ausgedruckter Form abgegeben. Wie es zur
Zusammenarbeit des PPS und des ELKO kam, wird am Einführungsnachmittag
erläutert.
Diesen Abschnitt bitte konzentriert lesen: Ein Beispiel soll
illustrieren wie die Bild/HTM-Text-Zuordnung zu verstehen ist: Im
Schaltschema "Die Schaltung" im Manual sieht man oben links das
Teilschema des Instrumentationsverstärkers (Instrumentation-Amplifier)
mit der Bezeichnung [HTM1]. Ein paar Abschnitte unterhalb dieses
Schaltschema hat es einen Satz wo man ebenfalls [HTM1] liest. Auf
dieser Seite hier, etwas weiter unten, sieht man bei den ersten fünf
Links die Bezeichnungen [HTM1a,1b,1c], [HTM1a,1b,1c], [HTM1a],
[HTM1b], [HTM1c]. Dies bedeutet folgendes: Jede Schaltung eines
Instrumentationsverstärkers hat mit Operationsverstärkern zu
tun. Daraus resultiert: Wenn etwas über Instrumentationsverstärker
gelesen werden muss, gehört unbedingt auch das Grundverständnis (und
etwas Praxis) der Operationsverstärkertechnik dazu. Die Feineinteilung
in a, b und c gibt es allerdings nur in [HTM1]. Bei [HTM2] bis [HTM6]
sind die Bild/HTM-Text-Zuordnungen einfacher. [HTM2] erkennt man in
der Schaltung beim Ueberspannungsschutz mit den Dioden und auf dieser
Seite unter dem Link "Ueberspannungsschutz von empfindlichen
Verstärkereingängen".
Es folgen nun die Links:
(Vertiefung des Thema virtuelle Spannung bzw. virtueller GND!)
Exzellente Datenblatt-Datenbank für Halbleiter! Für den PPS-Praktikanten
der mehr über die ICs in seiner Schaltung wissen will...
Je nachdem welches Grundlagenwissen im Bereich der elektronischen Schaltungstechnik und elektronischen Bauteilen der EMG-PPS-Praktikant mitbringt oder nicht, kann er sich in verschiedenen Rubriken schlau machen. Meine Empfehlungen sind:
Da wir uns in diesem Projekt intensiv mit Operationsverstärkern
befassen, möchte ich an dieser Stelle etwas Literatur empfehlen, die
sowohl etwas Theorie beinhaltet, aber die praktische Umsetzung unbedingt
im Vordergrund stellt:
Upgrades: 13.05.2002 ; 04.06.2002 ; 16.07.2002 ; 23.08.2002 ; 27.10.2002 ; 07.02.2003 ; 10.03.2003 ;14.03.2003(dasELKO) ; 27.03.2003 ; 10.04.2003 ; 11.07.2003 ; 14.09.2003 ; 19.03.2004 ; 30.04.2004 ; 12.07.2004 ; 06.09.2004 ; 08.10.2004 ; 30.12.2004 ; 13.01.2005 ; 24.05.2005 ; 06.06.2005 ; 16.08.2005 ; 08.11.2005 ; 30.01.2006 ; 17.02.2006 ; 05.12.2006 ; 20.04.2007 ; 26.09.2007 ; 01.11.2007 ; 08.11.2007 ; 07.12.2007 ; 13.02.2008 ; 03.04.2008 ; 18.09.2008 ; 27.09.2009
Thomas Schaerer
Institut für Signal- und Informationsverarbeitung (ISI)
ETH-Zentrum
CH-8092 Zürich
Schweiz
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