DE2302618A1

DE2302618A1 - Elektrode zur aufnahme bioelektrischer potentiale

Info

Publication number: DE2302618A1
Application number: DE2302618A
Authority: DE
Inventors: Robert Paul Monter
Original assignee: NDM Corp
Current assignee: NDM Corp
Priority date: 1972-01-21
Filing date: 1973-01-19
Publication date: 1973-07-26
Also published as: GB1421451A; FR2168461B1; AR199469A1; US3946730A; DE2302618C2; JPS5041366A; JPS6017530B2; FR2168461A1; BR7300467D0; CA997003A; IT978223B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode und deren Verwendung im Rahmen der Messung bioelektrischer Potentiale im bzv/. am lebenden Körper insbesondere Tierkörper.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und billige Elektrode zu schaffen, mit der sich bioelektrische Potentiale einfach und genau aufnehmen lassen .

Zur Lösungdieser Aufgabe dient eine Elektrode, die sich dadurch auszeichnet, daß sie einen Alkalisulfat-Elektrolyten im Kontakt mit einem Anschlußstück aus korrosionsfreiem Stahl aufweist.

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Ein bevorzugter Elektrolyt ist eine wäßrige Zubereitung mit einer Alkalisulfat-Konzentration im Bereich von ungefähr 1 Gew.-$ bis zum Sättigungspunkt des Alkalisulfats in Wasser, insbesondere 10 bis 20 Gew.-$. Vorzugsweise ist in der Alkalisulfat-Lösung eine kleine aber wirksame Menge eines wasserlöslichen , in Wasser quellbaren Schleimes vorhanden, um ein viskoses Elektrolyt-Gemisch zu ergeben, das entsprechend einer weiteren Ausführungsform an einer schwammartigen zellulären Matrix, z.B. Schaumstoff, adsorbiert ist. Die Elektrolyt-Zubereitung soll zweckmäßigerweise hochviskos und halbfest sein.

Von den Alkalisulfaten Natrium-, Kalium- und Lithiumsulfat wird natriumsulfat bevorzugt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Elektrode ist , ,

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vorgesehen, daß sie eins nach dem Körper hin öffnende Höhlung / die von eLnemumgekehrten, nicht leitenden becherförmigen . Element gebildet ist und ein Anschlußstück durch die Grundfläche des becherförmigen Elementes ragt und so ausgebildet ist, daß an es außen ein elektrisch leitendes Anschlußkabel angeschlossen werden kann·

Der Elektrolyt soll den Innenraum des Bechers weitgehend ausfüllen und vorzugsweise darüberhinaus ragen. Zweckmäßig ist es, wenn die Elektrode zusätzlich eine abnehmbare, die offene Seite des becherförmigen Elements bedeckende Schutzhülle aus einem Fplienmaterial mit einem erhöhten Mittelteil hat, das über den halbfesten Elektrolyten reicht, der aus dem becherförmigen Element herausragt und wobei dieses erhöhte Mittelteil von diesem einen Abstand besitzt jedoch mit einer Ausbuchtung in das herausragende Ende des halbfesten Elektrolyten eindringt und ihn in dem becherförmigen Element hält.

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Ferner vorgesehen sein kann, daß das becherförmige Element auf einer flexiblen federnden Platte vorgesehen ist, die um das im wesentlichen in der Mitte gelegene becherförmige Element herumreicht und eine Öffnung für das Anschlußstück und eine druckempfindliche Klebemittelschicht zum Anheften an der Körperoberfläche aufweist und daß eine Vorrichtung zur Befestigung der Platte an dem becherförmigen Element einschl. des Anschlußstückes vorgesehen ist, die sich durch die Bodenfläche des becherförmigen Elements und durch die öffnung in der Platte erstreckt.

Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel an Hand einer Zeichnung näher erläutert, in der zeigt Fig.1 eine perspektivische Ansicht einer Schutzhülle für eine erfindungsgemäße Elektrode

Pig.2 einen Querschnitt durch eine Elektrode nach der Erfindung und die Schutzhülle entlang der linie 2-2 der Fig.1 und Fig.3 eine teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Elektrode, bei der die Schutzhülle entfernt ist.

