DE2337321A1

DE2337321A1 - Elektrode zur erstellung eines ekg

Info

Publication number: DE2337321A1
Application number: DE19732337321
Authority: DE
Inventors: Arthur Joseph Hinnenkamp
Original assignee: Medical Plastics Inc
Current assignee: Medical Plastics Inc
Priority date: 1972-07-24
Filing date: 1973-07-23
Publication date: 1974-02-07
Also published as: DE2337321B2; IT991982B; FR2193571B1; GB1441622A; JPS4952488A; FR2193571A1; DE2337321C3

Description

Priorität: 2k. Juli 1972, Nr. 274 482, USA

Die Erfindung betrifft e,ine Elektrode für die Abnahme von bioelektrischen Signalen am Körper zur Erstellung eines EKG, wobei die Elektrode aus einem Träger mit darauf angebrachten, voneinander beabstandeten Streifen aus einem elektrisch leitendem Material besteht.

Es ist bereits eine solche Elektrode bekannt, die als Biopotentialfühler ausgebildet ist, wobei der Träger aus einem Plattenmaterial besteht, in welches randseitig zwei aktive Elektrodenstreifen und mittig davon beabstandet ein Bezugselektrodenstreifen eingesetzt ist. Der Träger mit den Elektrodenstreifen wird direkt mit der Haut in Kontakt gebracht, um so ein sehr hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erzielen. Die aktiven Elektroden sind trägerseitig mit im Träger befindlichen integrierten Schaltteilen eines Verstärkers verbunden, um so eine niedrige Impedanz für das Meßinstrument

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aufrechtzuerhalten. Die Größe solcher Elektroden beträgt etwa 1 cm² (US-PS 3 565 060).

Diese Elektrode hat den Nachteil, daß sie auch Signale aufnimmt, die von der Netzspannung erzeugt werden, wodurch die erzielten Meßwerte gestört werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei elektrochirurgischen Operationen, wo Hochfrequenzströme durch den Körper zu einer Indifferenzelektrode fließen, im Falle einer Störung der Erdung die Erdung über die EKG-Elektroden erfolgt, was wegen der kleinen Kontaktflächen dieser Elektroden zu erheblichen Gewebeverbrennungen führen kann. Außerdem müssen diese Elektroden für die Wiederverwendung sterilisiert werden, was ^u Zerstörungen der elektronischen Bauteile führen kann.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Elektrode der eingangs beschriebenen Art in einer Einwegausführung zu schaffen, die in einfacher Weise mit dem Körper in Kontakt bringbar ist und, wenn sie als Hilfserdung dient, zu keinen Gewebeverbrennungen führt.

Diese Aufgabe wird mit der Elektrode der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Träger aus einem großflächigen, elektrisch nicht leitenden, flexiblen Flachmaterial besteht, im wesentlichen rechteckig ist und auf einer Seite mit wenigstens drei zueinander parallelen, in Längsrichtung des Trägers verlaufenden Streifen versehen ist, deren Außenseite aus dem elektrisch leitenden Material besteht, die im wesentlichen rechteckig und flächengleich sind, gleiche Eigenschaften hinsichtlich des elektrischen Kontaktes mit dem Körper haben und deren Abstand wesentlich kleiner als die Breite eines Streifens ist.

Zweckmäßigerweise beträgt das Verhältnis von Streifenlänge zu Streifenbreite 3 : 1 bis Io : 1.

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Das Flachmaterial des Trägers besteht zweckmäßigerweise aus Karton, Pappe oder Kunststoff, beispielsweise aus geschäumtem Kunststoff, der als Integralschaum eine Haut aufweist, wobei sich besonders Polyurethanschaum oder Polystyrolschaum eignet.

