DE2144902B1 - - Google Patents

Description

2. Element nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß es einen unvollständigen Feldeffekttransistor darstellt, wobei die Kanal-Halbleiterzone (7, 14) dieses Elementes über eine dielektrische Schicht (5 a, 15) unmittelbar von elektrisch aktivem Körpergewebe (1) ansteuerbar ist (F i g. 2 a, 2 b). *>

3. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen vollständigen Dünnschicht-Feldeffekttransistor darstellt und daß elektrisch aktives Körpergewebe (1) mit einer Elektrode (5) dieses Feldeffekttransistors galvanisch oder kapazitiv verbunden ist (Fig. 1 und 3).

4. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch aktive Körpergewebe (1) mit der Gateelektrode (5) des Dünnschicht-Feldeffekttransistors verbunden ist (Fig. 1 und 3).

5. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß es in Form eines das elektrisch aktive Körpergewebe ganz oder teilweise umgebenden Ringes, Rohres, Rohrsegmentes od. dgl. ausgeführt ist.

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m Flement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch JSSnk daß der Kontaktstöpsel (33) in dem Rohr drehbar und axial verstellbar einge-

^Setfi ¹⁸ElSaA einem der Ansprüche 1 bis m dadurch gekennzeichnet, daß es auf der nherflachTode? im Innern einer aus Metall, Glas oderkunststoff bestehenden Kanüle, einer Nadel nd del angeordnet ist (Fig. ö). ......

i? Element nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß es Bestandteil vollständigen elektronischen Schaltung, insriere einer Verstärkerschaltung ist. Element nach Ansprach 12, dadurch gernet daß du·· Schaltung durch Aufdampfen der verschiedenen Bauelemente über-SdCT und/oder nebeneinander auf oder m I η Rohr auf einen Diaht, auf eine aufwickelbare Folie (36) od. dgl. hergestellt ist (Fig. 5a, ^r^ement nach einem der Anspruches 6 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es nach Art einer Varaktordiode ausgebildet ist deren KanazUät durch die elektrischen Impulse des dektnsch aktiven Körpergewebes (1, 1 a) anderi

bar ist.

Die Erfindung betrifft ein Element zur Kontak-Die ^brtllia^_ör ^g _pergeWeben, insbesondere von Ner-

tierung ven" ^ _w der biologischen und Forschung, aber auch,in der ärztlichen _Neurologie) werden b.oelek-

lweise umgebenden Ringes, Rohres, ^ ^^_{e von Ner}ven-und Muskelgewebe ab-

gmentes od. dgl. ausgeführt ist. "nommen und nach entsprechender Verstärkung

6. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, g^enon]"J^en ^ Schreibers aufgezeichnet oder auf dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Ring, nut ™^te £^m _henschirm beobachtet. Der Poten-Rohr(2, 3, 16, 17, 35) Rohrsegmentod.dgl. zur ₄» dem Osal lograp ^^ _nadd. _{d ]a(t}
Aufnahme und/oder Führung des elektrisch ak- üakbgnff .rto.g ^ ^ ^ _{h Qe}_ tiven Körpergewebes (1, la) versehen ist S^SieRt bzw in dieses eingestochen werden

7. Element nach Anspruch 3 oder 4, dadurch webe ^an^ g' _Potentiale liegen im Bereich zwigekennzeichnet, daß es eine Führung fur das ^ ^~_{v und} etwa 10 mV bei Quellmipeelektrisch aktive Körpergewebe (1) besitzt unü 4o scher, wen'gen /^ _Fremdfelder, die ,n die daß die Steuerelektrode des Feldeffekttransistors danzen bis ζυ^ U)U M _{Bto)de und Vor}. einen in Richtung auf das elektrisch aktive Kor- V**™*™^g£™J_m. stören deshalb bei der Mespergewebe verstellbaren Kontaktstift (24) auf- versta* ^ -^ _Diese störanffill.gtat

