DE19601807C2 - Vorrichtung zur Kontaktierung von Elektroden am Kopf von zu untersuchenden Personen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontaktierung von Elektroden auf der Kopfhaut von zu untersuchenden Personen, vorgesehen insbesondere für DC-EEG-Ableitungen, bei der die Elektroden mit Hilfe von Elektrodenadaptern, die an einer Haube aus Stretchmaterial befestigt sind, auf der Kopfhaut der Person kontaktiert und über Kabel mit einer Auswerteeinheit verbunden werden.

Ableitungen des DC-EEG gewinnen gegenüber dem konventionellen Elektroenzephalogramm zunehmend an Bedeutung für das Verständnis zentralnervöser Mechanismen der Informationsverarbeitung des Menschen. DC-EEG-Ableitungen [DC von: direct coupled amplifiers - Caspers, H. (1993): DC Potentials of the Brain. In: W. Haschke, A.I. Roitbak, E.-J. Speckmann (Eds.) Slow Potential Changes in the Brain. Boston: Birkhäuser, 9-20] erfassen im Gegensatz zum EEG auch die Frequenzbereiche unterhalb 0,5 Hz.

Das parallel zur Handlungsausführung abgeleitete DC-EEG hat gegenüber dem konventionellen EEG, EEG-Frequenzananlysen und dem gesamten Spektrum moderner bildgebender Verfahren (z. B. PET, SPECT) den unschätzbaren Vorteil der feinen zeitlichen Auflösung mit exakt definierbarem Bezug zu gerade ablaufenden Handlungen. Das DC-EEG gestattet die Objektivierung der individuellen Stabilität handlungssteuernder zentralnervöser Prozesse nach Induktion aufgabenirrelevanter Kognitionen und bietet so wichtige Aussagen über die Handlungskompetenz der untersuchten Personen insbesondere in gefahrvollen Situationen. Damit wird das DC-EEG zu einem wichtigen Bestandteil notwendiger Eignungstests für alle kommerziellen und sonstigen Bereiche, in denen Mitarbeiter benötigt werden, die auch unter schwierigen Situationen in der Lage sind, rechtzeitig und richtig zu handeln.

Die breitere Nutzung des DC-EEG für praktische Fragestellungen unterblieb viele Jahre, da im Gegensatz zum konventionellen EEG Einflüsse, die die Ableitung verfälschen, nur mit großem Aufwand beherrschbar waren. Inwischen stehen driftfreie DC-Verstärker und effiziente Software zur Durchführung und Auswertung der Untersuchungen vergleichsweise kostengünstig zur Verfügung. Als Ableitelektroden sind gesinterte Silber/Silberchloridelektroden, die in Kunststoff eingegossen sind, aufgrund ihrer elektrischen und mechanischen Eigenschaften akzeptiert (Cooper, R., Osselton, J.W. & Shaw, J.C. (1984): Elektroenzephalographie: Technik und Methoden. Stuttgart, New York: Fischer, Trimmel, M. (1990): Angewandte und experimentelle Neuropsychologie. Berlin, Heidelberg, New York: Springer). Dagegen gestaltet sich das Anbringen der Elektroden aufwendig und verhindert die breitere Anwendung dieser Methode für den Bereich praktischer Fragestellungen.

Gefordert werden muß eine zügige Kontaktierung, die für die zu untersuchende Person gefahrlos, rückwirkungsfrei und bei Bedarf variabel ist und zugleich die Minimierung störender Einflüsse, die das DC-EEG verändern können, gestattet. Das betrifft vor allem das Hauptpotential und Temperatureinflüsse auf die Elektrodenpotentialdifferenz (Trimmel, M. (1990). Angewandte und experimentelle Neuropsychologie. Berlin, Heidelberg, New York: Springer, S. 29-32 sowie 75-77). Aus Kostengründen muß eine möglichst lange Lebensdauer der Elektroden bei leichter Handhabung gefordert werden.

