EP2879578A1 - Elektrode und messeinrichtung zum erfassen von biomedizinischen vitalparametern - Google Patents

Elektrode und messeinrichtung zum erfassen von biomedizinischen vitalparametern

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EP2879578A1
EP2879578A1 EP13747641.2A EP13747641A EP2879578A1 EP 2879578 A1 EP2879578 A1 EP 2879578A1 EP 13747641 A EP13747641 A EP 13747641A EP 2879578 A1 EP2879578 A1 EP 2879578A1
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EP
European Patent Office
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component
electrode
skin contact
skin
contact electrode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13747641.2A
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French (fr)
Inventor
Wilhelm Stork
Silvester FUHRHOP
Stefan LAMPARTH
Malte KIRST
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Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Original Assignee
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/683—Means for maintaining contact with the body
    • A61B5/6831—Straps, bands or harnesses

Definitions

  • the invention relates to a skin contact electrode for detecting biomedical vital signs. It comprises a flat-shaped first component, which is formed from an electrically conductive material, and a measuring device to detect the vital parameters, and a support means made of an elastic material, which is detachably connected to a data processing unit. This has at least one skin contact electrode that can be electrically connected to the data processing unit.
  • measuring devices For the detection, analysis, transmission and feedback of vital parameters of a user, measuring devices with electrodes integrated in a carrying device are known, which are designed to detect the heartbeat of a user.
  • Vital parameters are measures that reflect basic functions of the human body; These include, for example, heart rate, blood pressure, body temperature and respiratory rate. It also includes electrocardiogram (ECG) and electroencephalography (EEG).
  • ECG electrocardiogram
  • EEG electroencephalography
  • Known types of carrying devices have, in addition to the electrodes as sensors, at least one receiving device which is in signal connection with the sensors in order to detect the parameters.
  • Electrodes are known from the prior art, these often consisting of conductive, flexible films. These conductive sheet materials serve as an electrode on the one hand and on the other hand
  • CONFIRMATION COPY is disclosed as electrical leads for connection to the processing electronics, as well as in DE 1 1 2004 001 921 T5, which describes a sensor arrangement for measuring signals on the surface of the skin.
  • the electrode surfaces or the electrical leads required for transmitting a signal are attached by coating on a textile material of a garment or an accessory and worn directly on the skin.
  • From DE 10 2009 052 615 A1 sheet materials for electrical connection are known.
  • DE 10 2009 052 615 A1 further describes a sensor for ECG signals with a transmitting unit and a breast belt made of an elastic material, wherein at least three electrodes are attached to the breast belt, which are electrically connected via a surface conductor with a measuring electronics.
  • foils are also used. The covered area is not vapor permeable overall, which significantly reduces the wearing comfort, especially in long-term applications.
  • the electrically conductive conductor structures in the prior art are previously contacted with snaps. Due to their size, the number of electrical contacts and the number of contactable leads are limited.
  • the surface conductors also have a certain minimum width, which further limits the in textiles, especially those placed in a chest strap leads.
  • the introduction of more than two parallel juxtaposed strip conductors in the previously used technology (surface conductor) is difficult due to the manufacturing tolerances, whereby the number of electrodes or electrical connections in the textile are limited.
  • measuring devices for recording of electrophysiological signals are equipped with flexible dry electrodes.
  • Such are described, for example, in CA 2 620 578 A1.
  • These are usually fixed to the user's body with a flexible, textile carrying device. Due to the electrode flexibility, the textile has a uniform contact pressure on the body of the user everywhere. In order to achieve a good signal quality, however, it is necessary for the textile to press the electrodes against the body with a high contact pressure. This is unpleasant in the long run and justifies the desire for a lower contact pressure, especially from an ergonomic point of view.
  • Motion artifacts have long been a problem in the measurement of long-term electrocardiogram (ECG) monitoring of diseased patients and in the exercise ECG, and arise at the interface between the electrode and the body surface, reducing the quality of the derived Reduce signal and complicate the signal processing or further processing.
  • ECG electrocardiogram
  • the causes are mainly relative movements between the electrode and the body surface, as well as skin potentials, which result from pressure changes on the body surface.
  • the disturbing potentials are greater in the edge region than in the center of the electrically conductive electrode surface, since shear forces increasingly occur in the edge region.
  • a movement produces an external output on the monitor which either masks the desired bio-potential or shifts the baseline, thereby reducing the usefulness of the electrode, the diagnosis or the clinical instrument itself.
  • the intensity of motion artifacts is approximately antiproportional to humidity, i. the electrolyte between electrode surface and body surface, so that these artifacts occur especially in dry electrodes.
  • the moisture between the electrode and the skin to make electrical contact achieved by perspiration.
  • the moisture evaporates more than in the center, which is why there is less moisture there. This has the consequence that the existing edge effects, that is, movement artifacts, are exacerbated.
  • the present invention therefore has for its object to provide an electrode which makes it possible to record electrophysiological surface signals with high signal quality and allows a long period of use.
  • the object of the invention is to provide a measuring device which has good ergonomics and is simple and inexpensive to produce.
  • the invention relates to a skin contact electrode for detecting biomedical vital parameters, which has a flat-shaped first component, which is formed from an electrically conductive material.
  • the first component rests against a second component which is formed from an electrically insulating material and forms a component composite with the first component.
  • the first component is more rigid relative to the second component, wherein an outer edge of the composite component is formed only by the second component.
  • the first component of the electrode is preferably rigid and surrounded by a soft second component.
  • Rigid means in this case a certain strength of the first component relative to the second component and the support device itself.
  • the invention particularly preferably provides that the electrode can be fastened to a carrier device, the component composite of the electrode being made more rigid relative to the carrier device.
  • the first component may be in different embodiments, wherein it may be formed in one piece or in several parts. All However, embodiments is the same that they are relatively rigid relative to the second component and record no movement of the applied skin surface as such.
  • the first component of the electrode may comprise metal, in particular stainless steel or titanium. This embodiment is particularly skin-friendly and is suitable for long-term use. It is also possible to use other metallic surfaces with a smooth or porous structure, in particular conductive textile, which as a fiber composite contains conductive woven fabrics, knitted fabrics or knitted fabrics.
