PPS    EMG-Biofeedbackgerät:  Wichtige Links!

(EMG = Elektromyographie)


Blockschaltung anzeigen   (Klicken auf Foto)

Einführung und Zielsetzung






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. 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.

In diesem Praktikum baut jeder Praktikant selbst ein einfaches einkanaliges EMG-Biofeedback-Gerät, das solche bioelektrische 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. In den Wochen dazwischen und an einem speziellen Nachmittag bereiten sich die Praktikanten in Zweiergruppen für ihre Präsentation vor. Die Arbeit in den Wochen dazwischen besteht durch das allmähliche Lesen der notwendigen Unterlagen als Hausaufgabe. Sinn dieses Lesens ist die persönliche Sensibilisierung für die Elektronik-Inhalte. So gut es mir möglich ist, unterstütze ich diese Vorgehensweise per E-Mail-Kontakte, wenn etwas nicht verstanden wird. Nachdem die Geräte fertig gebaut sind, findet ein gemeinsamer Vorbereitungsnachmittag für die Präsentationen in Zweiergruppen statt. An diesem Nachmittag stehe ich für alle Fragen und Unsicherheiten zur Verfügung. Danach gibt es eine Pause von zwei Wochen, die dazu dient, dass die Zweiergruppen ausreichend Zeit haben sich vollständig für die Präsentationen fertig vorzubereiten. Die Präsentationen der einzelnen Zweiergruppen beträgt je etwa 10 bis 15 Minuten.

Diese Worte können beim einen oder andern den Eindruck erwecken, dass enorm viel Arbeit auf ihn zukommt. Dem ist keineswegs so. Ich weiss, dass in den letzten Semestern der Studentenstress stark zugenommen hat. Ich werde diese Situation selbstverständlich berücksichtigen. Es geht in diesem PPS nicht darum aus dem Studenten im zweiten oder dritten Semester perfekte Elektroniker zu machen. Das wäre auch absolut unrealistisch. Es geht darum, in groben Zügen die Eigenschaften der vewendeten elektronischen Bauteilen und die einzelnen Funktionen der gesamten Schaltung zu verstehen.

Diejenigen Teilnehmer dürfen das Gerät behalten, welche an der Präsentation aktiv mitwirken. Eine Bewertung der einzelnen Präsentationen gibt es nicht. Die bisherige Erfahrung zeigt, dass sich der Einsatz in diesem Rahmen lohnt: Der Praktikant lernt praxisnah elektronische Schaltungtechnik, die ihm für das weitere Studium der Elektrotechnik sehr nützlich ist.

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! Wenn Du diese Zeilen zum ersten Mal liest, empfehle ich Dir, bereits vor Beginn des PPS in diese Links ein wenig hinein zu gucken, und, so wie es Deine Zeit zulässt, etwas drin herum zu lesen. So kriegst Du schon jetzt ein wenig den Eindruck, welches Spektrum an analoger Schaltungstechnik, Du erlernen kannst. Das gilt auch für die Zeit danach, wenn das PPS längst vorbei ist. Diese Elektronik-Minikurse können für Dich, je nachdem welchen Weiterbildungsweg Du einschlägst, weiterhin nützliche und sehr praxisorientierte Helfer sein. Vor allem dann, wenn Du eine Idee praktisch umsetzen willst.

Herzlich willkommen in diesem EMG-PPS!






PPS am Departement Informationstechnologie und Elektrotechnik der ETH-Zürich (D-ITET)

Die folgenden drei WWW-Seiten geben eine kurze Uebersicht, eine kurze Einführung (PDF-Datei) und Online-Anmeldung:




EMG-Aktivitäten am ISI: Die Quelle des EMG-PPS-Praktikum

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:




Wichtige Unterstützung mit dem ELektronik-KOmpendium "das ELKO"




Wozu brauchen wir das ELektronik-KOmpendium (meine Elektronik-Minikurse) im EMG-PPS-Praktikum?

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 wurden bisher am Einführungsnachmittag auch in ausgedruckter Form abgegeben.

NEU! Wichtiger Hinweis: Da es je länger desto mehr üblicher ist, dass Studenten ihre mobilen Laptops an die ETH mitnehmen, werde ich neu eine ZIP-Datei mit allen nötigen Elektronik-Minikursen mit der Einführungs-E-Mail im Anhang versenden. Ich habe mich im Frühjahrs-Semester 2010 bei meinen PPS-Praktikanten erkundigt, ob dies eine realistische Alternative wäre. Dies wurde einstimmig bejaht. Dadurch kann in Zukunft massiv Papier gespart werden und der Arbeitsaufwand für die Vorbereitung des EMG-PPS reduziert sich deutlich.

Wie es zur Zusammenarbeit des EMG-PPS und des ELKO kam, werde ich am Einführungsnachmittag erläutern.

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:




Weitere Empfehlungen aus dem ELektronik-KOmpendium

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:




Weitere Links:   Elektronik (E-FAQ, Schaltungstechnik), EMG (technisch), Verfahrenstechniken (z.B. Löten)




Elektronik-Literaturempfehlungen

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:




Weitere Links zur Elektro-Myographie (EMG)

Grundlagen und Arbeiten

Anwendungen



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 ; 26.04.2010 (NEU: Unterlagen als ZIP-Datei) ; 05.08.2010


Thomas Schaerer
Institut für Signal- und Informationsverarbeitung (ISI)
ETH-Zentrum
CH-8092 Zürich
Schweiz

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