DE2263727B2 - Elektrode zum Zuführen eines Signals zum menschlichen Körper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode zum Zuführen eines elektrischen Stromes durch die Haut eines Menschen zu dessen Körper mit einem leitenden und an eine Stromquelle anschließbaren Teil und mit einer den leitenden Teil bedeckenden und auf die Haut auflegbaren Schicht aus elektrisch schlecht leitendem Werkstoff.

Eine solche Elektrode ist aus der DE-OS 19 65 195 bekannt. Sie weist auf einer elektrisch leitenden Folie eine Schicht aus elektrisch schlecht leitendem oder isolierendem Material als Träger für ein elektrisch leitendes Haftmittel auf. Mit diesem Haftmittel von vorzugsweise pastöser Konsistenz soll zwischen Folie und Haut ein Übergangswiderstand mit einem verhältnismäßig geringen Leitwert geschaffen werden, um über der gesamten Oberfläche der Elektrode einen möglichst gleichmäßigen Stromübergang von der Folie auf die Haut zu erreichen. Diese Paste oder Salbe bildet somit einen Teil der Elektrode. Ohne diese Paste oder Salbe ist die Elektrode funktionsunfähig. Denn die aus dem elektrisch schlecht leitenden oder sogar isolierenden Material bestehende Schicht ist porös und hat einen geringen oder sogar bei Null liegenden Leitwert. Damit findet bei unmittelbarem Auflegen auf die Haupt überhaupt kein oder ein auf begrenzte Stellen beschränkter Stromübergang statt. Die Haut einer menschlichen Person bzw. eines Patienten wird gereizt. Der mit der Salbe oder Paste erzielte gleichmäßigere Stromüberzug bedingt, daß diese Salbe oder Paste zusätzlich aufgetragen, nach der Anwendung der Elektrode entfernt und Elektrode und Haut anschließend abgerieben und gesäubert werden müssen.

Bei einer weiteren bekannten Elektrode für elektromedizinische Zwecke (DE-OS 20 41 392) besteht der die Haut kontaktierende Teil aus Textilfasermaterial. Die Textilfasern sind so stark mit Kohlenstoff oder Graphit getränkt, daß sie elektrisch leitend sind. Der die Haut kontaktierende Teil stellt also einen elektrisch gut leitenden Werkstoff dar. Im allgemeinen liegt der

Leitwert über dem der Haut des Patienten. Der

Kontaktteil hat damit keine stromverteilende Wirkung.

Der Strom wird über begrenzte Flächen, an denen die Haut einen hohen Leitwert aufweist, in diese eindringen.

Bei einer solchen Elektrode kann auch die Haut durch sich aus dem Kontaktteil lösende Kohlenstoffpartikel verschmutzt werden und muß damit anschlieCend gesäubert werden.

Bekannt ist auch noch eine Elektrode zum Anlegen

ίο von elektrischen Spannungen an den menschlichen Körper (DE-GM 19 40 627) mit einem Kontaktteil aus einem wenigstens halbleitenden nichtmetallischen, elastischen oder schmiegsamen Werkstoff. Zur Herabsetzung des Übergangswiderstandes zwischen Haut und Elektrode wird auch für diese Elektrode das Auftragen einer Elektrodenpaste empfohlen. Dieses Auftragen und die sich daraus ergebende Verschmutzung machen jedoch die Verwendung dieser Elektrode umständlich.

Bekannt ist schließlich noch eine aus Metall oder aus mit Kohlenstoff durchsetztem Kunststoff bestehende Elektrode (US-PS 35 66 860), die in klebstoffbeschichtete Abziehfolien eingehüllt ist. Zum Verbessern des Stromüberganges zwischen der Elektrode und der Haut eines Patienten soll auch hier die Elektrode mit einer leitenden Paste bestrichen werden.