weist (Fig. 3). fordert für die meisten Untersuchungen die Ver-

8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, so erfordert rarui _av._Käfigs und erschwert die dadurch gekennzeichnet, daß es in/om. ««£ ™^^J££& Diagnostik ebenso wie die Rohrsegmentes (25 bis 28) ausgebi d*^und^Be- ambulante neuml^g ^ _{signale zur} steuerung standteil eines aus mehreren gleicharügen Halb \^enve"^au"! _Manipuiatoren und Maschinen, litelementen zusammengefügten Rohres ist SS

standteil us mehreren gleicharüge

leiterelementen zusammengefügten Rohres ist in welches das elektrisch aktive Korpergewebe (la) einsetzbar ist, wobei die einzelnen Halbleiterelemente voneinander durch isolierende Rohrsegmcnte (29 bis 32) getrennt s.nd

^(F\Sti Anspruch 8, dadurch

d Rh »ndnj

⁽i^gE\Sntninach Anspruch 8, dadurch ^ «o elekLche Ma
kennzeichnet, daß in dem Rohr em zy»ndnj*er. tromagne ,sehe

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^e"^a! _Manipuiatoren und Maschinen. SS ist auch in jedem Fall die geringe mcchag ^« £ >_dünaen Elektrodendrähte. Es nische ^ftgke« _{ät vorgesch1agen},

w^rde be J™ _f„ .„ _cf_{ncn Zahn} des Schwerbei dem «n Empta, g ^ _ha,_{blcitende od} iezoelekLche Material des_}H^^wancjelt elekh WI

laufende,

04)

H«e

smneszellen oder ^iervus-Opticus-Fasern erregt wer- tung von isolierenden Rohrsegmenten zu einem Rohr

den sollen (britische Patentschrift 760 652). zusammengefügt, in welches das elektrisch aktive

Diese zuletzt beschriebenen bekannten Maßnah- Korpergewebe eingesetzt wird. Dabei kann in dem men sind auf die sehr speziellen Probleme des teil- Rohr ein zylindrischer, konischer oder ähnlich ausweisen Ersatzes von Sinnesorganen beschränkt. In 5 gestalteter Kontaktstöpsel, dessen Außenfläche in

beiden Fällen wird Nervengewebe mii Hilfe von längsverlaufende, voneinander isolierte Leiterbahnen

elektrischen Impulsen erregt. unterteilt ist, derart eingesetzt werden, daß jedes

Der vorliegenden Erfindung liegt dagegen die all- Element mit einem bestimmten Bereich des elek-

gemeine Aufgabe zugrunde, elektrische Signale von trisch aktiven Körpergewebes galvanisch oder kaeinem lebenden Gewebe unbeeinflußt von Stör- io pazitiv verbunden ist. Der Kontaktstöpsel kann in

feldern zu übertragen, ohne daß eine äußere Ab- dem Rohr drehbar oder axial verstellbar eingesetzt

schirmung benötigt wird. Auch die Methode der werden.

elektrischen Reizung von Körpergeweben soll durch Auch ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das EIe-

diese Erfindung verbessert werden. ment auf der Oberfläche oder im Innern einer aus

Es hat sich nun gezeigt, daß diese Aufgabe mit 15 Metall, Glas oder Kunststoff bestehenden Kanüle,

einem Kontaktierungselement gelöst werden kann, einer Nadel od. dgl. anzuordnen,

das im wesentlichen aus einem nach Art eines Halb- Ferner kann das Verstärkungselement nach der

leiterverstärkerelementes aufgebauten Halbleiter- Erfindung Bestandteil einer elektronischen Schaltung,

element besteht, welches derart in das Körperge- insbesondere einer Verstärkerschaltung sein, die

webe einsetzbar ist. daß eine unmittelbare galvani- 20 durch Aufdampfen der verschiedenen Bauelemente

sehe oder kapazitive Kopplung des Halbleiterelemen- übereinander und/oder nebeneinander auf oder in ein

tes mit dem Körpergewebe entsteht. Rohr auf einen Draht oder auf eine aufwickelbare

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Elementes kann Folie hergestellt ist.

