Oszillographie

Medizinische Expertise: Dr. med. Nonnenmacher
Qualitätssicherung: Dipl.-Biol. Elke Löbel, Dr. rer nat. Frank Meyer

Letzte Aktualisierung am: 22. August 2024

Dieser Artikel wurde unter Maßgabe medizinischer Fachliteratur und wissenschaftlicher Quellen geprüft.

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Die Oszillographie ist ein in der Bevölkerung eher unbekanntes und zugleich stark unterschätztes medizinisches Verfahren. Die Oszillographie wird zumeist bei Durchblutungsstörungen angewendet. Besonders Volumenänderungen von Gewebe und das Ein- Und Auströmen von Blut stehen hier im Fokus.

Was ist die Oszillographie?

Zur Durchführung einer Oszillographie wird ein Oszillograph verwendet, mit dessen Hilfe ein Gefäßchirurg die Vergrößerung des Beinumfangs, die durch den Puls in den Arterien verursacht wird, messen und aufzeichnen lassen kann.

Unter Oszillographie versteht man gemeinhin ein Verfahren, mit dem die arterielle Durchblutung der Hände, Füße und Beine gemessen wird. Zur Durchführung einer Oszillographie wird ein Oszillograph verwendet, mit dessen Hilfe ein Gefäßchirurg die Vergrößerung des Beinumfangs, die durch den Puls in den Arterien verursacht wird, messen und vom Oszillograph aufzeichnen lassen kann.

Die dabei entstehenden Aufzeichnungen werden Oszillogramm genannt und kennzeichnen sich durch stark an- und schnell wieder abfallende Kurven. Heutzutage werden die meisten Oszillogramme digital und nicht mehr analog wiedergegeben. Im Gegensatz zu anderen Verfahren mit denen man die arterielle Durchblutung messen kann, ist die Oszillographie ein nichtinvasives Verfahren.

Das heißt, dass der Arzt dabei nicht in den Körper des Patienten eindringen muss, sondern alles von außerhalb durchführen kann. Aufgrund dessen gilt die Oszillographie als besonders schonendes und risikoarmes Verfahren zur Erkennung von Durchblutungsstörungen.

Geschichte & Entwicklung

Die Oszillographie, ein Verfahren zur Darstellung von elektrischen Signalen als Kurvenverlauf über die Zeit, entwickelte sich im späten 19. und frühen 20. Jahrhundert als eine wichtige Technik in der Elektronik und Physik. Der französische Physiker Jules François Joubert gilt als einer der Pioniere, der bereits in den 1870er Jahren erste Versuche unternahm, elektrische Schwingungen aufzuzeichnen.

Der Durchbruch kam jedoch in den 1890er Jahren mit der Erfindung des Kathodenstrahl-Oszillographen durch den deutschen Physiker Ferdinand Braun. Braun entwickelte das erste Gerät, das elektrische Signale visuell darstellen konnte, indem ein Kathodenstrahl auf eine phosphoreszierende Oberfläche gelenkt wurde. Dieses Prinzip bildete die Grundlage für die Entwicklung von Oszilloskopen, die bis heute in der Elektronik und Messtechnik weit verbreitet sind.

Im Laufe des 20. Jahrhunderts wurden Oszilloskope kontinuierlich verbessert. Besonders in den 1930er und 1940er Jahren, mit dem Fortschritt in der Elektronenröhrentechnologie, wurden die Geräte genauer und zuverlässiger. In den 1950er Jahren kamen die ersten kommerziellen Oszilloskope auf den Markt, die für den Einsatz in Forschungslaboren und der Industrie entwickelt wurden.

Die Entwicklung der Digitaltechnik in den 1970er Jahren führte zur Einführung von digitalen Oszilloskopen, die eine genauere und vielseitigere Analyse von Signalen ermöglichten. Diese Geräte konnten Signale nicht nur in Echtzeit darstellen, sondern auch speichern und weiterverarbeiten, was ihre Anwendungsmöglichkeiten erheblich erweiterte.