Bei drei der bekannten Elektroden besteht somit ohne Anwendung einer zusätzlich aufzutragenden leitenden Paste oder Salbe die Gefahr, daß der Strom nicht gleichmäßig über der gesamten Oberfläche der Elektrode auf die Haut des Patienten übergeht, sondern sich auf diejenigen Stellen konzentriert, an denen die im allgemeinen einen geringen elektrischen Leitwert aufweisende menschliche Haut lokal einen höheren Leitwert aufweist. Dies sind zum Beispiel die Hautporen oder Stellen, die mit Schweiß oder einer anderen Flüssigkeit befeuchtet sind. An diesen Stellen erhöhten Stromüberga.iges könnte also ohne Anwendung einer Paste die Haut gereizt werden. Diese Möglichkeit liegt insbesondere dann vor, wenn die Elektroden längerfristig auf der Haut aufliegen und der Stromübergang für längere Zeiträume stattfindet. Bei Auftragen der Paste oder Salbe wird die Möglichkeit zur Reizung der Haut zwar herabgesetzt, jedoch damit erkauft, daß man nicht nur diese Salbe oder Paste zusätzlich auftragen, sondern Elektrode und Haut nach der Anwendung von den Pasten- und Salbenresten säubern muß.

Von diesem Stand der Technik ausgehend ergibt sich für die Erfindung die technische Aufgabe, eine Elektrode der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß sie über ihrer gesamten Oberfläche ohne Anwendung einer zusätzlichen Paste oder Salbe einen gleichmäßig geringen, im halbleitenden Bereich liegenden Leitwert aufweist und damit eine stromverteilende Wirkung erhält.

Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich bei einer Elektrode der genannten Erfindung dadurch, daß die aus dem schlecht leitenden Werkstoff bestehende Schicht aus vielen in einem Isoliermaterial verteilten leitenden Teilchen besteht, die leitenden Teilchen ein Gesamtvolumen von 1% bis 25% des Volumens der aus dem schlecht leitenden Werkstoff bestehenden Schicht haben und die Schicht eine Dicke von 0,025 mm bis 0,25 mm aufweist.

Nur bei Zuordnung und gemeinsamer Anwendung der Einzelmerkmale stellt sich die gewünschte Wirkung ein. Besonders wichtig ist die Stärke der Schicht im Bereich zwischen 0,025 und 0,25 mm. Bei einer sehr dicken Schicht hätte die Elektrode einen äußerst hohen

Widerstand. Der Stromdurchgang würde völlig unterbrochen. Bei einer sehr dünnen Schicht würde die stromverteilende Wirkung überhaupt nicht eintreten. Es Lommt auf einen Mittelwert an.

Als zweckmäßig hat sich herausgestellt, daß die leitenden Teilchen Kohlenstoff und das Isoliermaterial Harz ist. Weiter wird empfohlen, daß die aus dem schlecht leitenden Werkstoff bestehende Schicht eine im wesentlichen glatte Außenseite aufweist.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter beschrieben, in der Zeichnung ist

F i g. 1 eine schaubildlische Ansicht, welche veranschaulicht, wie ein elektrisches Signal von einer äußeren elektrischen Einrichtung durch eine mit dem Körper in Berührung kommende Elektrode, die entsprechend den Prinzipien der Erfindung ausgebildet ist, mit dem Körper verbunden werden kann,

Fig.2 ein Längsschnitt der mit dem Körper in Berührung kommenden Elektrode gemäß F i sr. I,

Fig.3 in größerem Maßstab ein- längsschnitt eines Teiles der Elektrode gemäß F i g. 1 in inniger Berührung mit einem Bereich des Körpers,

F i g. 4 eine schematische Darstellung der Elektrode und des Körperbereichs gemäß F i g. 3,

F i g. 5 ein Längsschnitt einer Elektrode, die entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist,

F i g. 6 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht von drei Elektroden, die entsprechend den Prinzipien der Erfindung ausgebildet und mit einem gemeinsamen Tragband verbunden sind,

F i g. 7 ein Längsschnitt einer Elektrode, die entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist, und

Fig.8 teilweise im Schnitt eine schaubildliche Ansicht einer Elektrode, die entsprechend noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist.

