1 Allgemeine Methodik der evozierten Potenziale

H. Buchner, V. Milnik

1.1 Einleitung

Die elektrische Aktivität eines evozierten Potenzials entsteht – abhängig von der Art und Weise der Stimulation – im peripheren oder zentralen Nervensystem. Die auslösenden Reize wirken entweder auf das dazugehörige Sinnesorgan, wie bei den visuell und den akustisch evozierten Potenzialen, oder direkt auf den peripheren Nerv, wie beim somatosensorisch evozierten Potenzial. Umgekehrt erfolgt bei der Untersuchung des motorischen Systems eine transkranielle Aktivierung des motorischen Systems und die Reizantwort des aktivierten Muskels wird gemessen.

1.2 Technische Komponenten

Die Komponenten eines technischen Systems zur Stimulation, Aufzeichnung und Darstellung evozierter Potenziale sind schematisch in ▶ Abb. 1.1 dargestellt. Die Geräte zur Stimulation und Messung evozierter Potenziale unterliegen der Medizingeräteverordnung. Durch den Hersteller erfolgt die technische Abnahme, für die Wartung ist der Benutzer verantwortlich.

Stimulator

• Visuell evozierte Potenziale werden durch visuelle Stimuli,

• akustisch evozierte Potenziale durch akustische Reize ausgelöst,

• somatosensorisch evozierte Potenziale werden üblicherweise durch elektrische Reize evoziert,

• motorisch evozierte Potenziale meist durch die Entladung eines Magnetfeldes.

Der Stimulator ist über einen Trigger, der den Zeitpunkt der Auslösung des Stimulus definiert, an die weitere Signalverarbeitung im Messsystem gekoppelt.

Verstärker Die Ableitung evozierter Potenziale erfolgt mit an geeigneter Stelle platzierten Elektroden, die an einen Differenzverstärker angeschlossen werden. In der klinischen Elektroneurophysiologie sind die Verstärker immer als Differenzverstärker ausgelegt, sodass nur die Differenz der an beiden Eingängen anliegenden Signale verstärkt wird.

Filter Dem Verstärker ist ein Filter angekoppelt, der nur für Frequenzkomponenten, die für die jeweilige Messung von Interesse sind, durchlässig ist.

Signalverarbeitung Zuerst erfolgt die Umwandlung des verstärkten Signals in digitale Zahlenwerte im Analog-Digital-Wandler. Das Herzstück des Systems ist der Mittelwertrechner oder Averager. Evozierte Potenziale sind in der Regel in ihrer Amplitude niedriger als die spontan auftretende, nicht reizgekoppelte Aktivität. Die Mittelwertrechnung reduziert die nicht reizgekoppelte Aktivität und hebt so das reizabhängige evozierte Potenzial aus der Gesamtaktivität hervor. Die Darstellung eines evozierten Potenzials erfolgt in einem Zeit-Amplituden-Diagramm.

1.2.1 Elektroden

Elektrodenarten Für die Ableitung evozierter Potenziale werden becherförmige Oberflächenelektroden oder Nadelelektroden verwendet. Oberflächenelektroden sind meist aus gesintertem Silber/Silberchlorid hergestellt. Diese Elektroden zeichnen sich durch einen gleichmäßigen Übergangswiderstand zwischen dem leitenden Gewebe und der Elektrode über den gesamten interessierenden Frequenzbereich aus. Nadelelektroden bestehen meist aus rostfreiem Stahl. Sie haben den Vorteil, dass sie sehr schnell platziert werden können, und gewährleisten einen guten und konstanten Übergangswiderstand.

Übergangswiderstand Der Elektrodenübergangswiderstand sollte möglichst unter 5 kΩ liegen. In der Praxis sind Übergangswiderstände bis zu 20 kΩ tolerabel. Zu hohe oder zu unterschiedliche Elektrodenübergangswiderstände innerhalb einer Messung können zu Störungen führen. Ein hoher Elektrodenübergangswiderstand führt zu Amplitudenverzerrungen und begünstigt eine elektromagnetische Induktion, wodurch 50-Hz-Stromnetz- und Stimulusartefakte eine größere Amplitude erreichen.

