DE7626334U1 - Elektrode zum uebertragen von elektrischen signalen durch die haut hindurch - Google Patents
Elektrode zum uebertragen von elektrischen signalen durch die haut hindurchInfo
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Description
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PATENTANWALT DlPL-ING. GERHAKD SCHWAN 1%f^
\> März 1977
MEDTRONIC. INC.
3055 Old Highway Eight, Minneapolis, Minn. 5544O/V.St.A.
3055 Old Highway Eight, Minneapolis, Minn. 5544O/V.St.A.
Elektrode zum Übertragen von elektrischen
Signalen durch die Haut hindurch J
Die Erfindung betrifft eine Elektrode zum Übertragen von elektrischen
Signalen durch die Haut hindurch, mit Anschlußdraht.
i Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit Elektroden, die als J
Sendeelektroden, und nicht nur als Überwachungselektroden, benutzt
werden sollen, um elektrische Energie in erheblicher Stärke auf den menschlichen Körper zu übertragen. Die Stromstärken,
die bei Überwachungselektroden oder Meßelektroden auftreten, sind so gering, daß für die auf dem Markt befindlichen
Überwachungselektroden leitende Gelees und dergleichen in großem Umfang vorgesehen werden. Solche geleeartigen Elektroden
sind jedoch mit einer Reihe von Nachteilen behaftet. 1
Eine auf der menschlichen Haut anzubringende Elektrode, die
verwendet werden soll, um in den menschlichen Körper elektrische Energie einzubringen, soll einer Reihe von Anforderungen
genügen. Die Elektrode soll auch von Laien ohne weiteres gehandhabt werden können, so daß für ihre Anbringung und Be-
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nutzung keine besondere Geschicklichkeit oder Spezialausbildung
benötigt wird. Die Handhabung soll mit einem Minimum an Sorgfalt möglich sein; Verschmutzungen, wie sie bei
der Benutzung von leitenden Gelees häufig unvermeidbar sind, sollen vermieden werden. Mit der Hautelektrode soll ein guter
elektrischer Kontakt erzielt werden, der die Übertragung von Strömen ermöglicht, die im Vergleich zu den bei Überwachungselektroden
auftretenden Strömen relativ hoch sind. Die Elektrode soll viele Tage lang an Ort und Stelle belassen
werden können, während der die Elektrode tragende Patient seiner normalen Tätigkeit nachgeht. Um auf der Haut des Patienten
halbpermanent angebracht werden zu können, muß die Elektrode so beschaffen sein, daß sie das Wachstum von Bakterien
oder anderen Mikroorganismen im Bereich zwischen Elektrode und Haut wirkungsvoll hemmt. Weil die Elektrode dazu
bestimmt ist, in die Haut des Patienten eine verhältnismäßig hohe Energie zu übertragen, ist es wichtig, daß die Leitfähigkeit
quer zur Elektrode hoch genug ist, um den Strom auf einen verhältnismäßig breiten Hautbereich zu verteilen. Dies
macht darUberhinaus einen Elektrodenleitungskontakt notwendig,
der kein© "heißen" Stellen entstehen läßt, die zu Hautverbrennungen
des Patienten fuhren. Wenn die Elektrode fUr längere Zeiträum« auf der Haut verbleiben soll, müssen die
für die gesamte Elektrode verwendeten Werkstoffe so gewählt «ein, daß sie gegenüber der Haut der Mehrzahl der Patienten
nichtallergen sind. Ein weiteres wichtiges Erfordernis einer
praktisch brauchbaren Elektrode besteht darin, daß die Kosten
der Elektrode gering sind.
Mit der Erfindung wird die Aufgabe, eine Elektrode der vorstehend skizzierten Art zu schaffen, dadurch gelöst, daß ein
an sich bekannter poröser Träger und ein auf der einen Seite des Trägers angeordneter, in einem flüchtigen organischen
Lösungsmittel mindestens teilweise löslicher leitender Überzug mit einer den Überzug wasserdampfdurchlässig machenden
Dicke vorgesehen sind und der Anschlußdraht gegenüber der mit der Haut in Berührung bringbaren leitenden Oberfläche des
leitenden Überzugs isoliert ist und zwischen zwei Schichten des von dem Träger und dem Überzug gebildeten bandförmigen
Elektrodenkörpers sitzt, deren leitende Flächen einander und dem Leitungsdraht zugekehrt sind.