In den Fig. 1 und 2 ist die mit dem Körper in Berührung kommende Elektrode 20 dargestellt. Angrenzend an das verbreiterte Ende 24 des leitenden Teils 22 der Elektrode 20 und in inniger Berührung mit demselben ist eine halbleitende Schicht 26 angeordnet, die einen wahlweise vorbestimmten Widerstand aufweist. Dieselbe besteht vorzugsweise aus ein Dispersion von leitenden Teilchen, wie zum Beispiel Kohlenstoff oder dergleichen, in einem nichtleitenden Kunststoffmedium, wie zum Beispiel Epoxyharz oder einem anderen isolierenden Material, das einen relativ festen, filmartigen Überzug bildet, wie in Fig.2 gezeigt ist. Die freiliegende äußere Oberfläche 28 der Schicht 26 bildet den mit dem Körper in Berührung kommenden Teil der Elektrode und kann in direkter Berührung mit der Hautoberfläche angeordnet werden, wie nachstehend noch genauer beschrieben wird. Der leitende Teil 22 der Elektrode 20 erstreckt sich von seinem verbreiterten Ende 24 nach hinten und bildet einen Vorsprung 30, der mit einer leitenden Kappe 32 versehen werden kann. Die Kappe 32 dient zur Befestigung der Elektrode 20 an einem nichtleitenden Stützteil, wie zum Beispiel einem Band 34, mit dessen Hilfe die Elektrode 20 an einer vorher gewählten Stelle des Körpers, wie zum Beispiel dem Handgelenk 36, gehalten werden kann, wie aus F i g. 1 ersichtlich ist. Die einen entsprechenden Umriß aufweisende Kappe 32 kann einen (nicht dargestellten) komplementär geformten, passenden Verbindungsteil aufnehmen, um die Elektrode 20 mittels eines dazwischenliegenden Leiters 40 mit einer äußeren elektrischen Stromquelle 38 !ösbar zu verbinden. Der Fortsatz 30 der Elektrode 20 kann auch mit einer entsprechenden Ausnehmung versehen oder geschlitzt sein, um das blanke Ende eines Leiters 40 aufzunehmen, welches dann mit dem leitenden Teil 22 verlötet werden kann. Der Fortsatz 30 kann aber auch entsprechend abgeändert werden, um einen komplementären Kupplungsteil aufzunehmen, wodurch eine lösbare Kupplung zwischen denselben gebildet wird.

ίο Wie in F i g. 5 gezeigt ist, kann die knopfartige Form der Elektrode 20 entsprechend abgeändert werden, um eine im allgemeinen längliche Elektrode 42 zu bilden, die einen mittleren leitenden Teil 44 aufweist, rund um welchen ein halbleitender Teil 68 unmittelbar angrenzend und in inniger Berührung mit demselben angeordnet ist. Ein isolierter elektrischer Leiter 70 ist mit dem leitenden Teil 44 verbunden und erstreckt sich von demselben nach außen. Der Leiter 70 dient dazu, die Elektrode 42 mit einer (nicht dargestellten) äußeren elektrischen Stromquelle in ähnlicher Weise zu verbinden, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Es ist leicht ersichtlich, daß die Elektrode 42 in wirksamer Weise als eine direkt in das Gewebe einzubettende Einrichtung verwendet werden kann. Die halbleitende Schicht 68 bildet ein entsprechendes isolierendes Medium zwischen dem leitenden Teil 44 und dem angrenzenden Körpergewebe, das für die Verhinderung einer schädlichen chemischen Reaktion zwischen denselben wesentlich ist, während die bei solchen Anwendungen

JO erforderliche Leitfähigkeit aufrechterhalten wird.