Erdung Während der Ableitung muss der Proband/Patient aus Sicherheitsgründen an eine Erdelektrode angeschlossen werden. Diese sollte möglichst großflächig sein, um einen guten und sicheren Hautkontakt zu gewährleisten. Bei der elektrischen Stimulation hat es sich bewährt, die Erdelektrode zwischen den Stimulus- und den Ableitelektroden zu platzieren.

Kabelverbindungen Kabelverbindungen sollten vor jeder Messung überprüft werden und Steckverbindungen sollten sauber und korrosionsfrei sein.

Platzierung und Bezeichnung Die Platzierung und Bezeichnung der Elektroden an der Kopfoberfläche richtet sich nach dem internationalen 10–20-System ( ▶ Abb. 1.2). Die Positionen für die Elektroden werden in relativen Abständen von 20% festgelegt, ausgehend von den Bezugspunkten „Nasion“ und „Inion“ in der sagittalen und den präaurikulären Punkten (Tragus am Ohr) in der koronaren Ebene. Zwischenpositionen in Abständen von 10% werden mit den Buchstaben der benachbarten Orte benannt, z.B. CP zwischen C und P.

1.2.2 Differenzverstärker

Evozierte Potenziale haben eine Amplitude von unter 1 bis zu einigen Hundert Mikrovolt. Diese niedrigen Amplituden müssen für eine technische Weiterverarbeitung verstärkt werden.

Funktionsprinzip Verstärker in der klinischen Elektrophysiologie sind Differenzverstärker, die Unterschiede der Spannungen zwischen 2 Eingängen verstärken. In ▶ Abb. 1.3 ist schematisch die Funktion von Differenzverstärkern dargestellt. Liegt am positiven („differenten“) und am negativen („indifferenten“) Eingang des Verstärkers das gleiche Signal an, beträgt die Differenz 0 und es wird kein Signal verstärkt. Liegt am positiven Eingang ein Signal höherer Amplitude als am negativen an, wird die Differenz der beiden eingehenden Signale verstärkt. Liegt am positiven und am negativen Eingang ein unterschiedlich gerichtetes Signal an, wird die Differenz zwischen beiden Potenzialen verstärkt.

Abb. 1.3 Prinzip des Differenzverstärkers mit den beiden Eingängen (+) und (–).

Eingangswiderstand und Gleichtaktunterdrückung Zur korrekten Verstärkung der Amplitude eines gemessenen Signals ist es erforderlich, dass das Verhältnis zwischen dem Elektrodenübergangswiderstand und dem Eingangswiderstand des Verstärkers gering ist. Dies wird erreicht durch einen geringen Elektrodenübergangswiderstand und einen hohen Eingangswiderstand. Moderne Verstärker haben einen technisch vorgegebenen Eingangswiderstand von mindestens 100 MΩ. Bei Differenzverstärkern ist es zudem erforderlich, dass die Verstärkung an beiden Eingängen gleich groß ist. Dann besteht eine hohe Gleichtaktunterdrückung: An beiden Eingängen anliegende gleichphasige Signale werden nicht verstärkt. Dies ist wichtig für die Unterdrückung von externen Störspannungen, vor allem zur Unterdrückung des 50-Hz-Störsignals des Netzstroms. Moderne Verstärker erreichen eine Gleichtaktunterdrückung von mindestens 100 dB.

1.2.3 Filter

Neurophysiologische Signale können Frequenzen von unter 1 Hz bis zu mehreren Hundert Hz beinhalten. Mit Filtern wird erreicht, dass nur für die jeweilige Messung interessierende Frequenzen verstärkt und somit ...