  • the first component has a flexible, conductive film or conductive textile and the film or the textile is connected at a contact surface with a comparatively rigid substrate to the film, thereby forming the first component.
  • Suitable materials are, for example, thermoplastic polyurethane (TPU) to which carbon or carbon has been added as the conductive medium, or thermoplastic elastomers (TPE) as plates or films and other thermally deformable plastics as plates or films. Also, vulcanizable plastics can be used.
  • the first component is composed of two film layers, wherein between the two layers a conductive textile is pressed or glued, which is electrically connected to an electrical supply line.
  • the gluing can also be done by thermoplastic methods, which rather melted the conductive fabric between the thermoplastics.
  • the first component lies wholly over the first component.
  • the second component can furthermore be arranged so as to lie completely flat on the substrate for reaching an overall rigid electrode.
  • the conductive textile can be present as a silvered, low-impedance conductor.
  • the embodiment of the electrode is comfortable to wear and inexpensive to produce. By different strengths of the second component, any hardness / hardness of the electrode can be adjusted, so the optimum between ergonomics and to achieve signal quality.
  • the second component comprises a static friction coefficient for adhering the component composite to biomedical skin.
  • the second component advantageously has a flexible material, preferably silicone.
  • the second component is thus formed as an adhesive edge, which is indeed suitable to adhere, but does not stick.
  • the electrically active electrode surface of the first component is always completely in contact with the body. Due to the electrical insulation of the adhesive edge signal interference in the region of the edge, such. B. shearing loads and movement artifacts of the over the electrically active electrode surface of the first component derived electrophysiological signal prevented.
  • the first and second components may have skin abutment surfaces formed in a plane.
  • the first and second components are thus flat with their contact surface on the skin of the user.
  • the skin-contact surface of the first component can also be raised to the second component, wherein an outer edge of the first and second component composite component can be formed by the second component and the first component can be increased relative to the second component.
  • a full-surface edition of the first component and an adhesion of the second component to the skin of the user are given.
  • the surface of the first component may be flat or have regular or irregularly formed elevations. A section of the skin may, in spite of severe hairiness or other skin- units are well contacted.
  • the second component completely or partially surrounds an edge section of the first component.
  • a laterally formed limb can be encompassed by the second component.
  • the first component is not only protected against kinking but also electrically insulated on the edge.
  • the edge of the second component may be designed to be sloping at a side facing away from the skin contact surface, wherein the second component may be designed to be thinner towards Rarid and thus more flexible.
  • This shape of the second component can be created by simply melting it with the carrier device, wherein the material of the second component partially sinks into the material of the carrier device and completely surrounds the edge of the first component.
  • Electrical contacting takes place by means of soldering, welding or (thermal) bonding to the first component, preferably on its underside, by means of a cable, soldering lugs or lugs or other fastening means being able to be formed on the first component for this purpose.
  • soldering lugs or lugs or other fastening means being able to be formed on the first component for this purpose.
  • other individually insulated electrical leads are also suitable.
  • thermoplastic films are used as the active electrode surface, then the supply line can also be contacted mechanically and electrically by inserting and thermally pressing its stripped end between the thermoplastic films.
  • the electrode may be in various embodiments as described above.
  • the electrode is substantially more rigid than the underlying support means, which mostly consists of an elastic material, due to the comparatively rigid first component of the component composite.
  • a user's body surface is always convex in the skin area, which causes the electrode to deform the softer body surfaces into a particular area of its abutment surface. Due to the rigid electrode, the carrying device is also lifted off the body in the edge region of the electrode, which increases the contact pressure in the region of the active electrode surface, ie the first component.
  • the invention may further provide that the skin contact electrode is mounted with its support surface on the support means raised, so that the skin-contact surface of the first component is increased relative to a surface of the support means. Also, it may be formed flat to the body-facing side of the support device. After installation, the electrically active surface is then not below the surface of the support means, whereby this can be worn with less contact pressure, which means a significant improvement in wearing comfort.
  • two, three or more skin contact electrodes can be attached to the carrying device, wherein at least one skin contact electrode is arranged on a section of the carrying device which can be applied to a back of the user.
  • at least one skin contact electrode is arranged on a section of the carrying device which can be applied to a back of the user.
  • four electrodes are necessary. With more electrodes, the rest can be used for measurements of other vital parameters.
  • the electrodes used for the ECG can also be used twice for the acquisition of other vital signs. Depending on the position and arrangement of the electrodes, as a result of this and because of the redundancy of the electrodes, particularly robust and exact measurements of the vital parameters can be carried out.
  • a skin-contact electrode for detecting vital parameters which is at least provided, further sensors can be provided which, in an alternative embodiment, may in particular be acceleration sensors which are arranged on or within the carrying device.
  • the measuring device can thus be used for many different measurement applications of vital parameters of a user.
  • the measuring device should be able to record vital parameters of a user, whereby at least the ECG can be derived. By using multiple electrodes, redundant signal channels are achieved, which further improves signal quality. Furthermore, the measuring device can in particular make the following measurements: With at least two electrodes or resistive, inductive or capacitive structures, an impedance of the body or of a body part, such as the thorax, can advantageously be measured. By means of an activity sensor, in particular an acceleration sensor, the physical activity and the current body position can be recorded.
  • an activity sensor in particular an acceleration sensor, the physical activity and the current body position can be recorded.
  • a development of a preferred embodiment of the invention comprises a plethysmograph or an EDA sensor.
  • the pulse transit time or the blood pressure or blood pressure equivalent can be recorded. It can also be provided a sensor which is suitable for temperature measurement.
  • the edge of the electrode has at least one opening which serves to secure the electrode.
  • different connection means can be used, it can be connected circumferentially by sewing, crimping or gluing electrode with a measuring device.
  • a plurality of such openings is provided in the edge of the first component, wherein it is also possible for the second component over the edge portion of the first Form component extending and merge the second component in these edge regions and by means of the openings with a lying below the first component thermoplastic bonding layer.
  • further fastening means such as. As screws, rivets o. ⁇ . Be provided, which are arranged in the edge region of the first component or the electrode.