Die Elektrode 10 besteht aus einer kreisrunden, flexiblen, federnden Platte 12, auf deren Oberseite ein zentral liegendes becherförmiges Element 14 und auf deren Unterseite eine Klemmplatte 16 angeordnet sind, die die gleiche Form besitzen und miteinander fluchten. Das becherförmige Element 14 hat die Form einer Scheibe mit einer kreisrunden flachen Grundfläche und einem im Querschnitt halbkreis- oder U-förmigen umlaufenden Rand. Der Durchmesser des becherförmigen Elementes 14 ist wesentlich größer als dessen Höhe. Diese Teile werden durch einen metallischen Leiter zusammengehalten, der gemäß Figur 2 die Form eines 2-teiligen Hohlniets oder eines Druckknopfes 18 hat, der als Anschlußstück eine obere kreisförmige Platte 20 auf dem Boden des becherförmigen Elements aus deren Mitte ein Hohlstutzen 22 nach unten ragt und eine untere Platte 24 auf der Unterseite der flexiblen Platte mit einer nach unten ragenden Hülse 26 zur Aufnahme des Stutzens 22 um -»

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Die Teile werden so zusammengesetzt und gehalten, daß sich das "becherförmige Element Ή und die Klemmplatte 16 jeweils in der Mitte und miteinander fluchtend auf den beiden Seiten der Platte 12 befinden. Der Stutzen 22 greift dann durch übereinanderliegende Öffnungen in der Mitte der Platte 12 und der Teile 14 und 16 in die Hülse 26 ein. Das Zusammenpressen dieser Nietenteile führt dazu, daß sich der Stutzen 22 nach innen biegt und die Seitenwände nach außen gedrückt werden, wodurch alle Teile miteinander verbunden werden.

Die Oberseite der Platte 12 hat eine für medizinische Zwecke geeignete druckempfindliche Acryl-Klebemittelschicht 28. Bis zur Verwendung der Elektrode 10 ist die Klebemittelschicht 28 mit einer Schutzfolie 30 aus Papier abgedeckt, die auf der Fläche, die mit der Klebemittelschicht 28 in Berührung kommt, einen Überzug besitzt, der ein leichtes Abziehen ermöglicht.

Die Scheibe 12 besteht vorzugsweise aus einem geschäumten Plastikmaterial, wie Polyvinylchlorid, das den erforderlichen Luftzutritt zur Haut ermöglicht. Eine derartige Platte ist gut flexibel und paßt sich leicht den Konturen der Haut an und ermöglicht deren freie Bewegung. Das becherförmige Element kann aus einer tiefgezogenen thermoplastischen Folie bestehen, die leicht flexibel aber ausreichend starr ist, um ein Zusammenfallen zu vermeiden. Eine Vielzahl von PlastikmateriaUen kann für das becherförmige Element 14 verwendet werden. Beispiele hierfür sind Vinylpolymere, PVC, lineares Polyäthylen und Celluloseacetatbutyrat.

Der Elektrolyt wird vorher mit der Elektrode 10 zusammengebracht indem man eine scheibenförmige schwammartige zelluläre Matrix 32 aus einem nicht leitenden offenzelligen Material mit einem Elektrolyt-Gel tränkt. Die schwammartige Matrix 32 Ixat vorzugsweise einen Durchmesser, der im wesentlichen dem

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!Durchmesser der Grundfläche des becherförmigen Elementes 14 entspricht und eine Dicke, die größer als dessen Tiefe ist. Sie ist ausreichend stark mit dem Elektrolyt-Gel getränkt,-damit, wenn die Elektrode 10 auf die Haut gepreßt ^wig£L das Gel das gesamte Volumen der Höhlung zwischen der Haut/der leitenden Platte 20 ausfüllt. Dadurch wird ein guter elektrischer Kontakt zwischen der Haut und der leitenden Platte 20 durch das Gel sichergestellt.

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Die schwainmartige Matrix 32 kann aus offenzelligem Polyurethan-Schaumstoff hergestellt werden, obwohl andere zelluläre Materialien ebenfalls geeignet sind. Die schwainmartige Matrix 32 kann mit dem Gel (z.B.Natriumsulfat) getränkt werden, indem man sie in eine Menge des Gels einraucht, zusammendrückt und dann nach und nach mit dem Druck zurückgeht bevor sie aus dem Gel entfernt worden ist, auf die gleiche Weise, in der man einen Schwamm mit Wasser' tränken würde. Sie kann.natürlich auch auf andere Weise mit dem Gel getränkt werden.

V/enn sie mit dem Gel getränkt ist, neigt die schwammartige Matrix 32 dazu, an der leitenden Platte 20 und der Grundfläche des becherförmigen Elementes 14 zu haften. Die Haftung ist ausreichend, daß die Matrix 32 einfach auf die leitende Platte 20 und das becherförmige Element 14 aufgebracht werden kann ohne daß weitere Klebemittel verwendet werden müssen. Nach dem Aufbringen dieser Matrix ist die Elektrode 10 für die Anv/endung bereit.

