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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Elektrodenanordnung zum nicht-invasiven
Messen bioelektrischer Signale, insbesondere EEG-Elektrodenanordnung
(EEG – Elektroenzephalografie).
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Hintergrund der Erfindung
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Derartige
Elektrodenanordnungen ermöglichen die Messung bioelektrischer
Signale an Lebewesen. In der Ausprägung als EEG-Elektrode
werden sie eingesetzt, Gehirnströme zu messen. Sie sind
in verschiedenen Ausführungsformen bekannt.
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Zunächst
ist es bekannt, EEG-Elektroden zum Durchführen einer Messung
von Gehirnströmen in Halterungen anzuordnen, die ihrerseits
an einer Kappe oder einer Netzstruktur gebildet sind. Die Kappe
oder die Netzstruktur werden dem Probanden dann auf den Kopf gesetzt.
Derartige Kappen oder Netze sind häufig aus einem gummiartigen
Material gefertigt. Auch die Verwendung von elastischen Fasern zur
Ausbildung einer Netzstruktur kann vorgesehen sein. Nachteil dieser
Art der Anwendung von EEG-Elektroden ist es, dass die Kappe oder
die Netzstruktur häufig einen Druck auf den Kopf des Patienten
ausübt, was vom Träger als unangenehm empfunden
wird und in einigen Fällen sogar zur Behinderung der Durchblutung
im Kopf des Trägers führen kann. Darüber
hinaus ist die Lage der EEG-Elektroden in der Kappe oder der Netzstruktur
festgelegt und kann nicht verändert werden.
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Es
sind weiterhin EEG-Elektroden für eine nicht-invasive Anwendung
bekannt, bei denen die am Kopf anzubringende Elektrodenanordnung
einerseits ein Elektrodenbauteil, welches dem Erfassen der Messsignale
dient, und anderseits Haltemittel umfasst, die zur Befestigung des
Elektrodenbauteils am Kopf des Patienten dienen. Derartige Elektrodenanordnungen
sind beispielsweise in den Dokumenten
WO 01/01857 A1 ,
US 6,640,122 B2 sowie
WO 01/01856 A1 offenbart.
Die Haltemittel dienen hierbei dazu, das Elektrodenbauteil an den
Haaren des Patienten zu befestigen, um so das der Messung dienende
Elektrodenbauteil in die Nähe der Kopfhaut und letztlich
in Kontakt mit dieser zu bringen. Diese Art der Elektrodenanordnung
ist regelmäßig von komplizierter Konstruktion
und deshalb aufwendig in der Herstellung.
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Gehirnstrommessungen
werden nicht nur im medizinischen Umfeld genutzt. Vielmehr wurde
deren Erfassung zum Beispiel auch im Arbeits- und Freizeitumfeld
vorgeschlagen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine verbesserte Elektrodenanordnung zum nicht-invasiven
Messen biolelektrischer Signale zu schaffen, die einfach in der
Handhabung und mit geringem Aufwand herstellbar ist. Darüber
hinaus soll der Tragekomfort für den Patienten verbessert
werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrodenanordnung
zum nicht-invasiven Messen biolelektrischer Signale, insbesondere EEG-Elektrodenanordnung,
nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen
Unteransprüchen.
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Die
Erfindung umfasst den Gedanken einer Elektrodenanordnung zum nicht-invasiven
Messen biolelektrischer Signale, insbesondere EEG-Elektrodenanordnung,
bestehend wenigstens aus einer elektrischen Anschlussleitung und
einem als Mess- und Halteelement ausgeführten Elektrodenbauteil, das
an die elektrische Anschlussleitung gekoppelt ist.
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Mit
der vorgeschlagenen Elektrodenanordnung wird das im Stand der Technik
insbesondere für EEG-Elektroden übliche Konstruktionsprinzip
mit einem Elektrodenbauteil einerseits, welches zum Erfassen der
Messsignale dient, und einem Haltemittel oder -bauteil andererseits,
welches zur Befestigung des Elektrodenbauteils am Kopf des Patienten
dient, auf überraschend einfache Weise überwunden.