Als Lösung für eine zügige Kontaktierung wird die Benutzung von Elektrodenhauben vorgeschlagen (US-Patent 4085739; US-Patent 4223076; US-Patent 5038782). Die Elektrodenhaube der Firma Elektro- Cap International, Inc., 1011 Lexington Road, Eaton, OH 45320 wurde getestet. Bei der praktischen Anwendung stellten sich folgende gravierenden Nachteile heraus:

• a. Die Elektroden sind fest im Keramik-Sockel eingelassen, die wiederum fest mit dem Gewebe der Haube verbunden sind. Diese Sockel bewirken zwischen Kopfhaut und dem elastischen Material der Haube einen Abstand von ca. 1 cm. Konsequenz ist, daß sich die Keramiksockel schmerzhaft besonders in die unbehaarte Haut der Stirnregion bohren. Verstärkt wird der Druck auf die Stirnregion zusätzlich durch den kräftigen Zug eines "Hosenträgerkabels" nach hinten. Diese Litze führt die Ableitkabel der einzelnen Elektroden zusammen und ermöglicht einen schnellen Anschluß des Probanden an das EEG-Gerät. Trotz Polsterung mit mitgelieferten Schaumgummiringen mußte die Ableitung aufgrund unerträglicher Kopfschmerzen nach 30 Minuten beendet werden (in Fachkreisen als "Haubenmigräne" bekannt).
  Diese Art der Kontaktierung ist nicht rückwirkungsfrei. Ein entsprechender Sachverhalt ist auch für die US-Patente 4085739 und 4223076 nicht auszuschließen.
• b. Der innerhalb der Keramiksockel montierten Elektroden sind mit einer Bohrung von 1 bis 1,5 mm versehen. Dies soll bei aufgesetzter Haube die Abtragung der oberflächlichen Epithelschichten der Kopfhaut und das Einbringen des Kontaktvermittlers (Elektrodengel) ermöglichen. Beides erfolgt nacheinander mit einer abgestumpften Kanüle. Dabei wird die Silberchlorid-Schicht der Elektroden zwangsläufig irreparabel verletzt. Das führt zu einer so starken Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften der Elektroden, daß die Ableitung eines stabilen DC-EEG nicht mehr möglich ist. Die Haube wird schon mit der ersten Anwendung für den speziellen Anwendungsfall "DC-EEG" unbrauchbar.
• c. Nachteilig ist außerdem, daß die schmale Bohrung keine Inspektion der Kopfhaut erlaubt. Mit Blick auf evtl. vorhandene Naevi (Leberflecke), die bei der Desinfektion der Kopfhaut vor dem Aufsetzen der Haube leicht übersehen werden können, ergibt sich eine eklatante Gefährdung der Probanden. Aus verletzten Naevi können sich Melanome (schnell wachsende Tumore, extrem hohe Mortalitätsrate) entwickeln. Das trifft auch für die US-Patente 4085739, 4223076, 4709702 zu.

Als bedeutende Störgröße bei der Ableitung des DC-EEG gelten thermische Einflüsse [Silberchlorid hat einen Temperaturkoeffizienten von +273 µV/°C (zitiert nach Trimmel, M. (1990): Angewandte und experimentelle Neuropsychologie. Berlin, Heidelberg, New York: Springer]. Dies wird bedeutsam, wenn das DC-EEG unter physischer oder psychischer Belastung der Person abgeleitet wird und sich die verschiedenen Ableitorte aufgrund von Variationen der Hautdurchblutung unterschiedlich erwärmen. In GM DE 78 19 610 wird eine Elektroenzephalographie-Elektrode beschrieben, die Silber/Silberchlorid als Kontaktfläche benutzt. Das Silber/Silberchloridplättchen berührt die Kopfhaut unmittelbar. Allenfalls bewirkt die Verwendung von Elektrodengel eine geringe Distanz. Temperaturänderungen der Haut können damit leicht Einfluß auf die Stabilität des Elektrodenpotentials erlangen und das DC-EEG verfälschen. Gleiches trifft zu, wenn die Ohrläppchen als Referenzpunkt gewählt werden (getestete Haube der Firma Elektro-Cap International, US Patent 5038782).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kontaktierung von Elektroden am Kopf anzugeben, mit der die Elektroden an frei wählbaren Ableitstellen zügig positioniert werden können.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Mit der Vorrichtung zur Kontaktierung von Elektroden am Kopf der zu untersuchenden Person werden die Elektroden mit Hilfe von an einer Haube befestigten Elektrodenadaptern auf der Kopfhaut der Person kontaktiert und über Kabel mit einer Auswerteeinheit verbunden, wobei Haube, Elektrodenadapter und Elektroden als modulare Einzelkomponenten ausgeführt sind. Diese Einzelkomponenten können individuell entsprechend der jeweiligen Vorbedingungen zusammengestellt werden. Das betrifft sowohl den gesundheitlichen Zustand und die Belastbarkeit der zu untersuchenden Person als auch die inhaltliche Zielstellung der Untersuchung.