  • the skin contact electrode can be completely or partially fused with the carrying device. A permanent, cohesive connection is thereby created. Furthermore, it can also be provided that the electrode is not fixed on, but in the interior of the support device.
  • the electrodes show a thickness of the electrodes of 0.2 to 3 mm. However, thicker or thinner electrodes can also be realized with the invention.
  • the electrodes can have, for example, the following dimensions: 2x2 cm, 3.5x4 cm, 4x6 cm, 5x7 cm, 7x9 cm. But there are other dimensions possible.
  • the carrying device may be a chest belt, a bracelet, a foot band or a bracelet.
  • the skin contact electrodes can also be integrated in garments, in particular in stockings, gloves or T-shirts.
  • the carrying device provides two free ends, which can be connected to a closure. The closure can be so pronounced that a length adjustment of the carrying device is possible with this.
  • the invention provides that the carrying device is formed from a textile made of synthetic material.
  • the textile can as Woven fabrics, knitted fabrics, knitted fabrics, in particular as net-like plastic.
  • synthetic materials and natural materials such as cotton can be used.
  • the carrying device is made highly flexible between the electrodes, whereby it can be achieved that the electrodes remain in place and the carrying device absorbs the expansion or compression coupled in by body movement.
  • textile materials are advantageously machine-washable and have a high vapor permeability.
  • the carrying device has electrical and mechanical connection means.
  • At least one connecting means can be designed as a multi-pole plug, which is electrically connected to the at least one skin contact electrode and possibly further sensors by means of individually guided cables or a wiring harness.
  • Such a plug is space-saving, advantageously machine washable and biocompatible, especially biotolerant. It is protected against polarity reversal and its insulation has defined clearances and creepage distances, which meets the corresponding standard requirements, especially in the medical device sector.
  • it can be thermally fixed or sewn into a slot within the carrying device and, in addition to an electrical contact, simultaneously serves for a mechanical fixation of the data processing unit.
  • the plug can be equipped with a mechanical connection means as a lock, by which an accidental release of the connection is prevented.
  • a further connection to the carrier material is produced by a connecting device, wherein this second mechanical connection provides for an additional fixation of the data processing unit.
  • This connection can be achieved by means of snap fasteners or snap locks. be realized.
  • the mechanical connection means attaches the data processing unit to the carrying device on a side of the data processing unit opposite the electrical connection means, wherein an electrical connection means can be arranged on the other side on the edge of the data processing unit.
  • the mechanical connection means can be arranged to save space below the data processing unit.
  • This connection means can be glued, crimped or therr misch fixed and preferably designed as a push button.
  • the aforementioned connecting means may also be provided as a second, additional electrical connecting means.
  • the carrying device is designed to be double-layered for receiving the wiring; therein the plug and associated individual electrical leads can be kept loose.
  • the loose, tubular connection reduces parasitic couplings in the electrode lines, since the individual conductors move only slightly against each other and are guided at a small distance from each other.
  • the length of the leads is advantageously determined at a strong elongation of the support device.
  • the carrying device remains elastic around the area of the electrodes in use.
  • the cabling by means of individual electrical conductors allows a maximum permeability of vapor to all areas, except below the electrodes, since the individual electrical conductors have only diameters in the millimeter range.
  • defined insulation values are possible, which are particularly relevant for medical devices. These isolation values are preferably between 60 V AC and 1500 V AC peak values. Stretchability and vapor permeability of the support means are thus determined only by the material used for this purpose. Ranges of electrical leads to the individual Electrodes and other sensors have no influence on ductility or vapor permeability.
  • Another advantage of the individually guided electrical supply lines within the carrying device is that a larger number of lines or then also electrodes and sensors can be connected. Thus, redundant signal measurements can be taken from several ECG leads and the overall signal quality can be further improved.
  • the data processing unit has a memory device, at least one processor and a power supply, wherein the data processing unit can preferably be releasably connected to the carrying device via the plug. It is therefore mobile and can be removed if necessary by the support means, so that the support device itself can be washed independently of the electronic components.
  • a power supply takes place by means of, for example, a battery, wherein the power supply can also have a module for generating energy from the environment, such as a solar cell.
  • the data processing unit further includes a telemetry device for communicating with the environment.
  • the data processing unit can be connected to a network device, a conventional PC and to the Internet.
  • An amplifier circuit within the data processing unit ensures the conversion and preprocessing of the measured signals from the electrodes.
  • the data processing unit should finally be designed to determine the GPS position of the user or the measuring device.
  • the data processing unit may comprise further sensors, eg. B. acceleration sensors.
  • a data store and a User interface to be provided.
  • a small display can be mounted, with which a user can set by means of controls parameters such as measuring times of the measuring device itself.
  • the measuring device thus has the advantages of being particularly flexible and ergonomic, it being possible for the electrodes according to the invention to record electrophysiological surface signals and thus vital biomedical parameters with particularly high signal quality. Movement artifacts that result from the user's body movement are significantly reduced, if not completely avoided.
  • the mechanical interference input by the movement changes in a first approximation only the contact surface of the electrically inactive edge, d. H. the second component.
  • the electrically active surface of the first component remains unaffected.
  • an optimal contact pressure is achieved, which is optimal in terms of measurement and at the same time ergonomic and comfortable to wear.
  • FIG. 1 is a schematic view of a measuring device according to the invention
  • Fig. 2 is a plan view of a first embodiment of an electrode according to the invention.
  • FIG. 3 shows a plan view of an alternative, second embodiment of the electrode according to the invention
  • Fig. 4-7 cross-sections through various embodiments of the electrode according to the invention
  • Fig. 12,13 cross sections through a fitting to a skin of a user
  • FIG. 14 Perspective side view of the measuring device according to the invention.
  • a measuring device 1 which includes a designed as a chest strap carrying device 2, which is designed as a chest strap in rectangular elongated shape.
  • the carrying device 2 may consist of a textile or other synthetic material which has a certain vapor permeability and at the same time is elastic.
  • On the chest belt 2 are at predetermined areas two electrodes 10 and other sensors 3, such.
  • three electrodes 10 may be used to minimize measurement errors and other disturbances.