Einsatz & Indikation

Eine Oszillographie wird durchgeführt, um elektrische Signale in verschiedenen technischen und wissenschaftlichen Anwendungen zu messen und darzustellen. Sie ist besonders nützlich, wenn es darum geht, die Form, Frequenz, Amplitude oder Phasenverschiebung von Signalen zu analysieren. Die Oszillographie wird in der Elektronik, Physik, Telekommunikation und vielen anderen Bereichen eingesetzt, in denen präzise Messungen elektrischer Phänomene erforderlich sind.

Notwendig wird eine Oszillographie vor allem in der Entwicklung und Fehlersuche von elektronischen Geräten und Schaltungen. Ingenieure nutzen Oszilloskope, um Schaltsignale zu überprüfen, den ordnungsgemäßen Betrieb von Schaltungen sicherzustellen und Abweichungen oder Störungen im Signalfluss zu identifizieren. Beispielsweise kann bei der Entwicklung von Schaltkreisen für Computer, Kommunikationsgeräte oder Medizintechnik die Oszillographie dazu beitragen, sicherzustellen, dass die Signale korrekt verarbeitet werden.

Auch in der Wartung und Reparatur von elektrischen und elektronischen Geräten ist die Oszillographie unverzichtbar. Sie ermöglicht die Diagnose von Problemen, indem sie zeigt, ob die Signale wie erwartet verlaufen oder ob es Anomalien gibt, die auf defekte Bauteile hinweisen.

Darüber hinaus wird die Oszillographie in der Forschung und Entwicklung verwendet, um neue Technologien zu testen und zu verfeinern, sowie in der Ausbildung, um Studierenden die Grundlagen der Signalverarbeitung und Elektronik zu vermitteln.

Vorteile & Nutzen

Die Oszillographie bietet gegenüber anderen Untersuchungsmethoden, insbesondere in der Elektronik und Messtechnik, mehrere entscheidende Vorteile. Einer der größten Vorteile ist die Fähigkeit, elektrische Signale in Echtzeit darzustellen. Dies ermöglicht es Ingenieuren und Technikern, sofort zu sehen, wie ein Signal sich im Laufe der Zeit verändert, was besonders nützlich ist, um periodische oder transient auftretende Phänomene zu erkennen.

Ein weiterer Vorteil ist die hohe Präzision und Genauigkeit der Messungen. Oszilloskope können sehr kleine Veränderungen in der Signalspannung und -frequenz erfassen, was bei der Fehlersuche in komplexen Schaltungen oder bei der Kalibrierung von Geräten entscheidend ist. Im Gegensatz zu einfachen Multimetern, die nur Durchschnittswerte anzeigen, zeigt ein Oszilloskop das vollständige Signalprofil, einschließlich aller Details, wie Wellenform, Spitzenwerte und Übergänge.

Darüber hinaus ermöglicht die Oszillographie die Analyse von Signalverläufen, die für die Diagnose von Problemen in elektronischen Systemen unerlässlich ist. Sie bietet eine visuelle Darstellung, die das Verständnis komplexer Signalinteraktionen erleichtert, was in der Entwicklung und Optimierung von Schaltungen und Systemen von großem Vorteil ist.

Durch die Möglichkeit, Signale zu speichern und weiterzuverarbeiten, bietet die moderne digitale Oszillographie zudem erweiterte Analysemöglichkeiten, einschließlich der Durchführung von Fourier-Transformationen oder der automatisierten Erkennung bestimmter Signalmerkmale. Dies macht die Oszillographie zu einem unverzichtbaren Werkzeug in vielen technischen und wissenschaftlichen Bereichen.