Die Streifen aus elektrisch leitendem Material bestehen aus Metallfolie, die am Träger, beispielsweise ,durch Kleben, befestigt sind. Als Metallfolien werden Folien aus Kupfer, Aluminium, Zinn, Nickel, Silber, Blei-Zinn-Legierungen oder elektrisch leitende Kunststoffe sowie elektrisch leitende Gewebe, beispielsweise Silber-Nylon-Gewebe, verwendet. Die Streifen können auf den Träger auch in Form cin-33 Metallfilms auflaminiert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Träger mit dem gewünschten Metall zu beschichten, die Streifen abzudecken und das den späteren Isolierspalten entsprechende Material wegzuätzen. Die Streifen können auch auf der Trägeroberfläche durch Aufbringen einer elektrisch leitenden Tinte erzielt werden, wobei zum Aufbringen der Tinte das Siebdruckverfahren, das Aufwalzen oder ein Druckverfahren verwendet werden kann.

Die Längsränder der außenliegenden Streifen können von' dem benachbarten Längsrand des Trägers beabstandet sein, so daß das Material des Trägers an den Längsrändern vorsteht. Die Streifen können auch um die abgerundeten Trägerkanten längs- und stirnseitig herumgezogen sein, um dadurch die Gefahr des Kratzens oder Schneidens an diesen Kanten auszuschließen.

Das Anschließen einer Einwegelektrode erfolgt zweckmäßigerweise über eine entsprechend ausgebildete Anschlußklemme, deren Kontaktklemmen jeweils mit dem elektrisch leitenden Material eines Streifens in Leitkontakt bringbar sind, wobei von der Anschlußklemme die Signale über isolierte Kabel dem Monitor des EKG-Gerätes zugeführt werden. Um die Verwendung

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schmalerer Klemmen zu ermöglichen, hat jede Elektrode zweckmäßigerweise ein Kopfteil, dessen Abmessung kleiner als die Querabmessung der Elektrode ist, wobei der Übergang von der Elektrodenquerabmessung zur Querabmessung des Kopfteils abgerundet oder als schrägverlaufende Kante ausgebildet sein kann. Im Kopfteil wird vorteilhafterweise ein Querfalz vorgesehen, um den das Kopfteil nach unten umfaltbar ist, so daß bei der doppelten Elektrodenstärke im Bereich der Anschlußklemme beide Klemmenteile eines Anschlusses mit dem leitenden Material ein und desselben Streifens in Kontakt stehen.

Die Elektrode hat den Vorteil, daß sie sich infolge ihrer Flexibilität und im Falle von Schaumstoff zusätzlich durch ihre Kompressibilität mit den entsprechenden Körperteilen in guten Kontakt bringbar ist, ohne daß dadurch die Sterilität eines Operationsfeldes beeinträchtigt, die einen chirurgischen Eingriff vornehmenden Personen gestört oder die Anästhesie nachteilig beeinflußt wird. Die Elektrode kann ohne Verwendung eines zusätzlich leitenden Mediums, wie Pasten, Gels oder Cremes, verwendet werden, die bei längeren Anliegezeiten der Elektroden zu Hautreizungen führen. Die äußerst einfach herstellbare Elektrode kann infolge der geringen Gestehungskosten nach dem Gebrauch weggeworfen werden, so daß das Reinigen bzw. Sterilisieren und die Funktionsprüfung bei einer Wiederverwendung entfallen können. Wenn die Elektrode mit einem herkömmlichen EKG-Gerät verwendet wird, werden die von der Netzspannung erzeugten Signale ausgefiltert, so daß diesbezügliche Störungen entfallen. Wegen der Großflächigkeit der Elektrode ist ein guter Kontakt gegeben, wenn der Patient auf die Elektrode gelegt wird oder die Elektrode durch Klebeband am Körper haftend befestigt wird. Dadurch sind auch Störsignale ausgeschlossen, die sich bei Bewegungen des Patienten ergeben. Die erhaltenen Signale können deshalb automatisch aufbereitet werden und geben eine nicht gestörte medizinische Information. Die Elektrode kann auch zur Aufzeichnung des

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EKG bei elektrochirurgischen Operationen verwendet werden. Wenn bei derartigen Operationen eine indifferente Rückkehrschaltung eines der elektrochirurgischen Systeme ausfällt, wirkt die Elektrode als Hilfsrückkehrschaltung bzw. Hilfserdung,. ohne daß dadurch Gewebeverbrennungen verursacht werden.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung der Elektrode an einem menschlichen Körper und die Zuordnung zu einem Monitor und einem Aufzeichmmgagerät.

