Kapitel 1: Sensoren & Biosignale I

Question 1

Was ist messen?

Answer 1

Die experimentelle Bestimmung eines
Messwertes durch quantitativen Vergleich der
Messgröße mit einer Vergleichsgröße

Question 2

Worauf basiert die physiologische Informationsgewinnung?

Answer 2

basiert auf Informationsaustausch :

→ Energie- oder Stoffaustausch

Question 3

Wie lautet die Biologische Messkette?

Answer 3

Biosignal Erfassung → Analog/-Digitalumwandlung→ Biosignalverarbeitung → Analyse & Darstellung → Bewertung & Befundung

Question 4

Was ist ein Biomedizinischer Sensor?

Answer 4

Messfühler zur Erfassung von Lebensvorgängen

und morphologischen Strukturen.

Question 5

Wie funktioniert ein Wandler?

Answer 5

Primäres Messsignal→Wandler→Sekundäres Messsignal
(„Biosignal“)

Eingangsgröße:
➔ physikalisch
➔ elektrisch
➔ chemisch

Ausgangsgröße:
➔ meist elektrisch

Question 6

Nenne 3 Beispiele für den Organismus als Signalwandler?

Answer 6

CT, MRT, Ultraschall

Question 7

Was ist das Ziel von Elektroden ?

Answer 7

Messung von elektrischen Spannungen
(Potentialdifferenzen)
→ Potentiometrische Sensoren

Question 8

Wo ist der Ursprung von Biopotentialen?

Answer 8

Muskelzellen und Nervenzellen

Question 9

Nenne 3 Beispiele für die Messung von elektrischen Signalen und deren Quellen?

Answer 9

Herz → Elektrokardiographie (EKG)
Quelle: Herzmuskulatur
Hirn → Elektroenzephalographie (EEG)
Quelle: Neuronen
Muskeln → Elektromyographie (EMG)
Quelle: Muskel
(Auch Augen und Magen)

Question 10

Was versteht man unter Elektrolyt?

Answer 10

Elektrolyt: chemische Verbindung, die
(teilweise) in Ionen dissoziiert ist und
damit Ionenleitung ermöglicht.

Question 11

Worauf basieren elektrische Ströme im menschlichen Körper?

Answer 11

Elektrische Ströme im menschlichen Körper basieren auf der Ionenleitung.

Question 12

Zellinnere:
höhere Konzentration der positiv
geladenen Kaliumionen (K+)
Außenmedium:
höhere Konzentration positiv
geladene Natriumionen (Na+)

Was ist das Membranpotential? Und wie ensteht es?

Answer 12

Osmose + Undurchlässigkeit der Zellmembran für Natriumionen:

Zellinneren:
Überschuss an negativ geladenen Ionen.

Extrazellularraum:
Überschuss an positiv geladenen Ionen

Entstehung einer Potentialdifferenz an der Grenzfläche: Membranpotential

Question 13

Welche Spannung besteht an der Zellmembran im Ruhezustand?

Answer 13

Etwa -70mV

Question 14

Was passiert, wenn ein Aktionspotential ausgelöst wird und wie hoch ist dann die Spannung an der Membran?

Answer 14

Erregung → Änderungen der Durchlässigkeit der Zellmembran → Änderungen der Membranpotential

Aktionspotential
Spannung beträgt etwa 30mV

Question 15

Was wird mit Makro- und Mikroelektroden gemessen?

Answer 15

Makroelektroden:
Mehrere Zellen→Summenpotential
Messung der Gesamtspannung

Mikroelektroden:
Messung der Spannung an einzelnen Zellen

Question 16

Wie sind Metallelektroden aufgebaut.

Answer 16

● Sie bestehen aus einem Metall (M), das von einer Schicht eines unlösliches Salzes (MX) bedeckt ist
● Das ganze hängt in einer Lösung, die X–Ionen enthält

Question 17

Wie entsteht eine Potentialdifferenz an der Grenzfläche Elektrolyt-Metall? Erkläre am Beispiel Silber/Silberchlorid-Elektrode (Ag/AgCl).

Answer 17

● Metallionen (Ag+) aus dem Metall gehen in das
Elektrolyt (Anziehungskraft Anion ↔ Metallkation)
● Die zugehörigen Elektronen bleiben aber im Metall zurück

Als Folge:
Ladungstrennung & Umverteilung der Ladung
An der Grenzfläche ist die metallische Phase gegenüber der Lösungsphase negativ aufgeladen
→ Überschuss an Elektronen im Metall (-)
→ Überschuss an Kationen im Elektrolyt (+)

Question 18

Bioelektrische Potentiale lassen sich mittels Elektroden ableiten. Nenne das Primär- und das Sekundärsignal.

Answer 18

● Primäres Signal:
zeitveränderliche Biopotentialdifferenzen
● Sekundäres Signal: U(t)
Elektrische Spannung zwischen den Elektroden

Question 19

Potentialdifferenz zwischen zwei Elektroden.

Nenne und beschreibe die zwei Typen von Ableitungen.

Answer 19

Bipolare Ableitung:
Beide Elektroden sind auf elektrisch-aktiven Gebieten platziert
● Beide Punkte sind als „gleichberechtigt“ betrachtet
● Es gibt keinen elektrischen „Nullpunkt“
● Sekundäres Signal: relativer Unterschied UA(t)-UB(t)

Unipolare Ableitung:
● Arbeitselektrode/Messelektrode/Activ-Elektrode
auf elektrisch-aktiven Gebieten platziert(UA(t) )
● Referenzelektrode/Bezugselektrode/Nullelektrode
auf einem elektrisch eher als inaktiv einzuschätzenden Gebiet platziert
U(t) liefert Information über UA(t)