Bevor die Haube auf den Kopf des Patienten gesetzt wird, werden in dem Stretchgewebe der Haube an den für die jeweilige Messung erforderlichen Kontaktierungsstellen die Elektrodenadapter (ohne Elektroden) befestigt. Dies geschieht durch Einschlitzen des Hauben-Stretchgewebes. In die Schlitze werden die Elektrodenadapter (ohne Elektroden) quasi "eingeknöpft". Dazu besitzen die Elektrodenadapter einen seitlichen Einstich, um den sich das Hauben-Stretchgewebe aufgrund seiner Eigenspannung beim Einknöpfen zusammenzieht. Nach Bestücken mit den Elektrodenadaptern wird die Haube auf den Kopf der zu untersuchenden Person gesetzt.

Nach dem Aufsetzen der Haube wird die Kopfhaut der zu untersuchenden Person durch die Einblicköffnung der Elektrodenadapter inspiziert. Wenn sich aufgrund von Narben oder Naevi an einer Position die Kontaktierung verbieten sollte, wird der jeweilige Elektrodenadapter an einer benachbarten Position nach dem Einschlitzen des Hauben-Stretchgewebes neu eingeknöpft. Nun wird die Haut durch die Einblicköffnungen der Elektrodenadapter hindurch vorbehandelt (Ziel ist die Erniedrigung des Übergangswiderstandes der Haut). Danach erfolgt das Einbringen des Kontaktierungsmittels (Elektrodengel). Erst jetzt werden die Elektroden, deren Kavität ebenfalls mit Elektrodengel gefüllt ist, in die Elektrodenadapter eingeführt und mittels einer manuell gut handhabbaren Snap-In-Verbindung befestigt. Damit ist eine Beschädigungsgefahr der Elektroden während der Vorbehandlung der Haut vollkommen ausgeschlossen. Auf diese Weise werden eine langfristige Unversehrtheit des Silber/Silberchlorid-Pellets der Elektrode und eine diesbezügliche Gewährleistung der für die DC-Ableitungen erforderlichen elektrischen Eigenschaften der Elektroden gesichert.

Die drei zur Herstellung einer stabilen leitenden Verbindung zwischen Kopfhaut der zu untersuchenden Person und dem EEG-Gerät erforderlichen Komponenten Haube, Elektrodenadapter und Elektrode sind getrennt ausgeführt und können bei Bedarf unabhängig voneinander separat ersetzt werden. Dies fördert die Wirtschaftlichkeit des Meßverfahrens entscheidend.

Das in sich feste Stretch-Gewebe der Haube kann zum Einknöpfen der Elektrodenadapter beliebig eingeschnitten werden, insbesondere, wenn pathologische Veränderungen auf der Kopfhaut der zu untersuchenden Person Standardpositionen für den Elektrodenadapter nicht gestatten. Insofern kann die Haube zur Kontaktierung des Probanden nur an den Stellen mit Elektrodenadaptern bestückt werden, die individuell zur EEG-Diagnose notwendig sind bzw. eine möglichst geringe Belastung der Patienten für die Meßdurchführung mit sich bringen. Außerdem verringern die kopfseitig flache Ausgestaltung der Elektrodenadapter sowie die einzeln zum Auswertesystem geführten Elektrodenkabel den punktuellen Andruck auf die Kopfhaut, der erfahrungsgemäß häufig zu Kopfschmerzen (Haubenmigräne) führen kann. Die Belastung für den Patienten wird somit auf ein notwendiges Restminimum reduziert.

