DE3713481C2 - Biomedizinische Elektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine biomedizinische Elektrode zur Messung von bio­ elektrischen Potentialen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Um elektrokardiographische enzephalographische und andere bioelektrische Phänomene aufzuzeichnen und zu interpretieren, müssen zweckentsprechende biomedizinische Elektroden verwendet werden. In den letzten Jahren besteht für die klinische Rehabilitation und für physiologische Studien ein steigendes Bedürfnis nach ununterbrochenen elektrokardiographischen und anderen Auf­ zeichnungen der Patienten, ohne deren Freiheit im täglichen Leben zu behin­ dern. Aus diesen Gründen sind hochwirkungsvolle und doch leichte und ko­ stensparende biomedizinische Elektroden sehr erwünscht.

Zu den bekannten biomedizinischen Elektroden, die ein relativ günstiges Be­ triebsverhalten haben, gehören die Knopfelektroden (vergleiche beispielswei­ se veröffentlichte japanische Patentanmeldung 46 849/1981). Entsprechend Fig. 1 weist eine handelsüblich verfügbare biomedizinische Knopfelektrode einen metallischen Elektrodenknopf 1, einen Elektrodensensor 2, einen Kunsthaut­ adapter 3 (Stoff, Tuch, Papier oder Kunststoffolie), der zwischen dem Knopf und dem Sensor gehalten wird, sowie eine künstliche Haut 4 auf (eine mit einem Elektrolyten imprägnierte Schwammlage, eine in gelförmigem Zustand befindliche Schicht oder dergleichen), die an der einen Seite des Elektroden­ sensors und des Adapters befestigt ist und die sich mit ihrer anderen Seite gegen die menschliche Haut anlegen kann. Anschlüsse einer nicht veranschau­ lichten Meßschaltung werden mit dem Knopf 1 über Buchsen, Klipse oder der­ gleichen (nicht dargestellt) verbunden. Der Sensor 2 besteht aus einer Kunststoffbasis und einem elektrisch leitenden Film aus einem Silber-Silber­ chlorid-Verbundwerkstoff oder dergleichen, welcher die Basisoberfläche über­ deckt. Die Kunststoffbasis wird für den Sensor 2 benutzt, um korrodierenden Angriffen des Elektrolyten zu widerstehen und die kostspieligen Metalle zu er­ setzen, die üblicherweise zur Herstellung der Sensoren vorgesehen werden.

Ein Nachteil des Sensors auf Kunststoffbasis besteht darin, daß sein Flansch nicht ausreichend stark ist, um den Adapter 3 fest an Ort und Stelle zu hal­ ten. Soll eine zweckentsprechende Festigkeit erzielt werden, muß der Flansch eine erhöhte Wandstärke aufweisen. Ein dickerer Flansch würde jedoch bei dünnem Adapter unerwünscht vorstehen, eine Vorwölbung der künstlichen Haut verursachen und einen innigen Kontakt mit dem Elektrodensensor und der menschlichen Haut verhindern, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist. In dem Bemühen, diesen Nachteil auszuräumen, könnte man einen dickeren Adapter 3 vorsehen und den Flansch darin und/oder in der künstlichen Haut teilweise einbetten. Eine solche Ausbildung würde jedoch die hohe Flexibilität der künst­ lichen Haut ausschließen und wiederum einen innigen Kontakt und eine gute An­ haftung an der menschlichen Haut unmöglich machen. Aus diesem Grund besteht ein starkes Bedürfnis nach einer biomedizinischen Elektrode, bei der sowohl der Flansch des Sensors 2 als auch der Adapter 3 so dünn wie möglich sind, wäh­ rend der Flansch eine zweckentsprechende Festigkeit bei behält.

Eine biomedizinische Elektrode gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus US 3 721 246 bekannt. Bei dieser Elektrode ist der Basisflansch mit einer stromverteilenden Lage für den Hautkontakt beschichtet und weist die Form einer gewölbten Kappe auf. Die Wölbung erstreckt sich dabei von der Hautkontaktstelle nach oben bzw. von dieser weg. Zwischen dem Kopf des Elektrodenknopfs und dem mit der stromverteilenden Lage beschichteten Basisflansch ist ein nicht-leitender Träger befestigt, um beispielsweise in Form einer Befestigungsschlaufe die Elektrode an der gewünschten Köperstelle zu positionieren.

