Kapazitive Elektroden zur Messung bioelektrischer Signale

Kapazitive Elektroden ermöglichen eine einfache Messung des Elektrokardiogramms (EKG) und Elektroenzephalogramms (EEG). Sie koppeln im Gegensatz zu herkömmlich verwendeten galvanischen Elektroden das Biosignal über einen isolierten kapazitiven Kontakt zum Körper aus. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Charakterisierung des Übertragungsverhaltens dieser kapazitiven Elektroden und der praktischen Anwendung im Bereich der Routine-Diagnostik und spezieller Interface-Systeme am Beispiel des Brain-Computer Interfaces. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte portable EKG-System ermöglicht die Messung mit 15 Elektroden, selbst durch Kleidung hindurch, und verbindet die klassische EKG-Messung mit einem einfachen Zugang zu komplexen räumlichen Darstellungen der Herzaktivität in Form von Body-Surface-Potential-Maps. Das Verfahren wird direkt mit etablierten Verfahren verglichen und anhand realer Patientendaten validiert. Dazu wurden Messungen in klinischer Umgebung durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung der Messungen zwischen kapazitivem und galvanischem Aufbau. Durch die spezielle Anordnung der Elektroden im verwendeten System kann eine deutliche Vereinfachung der EKG-Messung realisiert werden. Die in dieser Arbeit durchgeführte elektrische Charakterisierung der Elektroden und die Beschreibung der Rauschprozesse ermöglicht ein besseres Verständnis der besonders für das EEG benötigten höheren Messempfindlichkeit. Um diese praktisch nachzuweisen, bzw. die Grenzen des Systems aufzuzeigen, wird der Aufbau eines kapazitiven 28-Kanal Helmsystems beschrieben, welches zusammen mit der ebenfalls entwickelten analogen und digitalen Signalverarbeitung EEG-Messungen ermöglicht. Gezeigt werden Messungen der Alpha-Aktivität und visuell evozierter Potentiale. Letztere Signale werden zusätzlich in einem speziellen Aufbau zur Realisierung eines kapazitiven Brain-Computer Interfaces verwendet und damit beispielhaft eine Steuerung eines Modellfahrzeugs demonstriert.