Ferner entsteht durch die konstruktive Ausgestaltung der in die Haube eingeknöpften Elektrodenadapter insbesondere auf der kopfabgewandten Seite eine zum Stand der Technik größere räumliche Distanz zwischen Kopfhaut und Kontaktfläche der Elektroden, welche mögliche, von der Kopfhaut ausgehende thermische Einflüsse auf die Elektrodenpotential-Differenz reduziert.

Es ist vorteilhaft, wenn der durch die Haubenform erzielte freie Zugang zu den Mastoidpunkten des Probanden dieses auch für die Referenzpunkte gewährleistet.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: Zuschnitt der Kopfhaube

Fig. 2 Elektrodenadapter

Gemäß Fig. 1 wird der Adapterträger (Kopfhaube) 1 aus besonders hautfreundlichem Stretch- Gewebe, wie es für auf dem Körper zu tragende Sanitärartikel (z. B. Stützkorsetts) verwendet wird, gefertigt.

An den gewünschten Ableitpunkten (siehe: Jasper, H. H.: The ten-twenty electrode system of the International Federation. Electochenceph. clin. Neurophysiol. 10; 371-375 (1958)) werden nach einem kleinen Einschnitt in das Stretch-Gewebe des Adapterträgers 1 an den gewünschten Elektrodenpositionen Elektrodenadapter 4 eingeknöpft. Das Gewebe besitzt eine sehr stabile innere Festigkeit. Aus diesem Grund vergrößert sich der Einschnitt beim Einknöpfen der Elektrodenadapter 4 nicht. Damit sind die Elektrodenadapter 4 absolut straff plaziert und es bedarf keinerlei zusätzlicher Maßnahmen für ihre Befestigung. Sollte sich die eine oder andere Lokalisation für eine zu untersuchende Person als nicht zutreffend erweisen, kann der Elektrodenadapter 4 in dem Adapterträger 1 in der beschriebenen Weise problemlos neu plaziert werden, indem in das Stretchgewebe ein neuer Einschnitt eingebracht wird. Dabei wird der Adapterträger durch die zusätzlichen Einschnitte nicht un­ brauchbar.

Der mit an den gewünschten Positionen mit Elektrodenadaptern 4 versehene Adapterträger 1 wird straff sitzend über den Kopf des Probanden so aufgesetzt, daß der Vorderrand des Adapterträgers 1 mit der Oberkante der Augenbrauen abschließt. Für den notwendigen straffen Sitz können dem Probanden wahlweise zwei Varianten zur Befestigung angeboten werden:

• 1. Kinnband aus hautfreundlichem Gummi mit Klettverschluß oder
• 2. Brustgurt aus Lochgummiband, in den von den Seitenteilen der Haube abgehende Gummibänder variabel eingehängt werden.

Es empfiehlt sich, beide Varianten mit dem Probanden in einer Voruntersuchung zu testen und die Haube bei dieser Gelegenheit solange wie möglich tragen zu lassen. Damit wird eine bessere Akzeptanz durch den Probanden erreicht und selbiger konzentriert sich besser auf das Untersuchungsanliegen.

Zur Aufzeichnung des horizontalen Elektrooculogramms (HEOG) sind die Elektrodenadapter 4 bereits in die Haube 1 integriert, ebenso der Elektrodenadapter 4 für die obere Elektrode zur Aufzeichnung des vertikalen Elektrooculogramms (VEOG). Die untere VEOG-Elektrode wird mit einem Klebering am unteren Orbitarand plaziert. Der Adapterträger 1 ist so geschnitten, daß ein freier Zugang zur Plazierung der Elektrodenadapter 4 am Mastoid mit Kleberingen gewährleistet ist.