Aus US 4 282 878 ist eine biomedizinische Elektrode mit einem in dem Hohlraum eines hohlen Kopfes eines Elektrodenknopfs verrasteten Schaft mit einem ebenem Basisflansch bekannt. Der Basisflansch weist an seiner Oberseite ringförmige Stege auf, die in entsprechenden Ringnuten auf der Unterseite eines ebenen Flansches des Elektrodenknopfs aufgenommen sind. Zwischen der Oberseite des Basisflanschs und der Unterseite des Elektrodenknopfs ist eine Trägerlage befestigt. Der Schaft und der Basisflansch sowie der Elektrodenknopf sind aus dünnem Kunststoffmaterial gefertigt und außen mit hoch leitfähigem Material beschichtet. Die Trägerlage wird oben auf eine Basislage geklebt, die in einer Öffnung ein nach oben gewölbtes elektrolytisches Gelkissen für den Hautkontakt enthält, weiches auf der Unterseite des Basisflanschs anliegt und diese vollständig bedeckt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrodensensor zu schaffen, bei welchem der Adapter einen festen Halt hat und der in innigen Kontakt mit der Haut kommt sowie an dieser gut an haftet.

Mit der vorliegenden Erfindung wird biomedizinischen Elektrode geschaffen, die zu­ sätzlich zu dem Sensor einen mit dem Sensor in Eingriff stehenden Elektroden­ knopf, einen zwischen diesen beiden Bauteilen festgelegten Kunsthautadap­ ter- bzw. Stromverteiler und eine künstliche Haut aufweist.

Die obige Aufgabe wird ausgehend von einer biomedizinischen Elektrode mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Basis aus Kunststoff gefertigt ist und mit dem elektrisch leitenden Film allseitig beschichtet ist, daß ein Stromverteiler vorgesehen ist, der von dem Flansch gegen einen Umfangsteil des Elektrodenknopfes aufgepreßt ist und der mit einer Mittelöffnung versehen ist, durch die der Schaft der Basis hindurchgesteckt ist, sowie daß Elektrodensensor und Stromverteiler eine von Abstufungen freie Anlagefläche zur Anlage an natürlicher Haut oder einer als weiterer Teil der Elektrode vorgesehenen künstlichen Haut bilden. Vorzugsweise ist ferner die Oberseite des Flansches mit einer Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen versehen, um den Halt des Flansches an dem Adapter weiter zu verbessern.

Nenn d-er Elektrodensensor nach der Erfindung mit einem Elektrodenknopf zu­ sammengebaut wird, wobei ein Kunsthautadapter zwischen diesen gehalten wird, wird der fortschreitend aufwärts geneigte Umfang des Flanschs des Elektro­ densensors entgegen der Eigenelastizität des Flansches abgeflacht, wodurch der Halt des Flansches an dem Adapter verbessert wird. Dies erlaubt es sei­ nerseits, einen dünneren Flansch vorzusehen und dementsprechend die Dicken-Ab­ messung des Adapters zu vermindern. Auf diese Weise kann der Adapter fest an Ort und Stelle gehalten werden, und die biomedizinische Elektrode er­ laubt es, einen innigen Kontakt mit sowie eine gute Anhaftung an der mensch­ lichen Haut zu erzielen. Der dünnere Umfangsbereich des Flansches führt zu einer Glättung und weiteren Verbesserung der Anhaftung der der künstlichen Haut zugewendeten Seite des Flansches. Die kleinen Vorsprünge an der Ober­ seite des Flansches stellen einen festeren Halt des Flansches an dem Adapter sicher.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezug­ nahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine konventionelle biomedizinische Elektrode

Fig. 2 einen Schnitt durch eine biomedizinische Elektrode mit einem gewöhnlichen Elektrodensensor auf Kunststoffbasis,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine ähnliche bekannte biomedizinische Elek­ trode,

Fig. 4 eine auseinandergezogene Schnittdarstellung einer biomedizini­ schen Elektrode mit einem erfindungsgemäßen Elektrodensensor,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung nur des Elektrodensensors,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung, die den Stauchvorgang während der Montage der biomedizinischen Elektrode gemäß Fig. 4 erkennen läßt,

Fig. 7 eine Schnittdarstellung der durch den Stauchvorgang gemäß Fig. 6 fertiggestellten biomedizinischen Elektrode,

Fig. 8A und 8B im Schnitt und in Draufsicht eine abgewandelte Ausführungs­ form des Elektrodensensors,

Fig. 9A und 9B im Schnitt und in Draufsicht eine weiter abgewandelte Aus­ führungsform des Elektrodensensors sowie

Fig. 10 bis 12 Draufsichten auf drei weitere Abwandlungen, bei denen die Un­ terseite des Flansches des Elektrodensensors modifiziert ist.