Fig. 2 zeigt in einer Draufsicht eine erste Ausführungsform einer Elektrode.

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2.

Fig. 4 zeigt in einer Ansicht wie Fig. 3 eine zweite Ausführungsform einer Elektrode.

Fig. 5 zeigt in einer Ansicht wie Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer Elektrode»

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform einer Elektrode.

Fig. 7 ist ein Schnitt längs der Linie 7-7 von Fig. 6.

Fig. 8 zeigt in einer Draufsicht eine fünfte Ausführungsform einer Elektrode.

Fig. 9 ist ein Schnitt längs der Linie 9-9 von Fig. 8.

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Fig. Io zeigt in der Draufsicht eine sechste Ausführungsforra einer Elektrode.

Fig. 11 ist ein Schnitt längs der Linie 11-11 von Fig. Io.

Fig. 12 zeigt in einer Einzelheit in der Draufsicht das Anbringen der Klemme.

Fig. 13 ist ein Schnitt längs der Linie I3-I3 von Fig. 12.

Die in Fig. 1 gezeigte EKG-Anordnung I5 umfaßt ein EKG-Gerät 17 mit einem Differenz- oder Differentialverstärker 44, der Teil einer Schaltung für die Ausfilterung der Netzfrequenzsignale .ist, die zusammen mit den bioelektrischen Signalen aufgenommen werden. Der Verstärker 44 spricht nur auf die Differenzen der elektrischen Eingangssignale an, welche nach der Ausfilterung die bioelektrischen Signale sind. Dadurch erhält man ein Signal mit einem hohen Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Derartige Differenzverstärker sind bekannt (Littauer, Pulse Electronics, Ν.5Γ., McGraw-Hill, I965, Seite 276-278). Über ein Kabel l8 ist die EKG-Einheit mit einem Anzeigegerät 19 verbunden. Die Signale von der Elektrode 23 werden über eine Klemme 22 und ein Kabel 21 dem EKG-Gerät 17 zugeführt. Die Streifen 26, 27 und 28 der Elektrode, die nachstehend näher erläutert werden, sind an der Klemme 22 separat abgegriffen, was anhand von Fig. I3 näher erläutert wird. Die mattenförmige Elektrode"23 ist, wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, unter dem Rücken des Patienten l6 angeordnet, so daß durch das Gewicht des Patienten ein guter Kontakt mit der Elektrode gewährleistet ist.

Die in den Figuren gezeigte Elektrode 23 hat einen flexiblen Träger 24 aus einem elektrisch nicht leitenden Flachmaterial, wie Karton, Pappe der Kunststoff. Der Träger 24 hat eine im wesentlichen rechteckige Form. Auf der einen Seite des Trägers

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sind parallel zu dessen längerer Seite drei Streifen 26, und 28 aus einem elektrisch leitenden Material mit Hilfe einer Klebstoffschicht 29 aufgebracht, wobei die Streifen parallel zueinander angeordnet sind und zwischen sich die Spalte 37 und 38 bilden, wobei die Breite der Spalte wesentlich geringer ist als die Breite eines der Streifen. Wie aus der Draufsicht von Fxg. 2 zu ersehen ist, sind die Ecken 3I der Elektrode 23 abgerundet. Aus Fig. 3 ist zu ersehen, daß die Kanten des Trägers 24 abgerundet und die äußeren .Streifen 26 und 28 über die abgerundeten Kanten gezogen sind, so daß keine scharfen Kanten gebildet werden. Bei dieser Elektrode 23 wird die Klemme 22 (Fig. 1) an der Schmal- bzw. Querseite des Rechteckes so angebracht, daß die Signale eines jeden der. drei Streifen der EKGfEinheit, 17 getrennt zugeführt werden.