Die elektrische Aktivität der Haut stellt eine besonders zu beachtende Störungsquelle dar, die das DC-EEG erheblich verfälschen kann. Zur weitgehenden Ausschaltung des elektrischen Hautpotentials ist eine spezielle Präparation der Haut erforderlich. In Übereinstimmung mit Trimmel (Trimmel, M.: Angewandte und experimentelle Neuropsychologie. Berlin, Heidelberg, New York: Springer. 1990, S. 76) wird die Scratch-Technik mit steriler Einmalkanüle verwendet. Der Elektrodenadapter 4 hat eine relativ große zentrische Bohrung 5 und ist daher so gestaltet, daß eine gute Sicht in Richtung Kopfhaut bei geeigneter Beleuchtung gewährleistet ist (siehe Fig. 2). Um die Kopfhaut selbst an der zu ritzenden Stelle einsehen zu können, sollten die Haare unter der Öffnung des Elektrodenadapters mit einer stumpfen Kanüle soweit als möglich zur Seite geschoben werden. Dann wird die Ritzung vorgenommen. Sie sollte eine gerade, leicht gerötete Linie ergeben, die nur ganz schwach bluten sollte. Zur Verhinderung der Blutgerinnung wird aus der 2 ml-Spritze, die zur Führung der Kanüle dient, ein kleiner Tropfen Heparin (Handelsname: Liquemin N, 5000 I. E./ml) auf die geritzte Stelle getropft.

Anschließend erfolgt die unbedingt blasenfreie Füllung des Elektrodenadapters 4 mit einem geeigneten Elektroden-Gel. Dazu eignet sich eine sterile 20er Einwegspritze ohne Kanüle. Diese wird auf die Kopfhaut gesetzt und unter Abgabe des Gels bis zur vollständigen Füllung der Bohrung 5 des Elektrodenadapters 4 unter leichten Rührbewegungen zurückgezogen.

Gesinterte Silber/Silberchloridelektroden sind bereits vor der Anwendung mit dem Elektroden-Gel gefüllt. Ein Plaste-Rand der Elektroden ist mit einer Nut versehen, mit der je eine Elektrode in eine paarige Führung 8 des Elektrodenadapters 4 geschoben wird. Damit sind die Elektroden mit dem Elektrodenadapter 4 und damit auf der Kopfhaut des Probanden stabil fixiert und werden nun einzeln mit dem EEG- Gerät verbunden.

Mit dieser Methode werden Elektrodenübergangswiderstände zwischen 5 kΩ und 7,5 kΩ erreicht. Die Ableitungen sind dann mit nur geringfügigen Drifts behaftet, die nach systematischen Kontrollen sogar von biologischer Bedeutung sind (Tennigkeit, M., Lehmann, H.-J. & Haschke, R. (1993); Interactions between the DC Potential of the Brain and slow Potential Shifts under Mental Load. In W. Haschke, E.-J. Speckmann & A. I. Roitbak (Eds.) Slow Potential Changes in the Brain. Boston; Birkhäuser, S. 85-95). Nach Beendigung der Untersuchung werden die Elektroden von den Adaptern gelöst und für mindestens 30 min. in Aqua dest. aufbewahrt. Auf der Kopfhaut verbleiben nur geringe Gel-Reste, die mit einem sterilen Tupfer problemlos entfernt werden können. Rötungen an den unbehaarten Hautstellen sollten mit einer dünnen Schicht Zinkpaste bestrichen werden.

Die Gel-Reste in den Elektroden-Kavitäten werden mit Aqua dest. ausgespritzt. Zur Desinfektion werden die Elektroden für 1 min in 60%iges Optal (= n-Propanol) getaucht und an der Luft getrocknet (Lichteinwirkung vermeiden!).