Es ist eine Schutzhülle 38 (Fig.1 und 2) für das becherförmige Element H und die mit dem Gel getränkte schwammartige Matrix 32 vorgesehen, sodaß die Elektrode 10 für die sofortige Anwendung aufbewahrt werden kann. Die Hülle 38 umfaß-fc einen im wesentlichen flachen Abschnitt aus einer nicht leitenden Plastikfolie mit einem kreisförmigen flachen Rand 40 und '■-.

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einem hochgezogenen zylindrischen Mittelteil 42, dessen innerer Durchmesser im wesentlichen dem äußeren Durchmesser des becherförmigen Elementes 14 gleicht. Die Höhe des zylindrischen Mittelteils 42 ist größer als die Gesamthöhe des becherförmigen Elements 14 und der Matrix 32 v/odurch die innere G-rundfläche 44 des Mittelteils 42 einen Abstand von der Matrix 52 hat. An der Oberseite des Mittelteils 42 ist noch eine zentrische nach innen gerichtete konische Einbuchtung 46 vorgesehen, deren untere Spitze von der Ebene der Schutzfolie 30 einen wesentlich geringeren Abstand hat als er der Dicke der schwammartigen Matrix 32 entspricht. Aus den unten erwähnten Gründen ist die Einbuchtung 46 so gestaltet, daß, wenn die Teile zusammengesetzt v/erden, der Berührungsbereich zwischen der Einbuchtung 46 und der schwammartigen Matrix 32 wesentlich geringer ist als der gesamte Berührungsbereich zwischen der schwammartigen Matrix 32 und der leitenden Platte 20 und der Grundfläche des becherförmigen Elements Η.

Die Hülle 38 befindet sich auf der Oberseite 'der Schutzfolie 30, wobei der zylindrische Mittelteil 42 über das becherförmige Element 14 gestülpt ist. Die Schutzhülle 38 dient nicht nur dazu, eine Verschmutzung und Austrocknung der schwammartigen Matrix 32 zu vermeiden, sondern die konische Einbuchtung 46, die in die schwammartige Matrix 32 eingreift, hält diese Matrix auch auf dem becherförmigen Element 14 fest und drückt sie gegen die leitende Platte 20. Vor der Verwenduno der Elektrode 10 muß die Schutzfolie 30 nur von der Platte 12 abgezogen werden, wobei die Schutzhülle 38 mitentfernt wird.

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Zu den wasserlöslichen, in Wasser quellbaren Schleimen (die auch "bekannt sind als Gel-bildende Säuren und wasserlösliche Harze), die erfindungsgemäß verwendet v/erden können, gehören Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohole, celluloseartige Gumnien, Polymethylenoxid, Natriuiaalginat, Gummitragnat, Polyacrylsäuren wie"die hydrophilen hoch viskosen Polyacrylsäuren mit einem Molekulargewicht von ungefähr 1 Million bis ungefähr 6 Millionen, die geeignet sind für kosmetische und pharmazeutische Zubereitungen (z.B. die wasserlöslichen Carbopol-Harze der B.F.Goodrich Chemical Co.),

Die besten Ergebnisse werden erzielt mit den Polyacrylsäuren durch Neutralisieren dieser Säuren mit irgend einem Neutralisationsmittel wie den ziemlich starken organischen und anorganischen Basen, wie NaOH, KOH,NH OH, Mono-, Di- und Trialky!aminen,Mono-, Di- und Trialkanolaminenw'ie Triäthanolamin", Triamylamin, Dodecylamin, Di(2-äthylhexyl) amin und ähnlichen.

Der entstehende neutralisierte Schleim ist üblicherweise in einer Konzentration von ungefähr 0,2 bis ungefähr 8,Of₀ vorzugsweise von ungefähr 0,85 bis ungefähr 5,0 Gew.-<$> bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrolyt-Zubereitung vorhanden.

Gegebenenfalls können übliche Zusätze wie Substanz&n, die ein Festwerden verhindern (mold inhibitors) und ahnlicb.es in kleinen Mengen normalerweise von weniger als 1$ vorhanden sein· Zum Beispiel werden sehr gute Ergebnisse erreicht mit chlorierten aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie 2-Chlor-m£-xylenol und Salzen organischer Säuren, wie Natriumbenzoat und ähnlichen.