Vielmehr ist vorgesehen, dass das Elektrodenbauteil selbst als Mess-
und Halteelement ausgeführt ist und so die Messfunktion
erfüllt und darüber hinaus für eine halteelementfreie
Befestigung am Kopf hergerichtet ist. Üblicherweise erfolgt
die Befestigung des Elektrodenbauteils am Kopf dann mit Hilfe einer
lokal aufzutragenden Paste, Creme oder Emulsion. Auch ein Gel kann
verwendet werden. Der im Stand der Technik zusätzliche
Material- und Herstellungsaufwand für die Haltemittel zur
Aufnahme des Elektrodenbauteils, also beispielsweise die Kappe oder
die Netzstruktur oder die Haltebauteile einzelner Elektroden, wird
eingespart.
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Mit
Hilfe der geschaffenen Elektrodenanordnung ist weiterhin eine verbesserte
Miniaturisierung im Zusammenhang mit Elektrodenanordnungen zum nicht-invasiven
Messen bioelektrischer Signale, insbesondere EEG-Elektrodenanordnungen,
erreicht. Hiermit verbunden ist bevorzugt eine Gewichtsminderung.
Beim Einsatz als EEG-Elektrodenanordnung ist aufgrund der verbesserten
Miniaturisierung eine erhöhte räumliche Abtastung
der EEG-Potentialverteilung auf der Kopfhaut ermöglicht.
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Über
die elektrische Anschlussleitung werden die mittels des Elektrodenbauteils
erfassten Messsignale einer Signalverarbeitung zugeführt,
beispielsweise einer Signalverstärkung. Am hinsichtlich des
Elektrodenbauteils distalen Ende der elektrischen Anschlussleitung
kann ein Anschlussmittel gebildet sein, beispielsweise in Form eines
Steckers. Im einfachsten Fall kann der Anschluss der elektrischen Anschlussleitung
an die weiterführenden Signalverarbeitung aber auch über
ein Drahtende der Anschlussleitung erfolgen.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Elektrodenbauteil
mit wenigstens einer Befestigungsöffnung gebildet ist.
Mit Hilfe der Befestigungsöffnung ist das Elektrodenbauteil
nach einer möglichen Ausgestaltung für seine Haltefunktion
ausgestaltet. Beim Befestigen des Elektrodenbauteils am Kopf des
Patienten dringt in die Befestigungsöffnung die lokal aufgetragene
Creme, Paste oder Emulsion ein, wodurch eine ausreichende lokale
Fixierung des Elektrodenbauteils erreicht wird.
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Bei
einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
kann vorgesehen sein, dass das Elektrodenbauteil aus einem elektrisch
leitfähigen Material gebildet ist. Insbesondere ein Drahtmaterial
kann vorgesehen sein. Als Drahtmaterial kommen beispielsweise das
Material Ag/AgCl, Karbonfasern oder andere elektrisch leitfähige
Materialien zum Einsatz. In einer Ausgestaltung der Erfindung weist
das für die Drahtelektrode verwendete Drahtmaterial einen äußeren
Durchmesser von etwa 0.2 mm bis etwa 0.7 mm, bevorzugt von etwa
0.3 mm bis etwa 0.6 mm auf. Hierdurch wird eine ausreichende Sensitivität
für die Signalerfassung unterstützt.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass
das Elektrodenbauteil mit einem schleifenförmigen Elektrodenabschnitt
gebildet ist. Das Elektrodenbauteil kann in einer Ausgestaltung als
geschlossene Schleife gebildet sein. Beispielsweise ist der schleifenförmige
Elektrodenabschnitt als Drahtschleifenabschnitt hergestellt.
