-
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Elektrostimulation in medizinischen und nichtmedizinischen Anwendungen, beispielsweise zum Messen oder Einleiten von Strömen in Muskeln oder Nerven, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Elektroden der vorgenannten Art für die Elektrostimulation von Muskeln oder Nerven sowie zum Messen oder Einleiten von Strömen bei Menschen und Tieren sind allgemein bekannt. Die Elektroden sind üblicherweise entweder mit fest montierten Kabeln versehen oder weisen Anschlüsse wie Buchsen oder dergleichen zum Anstecken von Kabeln zum Verbinden der Elektroden mit Mess- oder Therapiegeräten auf.
-
Zur Übertragung von Strömen zwischen der Elektrode und der Haut weisen die Elektroden jeweils eine leitende, meist metallische Kontaktfläche auf, auf der ein elastisches Pad mit einer Speicherkapazität für einen flüssigen oder gelförmigen Elektrolyten angebracht wird. Um eine definierte elektrisch leitende Verbindung zu gewährleisten, wird das elastische Pad vor Beginn der Anwendung mit einem Elektrolyten wie isotonischer Kochsalzlösung oder dergleichen getränkt.
-
Aus der
DE 10 2007 046 886 A1 ist ein flächiges Elektrodenpad zum in Anlage mit dem menschlichen Körper Bringen bekannt, mittels dem Strom-Impulse zur Stimulation von Muskeln übertragen werden sollen. Da dieses Elektrodenpad über der Sportbekleidung getragen wird und somit nicht direkt auf der Haut aufliegt, soll das Pad über einen Flüssigvorrat verfügen, der unter Druck die getragene Sportkleidung nässt, wodurch der Durchfluss der Strom-Impulse gewährleistet werden soll.
-
Eine Elektrode für den medizinischen Gebrauch ist aus der
US 4 092 985 A bekannt, wobei die Elektrode aus einer Metallschicht besteht, die zwischen einer Abdeck-Schicht und einer Gewebeschicht angeordnet ist. Auch aus der
US 4 852 572 A und der
US 5 337 748 A ist jeweils eine Elektrode für den medizinischen Anwendungsbereich bekannt, wobei die Elektroden auf einem Basis-Layer aufgebracht und von einem Gel-Layer abgedeckt sind.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode für die Elektrostimulation, beispielsweise für medizinische Anwendungen wie das Messen oder Einleiten von Strömen in Muskeln oder Nerven, insbesondere für die transkranielle Elektrostimulation, aber auch für nichtmedizinische Anwendungen, beispielsweise auf dem Gebiet der Kognitionsforschung, anzugeben, die einerseits eine gleichmäßige Kontaktierung über die gesamte Elektrodenfläche ermöglicht und gleichzeitig den unerwünschten Austritt von Elektrolyt aus dem elastischen Pad verringert oder verhindert.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrode mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Bei einer Elektrode für Elektrostimulation, die ein elastisches Pad mit einer Speicherstruktur für einen Elektrolyten umfasst, das eine Vorderseite zur Anbringung der Elektrode auf der Haut eines Lebewesens und eine Rückseite zur elektrischen Kontaktierung aufweist, und die weiterhin mindestens eine elektrisch leitfähige Kontaktierungsstruktur umfasst, wird vorgeschlagen, dass das elastische Pad mindestens eine Sperrstruktur zur Behinderung eines lateralen Elektrolytflusses aufweist.
-
Dabei soll unter dem Begriff „lateral“ ein Fließen des Elektrolyten in der Ebene der Elektrode, d.h. parallel zu der mit der Haut in Kontakt tretenden Vorderseite des elastischen Pads, verstanden werden, das möglichst nicht stattfinden soll. Mit anderen Worten wird das elastische Pad mit Strukturen versehen, die das ungehinderte Fließen in dieser Ebene verhindert oder zumindest stark behindert, so dass der Elektrolyt für eine gleichmäßige Kontaktierung der Haut an seinem Ort verbleibt.
-
Gemäß einer ersten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das elastische Pad durch mindestens eine Sperrstruktur in mindestens zwei Teilflächen segmentiert ist. Auf diese Weise werden parallel mehrere Kontaktflächen zur Haut bereitgestellt, die jeweils für sich und gemeinsam eine gleichmäßige Kontaktierung gewährleisten. Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass jede Teilfläche des elastischen Pads eine eigene elektrisch leitfähige Kontaktierungsstruktur aufweist. Beispielsweise kann dazu auf der Rückseite des elastischen Pads an jeder Teilfläche ein Kontakthügel angeordnet sein, der separat elektrisch kontaktierbar ist.