eine Impedanzwandlung bzw. Verstärkung unmittel- Nach einer anderen Ausführungsart der Erfindung

bar am Ort des Signalabgriffes erfolgen. Das EIe- 25 ist das Kontaktierungs- und Verstärkerelement nach

ment kann aber auch zur Stimulation von Nerven, dem Prinzip einer Varaktordiode ausgebildet, deren

gelähmten Muskeln und anderen Geweben verwen- Kapazität durch die elektrischen Impulse des elek-

det werden. trisch aktiven Körpergewebes änderbar ist.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Er- Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen EIefindung ist das Kontaktierungselement nach Art eines 30 mente besteht darin, daß mit diesem auf einfache Feldeffekt-, insbesondere eines Dünnschicht-Feld- Weise, d. h. ohne schwierige Operationen bzw. Imeffekttransistors aufgebaut, dessen Kanal-Halbleiter- plantationen eine sichere Kontaktierung des Körperzone über ein Dielektrikum unmittelbar von elek- gewebes an der gewünschten Stelle erreicht wird. Die trisch aktivem Körpergewebe ansteuerbar ist. Es in ihren Abmessungen sehr kleinen Elemente sind handelt sich also in diesem Fall bei dem erfindungs- 35 ohne Schwierigkeiten in ein gewebeverträgliches Magemäßen Element um einen unvollständigen Feld- terial einzubetten, so daß auch Dauerimplantationen effekttransistor. der durch das Körpergewebe zu möglich sind.

einem Gebilde ergänzt wird, das in Aufbau und Weiterhin ist die vielseitige Verwendungsmöglich-

Wirkungsweise einem herkömmlichen Feldeffekttran- keit und der integrale Einbau des erfindungsgemäßen

sistor entspricht. Beispielsweise kann das Körper- 40 Elementes in elektronische Schaltungen unterschied-

gewebe die Aufgabe der Gate-Elektrode überneh- lichster Art von Bedeutung.

men. Die Signalquelle dient also als kapazitiv auf die Wichtig ist des weiteren, daß mit verschiedenen Kanal-Halbleiterzone einwirkende Gate-Elektrode Ausführungsarten der Erfindung nicht nur Summendes erfindungsgemäßen Elementes. Potentiale sondern auch die Aktionspotentiale klei-

Nach einer anderen Austührungsart der Erfindung 45 nerer Muskel- oder Nervenuntencinheiten abgegriffen wird als Kontaktierungs- und Verstärkungselement werden können. Außerdem lassen sich mit Vertretern kompletter Dünnschicht-Feldeffekttransistoi vei- barem Aufwand gleichzeitig Potentiale an verschiewendet und das elektrisch aktive Körpergewebe mit denen Stellen abnehmen.

einer Steuerelektrode, beispielsweise der Gate-Elek- Die Elemente nach der vorliegenden Erfindung trode, dieses Transistors unmittelbar, d. h. ohne Zwi- 50 sind also einmal füv wissenschaftliche Untersuchunschenleitungen, galvanisch oder auch kapazitiv ver- gen im Rahmen der elektrophysiologischen Forbunden, schung sowie für die neurologische Diagnostik und

Das erfindungsgemäße Element wird vorteilhaft in Therapie geeignet. Ferner ist es möglich, mit Hilfe

Form eines das elektrisch aktive Körpergewebe ganz der beschriebenen Elemente elektrische Signale in

oder teilweise umgebenden Ringes, Rohres, Rohr- 55 das motorische und in das sensorische System ein-

segmentes od. dgl. ausgeführt oder mit einem sol- zukoppeln. Auch für eine Realisierung der senso-

chcn Gebilde zur Aufnahme und/oder Führung des rischen Rückkoppelung bei der Prothesensteuerung

Körpergewebes verbunden werden. können Elemente der erfindungsgemäßen Art ver-

In manchen Fällen ist es zweckmäßig, das Kon- wendet werden.

takticrungselement nach der Erfindung mit einer 60 Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungs-Führung für das elektrisch aktive Körpergewebe zu möglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenversehen und die Steuerelektrode mit einem verstell- den Darstellung sowie aus den beigefügten Abbilbiiren Kontaktstift, der dem Gewebe entgegen- düngen von Ausführungsbeispielen der Erfindung gedreht werden kann, auszurüsten. hervor. Es zeigt in schematischer Darstellung