Der Elektrodenträger inkl. Adapter wird für 15 min. in einer frisch angesetzten 5%igen Sekusept Extra N-Lösung (Henkel Hygiene GmbH Düsseldorf) eingeweicht. Danach werden die Elektrodengel-Reste unter Leitungswasser sorgfältig abgespült. Die Adapter werden, soweit erforderlich, insbesondere an den Hautauflagestellen sorgfältig gebürstet. Dann erfolgt ein nochmaliges Einlegen des Elektrodenträgers inkl. Adapter für 15 min in frischer 5%iger Sekusept Extra N-Lösung, um auch die Benetzung der Adapter mit der Desinfektionslösung zu erreichen. Abschließend sorgfältig unter Leitungswasser spülen, zwischen Handtüchern vortrocknen und ohne Hitzeeinwirkung an der Luft endgültig trocknen lassen. Wenn der Elektrodenträger für eine nachfolgende Untersuchung schneller wieder benötigt wird, kann der Trocknungsvorgang mit einem Fön (Stufe kalt) beschleunigt werden.

Fig. 2 zeigt die konstruktive Ausbildung des Elektrodenadapters 4. Der Elektrodenadapter 4 besteht aus einem zylinderförmigen Teil aus einem Plastmaterial. Am Umfang des Teils ist ein kerbförmiger Einstich 9 angebracht, in den der Adapterträger 1 einknöpfbar ist.

Kopfseitig ist in der Mitte des Teils eine Bohrung 5 angeordnet, die sich kopfabseitig von der Mitte des Teils beginnend kegelförmig bis zum wirksamen Durchmesser einer Elektrode aufweitet. Auf der Zylinderfläche des Teils sind kopfabseitig Führungen 8 ausgebildet. Jede Führung 8 ist als im Radius gebogene, zur Achse des Teils nach innen schräg stehende Führungsfläche ausgebildet. Beide Führungsflächen stehen sich nur in einem kleinen Bereich gegenüber, so daß eine Snap-In-Verbindung entsteht. Mit dem Einschieben einer Elektrode in die Führung 8 wird bei zentrischer Lage der Elektrode zum Elektrodenadapter durch die Führungsflächen gleichzeitig ein Anschlag hergestellt.

Bezugszeichenliste

1 Haube aus Stretchgewebe
2 Seitenteil
3 Mittelstreifen
4 Elektrodenadapter
5 Bohrung
8 Führung
9 Einstich

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Kontaktierung von Elektroden am Kopf von zu untersuchenden Personen, bei dem die Elektroden mit Hilfe von an einer Kopf-Haube aus Stretch-Gewebe befestigten Elektrodenadaptern auf der Kopfhaut des Patienten kontaktiert und über Kabel mit einer Auswerteeinheit verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopf-Haube (1), die Elektrodenadapter (4) sowie die Elektroden als Einzelkomponenten ausgeführt sind und daß die für eine trennbare Aufnahme der Elektroden (6) vorgesehenen Elektrodenadapter (4) zu ihrer einknöpfbaren Befestigung in dem an beliebigen Stellen schlitzbaren Stretch-Gewebe der Kopf-Haube (1) jeweils einen Einstich (9) aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenadapter (4) eine relativ große zentrische Bohrung (5) aufweist, die eine gute Sicht in Richtung Kopfhaut gewährleistet und zur Herstellung des elektrischen Kontaktes zwischen Kopfhaut und Elektrode vollständig mit Elektroden-Gel füllbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstich (9) im Elektrodenadapter (4) kopfnah ausgeführt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (6) eine seitliche Nut aufweisen, die jeweils für eine Snap-In-Verbindung mit einer Führung (8) auf der kopfabgewandten Seite der Elektrodenadapter (4) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopf-Haube (1) so geschnitten ist, daß ein freier Zugang zur Plazierung der Elektrodenadapter am Mastoid gewährleistet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfhaube (1) aus zwei gleich geformten und gleich großen Seitenteilen (2) besteht, die durch einen Mittelstreifen (3) verbunden sind, die Kopfhaube aus einem hautverträglichen Stretch-Gewebe besteht, wobei der Fadenlauf aller Teile quer über den Kopf geführt ist.