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Bevorzugt
sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass der schleifenförmige
Elektrodenabschnitt einen äußeren Durchmesser
zwischen etwa 1 mm und etwa 3 mm, bevorzugt zwischen etwa 1 mm und
etwa 2 mm aufweist.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass das Elektrodenbauteil mit einem hakenförmigen
Elektrodenabschnitt gebildet ist. Ein äußerer
Durchmesser des hakenförmigen Elektrodenabschnitts kann
zwischen etwa 1 mm und etwa 3 mm, bevorzugt zwischen etwa 1 mm und
etwa 2 mm betragen. Bei der Ausbildung als EEG-Elektrodenanordnung
ermöglicht die vorgesehene Dimensionierung sowohl eine
optimierte Positionierung auf dem behaarten Kopf wie auch eine deutlich
erhöhte räumliche Abtastung der Potentialverteilung.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die elektrische
Anschlussleitung aus einem flexiblen Drahtmaterial gebildet ist.
Das flexible Drahtmaterial weist vorzugsweise eine äußere
elektrische Isolierung auf. Bei dem Drahtmaterial handelt es sich
beispielsweise um Kupfer. Bevorzugt ist das flexible Drahtmaterial
als einadriges Material gebildet. Der äußere Durchmesser
des flexiblen Drahtmaterials beträgt in einer bevorzugten
Ausgestaltung weniger als etwas 70 μm, bevorzugt weniger
als etwa 50 μm. Bei der Ausbildung als EEG-Elektrodenanordnung
ermöglicht die Ausgestaltung für den Tragekomfort
einerseits eine Minimierung des Gewichts sowie andererseits eine
optische 'Unauffälligkeit' der Messung, da derartiges Drahtmaterial
visuell unauffällig im Haar platziert werden kann.
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Eine
bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die elektrische
Anschlussleitung mit einer Länge von wenigstens etwa 30
cm. Zweckmäßig ist die elektrische Anschlussleitung
in einer Weiterbildung mit einer Länge von höchstens
etwa 100 cm gebildet.
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Bei
einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
kann vorgesehen sein, dass ein Gesamtgewicht für die elektrische
Anschlussleitung und das Elektrodenbauteil geringer als etwa 50
mg, bevorzugt geringer als etwa 40 mg und weiter bevorzugt geringer
als etwa 30 mg ist.
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Eine
vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass
das Elektrodenbauteil haft- oder klebemittelfrei gebildet ist. Im
Unterschied hierzu ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass
Elektrodenbauteil und/oder die elektrische Anschlussleitung mit
Haft- oder Kle bemittel zu versehen, um die Befestigung am Kopf des
Patienten zu unterstützen, was jedoch häufig zu
Verklebungen mit Kopfhaaren führt.
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Bevorzugt
sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass die elektrische Anschlussleitung
haft- oder klebemittelfrei gebildet ist.
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Einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Einwegartikel-Ausführung
vor.
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Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung mit einer elektrischen
An schlussleitung und einem hieran gekoppelten Elektrodenbauteil,
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2 eine
schematische Darstellung eines hakenförmigen Elektrodenbauteils,
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3 eine
graphische Darstellung für gemessene EEG-Signale und
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4 eine
graphische Darstellung von zeitabhängigen EEG-Signalen.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung, die im
gezeigten Ausführungsbeispiel als EEG-Elektrodenanordnung
ausgeführt ist. Bei der EEG-Elektrodenanordnung ist an eine
elektrische Anschlussleitung 1 endseitig ein Elektrodenbauteil 2 gekoppelt.
Das Elektrodenbauteil 2 ist in der dargestellten Ausführung
als eine EEG-Drahtelektrode mit Schleifenform ausgestaltet. In einer
praktischen Realisierung wurde als Drahtmaterial ein Ag/AgCl-Draht
verwendet mit einem äußeren Durchmesser des Elektrodenbauteils 2 von
etwa 3 mm. Die elektrische Anschlussleitung 1 wurde aus einem
Kupferdraht hergestellt, welcher eine äußere elektrische
Isolierung aufweist. Die Länge der elektrischen Anschlussleitung 1 betrug
etwa 50 cm. Der äußere Drahtdurchmesser betrug
etwa 50 μm.