Wenn es notwendig oder wünschenswert ist, kann die Elektrode 20 weiter abgeändert werden, um die in F i g. 8 gezeigte, im wesentlichen kugelförmige Elektrode 72 zu bilden, die einen inneren leitenden Teil 74 aufweist, welcher in einen äußeren halbleitenden Teil 76 entsprechend eingekapselt und mit einem isolierten elektrischen Leiter 78 verbunden ist.

In F i g. 7 ist eine Ausführungsform einer ein Doppelelement aufweisenden Elektrode 80 dargestellt.

•ίο Angrenzend an ein Paar im Abstand liegender, im allgemeinen länglicher leitender Teile 82, 82' und in inniger Berührung mit denselben ist ein halbleitender Teil 84 angeordnet, der dem Teil 26 der Elektrode 20 gemäß F i g. 2 ähnlich ist. Mit jedem leitenden Teil 82, 82' ist ein zugehöriger elektrischer Leiter 86 bzw. 86' verbunden und erstreckt sich von demselben nach außen, um eine elektrische Verbindung zwischen der Elektrode 80 und einer äußeren elektrischen Stromquelle in ähnlicher Weise herzustellen, wie vorstehend für die Elektrode 20 gemäß F i g. 1 beschrieben wurde. Die Elektrode 80 kann verwendet werden, um zwei äußere elektrische Stromquellen mit einem Körperbereich zu verbinden. Der Abstand zwischen den leitenden Teilen 82,82' kann durch entsprechende Ausbildung der Dicke des halbleitenden Materials 88, das zwischen den leitenden Teilen 82, 82' angeordnet ist, bestimmt werden.

Um die Wirkung der Elektrode 20 besser würdigen zu können, wird nachstehend auf F i g. 3 Bezug genommen.

Die äußere Oberfläche 28 der halbleitenden Schicht 26 derselben ist in inniger Berührung mit der Oberfläche eines Teils der Haut 46 angeordnet. Die gezeigten Ausnehmungen 48, die sich vom Inneren der Haut 46 erstrecken und in Öffnungen 50 an der Oberfläche

hi derselben münden, stellen Poren dar, welche im allgemeinen an der Oberfläche der Haut sichtbar sind. Der Widerstand im Bereich der Poren ist beträchtlich geringer als der Widerstand, der in den Bereichen

zwischen den Poren gemessen wird. Der geringere Widerstand der Poren 48 ergibt sich im allgemeinen aus dem Vorhandensein von Körperflüssigkeit innerhalb der Poren 48. Wenn bisher Strom zwischen dem Körper 52 und einer Elektrode übertragen wurde, war der Strom (dessen Gesamtwert sehr klein sein kann) auf die verhältnismäßig engen Wege der einen geringen Widerstand aufweisenden Poren konzentriert. Infolge der hohen Stromdichte innerhalb der äußerst beschränkten Porenbereiche, die einen verhältnismäßig kleinen Prozentsatz des Oberflächenbereichs der Haut 46 ausmachen, wurden die die Poren 48 begrenzenden Wände und die unmittelbar angrenzenden Hautbereiche bestimmten schädlichen chemischen Veränderungen unterworfen. Die Anordnung der verhältnismäßig dünnen halbleitenden Schicht 26 zwischen dem leitenden Teil 22 der Elektrode 20 und der angrenzenden Oberfläche der Haut 46 dient dazu, eine gleichmäßige Stromverteilung zwischen denselben zu erhalten. Dadurch kann die unerwünschte Stromkonzentration in den Poren und die sich daraus ergebende Beschädigung der Haut wirksam verhindert werden, während gleichzeitig die Übertragung des erforderlichen Stromes ermöglicht wird.