Funktion, Wirkung & Ziele

Eine Oszillographie kann entweder an den Beinen oder aber an den Zehen und Fingern durchgeführt werden. Dabei werden dem Patienten an Fingern und Zehen bzw. an den Beinen und Knöcheln Manschetten angelegt und anschließend aufgepumpt. Die Volumenänderungen in den Arterien der von den Manschetten umschlossenen Körperteile übertragen sich dann auf die Manschetten und von dort aus auf das Messgerät.

Bei der Oszillographie der Zehen und Finger sitzt oder liegt der Patient während der Messung regungslos. Diese Messung dient dazu, mögliche Durchblutungsstörungen in den winzig kleinen Schlagadern der Hände und Füße zu erkennen. Da von Durchblutungsstörungen betroffene Gefäße häufig so klein sind, dass man sie mit anderen Verfahren, wie beispielsweise einer Ultraschalluntersuchung, nicht zuverlässig erkennen bzw. darstellen kann, ist die Oszillographie hierbei besonders hilfreich.

Eine moderne Variante dieser Messung ist die sogenannte akrale Oszillographie, bei der anstatt Manschetten, die aufgepumpt werden, die Durchblutung mit Hilfe von lichtgesteuerten Impulsen gemessen wird. Die akrale Oszillographie wird z.B. zur Diagnostik des Raynaud-Syndroms angewandt, bei der sich die Finger und Hände der Betroffenen aufgrund von Durchblutungsstörungen weiß verfärben.

Bei der Oszillographie der Beine wird der auf dem Rücken liegende Patient nach einer ersten Messung im Ruhezustand zusätzlich aufgefordert je 40 Zehenstände und 20 Kniebeugen zu machen. Nach jeder dieser beiden kurzen körperlichen Ertüchtigungen wird dann eine erneute Messung durchgeführt und mit den beiden anderen verglichen.

Dieser Vergleich ermöglicht es dem Arzt zu überprüfen, ob der Patient entweder nur bei Belastung oder auch im Ruhezustand Durchblutungsstörungen in den Beinen hat. Dieses Verfahren wird unter anderem zur Diagnose der Peripheren Arteriellen Verschlusskrankheit genutzt.

Eine weitere, spezielle Form der Oszillographie ist die sogenannte Funktions-Oszillographie, bei der der Patient während der Messungen bestimmte Bewegungen mit seinem Armen durchführen muss. Dies dient der Aufspürung sogenannter funktioneller Durchblutungsstörungen, also Durchblutungsstörungen, die nur bei bestimmten Bewegungen mit den Armen, etwa dem Verschränken der Arme hinter dem Kopf, auftreten. Alle diese unterschiedlichen Formen der Oszillographie dienen aber lediglich dem Zweck der Erkennung von Durchblutungsstörungen bzw. der Krankheiten, die diese verursachen. Eine Therapie dieser Krankheiten kann die Oszillographie hingegen nicht leisten.

Durchführung & Ablauf

Eine Oszillographie wird mithilfe eines Oszilloskops durchgeführt, um elektrische Signale zu messen und darzustellen. Der Prozess beginnt mit dem Anschließen der zu untersuchenden Schaltung oder des Geräts an das Oszilloskop. Dies erfolgt in der Regel durch spezielle Tastköpfe, die an den Messpunkten der Schaltung oder an den Ausgängen von Geräten angebracht werden.

Sobald die Verbindung hergestellt ist, zeigt das Oszilloskop das elektrische Signal als Wellenform auf seinem Bildschirm an. Die horizontale Achse des Displays repräsentiert die Zeit, während die vertikale Achse die Spannung anzeigt. Dadurch kann der Benutzer sehen, wie sich das Signal über die Zeit hinweg verändert.

Der Bediener kann verschiedene Einstellungen am Oszilloskop vornehmen, um das Signal genauer zu analysieren. Dazu gehört die Anpassung der Zeitbasis (die Dauer, die ein Zyklus des Signals auf dem Bildschirm einnimmt) und des Spannungsbereichs, um das Signal deutlicher darzustellen. Weitere Einstellungen, wie Trigger-Level und Trigger-Modus, helfen dabei, die Anzeige zu stabilisieren und bestimmte Signalereignisse zu isolieren.