-
Alternativ kann vorgesehen sein, dass alle Teilflächen des elastischen Pads eine gemeinsame elektrisch leitfähige Kontaktierungsstruktur aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Rückseite des elastischen Pads insgesamt elektrisch leitfähig ist oder dass eine zusätzliche elektrisch leitfähige Kontaktfläche mit der Rückseite des elastischen Pads verbunden oder elektrisch kontaktiert ist, wie nachfolgend noch näher ausgeführt wird.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Sperrstruktur den Randbereich des elastischen Pads umschließt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Elektrolyt nicht seitlich aus dem Pad herausgequetscht wird, weil die hier vorgeschlagene Sperrstruktur eine umlaufende seitliche Begrenzung bildet.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mindestens eine Sperrstruktur eine nutartige Vertiefung zwischen zwei benachbarten Teilflächen umfasst. In dieser Ausgestaltung wirkt die nutartige Vertiefung zwischen zwei benachbarten Teilflächen als Sperrstruktur, die den lateralen Elektrolytfluss zwischen diesen Teilflächen behindert.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das elastische Pad aus einem aufgeschäumten Elastomer gefertigt ist. Dabei kann beispielsweise die Speicherstruktur aus offenporigem aufgeschäumtem Elastomer gebildet sein und mindestens eine Sperrstruktur einen Bereich des elastischen Pads umfassen, der aus nicht aufgeschäumtem Elastomer oder geschlossenporigem aufgeschäumtem Elastomer gebildet ist.
-
Beispielsweise kann das elastische Pad aus einem selektiv geöffneten aufgeschäumten Elastomer gefertigt sein, wobei die Speicherstruktur aus aufgeschäumtem offenporigem Elastomer gebildet ist und mindestens eine Sperrstruktur einen Bereich des elastischen Pads umfasst, der aus aufgeschäumtem geschlossenporigem Elastomer gebildet ist.
-
Aufgeschäumtes Elastomer ist nach der der Herstellung in der Regel geschlossenporig. Geschlossenporiges Elastomer eignet sich gut als Sperrstruktur, um lateralen Elektrolytfluss zu verhindern. Für die Speicherstruktur, die den Elektrolyten aufnehmen soll, muss das Elastomer hingegen offenporig sein. Die Poren in den als Speicherstruktur vorgesehenen Bereichen des elastischen Pads können durch selektives Perforieren oder Zusammenpressen geöffnet werden. Mit einem Perforations- oder Presswerkzeug, das nur auf die Speicherstruktur, d.h. auf gegebenenfalls vorgesehene Teilflächen des elastischen Pads, einwirkt und dadurch deren Poren öffnet, welches also beispielsweise selbst Segmente aufweist, die die Form, Anordnung und Größe der Teilflächen definieren, kann eine einfache Segmentierung des elastischen Pads erfolgen, in dem durch die Segmente des Perforations- oder Presswerkzeug selektiv nur Teilflächen des elastischen Pads durch Perforation oder Druck geöffnet werden.
-
Alternativ kann das elastische Pad auch aus einem selektiv aufgeschäumten Elastomer gefertigt sein, wobei die Speicherstruktur aus aufgeschäumtem Elastomer gebildet ist und mindestens eine Sperrstruktur einen Bereich des elastischen Pads umfasst, der aus nicht aufgeschäumtem Elastomer gebildet ist. Auch hier sind die Poren durch gezielte Einwirkung nach dem Aufschäumen des Elastomers zu öffnen, soweit das Elastomer beim Aufschäumen einen geschlossenporigen Schaum bildet.
-
Unter dem Begriff „selektiv aufgeschäumt“ soll dabei verstanden werden, dass mindestens eine der Haut zugewandte Teilfläche der Vorderseite des elastischen Pads durch aufgeschäumtes Material gebildet ist, wobei ein offenporiger Schaum bevorzugt ist, und andere Teilflächen nicht aufgeschäumt sind. Die nicht aufgeschäumten Teilflächen bilden dann Sperrstrukturen, die den lateralen Elektrolytfluss zwischen benachbarten Teilflächen oder, im Falle einer das elastische Pad im Randbereich umschließenden Sperrstruktur, das seitliche Austreten von Elektrolyt behindert. Diese Ausgestaltung kann mit der vorher beschriebenen Ausgestaltung kombiniert sein, d.h. es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass jede Teilfläche durch einen Streifen nicht aufgeschäumten Elastomers oder geschlossenporig aufgeschäumten Elastomers umschlossen ist und zusätzlich zwischen den Teilflächen eine nutartige Vertiefung angeordnet ist.