Nach einer anderen Ausführungsart der Erfindung 65 Fig. 1 im Längsschnitt eine Ausführungsart des

werden einzelne Kontaktierung- und Vcrstärkungs- erfindungsgemäßen Elementes zur Kontaktierung

elemente in Form von Rohrsegmenten ausgebildet von Nerven mit galvanischer Kopplung Nerv-

und mehrere dieser Elemente unter Zwischenschal- Element,

5 6

Fig. 2a und 2b im Längsschnitt Ausführungs- mentes möglich, wobei die Source-ElektrodeS großarten der erfindungsgemäßen Kontaktierungs- und flächig das anliegende Körpergewebe berührt und als Verstärkungselemente mit kapazitiver Kopplung Potentialbezugspunkt dienen kann. Das Nerven- oder Nerv-Element, Aktionspotenüal des Nerven 1 wird über die Gate-

F i g. 3 im Längsschnitt das Element nach Fi g. 1, 5 Elektrode G 1 und Drain-Elektrode D verstärkt bzw.

wobei hier jedoch die Gate-Elektrode einen ver- verhältnismäßig niederohmig der elektronischen

stellbaren Kontaktstift aufweist, Meß- oder Auswerteschaltung zugeführt.

Fig. 4a im Querschnitt eine weitere Ausfüh- Das elektrische Ersatzbild, nämlich ein FeId-

rungsart eines Elementes zur Kontaktierung von effekttransistor mit einem Arbeitswiderstand R, ist

Nerven, und zwar als Bestandteil einer Mehrfach- io unterhalb der schematischen Darstellung in Fig. 1

anordnung, wiedergegeben.

Fig. 4b im Längsschnitt entlang der Linie A-A In den Ausführungsarten der Erfindung nach den

die Anordnung nach F i g. 4 a, F i g. 2 a und 2 b handelt es sich bei den dargestell-

F i g. 5 a in perspektivischer Darstellung ein auf ten Elementen um unvollständige Verstärkerele-

einer Wickelfolie aufgebrachtes Element nach der 15 mente, die erst in Zusammenwirkung mit den elek-

Erfindung, trisch aktiven Körpergeweben bzw. mit den Ner-

F i g. 5 b in perspektivischer Darstellung einen mit ven 1 in Aufbau und Funktion zu vollständigen, mit

der Folie nach Fig. 5a umwickelten Nerv, dem Element nach Fig. 1 vergleichbaren Dünn-

Fig. 6 in perspektivischer Teildarstellung und schicht-Feldeffekttransistoren ergänzt werden. So-

teilweise seitlich aufgeschnitten ein in einer Kanüle 20 wohl bei der Ausführungsart nach F i g. 2 a als auch

angeordnetes Element nach der Erfindung. nach Fig. 2 b wirkt der Nerv 1 als Gate-Elektrode