Vorzugsweise besteht dabei der leitende Überzug aus einem Gemisch aus hautverträglichen Metallteilchen und einer wasserunlöslichen,
wenig klebrigen Klebstoffmasse, wobei die Metallteilchen
in ausreichender Menge vorhanden sind, um fUr eine leitende Verbindung zwischen den Metallteilchen zu sorgen, und wobei
als Klebstoffmasse ein an sich bekanntes nichttoxisches,
nichtreizendes und nichtallergenes Polymer vorgesehen ist.
Die Elektrode nach der Erfindung erfüllt alle obenerwähnten
Kriterien, Sie ist einfach aufgebaut und kann ohne Schwiorigkeiten
am menschlichen Körper angewendet werden, Die Elektrode
I - 4 -
läßt sich auf der Haut des Patienten mühelos befestigen. Sie
kann mit der Haut, des Patienten für lange Zeiträume in Kontakt
bleiben, ohne daß in den meisten Fällen irgendwelche allergene oder andere unerwünschte Reaktionen auftreten. Die
Elektrode kann auf der Haut des Patienten für lange Zeiträume
belassen werden, ohne daß sie sich ablöst; selbst wenn es zu einem leichten Ablösen kommen sollte, läßt sich die Elektrode
wieder mühelos an der Haut anbringen, ohne daß sie zuvor vollständig entfernt zu werden braucht. Das Problem der
Bildung heißer Flecke ist beseitigt.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch den bandförmigen Elektrodenkörper einer Elektrode nach der Erfindung,
Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht einer Ausführungsform der Elektrode nach der Erfindung,
Figf 3 einen schematischen Querschnitt des auf der Haut
befestigten Elektrodenkörpers und
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Fig. 4 eine abgewandelte AusfUhrungsform der Elektrode.
In Fig. 1 ist in vergrößerter Darstellung ein Querschnitt
eines bandförmigen Elektrodenkörpers veranschaulicht, der
mit einem Trägermaterial 10 versehen ist, auf das die die > leitende Elektrodenfläche bildenden aktiven Stoffe aufge- <
eines bandförmigen Elektrodenkörpers veranschaulicht, der
mit einem Trägermaterial 10 versehen ist, auf das die die > leitende Elektrodenfläche bildenden aktiven Stoffe aufge- <
i bracht sind. Bei dem Trägermaterial 10 handelt es sich vor- ;
zugsweise um ein dünnes, flexibles, poröses tuchförmiges Ma-
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terial, durch das Wasser sowohl in gasförmigem als auch inj
flüssigem Zustand hindurchtreten kann. Die Wasserdurchläs-j
flüssigem Zustand hindurchtreten kann. Die Wasserdurchläs-j
sigkeit des Materials ist von Bedeutung, damit von der Haujt
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gebildete Feuchtigkeit austreten kann und auf diese Weise iem
gebildete Feuchtigkeit austreten kann und auf diese Weise iem
Abheben der Bandelektrode von der Haut bei lang andauernder i
Benutzung vermieden wird. Das Trägermaterial 10 darf nicht j
wasserlöslich sein. Es wurde gefunden, daß ein nichtgeweb- I
tes Kunstseide-Fasermaterial für diesen Zweck besonders ge- \
eignet ist. \
Auf der einen Seite des Trägermaterials 10 befindet sich ei- |
ne Schicht 11 aus Klebstoff. Für diesen Zweck eignen sich I
unterschiedliche Klebstoffe. Als besonders günstig erwies |
sich ein Acrylcopolymer-Klebstoff, wie er bei Heftpflaster :i
oder dergleichen benutzt wird. Die Schicht 10 sollte mög- j
liehst dünn sein, jedoch die eine Oberfläche des Trägerma- ί
terials 10 vollständig abdecken. Diese Klebstoffschicht hat j
die Aufgabe, ein Substrat für die Aufbringung des aktiven \
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Elektrodenmateriqls zu bilden. Es zeigte sich, daß Acrylcopolymere
in dUnnen Schichten relativ feuchtigkeitsdurchlässig sind und Perspirationsstoffe austreten lassen, die
bei normaler Anwendung von der Hout erzeugt werden. Unter dUnn ist dabei zu verstehen, daß die Schicht 11 gerade dick
genug sein soll, um eine Abdichtungsfunktion für die Oberfläche des Trägermaterials 10 zu übernehmen. Die über die
Oberfläche des Trägermaterials 10 vorstehende Stärke der Klebstoffschicht kann beispielsweise nur 25 /um betragen.