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Während die Reihenfolge des 'Vermischens der Elektrolyt -Bestandteile zahlreiche Variationen erlaubt, ist es günstig und bevorzugt, eine wäßrige Alkalisulfat-Lösung getrennt herzustellen und 'dazu unter entsprechendem Rühren die Schleimkomponente zuzusetzen, die dann in situ neutralisiert werden kann. Die Substanz zur.Verhinderung des Festwerdens wird^so^weit eine solche vorhanden ist, vorzugsweise zusammen mit-dem Neutralisationsmittel zugegeben, um eine bessere Verteilung zu erreichen.

Üblicherweise v/erden die Elektrolyt-Bestandteile bei Raumtemperatur und Atmosphären-Druck miteinander vermischt. Gegebenenfalls können erhöhte Temperaturen und entsprechend verringerte Drucke und umgekehrt (innerhalb der gegebenen Toleranzen und physikalischen Eigenschaften der Komponenten) vorteilhaft angewandt werden.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, bei denen soweit nicht anders angegeben $ und Teile jeweils Gew.-$ bzw. Gew.-Teile'sind.

Beispiel 1

Die folgenden Bestandteile wurden zu einer Elektrolyt-Zubereitung vermischtj

93,3 Teile Wasser

2,0 Teile Carboxypolymethylen (Polyacrylsäure MGi4-6 Millionen) *

1,6 Teile Triäthanolamin
0,1 Teil 2-Chlor-m-xylenol
3,0 Teile Natriumsulfat (wasserfrei)

»Carbopol 940 der B.F." Goodrich Chemical Co.

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Das v/asserfreie natriumsulfat wurde unter leichtem Rühren in Wasser gelöst und die Polyacrylsäure dann langsam unter heftigem Rühren in die wäßrige Salzlösung gesiebt bis die Polyacrylsäure homogen dispergiert und/oder gelöst war. Eine Lösung des Triäthanolamins und 2-Chlor-m-xylenols, die durch leichtes Erwärmen und Rühren der 2 Komponenten hergestellt worden war, wurde schnell zu dem Gemisch zugegeben (unter heftigem Rühren nach dem gleichen Yerfahren wie oben die Polyacrylsäure). Es wurde weitere 10 bis 60 Minuten heftig gerührt bis die entsprechende Viskosität erreicht war,

Beispiel 2

Die folgenden Bestandteile wurden zu einer Elektrolyt-Zubereitung vermischt:

79,1 Teile Wasser

2,4 Teile Carbopol 940

3,0'Teile Triäthanolamin

0,5 Teile 2-Ohlor-m-xylenol
15,0 Teile Natriumsulfat (v/asserfrei)

Das Vermischen wurde im wesentlichen wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt mit der Ausnahme, daß 2~Chlor-m-xylenol und Triäthanolamin (nach der Polyacrylsäure) getrennt und nacheinander unter heftigem Rühren nach jeder Zugabe zugegeben wurde

Beispiel 5

Die folgenden Bestandteile wurden im wesentlichen wie in Beispie!

mischt.

Beispiel 1 beschrieben zu einer Elektrolyt-Zubereitung ver-

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- ίο -

74,3 Teile Wasser

2,4 Teile Carbopol 940

3,1 Teile Triäthanolamin

0,2 Teile 2-Chlor-m-xylenol
.2,0 Natriumsulfat (wasserfrei)

Die Elektrolyt-Zubereitung jedes der oben angegebenen Beispiele zeigte die folgenden sehr günstigen Eigenschaften, wenn sie zum Tränken einer sehwammartigen, zellulären flexiblen Polyurethan-Matrix verwendet wurde und. die entstehenden halbfesten Massen untersucht wurden, indem sie in eine Körperelektrode der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Art gegeben wurden:

In 1. Linie korr©dierten derartig vorgefüllte Elektroden erstaunlicherweise selbst nach vielen Monaten nicht. Vorgefüllte Elektrodensysteme HaCl/korrosionsfreier Stahl korrodieren innerhalb einiger Tage,besonders wenn solche MaCl-Elektrolyten verwendet werden, die eine höhere FaCl Konzentration haben, als die isotonische. Selbstverständlich führt jede Korrosion zu sehr unerwüns chten elektrischen Änderungen. Die oben beschriebenen Beispiele ergeben auch ein Elektroden/Elektrolyt-System, das nur zu sehr geringen Wechselwirkungen mit der Haut führt · und selbst nach längerer Berührung mit der Haut keine dermatologischen Wirkungen zeigt.

