Mustererkennung in komplexen Signalen in Echtzeit durch die

Anwendung der Methoden der Künstlichen Intelligenz

und den Einsatz leistungsfähiger Multiprozessorsysteme

G. Roscher, ICS Dr. G. Roscher GmbH, Am Kirchberg 6, D - 39326 Klein Ammensleben, Tel.: +49 39 202/52 12-6, Fax: -8,

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0. Kurzfassung

Die Erkennung und Bewertung komplexer Signale wie das vielkanalig abgeleitete EKG bzw. EEG spielt in der Medizin eine wesentliche Rolle. Die Signale beschreiben die unterliegenden Erregungsprozesse des Herzens bzw. des Gehirns. Dadurch kann der Zusammenhang zwischen der Ausprägung der Signale und der unterliegenden Funktionalität ebenso erkannt werden wie Störungen in den Signalen und die sie verursachenden Prozesse.

Bisher wurden in erster Linie frequenzanalytische Verfahren zur numerischen Bewertung der einzelnen Signale angewendet. In den letzten Jahren wurden verstärkt auch die Verfahren zur Lokalisation entwickelt, die eine kanalübergreifende Betrachtung erfordern. Die Ermittlung der Lokalisation erfordert außerordentlich hohe Rechenleistung und kann (noch) nicht in Echtzeit erfolgen, da die verwendeten Modelle sehr kompliziert sind.

Besonders beim EEG ist die Echtzeitanalyse interessant, um Reaktionen sofort zu bewerten und Zusammenhänge mit den unterliegenden Informationsprozessen unmittelbar herzustellen.

Aus diesem Grund wurde das EEG-System BrainScope entwickelt. Basis ist ein leistungsfähiges Multiprozessorsystem, dessen Architektur an die Erfordernisse der Echtzeitverarbeitung derartiger Signale ebenso optimal angepaßt wurde wie das verwendete Verstärkersystem. Die Verstärker mit einem Eigenrauschen von kleiner 0.5 µV und einer hohen Gleichtaktunterdrückung ermöglichen die präzise Signalerfassung auch im offenen Feld.

An das Multiprozessorsystem sind zwei oder mehr PC angeschlossen, die die abgeleiteten Daten und erzielten Resultate unmittelbar präsentieren und speichern sowie durch die Anwendung von Multimedia-Technologien zur zeitkritischen Reizgabe genutzt werden (Sound, Texte, Bilder und Video). Die Signalanalyse erfolgt mit Hilfe international bewährter, standardisierter Verfahren (FFT, Kohärenz, Mapping) durch die  Integration des EEGSYS des National Institute of Mental Health / Washington - USA und die Echtzeitanalyse und -erkennung nach einem patentierten Verfahren unter Anwendung der Fuzzy-Logic und Methoden der Künstlichen Intelligenz.

Schwerpunkt der Erkennung der Signale im EEG stellen die auf einen Reiz bezogenen ereigniskorrelierten Potentiale (Event Related Potentials - ERP's) dar. Hier ist die Erkennung der ERP's, die nach dem bisherigen Stand der Wissenschaft durch Mittelung einer Vielzahl von auf ein Ereignis bezogener EEG-Signale erfolgt, im single trial, d. h. unmittelbar nach dem Reiz möglich. Dadurch werden neue Einblicke in die Funktionalität des menschlichen Gehirns gestattet.

Die Anwendung dieser Verfahren und Technologien für das hochgenau abgeleitete EKG durch das EKG-System HeartScope bieten den Vorteil, daß die Funktionalität des EKG-Signals weitgehend bekannt ist und interpretiert werden kann. Die hohe Präzision der Signalerfassung und Verarbeitung ermöglicht die Erkennung von pathologischen Erregungen des Herzens auch bei psychischer Belastung in Echtzeit.

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