Nachstehend ist eine biomedizinische Elektrode nach der Erfindung beschrieben, die einen Aufbau entsprechend dem der konventionellen biomedizinischen Elektrode nach den Fig. 1 bis 3 hat. Es versteht sich jedoch, daß die Elektrode auf verschiedenartige Weise modifi­ ziert werden kann, sofern sie nur die in Anspruch 1 definierten Merkmale aufweist.

Die biomedizinische Elektrode gemäß den Fig. 4 und 5 weist einen Elektroden­ knopf 11, einen Elektrodensensor 12, einen Adapter bzw. Stromverteiler 13 und eine künstliche Haut oder eine Unterlage 14 auf. Mit Ausnahme des Elektroden­ sensors können die betreffenden Komponenten konventionell ausgebildet sein. Beispielsweise ist der Knopf 11 aus rostfreiem Stahl, mit Nickel beschichtetem Messing, mit einer Nickel/Silber-Legierung beschichtetem Messing oder der­ gleichen hergestellt. Bei dem Adapter 13 handelt es sich um eine Lage aus Stoff, Tuch, Papier, Kunststoff oder dergleichen. Der Adapter 13 kann elek­ trisch leitend gemacht sein, indem leitende Fasern oder dergleichen eingelagert sind. Die künstliche Haut 14 besteht aus einer Lage eines Schwammes, der mit einer Paste imprägniert ist, welche einen Elektrolyten, beispielsweise Kochsalz, enthält. Statt dessen kann der Schwamm auch mit einem Gel versehen oder aus einem Gel aufgebaut sein; er kann ferner selbstklebend ausgebildet sein. Ent­ sprechend einer weiteren Abwandlung kann eine Klebstoffschicht auf die Ober­ fläche der künstlichen Haut aufgebracht sein. Es ist ferner möglich, die künstliche Haut 14 wegzulassen und auf die gesamten Rückseiten von Elektro­ densensor und Adapter eine leitende Paste aufzubringen.

Der Elektrodensensor besteht aus einem zähen, festen Kunststofformteil, das gestaucht und mit einer elektrisch leitenden Substanz beschichtet werden kann. Der Elektrodensensor weist einen Schaft 15 und einen Basisflansch 16 auf, die einstückig miteinander verbunden sind. Der leitende Oberzug auf der Oberfläche des Elektrodensensors besteht aus Silber oder Silber und Silber­ chlorid; er wird beispielsweise durch Plattieren oder unter Anwendung von Druck aufgebracht. Das Silber-Silberchlorid-Beschichtungsmaterial bietet Vor­ teile, zu denen niedriges bioelektrisches Potential, Temperaturstabilität, Frei­ heit von zeitlichen Änderungen des bioelektrischen Potentials, Freiheit von Störsignalerzeugung und begrenzte Impedanz gehören.

Der grundsätzliche Aufbau des Elektrodensensors 12 ist in Fig. 5 dargestellt. Dabei wird im folgenden davon ausgegangen, daß der Elektrodensensor leitend beschichtet ist. Darauf wird nicht weiter abgehoben. Der Basisflansch 16, der unter Bildung des Elektrodensensors in den stauchfähigen Schaft 15 übergeht, sieht wie ein auf dem Kopf stehender Pilz aus. Seine Wandstärke nimmt von der Mitte in Richtung auf den Umfangsrand allmählich ab, während der Flansch nach oben geneigt ist. Der Grad der Neigung und die Änderung der Wand­ stärke sind so gewählt, daß dann, wenn der Schaft 15 bei der Montage der biomedizinischen Elektrode gestaucht wird, der Flansch 16 in der in Fig. 5 durch die Pfeile angedeuteten Weise mit ausreichender elastischer Kraft nach unten gedrückt wird, um einen hinreichenden Druck auf den Adapter 13 aus­ zuüben. Diese Faktoren lassen sich leicht experimentell bestimmen.