  • two electrodes 10 should be applied in the chest area and one electrode 10 in the back area of the user.
  • the electrodes 10 and the sensor 3 are electrically connected via cable 4 to a plug 5.
  • the cables 4 are present as isolated individual electrical conductors, which are individually guided by associated contacts (eg connector pins, spring contacts) to the electrodes 10 and the sensor 3, wherein they are guided within the support means 2, which is designed to be double-layered to to pick up the wiring. They are not strict with the connected ends, so that the support device 2 in the areas in which the cable 4 are guided, remains elastic and movement of the user does not damage the contact also.
  • the carrying device 2 is associated with a data processing unit 6, which is releasably connectable to the plug 5 and serves as measuring electronics.
  • the plug 5 serves the data processing unit 6 not only as an electrical connection to the wiring, but also as a mechanical fixation, what he is integrated into the support means 2 by being sewn, glued or thermally fixed. For ease of use, the plug 5 is protected against reverse polarity, d. H. the data processing unit 6 can not be inserted laterally.
  • the data processing unit 6 includes a measurement circuit in the form of an amplifier circuit, a processor for signal processing, a memory device, and a telemetry device for communication with the environment. Furthermore, the data processing unit 6 has a battery as a mobile power supply. But it can also be a module for energy production from the environment, eg. As a solar cell installed.
  • the electrodes 10 can also be connected except to the carrying device 2 with other devices and can be used arbitrarily.
  • the electrodes 10 can also be applied individually to the skin of a user and electrically connected to a measuring unit by means of suitable connecting means. This is made possible by the electrode 10 according to the invention, which may be present in different embodiments.
  • FIG. 2 and 3 show plan views of two selected embodiments of the electrodes 10 according to the invention, which essentially consist of a composite component 10a with two nested surfaces trained components are constructed, in Fig. 2, a first component 1 1 is completely surrounded by a second component 12.
  • the second component 12 forms an edge around the first component 1 1, the width of which varies depending on the dimension of the first component 1 1 arranged inside.
  • the first component 1 1 is made of an electrically conductive material, wherein both a metallic sheet and a conductive foil is usable.
  • the second component 12 is made of an electrically non-conductive material such as thermoplastic polyurethane (TPU), other plastics or silicone.
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • the first component 11 is made more rigid in comparison to the second component 12, whereby the entire electrode 10 is rigidly formed, especially in comparison to the underlying carrying device 2.
  • At least one of the skin-contact surfaces 1 1 c, 12c of the electrode 10 is substantially rectangular in shape, with other geometric shapes, such as rectangular with rounded corners, oval, circular, or even triangular are possible.
  • the electrodes 10 can be fastened on the carrying device 2 by providing an opening 15 for fixing the electrode 10 in an edge section 11a of the first component 11, as shown in FIG. In FIG. 3, instead, a thermoplastic substrate 14 is arranged underneath the electrode 10, which can be glued or fused to the electrode 10 and the carrying device 2.
  • the mounting lugs will be explained in more detail below.
  • FIGS. 4 to 7 Different embodiments of the electrode 10 according to the invention are shown in the following FIGS. 4 to 7 and each show a cross section along section A-A according to FIG. 1.
  • the first component 1 1 is formed axially symmetrical stepped in section to a central axis, wherein free legs 1 1 a defining edge regions on which the second component 12 is arranged. Furthermore, end sections 11 b are connected to the second component. 12, so that they are protected against damage and kinking.
  • An edge portion 12a of the second component 12 is further sloping to the side, so a smooth transition between the electrode and support means is achieved, whereby the electrode 10 is ergonomically placed on the skin of a user.
  • Embodiment is made of metal and is thermoformed from a thin sheet.
  • the legs 1 1 a serve to secure the second component 12, which can be safely and permanently adhered.
  • the first component 1 1 and the second component 12 are arranged relative to each other, so that their skin contact surfaces 1 1 c, 12c lie in a plane; There is no gap between the components 1 1, 12 provided.
  • the surface of the electrode 10 is flat and can fully abut the skin of a user.
  • the electrode 10 is connected to the underside of the first component 1 1 by means of an electrical connection means, such as an electrical lead 13 to the measuring electronics, wherein the electrical lead 13 by means of soldering, welding or gluing on the first component 1 1 is connectable.
  • the electrode can be attached to a carrying device 2 via a support surface 10b.
  • the first component 1 1 is made of a flexible, conductive electrode surface 14 a, such as a conductive film, such as TPU-based films, which carbon or carbon was added as a conductive medium or conductive textile, such as, woven, knitted and knitted.
  • the second component 12 is formed from electrically insulating material and surrounds the first component 1 1 in turn at the edge completely, be it in a view from above (FIG. 3) or laterally (FIG. 5).
  • a rigid substrate 14b to which the electrode surface 14a and the second component 12 are glued, is arranged on the underside of the conductive electrode surface 14a.
  • the electrode surface 14a and the substrate 14b in this case form the first component 11.
  • the substrate 14b may be formed of a thermoplastic material, whereby the components 1 1, 12 are melted or glued to each other on their adjacent surfaces and with the support means 2.
  • the skin contact surfaces 1 1 c, 12 c are in turn in a plane, whereby the first component 1 1 is completely surrounded by the second component 12.
  • An electrical contacting 13 takes place again on the electrode surface 14a.
  • FIG. 6 a development of the electrode 10 from FIG. 5 is shown in FIG. 6, wherein the second component 12 is not formed at the edge only on the substrate 14b, but beyond its edges, and thus laterally engages around it.
  • the second component 12 is partially formed sloping in the region of the edges of the substrate 14b. This is due to the fact that the second component 12 is thermally treated and loses its height due to temporary melting in its edge region 12a.
  • the second component 12 is formed flush with the first component 1 1, so that the contact surfaces 1 1c, 12c of the two components 1 1, 12 come to rest in one plane.
  • the first component 1 1 is formed by a multi-layered structure, wherein an upper layer 16 and a lower layer 17 are connected to each other at the edge.
  • the layers 16, 17 are made of conductive, flexible films. Between the two layers 16, 17, a conductive textile 18 is provided, which is electrically connected to the electrical lead 13 and is pressed between the upper layer 16 and the lower layer 17.