Während der Messung kann der Benutzer das Signal in Echtzeit beobachten und auf Veränderungen oder Anomalien prüfen. In digitalen Oszilloskopen kann das Signal zudem gespeichert, weiterverarbeitet und analysiert werden, einschließlich der Durchführung von Messungen wie Frequenz, Amplitude oder Phasenverschiebung.

Am Ende der Untersuchung kann der Benutzer die Ergebnisse dokumentieren, indem er die angezeigten Wellenformen speichert oder ausdruckt, um sie später weiter zu analysieren oder Berichte zu erstellen. Diese Schritte machen die Oszillographie zu einem präzisen und effektiven Verfahren zur Untersuchung elektrischer Signale.

Risiken & Nebenwirkungen

Wie bereits angedeutet, gilt die Oszillographie als ein besonders schonendes und risikoarmes Verfahren zur Erkennung von Durchblutungsstörungen. Nennenswerte Risiken, Nebenwirkungen oder gar Gefahren sind nicht bekannt.

Im Gegenteil: Die Oszillographie bietet im Gegensatz zu weit teureren Verfahren, wie einer CT- oder MRT-Untersuchung, die meist mehrere Hundert Euro kosten, eine sehr viel günstigere und zudem noch genauere Alternative. Denn im Gegensatz zu diesen liefert sie ein sehr genaues Bild über die Qualität der Durchblutung von Beinen, Händen und Füßen und kostet weniger als 10 Euro.

CT und MRT können hingegen nur statische Abbildungen der Gefäße liefern. Doch trotz dieser zahlreichen, offensichtlichen Vorteile und der geringen Kosten weigern sich nach wie vor viele Krankenkassen eine Oszillographie zu bezahlen.

Alternativen

Wenn eine Oszillographie nicht möglich ist oder alternative Verfahren benötigt werden, stehen verschiedene andere Methoden zur Analyse elektrischer Signale und Systeme zur Verfügung.

Eine gängige Alternative ist die Spektrumanalyse. Während die Oszillographie die Wellenform eines Signals in der Zeit domäne darstellt, zerlegt die Spektrumanalyse das Signal in seine Frequenzkomponenten und stellt diese im Frequenzbereich dar. Dies ist besonders nützlich, um Störungen oder unerwünschte Frequenzen in einem Signal zu identifizieren, die durch Rauschen oder Interferenzen verursacht werden können.

Ein weiteres alternatives Verfahren ist die Multimeter-Messung. Ein Multimeter kann Spannungen, Ströme und Widerstände messen, bietet jedoch keine zeitliche Darstellung des Signals. Es eignet sich für grundlegende Diagnosen und zur Überprüfung von Gleichspannungen oder -strömen in einer Schaltung, ist jedoch weniger effektiv bei der Analyse komplexer oder wechselnder Signale.

Logikanalysatoren bieten eine Alternative zur Oszillographie, insbesondere in der digitalen Signalverarbeitung. Sie können die Zustände digitaler Signale aufzeichnen und darstellen, sind jedoch nicht für die Analyse analoger Signalformen geeignet.

In Fällen, in denen die elektrische Analyse nicht möglich oder ausreichend ist, können Infrarotkameras oder thermische Bildgebung verwendet werden, um die Wärmeentwicklung in elektronischen Komponenten zu überprüfen. Diese Methode ist nützlich, um überhitzte oder fehlerhafte Bauteile in einer Schaltung zu identifizieren.

Diese alternativen Verfahren bieten wertvolle Informationen über elektrische Signale und Systeme, auch wenn sie die spezifischen Fähigkeiten der Oszillographie, wie die zeitliche Analyse von Signalverläufen, nicht vollständig ersetzen können.

Quellen

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