Die Schicht 11 kann auch ganz weggelassen werden, und die Schicht 12 kann unmittelbar auf das Trägermaterial 10 aufgebracht
werden. Dies ist jedoch weniger günstig, da mehr kostspieliges silberhaltiges Material der noch zu erläuternden
Schicht 12 erforderlich ist, als dies bei Vorhandensein der Schicht 11 der Fall ist.
Auf die Oberfläche der Schicht 11 ist die Schicht 12 aufgebracht, die den elektrisch aktiven Teil der Elektrode bildet.
Die Schicht 12 besteht aus einem Gemisch aus Klebstoff und einer Menge an Silbermetall, das die Klebstoffschicht
leitfähig macht. Die Menge des Silbermetalls, das in dem Klebstoff der Schicht 12 vorhanden sein muß, kann innerhalb
verhältnismäßig weiter Grenzen variiert werden. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen
ist es erwünscht, die vorgesehene Silbermenge so gering wie möglich zu halten. Dies kann erreicht
werden, indem die Silbermetallteilchen sehr klein
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gemacht und in den Klebstoff eingemischt werden. Für diesen
Zweck eignet sich insbesondere ein Acrylcopolymer der gleichen
Art, wie-es fUr die Schicht 11 erläutert wurde, beispielsweise
ein Vinylacrylcopolymer in einem organischen Lösungsmittel
.
Das Copolymer wird mit einer Menge an fein unterteiltem Silbermetall
gemischt. Silbermetall wird wegen seiner bakteriellen Aktivität vorzugsweise vorgesehen, obwohl auch andere
hautverträgliche Metallpulver, wie Gold oder Platin, benutzt werden können. Besonders geeignet ist ein flockenförmiges
Silber, das sein metallisches Aussehen beibehält. Ein solches metallisches Aussehen ist für den Benutzer günstig, um feststellen
zu können, daß es sich um einen metallischen Werkstoff handelt. Entsprechend einer geeigneten Mischung werden
ungefähr 1000 g Silber mit 300 g Copolymer gemischt, um auf diese Weise das als Schicht 12 aufgebrachte Material zu erhalten.
Bei der Bildung der Schicht 12 können auch höhere Anteile an Silber gegenüber dem Copolymer vorgesehen werden.
Die höhere Silbermenge ist günstig, um den spezifischen Durchgangswiderstand des fertigen Überzugs 12 zu verkleinern,
führt jedoch zu entsprechend höheren Kosten je Flächeneinheit der Elektrode. Es kann auch mit etwas geringeren Silbermengen
gearbeitet werden, wobei jedoch der spezifische Durchgangswiderstand entsprechend ansteigt. Bei den genannten Mengenverhältnissen
liegt der spezifische Durchgangswiderstand
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unter 1 Λ cm. Wird mit der vorstehend erläuterten Silbermen-K{
ge gearbeitet, liegt das die Schicht 12 bildende zusammenge-
setzte Material in einem im wesentlichen nichtklebrigen Zustand vor. Dies ist zweckmäßig, um das Material leicht rollen
und speichern zu können. Beim Aufbringen der Schicht 12 auf die Schicht 11 ist es erwünscht, das Gemisch aus Silber
und Acrylcopolymer zu verflüssigen, indem eine entsprechende
Menge eines geeigneten Lösungsmittels, beispielsweise Toluol oder Aceton, zugegeben wird. Im Anschluß an den Beschichtungsvorgang
verdampft das Lösungsmittel unter Zurücklassung des fertigen Materials. Die Schicht 12 sollte möglichst
dünn sein, während für eine ununterbrochend^elektrische
Leitfähigkeit über die Bandoberfläche hinweg gesorgt
wird. Dadurch werden nicht nur die Kosten vermindert; mit abnehmender Dicke wird vielmehr, was noch wichtiger ist, die
Schicht 12 besser feuchtigkeitsdurchlässig. Für eine Langzeitanbringung
auf der Haut stellt dies einen kritischen Faktor dar. Die Schicht 12 hat zweckmäßigerweise eine Stärke
von weniger als 13O/jm; vorzugsweise wird eine Schichtstärke
von 50 bis 8O/um vorgesehen.