  • a substrate 14b is again provided as the lowest layer of the first component 11.
  • the second component 12 is arranged over the entire surface of a substrate 14 b.
  • the layers 16, 17, 18 the glued or melted on this.
  • a thermoplastic bonding layer 19 is also provided.
  • the second component 12 extends over this entire surface.
  • FIGS. 8 to 11 show various attachment variants of the electrode 10 according to the invention on the carrying device 2.
  • the electrode 10 according to the invention adhered to the surface of the support means 2.
  • the carrying device 2 has a side 2a facing away from the body and a side 2b facing away from the body.
  • the support surface 10b bears against the body-side 2a on the support device 2 over its entire surface.
  • the lower-side regions of the electrode 10 are connected to the carrying device 2 by a permanent, water-insoluble and temperature-resistant compound, in particular a thermoplastic adhesive bond.
  • the electrode 10 is thus raised mounted on the support means 2, so that the skin contact surface 1 1 c of the first component 1 1 is increased relative to the body-facing side 2a of the support means 2.
  • the electrically active surface is then not below the surface of the body facing side 2a of the support device 2, whereby this can be worn with less contact pressure.
  • the contacting of the first component 1 1 can take place in a previous assembly step, wherein the electrical lead 13 can be passed through a small slot or other opening in the support means 2.
  • the electrical lead 13 is connected to the cable 6 by means of soldering or crimping or is integrally formed with the cable 6, wherein the cable 6 for making an electrical connection to the free end to be fastened is stripped a certain portion. So that the electrical connection does not break off by stretching the carrying device 2, it can additionally be secured to the underside of the first component 11.
  • the support device 2 is double-layered, wherein the electrical leads or cable 6 individual within the double layer lie and so are protected from external influences and damage.
  • FIG. 9 shows an electrode 10 designed to be raised on the carrying device 2, the connecting layer 19 being arranged below the first component 11.
  • the first component 1 1 further has a plurality of openings 15 a, wherein in the illustration of FIG. 9, only one opening 15 a is shown.
  • the second component 12 is launched.
  • the edge region 1 1 b is laterally encompassed by the second component 12 and extends beyond such that the second component 12 rests with its underside on an upper side of the connecting layer 19.
  • the second component 12 is fused at their overlap points with the thermoplastic Mattslage19 by means of a heat treatment.
  • connection layer 19 is also in one step with the body-facing side 2a of the support device 2 partially or completely merged.
  • the electrode 10 is connected to the support means 2 in sections cohesively and thus permanently.
  • the support surface 10b is in this case on the entire surface on the support device.
  • Fig. 10 shows an alternative attachment of the electrode 10 to the support means 2.
  • the first component 1 1 has in its laterally formed legs 1 1 a means for attachment to a connection point 15.
  • the edge portions 12a of the second component 12 are designed to be narrower, so that a randsei- tiger projection of the edge portion 1 1 b remains free.
  • This projection is included with an edge 2c of the support means 2 and connected at the connection point 15 by sewing, gluing or by other types of connecting means with the edge 2a.
  • the support device 2 in this case surrounds the edge portions 1 1 b of the first component 1 1 and thereby provides additional protection.
  • the wiring is accommodated in the space formed between the material of the support 2 and the bottom of the electrode 10.
  • FIG. 11 shows a development of the embodiment of FIG. 10, wherein the first component 1 1 is bonded to the thermoplastic bonding layer 19.
  • the second component 12 comprises the first component 1 1 on the edge side and surrounds the edge sections 11 b.
  • the second component 12 is merged at the edge with the connecting layer 19, that is, materially connected.
  • the edges 2a of the carrying device 2 surround the edge portions 12a of the second component 12 and are connected to them so by fusion or gluing cohesively.
  • Figures 12 and 13 show an electrode 10 mounted on the support means 2, the support means 2 being applied by a user.
  • the electrode 10 in this case touches a skin section 20 of the user with its electrically active surface.
  • the user is at rest and does not move.
  • the skin portion 20 has with the support means 2 two points of contact 21 a, 21 b and is convexly formed therebetween, wherein the electrode 10, in particular the skin contact surfaces 1 1c, 12c of the first component 1 1 and the second components 12, on the skin portion 20th lie flat. Between the contact points 21 a, 21 b sections 22 a, 22 b extend. If the user moves, the carrying device 2 is also moved with the electrode 10 remaining in place by the adhesive second component 12.
  • the carrying device 2 can be worn overall with less contact pressure, which improves the wearing comfort.
  • the sections 22a, 22b are shortened or extended during movement; in this case, section 22a is shortened and section 22b is extended.
  • the adjacent to the second component 12 skin portion 20 also moves, wherein on the side facing the portion 22 a slight lifting or on the other, the portion 22 b side facing increased contact pressure on the skin portion 20 is formed.
  • the first component 11 is not one of the mo- gene subjected.
  • Fig. 14 is a perspective view of the measuring device 1 according to the invention is shown.
  • the data processing unit via the plug 5 is electrically and with a connecting device 23 mechanically attached to the support device 2, wherein the connecting device 23 is glued into the data processing unit, crimped or thermally fixed.
  • Fig. 15 shows a side view of the measuring device 1 in partial section.
  • the plug 5 is formed from a plug-in part 5a of the data processing unit 6 and from a socket part 5b, the latter being fixed in the carrying device 2.
  • the connecting device is designed as a push button 23, which is fastened to a counterpart 24 which is arranged on the body-facing side 2b of the carrying device 2 and is firmly connected thereto.
  • the push button 23 is arranged at the edge of the data processing unit 6 on a side opposite the plug 5 side. This connection may additionally be designed as additional, second electrical contact.
  • the leads 4 are guided loose, being guided around the junction of the push button 23 with its counterpart 24.
  • the push button 23 is not attached next to, but below the data processing unit 6 in an edge region. This reduces the space requirement of the data processing unit 6 as a whole.