-
Ist das Elastomer nach dem Aufschäumen geschlossenporig, so kann die elektrische Leitfähigkeit zwischen Rückseite und Vorderseite des elastischen Pads auch dadurch erzielt werden, dass die aufgeschäumten Bereiche nachträglich zusammengepresst oder einfach oder bevorzugt mehrfach perforiert werden, so dass derselbe Effekt erzielt wird wie bei einem offenporigen Schaum, nämlich dass von der Vorderseite bis zur Rückseite eine durchgehende Verbindung des in dem Material gespeicherten Elektrolyten erreicht wird.
-
Die Bereiche, in denen Sperrstrukturen erzeugt werden sollen, also beispielsweise der umlaufende Randbereich des elastischen Pads oder/und streifenförmige Bereiche, die die Vorderseite des elastischen Pads in zwei oder mehr Teilflächen segmentieren, können dadurch erzeugt werden, dass in diesen Bereichen das Elastomer gerade nicht aufgeschäumt wird, so dass das Elastomer im Vergleich zu den anderen, aufgeschäumten Bereichen relativ kompakt und damit flüssigkeitsundurchlässig bleibt, wobei die aufgeschäumten Bereiche der Aufnahme und Speicherung von Elektrolyt und damit der elektrischen Kontaktierung der Haut dienen.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das elastische Pad auf der Rückseite eine durchgehende Schicht aus nicht aufgeschäumtem Elastomer aufweist. Hierdurch kann erreicht werden, dass zur Herstellung der Elektrode nur das elastische Pad selbst erzeugt werden muss, weil der Elektrolyt nicht zur Rückseite des elastischen Pads durchdringen kann.
-
Zur elektrischen Kontaktierung kann das elastische Pad dabei an seiner Rückseite eine oder mehrere, beispielsweise für jede durch Sperrstrukturen begrenzte Teilfläche je eine, elektrische Kontaktierungsstruktur aufweisen, beispielsweise einen Kontakthügel, an den ein elektrisches Kabel angeschlossen werden kann. Mit anderen Worten kann bei dieser Ausgestaltung auf eine zusätzliche elektrisch leitfähige Kontaktfläche verzichtet werden. Eine solche zusätzliche elektrisch leitfähige Kontaktfläche kann aber selbstverständlich auch bei dieser Ausgestaltung vorteilhaft vorgesehen sein.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Elastomer zumindest im Bereich der Speicherstruktur elektrisch leitfähig ist. Gleichzeitig kann vorgesehen sein, dass das Elastomer zumindest im Bereich der Sperrstruktur elektrisch nicht leitfähig ist. Dadurch wird die elektrische Leitfähigkeit des elastischen Pads im Zusammenwirken mit dem darin gespeicherten Elektrolyten weiter verbessert. Die elektrisch nicht leitfähige Ausführung der Sperrstrukturen hingegen verhindert einen Kurzschluss zwischen den einzelnen Teilflächen der Speicherstruktur, so dass für jede einzelne Fläche messbar und erkennbar ist, ob ausreichender elektrischer Kontakt zur Haut besteht. Die elektrische Leitfähigkeit des Elastomers kann dabei beispielsweise dadurch erreicht werden, dass dem Elastomer elektrisch leitfähige Partikel, beispielsweise aus Metall oder Graphit, beigemischt werden.
-
Insbesondere im Zusammenwirken mit einer auf der Rückseite des elastischen Pads angeordneten, durchgehenden Schicht aus nicht aufgeschäumtem Elastomer, bewirkt die Ausführung aus einem elektrisch leitfähigen Elastomer, dass eine elektrische Leitfähigkeit des elastischen Pads mit großer Homogenität erzielt werden kann.
-
Außerdem kann vorgesehen sein, dass das elastische Pad einen umlaufenden elastischen Kragen zur Befestigung des elastischen Pads an der elektrisch leitfähigen Kontaktierungsstruktur aufweist. In diesem Fall stellt beispielsweise ein Metallplättchen eine Grundplatte der elektrisch leitfähigen Kontaktierungsstruktur dar, die mittels Kabeln kontaktiert wird, während das elastische Pad einerseits mit der elektrisch leitfähigen Kontaktfläche in elektrisch leitender Verbindung steht und andererseits den Kontakt zur Haut herstellt.