Es soll nunmehr auf die schematische Darstellung der F i g. 4 Bezug genommen werden. Die halbleitende Schicht 26 der Elektrode 20 kann durch viele miteinander verbundene parallele Widerstände 56 dargestellt werden, die einen effektiven Widerstand R\ aufweisen. Die Poren 48 können durch viele enge, längliche, im Abstand liegende, leitende Wege 58 dargestellt werden, die durch einen verhältnismäßig hohen Widerstand aufweisende Bereiche 60 getrennt sind, welche schematisch die zwischen den Poren liegenden Hautbereiche 48 darstellen. Der effektive Widerstand des Haut-Porenbereichs ist mit R2 und jener des darunterliegenden Körperbereichs 62 mit R3 bezeichnet. Der Widerstand R\ ist wahlweise so bemessen, daß derselbe einen vorherbestimmten Wert aufweist, welcher wesentlich größer ist als Λ2· Die miteinander verbundenen parallelen Widerstände 56 haben im wesentlichen den gleichen Wert als Ergebnii der im allgemeinen homogenen Charakteristik dei halbleitenden Schicht 26. Wie durch bekannte elektrische Prinzipien leicht gezeigt werden kann, wird jedei derselben einen Wert aufweisen, der wesentlich größei ist als der gesamte effektive parallele Widerstand Λι und infolgedessen einen Wert, der wesentlich größer is· als /?2· Es wird daher bewirkt, daß der Strom / irr allgemeinen gleichmäßig über alle parallelen Widerstände 56 verteilt wird, was eine im wesentlicher gleichmäßige Verteilung des Stromes an der Grenzflä ehe 64 ergibt. Die unerwünschte Konzentration vor Strom an den einen geringen Widerstand aufweisender Bereichen, wie zum Beispiel Poren 48, ist dahei vermieden. Es ist gefunden worden, daß die Dicke dei halbleitenden Schicht 26 (F i g. 2 und 3) innerhalb eine! Bereichs von 0,025 bis 0,25 mm gehalten werden soll. E« ist auch gefunden worden, daß ein Verhältnis des Volumens der leitenden Teilchen zum isolierender Material von 1 bis 25% einen Widerstand dei halbleitenden Schicht ergibt, der für die angegebener Zwecke angemessen ist.

Wenn es wünschenswert oder notwendig ist, die Größe einer Elektrode auf ein Mindestmaß herabzuset zen, während andererseits ein größerer Körperbereicl beaufschlagt werden soll, können mehrere Elektrodei 20 im Abstand voneinander verwendet werden, wie ir F i g. 6 gezeigt ist, wobei die Elektroden 20 einzeln mi einer einzigen äußeren elektrischen Stromquelle ver bunden werden können, um die Strommenge proportio nal zu verringern, die übertragen und durch jede dei Elektroden 20 verteilt werden muß. Jede Elektrode 2( kann aber auch mit einer getrennt äußeren Stromquelle verbunden werden, um mehrere einzelne, wahlweise unabhängige Berührungsbereiche zu erhalten. Eine odei mehrere Elektroden 20 können zweckmäßig auf einen einzigen isolierenden Stützteil, wie zum Beispiel einen Band 34 angeordnet werden, um das lösbare Festhalter der Elektroden in einer an einen vorhergewählter Bereich des Körpers angrenzenden Stellung zi bewirken.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Elektrode zum Zuführen eines elektrischen Stromes durch die Haut eines Menschen zu dessen Körper mit einem leitenden und an eine Stromquelle anschließbaren Teil und mit einer den leitenden Teil bedeckenden und auf die Haut auflegbaren Schicht aus elektrisch schlecht leitendem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem schlecht leitenden Werkstoff bestehende Schicht (26, 68, 76, 84) aus vielen in einem Isoliermaterial verteilten leitenden Teilchen besteht, die leitenden Teilchen ein Gesamtvolumen von 1% bis 25% des Volumens der aus dem schlecht leitenden Werkstoff bestehenden Schicht (26, 68, 76, 84) haben und die Schicht eine Dicke von 0,025 mm bis 0,25 mm aufweist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Teilchen aus Kohlenstoff bestehen.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial Harz ist.

4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Haut aufiegbare Oberfläche der Schicht (26,68,76,84) im wesentlichen glatt ist