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Biosignale - Aufnahmekette
Anforderungen an die Aufnahmeeinrichtung der Biosignale
- Das Ableitverfahren und die Aufnahmeeinrichtung soll den Patienten möglichst wenig belasten (hoher Tragekomfort).
- Das Biofeld/ -signal darf bei der Aufnahme durch "Energieentzug" nicht deformiert werden, z.B. durch niederohmige Verstärkereingänge.
- Das abgeleitete Biosignal soll in der Aufnahmekette nicht verzerrt werden, z.B. durch minderwertige Verstärker o.ä.
- Bereits bei der Aufnahme des Biosignals soll möglichst eine gute Trennung zwischen dem Biosignal (Nutzsignal) und den Störsignalen (u.a. elektromagnetische Störfelder aus der Umwelt) erzielt werden.
Ableitelektroden
Elektrisches Ersatzschaltbild der Übertragungsstrecke Körper → Ableitelektrode
- Körper (Körperwiderstand Rk, Stör- und Nutzquelle Us und UN)
- Haut (Impedanz: RH||CH)
- Kontaktstelle (Impedanz: RÜ||CÜ, Polarisationsspannung UP).
Ausführungsformen
- Polarisierbare Elektroden
- Nicht polarisierbare Elektroden
Impedanz der Ableitelektroden
Das Diagramm zeigt die Impedanz der polarisierbaren (Kurve A) und nichtpolarisierbaren (Kurve B) Ableitelektroden.
Anforderungen an Ableitelektroden
Das jeweilige elektrische Potential eines Biosignals dem Verstärker niederohmig und verlustfrei zuzuführen.
Problematisch:
- Kontaktstelle Elektrode / Gewebe
- Der pH-Wert eines Pflasters liegt bei ca. 5,5. Es ist somit kein Isolierband. Die Leitfähigkeit bei Metallen wird durch Elektronen erreicht, bei Gewebe (Zellen) durch Ionen.
- Je nach Material der Elektroden werden in der Grenzschicht Elektrode/ Gewebe Ladungsträger in unterschiedlichem Maß angehäuft. Dann spricht man von polarisierbaren Elektroden.
- Polarisierbare Elektroden werden nur für spezielle Fälle eingesetzt. Sie sind besonders für hohe Frequenzen geeignet.
- Bei nicht polarisierbaren Elektroden ist ein Transport von Ladungen über die Kontaktstelle hinweg möglich. Diese Elektroden werden sehr häufig eingesetzt.
- Damit die Elektrodenmaterialien verglichen werden können wird die Elektrodenspannung gegen die Referenzspannungselektrode Wasserstoff (H2) angegeben.
Elektrochemische Spannungen verschiedener Elektrodenmaterialien
| Material |
Art |
Spannung in V |
| Platin |
Pt/Pt +++ |
metallisch |
+ 1,20 |
| Kupfer |
Cu/Cu + |
metallisch |
+ 0,52 |
| Silber/Silberchlorid |
Ag/AgCl |
nichtmetallisch |
+ 0,222 |
| Wasserstoff |
H2/2H + |
nichtmetallisch |
0,000 |
| Eisen |
Fe/Fe ++ |
metallisch |
- 0,05 |
| Nickel |
Ni/Ni ++ |
metallisch |
- 0,25 |
| Cadmium |
Cd/Cd ++ |
metallisch |
- 0,40 |
| Chrom |
Cr/Cr +++ |
metallisch |
- 0,71 |
| Zink |
Zn/Zn ++ |
metallisch |
- 0,71 |
| Aluminium |
Al/Al ++ |
metallisch |
- 1,69 |
| Lithium |
Li/Li ++ |
metallisch |
- 3,00 |
Einflußgrößen des Übergangs Elektrode / Gewebe
- Die Polarisationsspannung UP ist abhängig vom Elektrodenmaterial und der Temperatur, z.B. Ag/AgCl=0,6mV/K.
- Die Übergangskapazität CÜ ist abhängig von der Elektrodenfläche und der Temperatur. CÜ steigt bei Elektroden mit kleiner elektrochemischer Spannung.
- Der Übergangswiderstand RÜ ist abhängig von der Elektrodenfläche, sowie vom Elektrodenmaterial.
Größenordnungen (Anhaltswerte):
Polarisierte Elektroden: Impedanz bei f=100Hz über 1.000W/cm²
Nichtpolarisierte Elektroden: Impedanz bei f=100Hz einige 100W/cm²
Material
Polarisierte Elektroden finden auf Grund ihrer niederohmigen Übergangskapazitäten erst bei hochfrequenten
Anwendungen ihren Einsatz.
Nichtpolarisierte Elektroden sind meist Silberelektrodenschichten oder gesinterte Kalotten aus Silber/
Silberchlorid (Ag/AgCl).
Ausführungen von Ableitelektroden:
a, b Klebeelektroden
c, d Einstichelektroden
1 Klebering
2 Schaum mit Leitpaste
3 Ag/AgCl-Kalotte
4 Träger
5 Zuleitung.
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