Während bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform das. Flachmaterial des Trägers 2.k aus Karton besteht, besteht es bei der in Fig. k gezeigten Ausführungsform aus einem geschäumten Kunststoff, wie Polyurethan oder Polystyrol, wobei der Schaum als Integralschaum unter Bildung einer Integralhaut 2^tA ausgebildet ist.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform besteht das Flachmaterial des Trägers 2k aus einer flexiblen Kunststofffolie mit GlasfaserverStärkung oder aus einer Mylar-Folie mit einer Stärke von o,15 bis o,5 «um. Auf dem Träger sind drei Streifen 26, 27 und 28 aus elektrisch leitendem Material dadurch aufgebracht, daß zuerst jeweils ein Metallfilm 62 auflaminiert ist, dessen Oberseite mit einem Überzug 63 ebenfalls aus einem elektrisch leitendem Material beschichtet ist, wobei zwischen den Streifen die Spalte 37 und 38 gebildet werden.

Bei der in Fig. 6 und 7 gezeigten Ausführungsform ist das elektrisch leitende Material der Streifen 26, 27 und 28 in

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Form einer Tinte aus elektrisch leitender Substanz aufgedruckt, wobei die äußeren Längsränder der Streifen 26 und 28 bezüglich der Längsränder des Trägers 24 unter Bildung von Randstreifen 73 und 7k. nach innen versetzt sind, die nur aus dem Trägermaterial bestehen. Bei dieser Ausführungsform sind die Längsränder der Elektrode isoliert.

Die in Fig. 8 und 9 gezeigte Elektrode entspricht im wesentlichen der Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 mit der Ausnahme, daß an einer Schmal- bzw. Querseite sich die Elektrode längs geneigter Seiten 86 und 87 verjüngt, wodurch ein Kopfteil 85 gebildet wird, dessen Endrand 88 kurzer ist als der der gegenüberliegenden Rechtecksseite der Elektrode. Parallel zum Längsrand 88 ist in einem bestimmten Abstand ein Querfalz 89 vorgesehen, um den das Endteil 91 des Kopfteils 85 nach unten umfaltbar ist.

Die in Fig. Io und 11 gezeigte Ausfuhrungsform entspricht im wesentlichen der von Fig. 1, wobei ebenfalls ein Kopfteil 85 vorgesehen ist, das im Gegensatz zur Ausführungsform von Fig* 8 und 9 rechteckig ist, wobei die Rechtecksseiten 111 und 112 des Kopfteils 85 mit den langen Rechtecksseiten der Elektrode 23 durch Abrundungen verbunden sind. Ein Querfalz 89 ermöglicht das Umfalten des äußeren Endteils 9I des Kopfteils 85 nach unten.

Das Flachmaterial des Trägers einer Elektrode kann beispielsweise 2o cm breit und ko cm lang sein. Jede der drei aufgebrachten Streifen aus elektrisch leitendem Material hat eine Länge von 4o cm und eine Breite von 6 cm, so daß zwei Trennspalte von jeweils 1 cm Breite entstehen, wenn das elektrisch leitende Material bis zum Außenrand des Trägers reicht. Die

2 von den Streifen gebildete Kontaktfläche beträgt dann 72o cm .

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Eine etwas kleinere Elektrode hat einen Träger mit einer Breite von 15 cm und einer Länge von 3° cm, wobei die sich über die ganze Länge erstreckenden drei Streifen jeweils eine Breite von etwa 4,5 cm haben, so daß zwei Spalte mit etwa o,75 nun Breite gebildet werden. Die wirksame Elektrodenfläche beträgt dann 4o5 cm .