In früheren Veröffentlichungen wird wiederholt und eindringlich betont, daß korrosionsfreier Stahl als metallischer Leiter zur Verwendung für die "Anzeige . bioelektrischer Potentiale schlecht geeignet ist. Es wird gesagt, daß die Verwendung von korrosionsfreiem Stahl zu hohen variablen unzuverlässigen abweichenden Potentialen führt, die gestörte Wellenformen ergeben und eine Basisverschiebung bei elektrokardlcgraphischen und encephalographischen Überwachungen besonders bei Überwachungseinrichtungen mit einem niedrigen Eingangswiderstand. Es hat sich, erfindungsgemäß und völlig überraschenderweise

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gezeigt, daß das Elektrodensystem aus korros:fcnsfreiem Stahl/Alkalisulfat, das erfindungsgemäß hergestellt . worden ist, nicht nur zu niedrigeren aber stabilen
Ausgangspotentialen führt, sondern auch zu einem sehr günstigen biologischen Uberwachungssystem.

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Claims

1. jElektrode zur Aufnahme biοelektrischer Potentiale im oder am lebenden Körper, insbesondere Tierkörper, dadurch, gekennzeichnet , daß sie einen Alkalisulfat-Elektrolyten in Kontakt mit einem Anschlußstück aus korrosionsfreiem Stahl auf v/eist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der Elektrolyt eine wäßrige Zubereitung, enthaltend ungefähr 1 Gew.-$ bis zu einer gesättigten wäßrigen Lösung Alkalisulfat, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.-$ ist.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g.e k e η η ze i c h η e t , daß das Alkalisulfat Natriumsulfat ist.

4· Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine sich zum Körper hin öffnende Höhlung zur Aufnahme des Elektrolyten aufweist, auf deren Boden sich, das Anschlußstück(20)befindet.

5. Elektrode nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt eine wäßrige, . hochviskose halbfeste Zubereitung ist und eine kleine aber wirksame Menge eines wasserlösliche^ in Wasser quellbaren Schleimes enthält und daß das Sulfat-Schleim-aemisch in einer , schwammaxbLgen zellulären Matrix eingebettet ist.

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6. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß der Schleim ein neutrales, wasserlösliches in V/asser quellbares Carboxypolymethylen ist und in einer Konzentration von ungefähr 0,2 bis ungefar 5,0$ bezogen auf das Gesamtgewicht der Elektrolyt -Zubereitung enthalten ist.

7. Elektrode nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die sich nach dem Körper hin öffnende Höhlung von einem umgekehrten nicht leitenden becherförmigen Element (H) gebildet ist und das Anschlußstück durch die Grundfläche des becherförmigen Elementes ragt und so ausgebildet ist, daß an es außen ein elektrisch leitendes Ansehlußkabel angeschlossen werden kann.

8. Elektrode nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt im wesentlichen den Innenraum des becherförmigen Elements ausfüllt, und eine Dicke hat, die mindestens der Tiefe dieses Elements entspricht, vorzugsweise größer ist.

9« Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich eine abnehmbare die offene Seite des becherförmigen Elements bedeckende Schutzhülle (36) aus einem Polienmaterial mit einem erhöhten Mittelteil hat, das über den halbfesten Elektrolyten reicht, der aus dem becherförmigen Element herausragt und wobei dieses erhöhte Mittelteil von diesem einen Abstand besitzt, jedoch mit einer Ausbuchtung in das herausragende Ende des halbfesten Elektrolyten eindringt und ihn in dem becherförmigen Element hält.

10. Elektrode nach einem der Ansprüche 4 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß das becherförmige Element (14) auf einer flexiblen federnden Platte (12) vorgesehen ist,

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die um das im wesentlichen in der Mitte gelegene becherförmige Element herumreicht und eine Öffnung für das Anschlußstück und eine druckempfindliche Klebemittelsehicht ,

(28) zum Anheften an der Körperoberfläche auf v/eist und

, . ragende Vorrichtung ,

das exne Vorrichtung (18) zur Befestigung der Platte C¹²) / an dem becherförmigen Element (H) einschließlich des Anschlußstücks vorgesehen ist, die sich durch die Bodenfläche des becherförmigen Elements und durch die Öffnung in der Platte erstreckt.

11. Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichne daß die durch die Grundfläche des becherförmigen Elements (14),und die Öffnung in der flexiblen federnden Platte (12) eine leitende zweiteilige Fiete bzw. ein Metalldruckknopf (18) ist und der Teil, der mit dem Elektrolyten in Berührung steht, aus korrosionsfreiem Stahl besteht.

12. Verwendung der Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Bestimmung bioelektrische Potentiale am lebenden Körper.

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