-
Das elastische Pad übernimmt in diesem Fall lediglich die Vermittlung zwischen der elektrisch leitfähigen Kontaktfläche und der Haut, und das elastische Pad kann in diesem Fall als einmal verwendbares Verbrauchsmaterial wirken, während die zusätzliche elektrisch leitfähige Kontaktfläche immer wieder verwendbar ist. Hierdurch wird auch hohen hygienischen Anforderungen entsprochen.
-
In einer weiteren Ausgestaltung kann dabei vorgesehen sein, dass auf der zusätzlichen elektrisch leitfähigen Kontaktfläche mindestens eine in das elastische Pad hineinragende Kontaktierungsstruktur angeordnet ist. Dadurch wird der elektrische Kontakt zwischen der zusätzlichen elektrisch leitfähigen Kontaktfläche und dem elastischen Pad signifikant verbessert. Ist das elastische Pad in Teilflächen segmentiert, so bietet es sich an, für jede einzelne Teilfläche ein in die jeweilige Teilfläche des elastischen Pads hineinragendes Kontaktelement vorzusehen, das beispielsweise die Form eines Kegels haben kann, der beim Anbringen des elastischen Pads durch leichten Druck die Rückseite des elastischen Pads penetriert.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
-
1 bis 6 Draufsichten beispielhafter Ausgestaltungen von elastischen Pads mit mehreren Teilflächen und Sperrstrukturen, und
-
7 bis 9 Querschnittsansichten beispielhafter Elektroden.
-
Die Darstellungen der 1 bis 6 zeigen verschiedene Ausgestaltungen elastischer Pads 1, die Sperrstrukturen 12 zur Behinderung eines lateralen Elektrolytflusses aufweisen, wobei diese Sperrstrukturen 12 nur schematisch als Striche angedeutet sind, ohne auf deren konkrete Ausgestaltung näher einzugehen.
-
Jedes der gezeigten elastischen Pads 1 ist durch derartige Sperrstrukturen 12 in mehrere Teilflächen 11 unterteilt, wodurch die zwischen je zwei benachbarten Teilflächen 11 angeordneten Sperrstrukturen 12 den lateralen Elektrolytfluss zwischen diesen Teilflächen 11 verhindern.
-
Außerdem ist jeweils eine Sperrstruktur 12 so angeordnet, dass sie den Randbereich des elastischen Pads 1 umschließt, so dass auch der seitliche Austritt von Elektrolyt aus dem elastischen Pad 1 unterbunden wird.
-
In den Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 haben die elastischen Pads 1 jeweils eine kreisrunde Form, während die elastischen Pads 1 in den Ausführungsbeispielen der 5 und 6 quadratisch ausgeführt sind. Andere Formen, beispielsweise ovale oder polygonale Grundformen elastischer Pads 1 sind ebenso möglich und ebenfalls von der Erfindung mit umfasst.
-
Die kreisrunde Grundform des elastischen Pads 1 ist im Ausführungsbeispiel der 1 durch Sperrstrukturen 12 in Form konzentrischer Kreise, im Ausführungsbeispiel der 2 in Form zweier senkrecht aufeinander stehender Durchmesser und in den Ausführungsbeispielen der 3 und 4 durch eine Kombination konzentrischer Kreise und radialer Linien in mehrere Teilflächen 11 segmentiert.
-
Die quadratische Grundform des elastischen Pads 1 ist im Ausführungsbeispiel der 5 durch Sperrstrukturen 12 in Form seitenparalleler Linien in eine matrixartige Anordnung quadratischer Teilflächen 11 unterteilt, während die Teilflächen 11 im Ausführungsbeispiel der 6 durch eine Kombination von Sperrstrukturen 12 in Form eines Quadrats und mehrerer diagonal verlaufender Linien erzeugt sind.
-
Konkrete Ausgestaltungen der Sperrstrukturen 12 sowie der elektrisch leitfähigen Kontaktierungsstrukturen sind in den Ausführungsbeispielen der 7 bis 9 dargestellt.
-
Gezeigt sind jeweils Querschnitte durch die Elektrode, die jeweils ein elastisches Pad 1 und eine elektrisch leitfähige Kontaktierungsstruktur 2 umfasst.
-
Das elastische Pad 1 weist jeweils mehrere Teilflächen 11 auf, von denen in der gewählten Schnittdarstellung jeweils zwei sichtbar sind. Diese Teilflächen 11 sind jeweils durch Sperrstrukturen 12 so voneinander abgegrenzt, dass ein lateraler Elektrolytfluss, d.h. ein Austausch von Elektrolyt, zwischen den aneinandergrenzenden Teilflächen 11 unterbunden ist. Außerdem sind die Randbereiche des elastischen Pads 1 ebenfalls von einer umlaufenden Sperrstruktur 12 begrenzt, so dass ein seitlicher Austritt von Elektrolyt aus dem elastischen Pad 1 unterbunden ist.