Gemäß der schematischen Darstellung der F i g. 1 Gl, die kapazitiv durch die dünne dielektrische besteht nach einer Ausführungsart der Erfindung Schicht 15 hindurch steuernd auf die Kanalzone 14 das Element zur elektrischen Kontaktierung von einwirkt. Nach Fig. 2a grenzen die beiden Füh-Körpergeweben aus einem rohrförmig ausgebildeten 25 rungs-Glasröhrchen 16, 17 an das Verstärkerelement, Halbleiterelement, das im Prinzip und in der Wir- das in diesem Falle aus einem Grundkörper in Form kungsweise einem Dünnschicht-Feldeffekttransistor eines kurzen Rohres oder Ringes 18 aus Kunststoff, entspricht. Dieses Gebilde ist hier zur Kontaktierung wie Teflon, Glas oder aus einem vergleichbaren Mavon Nerven 1 vorgesehen, die mit Hilfe der Füh- terial besteht. Auf diesem Rohr 18 sind zwei gerungs-Glasröhrchen 2, 3 in das Kontaktelement hin- 30 trennte Metallschichten 19. 20 aufgebracht, die ein oder durch dieses hindurch geführt werden. durch die als Kanalzone 14 dienende Halbleiter-Diese Glasröhrchen reichen bis zu der ringförmigen, schicht, beispielsweise eine Kadmiumsulfidschicht innen spitz zulaufenden Verengung 4, die als Be- voneinander getrennt sind. Auf den Außenflächen standteil der Gate-Elektrode 5 dieses Feldeffekt- dieser Metall- und Halbleiterschichten 19, 20 und 14 transistors ausgeführt ist. Die spitze Kante dieser 35 befindet sich die dielektrische Schicht 15.
Verengung 4 berührt den in die Glasröhrchen 2,3 Der die dielektrische Schicht 15 berührende hineingeführten Nerv 1 und stellt eine galvanische Nerv 1 dient in der Anordnung nach Fig. 2a (und Verbindung in diesem her. Auf dem ring- oder röhr- Fig. 2 b) gleichzeitig als Signalquelle und als Gatechenförmigen, die Gate-Elektrode darstellenden Elektrode G1, da der kapazitiv unmittelbar auf die Körper 5 befindet sich eine dünne dielektrische, z. B. 40 Kanalzone 14 einwirkt. Drain D und Source S dieaus Siliziumoxid bestehende Schicht 5 α, auf der ses Feldeffekttransistors werden durch die beiden wiederum eine Drain-Schicht 6 und in gleicher Metallschichten 20 bzw. 19 dargestellt. In mit Ebene eine Source-Schicht 10 aus einem geeigneten Fig. 1 vergleichbarer Weise ist auch bei der Aus-Edelmetall sowie ein Halbleitermaterial, beispiels- führungsart nach Fig. 2a ein Widerstandsbelag 21 weise Kadmiumsulfid, für die Kanalzone 7 aufge- 45 sowie eine Einbettung in Kunststoff 22 vorgesehen,
bracht sind. Das Halbleitermaterial der Kanalzone 7 Im Gegensatz zu dem beschriebenen Ausführungsträgt wiederum eine dünne dielektrische Schicht8, beispiel an Hand der Fig. 2a besteht der Grunddie die Kanalzone 7 von einer äußeren, zum An- körper in Form eines kurzen Rohres 18 b nach Schluß der Gate-Elektrode G2 dienenden Metall- Fig. 2 b aus Metall, das allseitig mit dielektrischem schicht 9 trennt. 5° Material 23, z. B. Siliziumoxid, beschichtet ist. Führt

Auf dem Glasröhrchen 2 befindet sich außerdem man diesem Metallkörper 18 b über den Anschluß

ein Widerstandsbelag 11, der den Belag 12 zum An- U_v eine Vorspannung zu, so wird dadurch der Ar-

schluß der Versorgungsspannung U_B mit der Drain- beitspunkt dieses Verstärkerelementes verstellt; auf

Schicht 6 des dargestellten, einem Feldeffekttransi- diese Weise wird die Wirkung der Gate-Elektrode

stör entsprechenden Halbleiterelementes verbindet. 55 G 2 gemäß F i g. 1 erzielt.

Die genannten einzelnen Schichten werden vor- Das erfindungsgemäße Kontaktierungselement zugsweise nacheinander auf den Grundkörper auf- nach F i g. 3 unterscheidet sich von der beschriebegedampft, nen Ausführungsart nach Fig. 1 nur durch den zu-

Die nach außen oder zu dem nächsten Bauelement sätzlichen verstellbaren Kontaktstift 24, der als Beführenden Anschlüsse der einzelnen Transistor- 60 standteil der Gate-Elektrode G 1 ausgebildet ist und bereiche oder -schichten, d. h. Gate-Elektroden G1, dem in das Glasröhrchen 3 eingeführten Nerv ent-G 2, Drain D und Source 5, sind mit den entsprechen- gegengeschraubt werden kann. Im übrigen wird auf den Buchstaben gekennzeichnet. Das vollständige die Beschreibung der F i g. 1 verwiesen.
Kontaktelement mit Ausnahme der herausgeführten Vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung, großflächigen Source-Elektrode 10, ist in einem ver- 65 mit denen gleichzeitig mehrere Nervensignale von träglichen, das Element schützenden und isolieren- einem Gesamtnerv oder Nervenbündel 1 a abgegrifden Kunststoff 13 eingebettet. Somit ist eine fen werden können, veranschaulichen die Fig. 4a Implantation des erfindungsgemäßen Kontaktele- und 4 b. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind