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Gemäß 1 ist
an die elektrische Anschlussleitung 1 weiterhin ein Verbinder 3 gekoppelt, welcher
dazu dient, die EEG-Elektrodenanordnung an eine Signalverarbeitung
anzukoppeln, beispielsweise einen Signalverstärker.
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Bei
der nicht-invasiven Anwendung der EEG-Elektrodenanordnung wird am
Kopf des Patienten lokal eine Creme, eine Paste, eine Emulsion oder ein
Gel aufgetragen, in welches dann das als Mess- und Halteelement
ausgeführte Elektrodenbauteil 2 gedrückt
wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann das
Elektrodenbauteil 2 mit einem Geltropfen versehen und mittels
eines Applikators auf die Kopfhaut aufgebracht. Jeweils dringt die
lokal aufgetragene Substanz dann in eine Befestigungsöffnung 4 in
dem Elektrodenbauteil 2 ein, wodurch dieses befestigt wird. Über
die Substanz wird ein elektrisch leitender Kontakt zwischen dem
Elektrodenbauteil 2, welches die Funktion einer Messelektrode
erfüllt, und der Kopfhaut des Patienten hergestellt, sodass
Gehirnströme erfasst werden können. Ein gleichartiger Einsatz
der EEG-Elektrodenanordnung kann bei Tierversuchen vorgesehen sein.
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Eine
gleichartige Elektrodenanordnung kann für die Messung anderer
bioelektrischer Signale vorgesehen sein, zu denen zum Beispiel das
Elektromyogramm, das Elektrokardiogramm, das Elektrookulogramm,
das Elektrogastrogramm und die galvanische Hautreaktion gehören.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines anderen Elektrodenbauteils 20,
welches als Mess- und Halteelement mit einer hakenförmigen Gestalt
ausgeführt ist. Die Befestigungsöffnung 4 ist nur
teilweise umschlossen, bevorzugt zu wenigstens etwa 2/3. Die hakenförmige
Gestalt unterstützt die Befestigungsfunktion zusätzlich,
da Kopfhaare leichter in die Befestigungsöffnung 4 eintreten
können.
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Die
oben unter Bezugnahme auf 1 als eine
Ausgestaltung beschriebene EEG-Elektrodenanordnung wurde genutzt,
um Gehirnströme zu messen. Die Messergebnisse sind in den 3 und 4 dargestellt.
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3 zeigt
eine graphische Darstellung von gemessenen spontanen EEG-Signalen
bei geschlossenen Augen des Patienten. Kurve 100 wurde
mit einer Standard-EEG-Elektrode aufgenommen. Zum Erfassen der Kurve 200 wurde
die oben unter Bezugnahme auf 1 als bevorzugte
Ausführungsform beschriebene EEG-Elektrode eingesetzt.
Im Bereich der Frequenz von 10 Hz ergibt sich ein ausgeprägtes Maximum,
der so genannte Alpharhythmus, welcher in den Kurven 100 und 200 sehr ähnlich
ist. Die bei höheren Frequenzen auftretenden Unterschiede
der Kurven 100 und 200 beruhen auf der nicht ganz
exakten Übereinstimmung der Messpositionen der Elektroden.
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4 zeigt
eine graphische Darstellung für gemessene evozierte EEG-Signale.
Es sind Hochfrequenzoszillationen gezeigt, die mittels Stimulation des
rechten Median-Nerves ausgelöst werden. Die Gehirnstromantwort
von weniger als etwa 150 nV wurde für etwa 30 ms erfasst.
Die Kurve 300 zeigt die Messung mit Hilfe einer Standard-EEG-Elektrode. Zum
Erfassen der Kurve 400 wurde wiederum die oben unter Bezugnahme
auf 1 als Ausführungsbeispiel genannte EEG-Elektrode
eingesetzt. Es ergibt sich ein nahezu identisches Signalrauschverhalten.
Der Zeitpunkt Null bezieht sich auf den Augenblick der Stimulation.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der
Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl
einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungen von Bedeutung
sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 01/01857
A1 [0004]
- - US 6640122 B2 [0004]
- - WO 01/01856 A1 [0004]