-
Das elastische Pad 1 weist eine Speicherstruktur für einen Elektrolyten auf. Diese Speicherstruktur entspricht den Teilflächen 11, die durch einen offenporigen Elastomerschaum gebildet sind. In der gewählten Darstellung der 7 bis 9 stellt die obere Seite der Elektrode die Fläche dar, die mit der Haut in Kontakt gebracht wird.
-
An der Rückseite des elastischen Pads 1, d.h. in der gewählten Darstellung an der Unterseite, befindet sich jeweils eine durchgehende Schicht aus geschlossenporigen Elastomerschaum. Das elastische Pad 1 ist mit dieser Unterseite jeweils an einer Kontaktierungsstruktur 2 angebracht. Diese Kontaktierungsstruktur 2 steht mit der Speicherstruktur in elektrisch leitender Verbindung. Dazu umfasst die Kontaktierungsstruktur 2 jeweils mindestens eine Grundplatte mit mindestens einem Kontaktelement 21, das die leitende Verbindung zu einer Teilfläche 11 herstellt, und mindestens ein Anschlusspin 23 zum Anschluss eines Signalkabels.
-
Im Ausführungsbeispiel der 7 sind auf einer Grundplatte 22 zwei Kontaktelemente 21, die die leitende Verbindung zu je einer Teilfläche 11 herstellen, angeordnet. Alle Sperrstrukturen 12 des elastischen Pads 1, also sowohl die das elastische Pad 1 umschließende Sperrstruktur 12 als auch die zwischen den beiden Teilflächen 11 angeordnete Sperrstruktur 12, bestehen wie die Rückseite des elastischen Pads 1 aus geschlossenporigem Elastomerschaum.
-
Im Ausführungsbeispiel der 8 umfasst die Kontaktierungsstruktur 2 hingegen zwei Grundplatten 22 mit je einem Kontaktelement 21, wobei jedes Kontaktelement 21 die leitende Verbindung zu einer der beiden Teilflächen 11 herstellt. Die das elastische Pad 1 umschließende Sperrstruktur 12 besteht wiederum aus nicht geschlossenporigem Elastomerschaum, während die zwischen den beiden benachbarten Teilflächen 11 angeordnete Sperrstruktur 12 durch eine nutartige Vertiefung zwischen den benachbarten Teilflächen 11 gebildet ist.
-
Im Ausführungsbeispiel der 9 sind wiederum zwei Kontaktelemente 21 auf einer Grundplatte 22 angeordnet, so dass jedes Kontaktelement 21 die leitende Verbindung zu einer der beiden Teilflächen 11 herstellt. Die Kontaktelemente 21 sind in diesem Ausführungsbeispiel kegelförmig, so dass deren Spitzen die aus nicht aufgeschäumtem Elastomer bestehende Rückseite des elastischen Pads leicht penetrieren können.
-
Die das elastische Pad 1 umschließende Sperrstruktur 12 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus nicht aufgeschäumtem Elastomer. Die zwischen den beiden benachbarten Teilflächen 11 angeordnete Sperrstruktur 12 hingegen umfasst eine nutartige Vertiefung zwischen den benachbarten Teilflächen 11 und zusätzlich am Rand jeder Teilfläche je einen Streifen aus nicht aufgeschäumtem Elastomer.
-
Zusätzlich weist bei diesem Ausführungsbeispiel das elastische Pad 1 einen umlaufenden elastischen Kragen 13 auf, mit dem das elastische Pad 1 an der elektrisch leitfähigen Kontaktierungsstruktur 2 befestigt ist.
-
Alle Sperrstrukturen 12 in den Ausführungsbeispielen der 7 bis 9, die aus nicht aufgeschäumtem Elastomer bestehen, sind so ausgeführt, dass sie höher sind als die Speicherstrukturen, d.h. die Sperrstrukturen 12 aus nicht aufgeschäumtem Elastomer überragen die Vorderseite des elastischen Pads 1 und damit die der Haut zugewandte Oberfläche der Speicherstruktur.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- elastisches Pad
- 11
- Teilfläche
- 12
- Sperrstruktur
- 13
- Kragen
- 2
- Kontaktierungsstruktur
- 21
- Kontaktelement
- 22
- Grundplatte
- 23
- Anschlusspin
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102007046886 A1 [0004]
- US 4092985 A [0005]
- US 4852572 A [0005]
- US 5337748 A [0005]
