P&S    EMG-Biofeedbackgerät:  Wichtige Links!

(EMG = Elektromyographie)


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Einführung und Zielsetzung






Jede Muskelaktivität kommt durch elektrische Aktionspotentiale der Muskelnervenfasern zustande. Diese bioelektrischen Signale können mittels Elektroden gemessen, anschliessend verstärkt, gefiltert und für Forschungszwecke genutzt werden. Sie eignen sich aber ebenso für EMG-Biofeedback-Anwendungen. Als Feedbackmethoden kommen meist akustische und optische zum Einsatz. 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 P&S baut jeder Teilnehmer 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.

Das EMG-P&S besteht aus einem Einführungskurstag, wo das grundlegende Wissen über EMG vermittelt und die Grundlagen für die Schaltung gezeigt werden. In den folgenden Kurstagen baut jeder Teilnehmer 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 Kurstag bereiten sich die Teilnehmer 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 Vorbereitungskurstag für die Präsentationen in Zweiergruppen statt. An diesem Kurstag 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. Dabei sind diese 15 Minuten keine strenge Obergrenze...

Diese Worte können bei dem einen oder andern Teilnehmer den Eindruck erwecken, dass enorm viel Arbeit auf ihn zukommt. Dem ist keineswegs so. Ich weiss, dass der Lernstress in den letzten Jahren stark zugenommen hat. Ich werde diese Situation selbstverständlich berücksichtigen. Es geht in diesem EMG-P&S nicht darum aus den Studenten im 3. oder 4. Semester perfekte Elektroniker zu machen. Das wäre zu unrealistisch. Es geht darum, in groben Zügen die Eigenschaften der verwendeten elektronischen Bauteile und die einzelnen Funktionen der gesamten Schaltung zu verstehen lernen.

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

Diese Seite, mit vielen Links zu meinen Elektronik-Minikursen, ist wichtiger integrierender Bestandteil des EMG-P&S 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 EMG-P&S 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 EMG-P&S 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 im EMG-P&S!




P&S am Departement Informationstechnologie und Elektrotechnik der ETH-Zürich (D-ITET)



EMG-Aktivitäten am ISI: Die Quelle des EMG-P&S-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 später mit dem Sensory-Motor-Systems Lab (SMS), früher als "Institut für Hygiene und Arbeitsphysiologie" (IHA) bezeichnet, dauerte mit Unterbrüchen mehr als 20 Jahre. Die EMG-Forschung am ISI hat eine lange Tradition. Bestätigt wird dies auch durch eine Liste von Papers von 1982 bis 2006. Eingesetzt wurde die EMG-Messanlage bis etwa ins Jahr 2011/12. Ein erneuter Einsatz in einem Forschungsprogramm ist jederzeit möglich.

Die Zusammenarbeit besteht meinerseits aus der Betreuung der selbst entwickelten und gebauten analogen Geräte, zur intramuskulären Messung elektromyographischer Signale mit feinen Drahtelektroden. Selbstverständlich sind auch Messungen mit Oberflächen-Elektroden (Hautkontakte) möglich. Für die AD-Wandlung und digitale Signalverarbeitung sind andere Leute zuständig.

EMG-P&S: Wichtige Unterstützung mit dem ELektronik-KOmpendium "das ELKO"



Wozu brauchen wir das ELektronik-KOmpendium (meine Elektronik-Minikurse) im EMG-P&S?

Im Manual EMG-BioFeedbackDevice / P&S 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! Diese wurden bis vor einigen Semestern am Einführungskurstag auch in ausgedruckter Form abgegeben. Dies für den Gebrauch unterwegs.

Wichtiger Hinweis: Da es je länger desto mehr üblicher ist, dass Studenten ihre mobilen Laptops an die ETH mitnehmen, werde ich 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 P&S-Teilnehmern 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-P&S reduziert sich deutlich.

. . . Wie es zur Zusammenarbeit des EMG-P&S und des ELKO kam, werde ich am Einführungskurstag 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 Überspannungsschutz mit den Dioden und auf dieser Seite unter dem Link "Überspannungsschutz von empfindlichen Verstärkereingängen".

Es folgen die Links, welche in enger Beziehung zum EMG-P&S stehen:



Weitere Empfehlungen aus dem ELektronik-KOmpendium

Je nachdem welches Grundlagenwissen im Bereich der elektronischen Schaltungstechnik und elektronischen Bauteilen der EMG-P&S-Praktikant mitbringt oder nicht, kann er sich in verschiedenen Rubriken schlau machen. Meine Empfehlungen sind:



Weitere Links: Elektronik (E-FAQ, Schaltungstechnik, Grundlagen), 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 Theorie beinhaltet, aber auch die praktische Umsetzung fokussiert. Das Problem ist allerdings, dass es einige dieser Bücher nicht mehr gibt und dann höchstens noch in Bibliotheken zur Verfügung stehen. Sicher ist, dass es das erstgenannte Buch (von Tietze/Schenk) auch noch heute mit neuen Auflagen geben wird. Die Beliebtheit ist enorm. Ich denke, dass ebenso das zweite genannte Werk (von Nührmann), das drei Bücher umfasst, noch lange geben wird. Die genannten ELKO-Bücher können jederzeit durch Das ELKO (siehe auch Links unten) bestellt werden. Die anderen Bücher musst Du bei Interesse selbst evaluieren.




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 ; 20.12.2010 ; 01.08.2011 ; 15.09.2012 (PPS->P&S) ; 11.10.2013 ; 22.09.2014 ; 07.02.2015


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

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