die erfindungsgemäßen Kontaktierungs und Verstärkungselemente 25 bis 28 in Form von Rohrsegmentcn ausgeführt und unter Einfügung von isolierenden Rohrsegmenten 29 bis 32 zu einem rohrförmigen Mehrfachelement zusammengesetzt. Durch dieses Rohr kann ein Gesamtnerv 1 α in der gleichen Weise wie in die Einzelelemente nach den Fig. 1, 2 a und 2 b hindurch- oder hineingeführt werden, oder es kann wie in Fig. 4b ein Kontaktstöpsel 33 verwendet werden, dessen Außenfläche im Kontaktierungsbereich in einzelne längsverlaufende, voneinander isolierte Leiterbahnen 34 unterteilt ist. Mit einem solchen Kontaktstöpsel, der vorzugsweise drehbar und axial verschiebbar ausgeführt ist, lassen sich die Einzelelemente 25 bis 28 auf einfache Weise" mit Untereinheiten des Nervenbündels 1 α galvanisch oder kapazitiv verbinden.

Bereitet es Schwierigkeiten, den Nerv weit genug in das Führungs-Glasröhrchen 35 hineinzubringen, kann der Kontaktstöpsel 33 dem Nerv entgegengeschoben werden.

Eine weiters Möglichkeit zur Herstellung der erfindungsgemäßen Elemente besteht darin, daß nacheinander oder nebeneinander die zum Aufbau von Dünnschicht-FeldeffekttransistorenbenötigtenSchichten 36 α, 36 b, 36 c aus den verschiedenen Materialien auf eine wickelbare Folie 36, vgl. Fig. 5 a aufgedampft werden. Die Anschlüsse sind hier mit 36 d symbolisiert. Nach dieser Art lassen sich sowohl einzelne, mit den Elementen nach Fig. 1 bis 3 vergleichbare Transistoren, als auch Mehrfachelemente entsprechend den Fig. 4a und 4b auf einer Folie 36 herstellen, die dann, wie dies die Fig. 5b zeigt, um einen Nerven 1 bzw. um ein Nervenbündel herumgewickelt werden können.

Als ein weiterer Weg zur Realisierung des Erfindungsgedankens ist in der F i g. 6 eine Kanüle wiedergegeben, in die ein erfindungsgemäßes Kontaktierungselement eingebracht ist.

Das Ausführungsbeispiel in Fig. 6 besteht aus einer aus elektrisch leitendem Material hergestellten Kanüle 37, in die ein mit dem an Hand der F i g. 1 beschriebenen Element vergleichbarer Körper 39 nach Aufbringen auf eine Metallnadel 38 eingebaut wurde, wobei die Nadel 38 die Funktion einer Gate-Elektrode hat und die Kanüle 37 mit der Source-Elektrode galvanisch verbunden ist. Die Kanüle dient hierbei zugleich als Abschirmung gegen Störstrahlung und kann die angedeuteten Zuleitungen 40 aufnehmen.

Derartige Kanülen sind beispielsweise als Elektroden für myographische Ableitungen im Rahmen der neurologischen Diagnostik sehr gut geeignet.

Der Vollständigkeit halber ist noch darauf hinzuweisen, daß in der Kanüle 37 auch, wie hier nichl dargestellt ist, mehrere Verstärkerelemente nach der Erfindung nebeneinander angeordnet werder können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1 Element zur elektrischen Kontaktierung von Körpergeweben, insbesondere von Nerven und Muskeln, dadurch gekennzeichnet, d»u es im wesentlichen aus einem nach Art eines Halbleiterverstärkerelementes aufgebauten Halbleiterelement besteht, das. derart in das Korpergewebe (1, Ια) einsetzbar ist, daß eine unnuttel- »ο bare galvanische oder kapazitive Kopplung des Halbleiterelementes mit dem Körpergewebe cm-