Der Schaft 15 des Elektrodensensors wird über eine Mittelöffnung des Adapters 13 in den Hohlraum des erweiterten hohlen Kopfes des Elektrodenknopfes 11 eingeführt. Der Schaft wird dann durch eine Kombination von oberem und un­ terem Gesenk A, B gestaucht. Dabei wird der obere Teil des Schafts so de­ formiert, daß er den Hohlraum des Elektrodenknopfes 11 ausfüllt, wodurch der Knopf 11 und der Sensor 12 dauerhaft miteinander verbunden werden. Während des Stauchvorganges wird der Flansch 16 durch den Knopf 11 nach unten ge­ drückt und in der in Fig. 5 durch die Pfeile angedeuteten Weise in die in Fig. 6 veranschaulichte Form gebracht. Der Flansch 16 preßt auf diese Weise den Stromverteiler oder Adapter 13 gegen den Umfangsteil oder die Schürze des Elektrodenknopfes 11 an und hält diese Teile in vorgegebener gegenseitiger Lage. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, wird die künstliche Haut 14 an der Unterseite des Sensors 12 und des Adapters 13 angebracht, womit die Montage der bio­ medizinischen Elektrode abgeschlossen ist.

In den Fig. 8A und 8B ist eine abgewandelte Ausführungsform des Elektro­ densensors 12′ dargestellt. Dieser Elektrodensensor entspricht demjenigen der Ausführungsform nach den Fig. 4 bis 7 mit der Ausnahme, daß an der Oberseite des Flansches eine Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen 17 vorgese­ hen ist. Die kleinen Vorsprünge graben sich in den Adapter 13 ein und ge­ ben dem Sensor einen noch besseren Halt an dem Adapter.

Bei der weiter abgewandelten Ausführungsform gemäß den Fig. 9A und 9B sind an der Oberseite des Flansches konzentrische kreisförmige Vorsprünge 18 ausgebildet. Auch diese Anordnung verstärkt den Halt des Sensors an dem Adapter.

Bei den weiter abgewandelten Ausführungsformen gemäß den Fig. 10 bis 12 sind Nuten oder Vorsprünge an der Unterseite des Flanschs 16 vorgesehen, um für eine vergrößerte Oberfläche und damit für eine vergrößerte Kontakt­ fläche mit der künstlichen Haut 14 zu sorgen. Die Fig. 10 zeigt ein Netz von Nuten 19. In Fig. 11 ist eine Mehrzahl von konzentrischen kreisförmigen Vor­ sprüngen 20 veranschaulicht. Fig. 12 zeigt eine Anzahl von kleinen Vorsprüngen 21.

Wie vorstehend erläutert, ist der Flansch des erfindungsgemäßen Elektroden­ sensors schalenförmig ausgebildet und von der Mitte zum Umfang hin nach oben geneigt. Bei einem Stauchen des Schafts des Elektrodensensors gegen­ über dem Elektrodenknopf wird der Flansch elastisch verformt, wodurch der Flansch den Adapter fest gegen den Elektrodenknopf preßt. Ein Flansch von verminderter Dicke kann den als Stromverteiler dienenden Adapter einwandfrei an Ort und Stelle halten. Der dünner ausgebildete Flansch führt nicht zu Ab­ stufungen zwischen der Rückseite des Elektrodensensors und dem Stromver­ teiler. Es wird insgesamt für einen guten Kontakt mit der künstlichen Haut oder der menschlichen Haut gesorgt. Die biomedizinische Elektrode kann an der Oberfläche des menschlichen Körpers einwandfrei angebracht werden.

Claims (2)

1. Biomedizinische Elektrode mit einem Elektrodensensor mit einer Basis, die aus einem nach Stauchen den Hohlraum eines erweiterten hohlen Kopfes eines Elektrodenknopfes ausfüllenden Schaft und einem mit dem Schaft einstückig verbundenen Basisflansch besteht, und mit einem über der Basis ausgebildeten, elektrisch leitenden Film, wobei die Dicke des Flansches von der Mitte auf den Umfang hin allmählich abnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis aus Kunststoff gefertigt ist und mit dem elektrisch leitenden Film allseitig beschichtet ist, daß ein Stromverteiler (13) vorgesehen ist, der von dem Flansch (16) gegen einen Umfangsteil des Elektrodenknopfes (11) aufgepreßt ist und der mit einer Mittelöffnung versehen ist, durch die der Schaft (15) der Basis hindurchgesteckt ist, sowie daß Elektrodensensor (12) und Stromverteiler (13) eine von Abstufungen freie Anlagefläche zur Anlage an natürlicher Haut oder einer als weiterer Teil der Elektrode vorgesehenen künstlichen Haut (14) bilden.

2. Biomedizinische Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (16) auf seiner Ober- und/oder Unterseite mit einer Mehrzahl von Vorsprüngen (17, 18, 20, 21) oder Nuten (19) versehen ist.