  • Fig. 17 shows a variant of Fig. 15, wherein the counterpart 24 is disposed within the support means 2 on the underside of the body-facing side 2a.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hautkontakt-Elektrode (10) zum Erfassen biomedizinischer Vitalparameter, die eine flächig ausgebildete erste Komponente (11) aufweist, die aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist, wobei die erste Komponente (11) an einer zweiten Komponente (12) anliegt, die aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist. Die zweite bildet mit der ersten Komponente (11) einen Komponentenverbund (10a), wobei die erste Komponente (11) relativ zu der zweiten Komponente (12) starrer ausgebildet ist und ein äußerer Rand (12a) des Komponentenverbundes (10a) nur durch die zweite Komponente (12) gebildet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Messeinrichtung zum Erfassen biomedizinischer Vitalparameter mit einer Trageeinrichtung (2) aus einem elastischen Material, die mit einer Datenverarbeitungseinheit (6) lösbar verbunden ist und wenigstens eine mit der Datenverarbeitungseinheit (9) elektrisch verbindbare, vorgenannte Hautkontakt-Elektrode (10) aufweist.

Description

ELEKTRODE UND MESSEINRICHTUNG ZUM ERFASSEN VON BIOMEDIZINISCHEN VITALPARAMETERN
Die Erfindung betrifft eine Hautkontakt-Elektrode zum Erfassen biomedizinischer Vitalparameter. Sie umfasst eine flächig ausgebildete erste Komponente, die aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, sowie eine Messeinrichtung, um die Vitalparameter zu erfassen, und eine Trageeinrichtung aus einem elastischen Material, die mit einer Datenverarbeitungseinheit lösbar verbunden ist. Diese weist wenigstens eine mit der Datenverarbeitungseinheit elektrisch verbindbare Hautkontakt-Elektrode auf.
Zur Erfassung, Analyse, Übertragung und Rückmeldung von Vitalparametern eines Benutzers sind bisher Messeinrichtungen mit in einer Trageeinrichtung integrierten Elektroden bekannt, die dazu ausgelegt sind, den Herzschlag eines Benutzers zu erfassen. Vitalparameter sind hierbei Maßzahlen, die Grundfunktionen des menschlichen Körpers widerspiegeln; darunter fallen bspw. die Herzfrequenz, der Blutdruck, die Körpertemperatur und die Atemfrequenz. Ferner zählen dazu das Elektrokardiogramm (EKG) und die Elektroenzephalografie (EEG). Bekannte Arten von Trageeinrichtungen weisen neben den Elektroden als Sensoren zumindest eine Aufnahmeeinrichtung auf, die mit den Sensoren in Signalverbindung steht, um die Parameter zu erfassen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Trageeinrichtungen für lange Applikationsdauern sind als Brustgürtel ausgestaltet, oder in Kleidungsstücke integriert. Eine solche Trageeinrichtung ist aus der DE 10 2005 004 443 A1 bekannt, die Sensoren sind in einem Kleidungsstück, hier einem T-Shirt, integriert.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Arten von Elektroden bekannt, wobei diese oft aus leitfähigen, flexiblen Folien bestehen. Diese leitfähigen Flächenmaterialien dienen einerseits als Elektrode und andererseits
BESTÄTIGUNGSKOPIE als elektrische Zuleitungen zum Anschluss an die verarbeitende Elektronik, wie auch in der DE 1 1 2004 001 921 T5 offenbart ist, die eine Sensoranordnung zum Messen von Signalen an der Oberfläche der Haut beschreibt. Die Elektrodenoberflächen bzw. die elektrischen Zuleitungen, die für eine Übertragung eines Signals erforderlich sind, sind durch Beschichtung auf einem textilen Material eines Bekleidungsstückes oder eines Zubehörs befestigt und direkt auf der Haut zu tragen. Aus der DE 10 2009 052 615 A1 sind Flächenmaterialien zur elektrischen Verbindung bekannt. Die DE 10 2009 052 615 A1 beschreibt ferner ein Messaufnehmer für EKG-Signale mit einer Sendeeinheit und einem Brustgürtel aus einem elastischen Material, wobei an dem Brustgürtel mindestens drei Elektroden angebracht sind, die über einen Flächenleiter elektrisch mit einer Messelektronik in Verbindung stehen. Um die elektrische Zuleitung zum Körper des Benutzers hin zu isolieren, werden ebenfalls Folien eingesetzt. Die damit bedeckte Fläche ist insgesamt nicht dampfdurchlässig, was den Tragekomfort gerade bei Langzeitanwendungen wesentlich reduziert.
Die elektrisch leitfähigen Leiterstrukturen im Stand der Technik werden bisher mit Druckknöpfen kontaktiert. Aufgrund ihrer Größe sind die Anzahl der elektrischen Kontakte und die Anzahl der damit kontaktierbaren Zuleitungen begrenzt. Die Flächenleiter weisen zudem eine gewisse Mindestbreite auf, was die in Textil, vor allem die in einem Brustgurt platzierten Zuleitungen, weiterhin begrenzt. Das Einbringen von mehr als zwei parallel nebeneinander laufenden Leiterbahnen in der bisher verwendeten Technologie (Flächenleiter) ist aufgrund der Fertigungstoleranzen schwierig, wodurch auch die Anzahl der Elektroden beziehungsweise elektrischen Anschlüsse im Textil begrenzt sind.
Der Einsatz von Folien begrenzt die Dehnbarkeit der Trageeinrichtung im Bereich der flächigen Zuleitung stark. Dies ist insbesondere zu beachten, wenn, wie beim Stand der Technik zumeist der Fall, mehr als zwei Elektroden verwendet werden. Neben Elektroden aus einer leitfähigen Folie werden für die medizinische Vitaldatenableitung Ag/AgCI-Elektroden eingesetzt. Wie auch in der DE 693 00 625 T2 beschrieben, bestehen diese Elektroden aus einem Substrat aus Ag/AgCI, das mittels eines selbstklebenden Randes auf die Haut des Benutzers angeklebt wird. Dieser Elektrodentyp weist eine geringe Haltbarkeit auf und ist nach einer Anwendung nicht mehr wiederverwendbar. Solche Elektroden haben zudem den Nachteil, dass es bei einer Tragezeit von mehr als 24 Stunden zu Hautaufweichungen und damit verbundenen Hautreizungen kommt.