Der fertige Elektrodenkörper kann zweckmäßigerweise eine
Abdeckung aus einem mit Silicon oder Polyäthylen beschichteten Papier aufweisen, das zu Schutzzwecken auf aie beschichtete
Oberfläche aufgebracht ist. Dieses Papier wird vor dem Anbringen der Elektrode auf der Haut abgezogen.
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Fig. 2 zeigt in perspektivischer, auseinandergezogener Darstellung
den bandförmigen Elektrodenkörper in Verbindung mit dem daran angebrachten Elektrodenanschluß 13. Der Elektrodenanschluß
oder -kontakt weist ein kleines Stück Band der vorstehend beschriebenen Art auf.
Das zu dem Elektrodenanschluß 13 gehörende kleine rechteckige Bandstück ist benachbart seinem einen Ende von gegenüberliegenden
Seiten aus eingeschnitten, so daß Nasen 14 und 15 entstehen. Ein isolierter Anschlußdraht 16 mit einem blanken
metallischen Ende 17 ist so eingesetzt, daß das metallische Ende 17 in unmittelbaren physikalischem Kontakt mit der
Schicht 12' zwischen den Nasen 14 und 15 steht. Diese Nasen sind um das blanke Ende in der veranschaulichten Weise herumgewickelt
und mit diesem durch Druck oder mit Hilfe einer geeigneten Menge an Lösungsmittel verbunden. Dies· sorgt für
einen unmittelbare^ elektrischen Kontakt nicht nur mit den
Nasen 14 und 15 sondern auch mit dem restlichen Teil der Schicht 12·. Zur Verbindung der einen Kontaktkleber aufweisende
Schicht 12' mit der Schicht 12 des Elektrodenkörpers
können die beiden Schichten 12 und 12· einfach miteinander in Kontakt gebracht sein. Auf diese Weise wird ein hervorragender
elektrischer Kontakt über die volle Oberfläche des auf die Haut des Patienten aufzubringenden Bandes hinweg
hergestellt; es kommt nicht zur Ausbildung von lokalisierten heißen Flecken, wie dies bei der Kontaktstelle einer schmalen
Drahtelektrode zu befürchten wäre.
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Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Elektrode. In diesem Falle ist das blanke Ende 17 des Anschlußdrahtes 16 auf einen mittleren Bereich des Elektrodenkörpers
gemäß Fig. 1 aufgepreßt. Teile der Schicht 12 sind zusammengedrückt, um das blanke Ende 17 in der gezeigten Weise zu umfassen. Die freien Enden des Elektrodenkörpers stehen für den Kontakt mit der Haut zur Verfügung. Eine
hochstehende Bandschleife verhindert einen direkten Kontakt des blanken Drahtendes 17 mit der Haut.
In der Praxis kann die beschriebene Elektrode wie folgt angewendet werden. Der Hautbereich, auf den die Elektrode aufgebracht werden soll, wird bestimmt und in üblicher Weise
gereinigt, wobei überschüssige Körperöle von der Hautoberfläche abgewaschen werden. Die Haut des Patienten wird dann
mit einer Schicht aus einem hautverträglichen Lösungsmittel für den Klebstoff der Schicht 12, beispielsweise Aceton oder
einem Alkohol niedrigen Molekulargewichts, überzogen; die Schicht 12 des Elektrodenkörpers wird auf diese Flüssigkeitstchicht aufgelegt. Das Lösungsmittel hat die Aufgabe, die
Schicht 12 einzulösen, so daß sie stark klebrig wird und die Haut gut benetzt. In diesem Zustand dringt Material aus der
Schicht 12 leicht in die Vertiefungen der Haut ein, wie dies aus Fig. 3 zu erkenner ist. Es wird für einen innigen physikalischen Kontakt gesorgt, wie er durch Kontaktklebstoffe
bekannter Art allein nicht herstellbar ist.