Anhand von Fig. 12 und I3 wird die einfache Art und Weise veranschaulicht, in der die Elektrode 23 anschließbar ist. Die Querabmessung einer Klemme 22 ist etwas geringer als die Querabmessung des Kopfteils 85 der Aus führungsform der Elektrode von Fig. Io. Die Klemme 22 hat Abgriffe 128, 129 und I30, die jeweils getrennt mit den Streifen 26, 27 bzw. 28 aus elektrisch leitendem Material in Kontakt bringbar; sind*. Jeder der Abgriffe ist mit einem isolierten Draht I3I, 132 bzw. über das Kabel 21 mit der Monitoreinheit I7 verbunden. Bei der in Fig. 13 im Schnitt gezeigten Elektrode 23 ist das Kopfteil 85 um den Querfalz 89 nach unten umgefaltet, so daß im Bereich des Kopfteils das elektrisch leitende Material der Streifen 26, 27 und 28 auf der Oberseite und auf der Unterseite der Elektrode vorliegt. Die an dem so umgefalteten Kopfteil 85 der Elektrode 23 angreifende Klemme hat zwei beabstandete Flachteile 121 und 122. Diese Flachteile haben nach innen gerichtete Rippen 123 und 124 mit zueinander ausgerichteten Öffnungen für einen Querzapfen 126. Um den Zapfen 126 ist ein Paar von Torsionsschraubenfedern 127 ^so angeordnet, daß die vorderen Abschnitte der Flachteile 121 und 122 gegeneinandergedruckt werden. Die Abgriffe.128, 129, !3° sind an der Innenseite der Flachteile 121 und 122 angebracht. Der in Fig. I3 gezeigte Abgriff 129 hat flache Abschnitte 136 und 137, die mit der Oberfläche des elektrisch leitenden Streifens 26 zur Schaffung einer hochohmigen Verbindung in Eingriff stehen. Die flachen Abschnitte I36 und I37 haben vordere Ränder I36A und 137A, die in Quernuten in die Flachteile 121 und 122 umgebogen sind. Die Halterung dieser Leiter an den Flachteilen 121 und 122 erfolgt durch Vorsprünge I38 an diesen Flachteilen, die sich durch Öffnungen in den Leitern erstrecken. 309886/0940

Claims

- Io -

Ansprüche

ί 1.jElektrode für die Abnahme bioelektrischer Signale am Körper zur Erstellung eines EKG, wobei die Elektrode aus einem Träger mit darauf angebrachten, voneinander beabstandeten Streifen aus einem elektrisch leitenden Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (24) aus einem großflächigen elektrisch nicht leitenden, flexiblen Flachmaterial besteht, im wesentlichen rechteckig ist und auf einer Seite mit wenigstens drei zueinander parallelen, in Längsrichtung des Trägers ..(24) verlaufenden Streifen (26, 27, 28) versehen ist, deren Außenseite aus dem elektrisch leitenden Material besteht, die im wesentlichen rechteckig und flächengleich sind, gleiche Eigenschaften hinsichtlich des elektrischen Kontaktes mit der Körperoberfläche haben und deren Abstand (37» 3^) wesentlich kleiner als die Breite eines der Streifen (26, 27, 28) ist.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Streifeniänge zu Streifenbreite zwischen 3:1 und Io : 1 liegt.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Flachmaterial des Trägers (.2k) aus Karton, Pappe oder Kunststoff besteht.
4. Elektrode nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß das Flaschmaterial des Trägers (24) geschäumter Kunststoff ist.
5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der geschäumte Kunststoff ein Integralschaum ist.

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6. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (26, 27, 28) aus elektrisch leitendem Material aus am Träger (2k) befestigter Metallfolie bestehen.
7. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (26, 27, 28) aus einem auf dem Träger (2k) laminierten Metallfilm bestehen.
8. Elektrode nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (26, 27, 28) durch Wegätzen des Metalls an der den Isolierspalt ( 37 ι 3^) entsprechenden

.. v. ..Stellen,gebildet. sjLiyi. ^ ·
9. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (26, 27, 2,8) aus einer elektrisch leitenden, auf die Oberfläche des Trägers (2k) aufgebrachten Tinte bestehen.
10. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsränder der außen liegenden Streifen (26, 28) von dem benachbarten Längsrand des Trägers (24) beabstandet (73i 7^0 sind.
11. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode ein Kopfteil (85) für das Befestigen einer Anschlußklemme (22) hat, dessen Abmessung kleiner als die Querabmessung der Elektrode ist.
12. Elektrode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Kopfteil (85) ein Querfalz (89) für das Umfalten eines Abschnittes (91) des Kopfteils (85) nach unten vorgesehen ist.

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