Im Stand der Technik sind Messeinrichtungen zur Aufzeichnung von elekt- rophysologischen Signalen mit flexiblen Trockenelektroden ausgestattet. Solche werden zum Beispiel in der CA 2 620 578 A1 beschrieben. Diese werden üblicherweise mit einer flexiblen, textilen Trageeinrichtung am Körper des Benutzers fixiert. Durch die Elektrodenflexibilität hat das Textil am Körper des Benutzers überall einen gleichmäßigen Anpressdruck. Um eine gute Signalqualität zu erreichen, ist es jedoch nötig, dass das Textil die Elektroden mit einem hohen Anpressdruck an den Körper presst. Dies ist auf die Dauer unangenehm und begründet den Wunsch, eines geringeren Anpressdrucks gerade aus ergonomischen Gesichtspunkten.
Nachteilig an den vorgenannten Elektroden ist neben einem schlechten Tragekomfort bei Langzeitanwendung die schlechte Signalqualität dieser Elektroden, da bei der Messung der Oberflächensignale von sich bewegenden Hautabschnitten Signalstörungen in Form von Bewegungsartefakten verursacht werden.
Bewegungsartefakte sind seid langem ein Problem bei der Messung bei der Langzeitelektrokardiogramm (EKG)-Überwachung von erkrankten Patienten und beim Belastungs-EKG und entstehen an der Grenzschicht zwischen Elektrode und Körperoberfläche, wobei sie die Qualität des abgeleiteten Signals verringern und die Signalverwertung bzw. Weiterverarbeitung erschweren. Die Ursachen sind hauptsächlich Relativbewegungen zwischen Elektrode und Körperoberfläche, sowie Hautpotenziale, die durch Druckänderungen an der Körperoberfläche entstehen. Die störenden Potenziale sind im Randbereich größer als im Zentrum der elektrisch leitenden Elektrodenfläche, da Scherkräfte vermehrt im Randbereich auftreten. Eine Bewegung erzeugt eine externe Ausgabe auf dem Monitor, der entweder das gewünschte Biopotenzial maskiert oder die Grundlinie verschiebt, wodurch die Nützlichkeit der Elektrode, die Diagnose oder das klinische Instrument an sich reduziert wird.
Die Intensität von Bewegungsartefakten ist ungefähr antiproportional zur Feuchtigkeit, d.h. dem Elektrolyt zwischen Elektrodenoberfläche und Körperoberfläche, so dass diese Artefakte gerade bei trockenen Elektroden auftreten. Bei diesen wird die Feuchtigkeit zwischen Elektrode und Haut, um einen elektrischen Kontakt herzustellen, durch Schweißbildung erreicht. Im Randbereich der Elektrode verdunstet die Feuchtigkeit jedoch mehr als im Zentrum, weshalb dort eine geringere Feuchtigkeit vorherrscht. Dies hat zur Folge, dass die vorhandenen Randeffekte, sprich Bewegungsartefakte noch verstärkt werden.
Es ist daher zur Reduzierung der Bewegungsartefakte an der Elektronik und zu Verbesserung des Tragekomforts sinnvoll, den Anpressdruck an der Elektrode zu erhöhen und den dafür nötigen Anpressdruck des Tragetextiis in allen Bereichen zu minimieren.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode zu schaffen, die es ermöglicht, elektrophysiologische Oberflächensignale mit hoher Signalqualität aufzunehmen und die eine lange Anwendungsdauer ermöglicht.
Die vorgenannte Aufgabe wird durch eine Elektrode zum Messen von bio- medizinischen Vitalparametern mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.
Ferner ergibt sich für die Erfindung die Aufgabe, eine Messeinrichtung zu schaffen, die eine gute Ergonomie aufweist, sowie einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Die vorgenannte Aufgabe wird durch eine Messeinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Elektrode mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 9 gelöst.
Weiterbildungen der Gegenstände sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hautkontakt-Elektrode zum Erfassen biomedizinischer Vitalparameter, die eine flächig ausgebildete erste Komponente aufweist, die aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist. Die erste Komponente liegt hierbei an einer zweiten Komponente an, die aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist, und mit der ersten Komponente einen Komponentenverbund bildet. Die erste Komponente ist relativ zur zweiten Komponente starrer, wobei ein äußerer Rand des Komponentenverbundes nur durch die zweite Komponente gebildet wird.
Die erste Komponente der Elektrode ist vorzugsweise starr ausgebildet und von einer weichen zweiten Komponente umgeben. Starr bedeutet hierbei eine gewisse Festigkeit der ersten Komponente relativ zur zweiten Komponente und zur Trageeinrichtung selbst. Besonders bevorzugt sieht die Erfindung vor, dass die Elektrode auf einer Trägereinrichtung befestigbar ist, wobei der Komponentenverbund der Elektrode relativ zu der Trägereinrichtung starrer ausgebildet ist.
Die erste Komponente kann in unterschiedlichen Ausführungsformen vorliegen, wobei sie einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein kann. Allen Aus- führungsformen ist jedoch gleich, dass sie relativ zur zweiten Komponente starrer ausgebildet sind und keine Bewegung der angelegten Hautoberfläche als solche aufnehmen. Besonders bevorzugt kann die erste Komponente der Elektrode Metall, insbesondere Edelstahl oder Titan aufweisen. Diese Ausführungsform ist besonders hautfreundlich und eignet sich für Langzeitanwendungen. Auch können andere metallische Oberflächen mit glatter o- der poröser Struktur verwendet werden, insbesondere leitfähiges Textil, das als Faserverbund leitfähige Gewebe, Gewirke oder Gestricke beinhalten.
In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die erste Komponente eine flexible, leitfähige Folie oder leitfähiges Textil aufweist und die Folie oder das Textil an einer Auflagefläche mit einem zur Folie vergleichsweise starren Substrat verbunden ist, und hierdurch die erste Komponente bildet. Geeignete Materialien sind bspw. thermoplastisches Polyurethan (TPU), denen Karbon bzw. Kohle als leitendes Medium zugesetzt wurde, oder thermoplastische Elastomere (TPE) als Platten oder Folien sowie weitere thermisch verformbare Kunststoffe als Platten oder Folien. Auch können vulkanisierbare Kunststoffe eingesetzt werden.