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Vorzugsweise wird die Elektrode mit gegen die Haut gerichteter Schicht 12 auf die Haut des Patienten aufgedrückt.
Dabei erfolgt, wenn überhaupt, nur eine geringe Adhäsion. Dann wird das Lösungsmittel, beispielsweise Aceton oder ein
Alkohol mit niedrigem Molekulargewicht, auf die Rückseite 10 des Bandes aufgebracht. Das Lösungsmittel durchdringt die
Schichten 10 und 11 und löst die Schicht 12 an, was für den gleichen innigen Hautkontakt sorgt, wie er in Fig. 3 angedeutet
ist. Das Lösungsmittel hat einen niedrigen Siedepunkt und dampft von der Bandelektrode rasch ab, wodurch eine halbpermanente Verbindung zwischen Elektrode und Haut hergestellt
wird. Sollte das aufgebrachte Band unerwünschte Zeichen einer Ablösung erkennen lassen, braucht nur ein Tropfen Lösungsmittel
aufgetragen zu werden, der durch die Trägerschicht hindurch für ein erneutes Anhaften des Bandes auf der Haut
sorgt.
Eine derart ausgebildete und auf die Haut aufgebrachte Elektrode hat alle eingangs geschilderten Vorteile. Das wasserunlösliche
Material von sehr geringer Stärke läßt Wasserdampf durch, so daß bei langzeitiger Anwendung nicht die Neigung
zum Ablösen oder Abblättern besteht. Da der Klebstoff wasserunlöslich ist, kann der Patient baden und die Außenflächen
der Elektrode auch im Übrigen den normalen täglichen Umwelteinflüssen aussetzen.
Wenn die Elektrode nicht mehr länger erforderlich ist, läßt
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sie sich leicht abnehmen. Der Benutzer braucht sie nur zu
greifen und von der Haut abzuziehen. Falls erwünscht, können etwaige Klebstoff- und Silberreste, die auf der unebenen
Hautoberfläche zurückgeblieben sind, mittels des gleichen Lösungsmittels gelöst und abgewaschen werden, das auch benutzt
wird, um den Kleber beim Aufbringen der Elektrode weich zu machen und anzulesen.
Claims (6)
1. Elektrode zum Übertragen von elektrischen Signalen durch
die Haut hindurch, mit Anschlußdraht, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter poröser Träger (10)
und ein auf der einen Seite des Trägers angeordneter, in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel mindestens
teilweise löslicher, leitender Überzug (12) mit einer den Überzug wasserdampfdurchlässig machenden Dicke vorgesehen
sind und der Anschlußdraht (16) gegenüber der mit der Haut in Berührung bringbaren leitenden Oberfläche des
leitenden Überzugs (12) isoliert ist und zwischen zwei Schichten des von dem Träger (10) und dem Überzug (12)
gebildeten bandförmigen Elektrodenkörpers sitzt, deren leitende Flächen einander und dem Leitungsdraht (16) zugekehrt
sind.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Überzug (12) aus einem Gemisch aus hautverträglichen
Metallteilchen und einer wasserunlöslichen, wenig klebrigen Polymer-Klebstoffmasse besteht und die
Metallteilchen in einer für eine leitende Verbindung zwischen den Metallteilchen sorgenden Menge vorhanden sind,
3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen aus Silber bestehen.
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4. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-
durch gekennzeichnet, daß der leitende Überzug (12) einen
spezifischen Durchgangswiderstand von weniger als 1 Π cm hat.
5. Elektrode nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß als Klebstoffmasse ein Acrylcopolymer vorgesehen ist und der leitende Überzug (12) eine Dicke
von weniger als 13O /jm hat.
6. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Träger (10) und dem leitenden Überzug (12) eine nichtleitende, feuchtigkeitsdurchlässige
Klebstoffschicht (11) vorgesehen ist.
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