Weiterhin kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die erste Komponente aus zwei Folien-Lagen aufgebaut ist, wobei zwischen den beiden Lagen ein leitfähiges Textil eingepresst oder eingeklebt ist, das mit einer elektrischen Zuleitung elektrisch verbunden ist. Das Einkleben kann auch durch thermoplastische Verfahren erfolgen, wodurch vielmehr das leitfähige Gewebe zwischen den Thermoplasten eingeschmolzen wird. Die erste Komponente liegt dabei vollflächig auf der ersten Komponente auf. Die zweite Komponente ferner kann zum Erreichen einer insgesamt starren Elektrode auf dem Substrat vollflächig anliegend angeordnet sein. Das leitfähige Textil kann als versilberter, niederohmiger Leiter vorliegen. Die Ausführungsform der Elektrode ist angenehm zu tragen und kostengünstig herstellbar. Durch verschiedene Stärken der zweiten Komponente können beliebige Härten/Härtegrade der Elektrode eingestellt werden, um so das Optimum zwischen Ergonomie und Signalqualität zu erreichen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die zweite Komponente einen Haftreibungskoeffizienten zum Anhaften des Komponentenverbundes an biomedizinischer Haut umfasst. Die zweite Komponente weist vorteilhaft ein flexibles Material, vorzugsweise Silikon, auf. Die zweite Komponente ist somit als Haftrand ausgebildet, der zwar dazu geeignet ist zu haften, aber nicht klebt. Damit wird eine gute Anlage der Elektrode auf einem Hautabschnitt des Benutzers ermöglicht, wobei bei Relativbewegung zwischen Körper und Elektrode die elektrisch aktive Elektrodenfläche der ersten Komponente immer vollständig mit dem Körper in Kontakt steht. Durch die elektrische Isolierung des Haftrandes werden Signalstörungen im Bereich des Randes, wie z. B. Scherbelastungen und Bewegungsartefakte des über die elektrisch aktive Elektrodenfläche der ersten Komponente abgeleiteten elektrophysiologi- schen Signals, verhindert.
Besonders vorteilhaft können die ersten und zweiten Komponenten Haut- Anlageflächen aufweisen, die in einer Ebene liegend ausgebildet sind. Die erste und die zweite Komponente liegen damit plan mit ihrer Anlagefläche an der Haut des Benutzers an. Alternativ kann die Haut-Anlagefläche der ersten Komponente auch erhaben zur zweiten Komponente ausgebildet sein, wobei ein äußerer Rand des aus erster und zweiter Komponente bestehenden Komponentenverbundes von der zweiten Komponente gebildet werden kann und die erste Komponente relativ zur zweiten Komponente erhöht sein kann. In jedem Falle sind eine vollflächige Auflage der ersten Komponente und ein Anhaften der zweiten Komponente an der Haut des Benutzers gegeben.
Für eine gute Kontaktierung der Elektrode mit dem Hautabschnitt des Benutzers kann die Oberfläche der ersten Komponente eben ausgebildet sein oder regelmäßige oder unregelmäßig ausgebildete Erhebungen aufweisen. Ein Hautabschnitt kann trotz starker Behaarung oder anderen Hautuneben- einheiten hierdurch gut kontaktiert werden.
Um einen Knickschutz der ersten Komponente zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass die zweite Komponente einen Randabschnitt der ersten Komponente ganz oder teilweise umgreift. Alternativ kann auch ein seitlich ausgebildeter Schenkel von der zweiten Komponente umfasst sein. Die erste Komponente wird hierdurch nicht nur vor einem Abknicken geschützt, sondern auch randseitig elektrisch isoliert. Für ein angenehmes Tragegefühl und als Knickschutz kann der Rand der zweiten Komponente an einer der Haut-Anlagefläche abgewandten Seite abfallend ausgebildet sein, wobei die zweite Komponente zum Rarid hin dünner ausgestaltet sein kann und damit biegsamer wird. Diese Form der zweiten Komponente kann durch einfaches Aufschmelzen mit der Trägereinrichtung entstehen, wobei das Material der zweiten Komponenten teilweise in das Material der Trägereinrichtung einsinkt und den Rand der ersten Komponente vollständig umschließt.
Eine elektrische Kontaktierung erfolgt mittels Löten, Schweißen oder (thermischem) Verkleben an der ersten Komponente vorzugsweise an ihrer Unterseite mittels eines Kabels, wobei dazu Lötfahnen oder -nasen oder sonstige Befestigungsmittel an der ersten Komponente ausgebildet sein können. Ferner eignen sich auch andere einzeln isolierte elektrische Zuleitungen.
Werden elektrisch leitende thermoplastische Folien als aktive Elektrodenfläche eingesetzt, so kann die Zuleitung auch durch Einlegen und thermisches Verpressen ihres abisolierten Endes zwischen den thermoplastischen Folien mechanisch und elektrisch kontaktiert werden.
Eine erfindungsgemäße Messeinrichtung zum Erfassen biomedizinischer Vitalparameter umfasst eine Trageeinrichtung aus einem elastischen Material, die mit einer Datenverarbeitungseinheit bevorzugt lösbar verbunden ist und wenigstens eine mit der Datenverarbeitungseinheit elektrisch verbindbare Hautkontakt-Elektrode aufweist. Die Elektrode kann wie oben beschrieben in unterschiedlichen Ausführungsformen vorliegen. Vorteilhaft ist die Elektrode durch die vergleichsweise starre erste Komponente des Komponentenverbundes wesentlich starrer als die zugrunde liegende Trageeinrichtung, die zumeist aus einem elastischen Material besteht. Die Körperoberfläche eines Benutzers ist im Hautanlagebereich stets konvex, wodurch die Elektrode die weicheren Körperoberflächen in einen bestimmten Bereich seiner Anlagefläche verformt. Durch die starre Elektrode wird die Trageeinrichtung zudem im Randbereich der Elektrode vom Körper abgehoben, wodurch sich der Anpressdruck im Bereich der aktiven Elektrodenfläche, d. h. der ersten Komponente erhöht.
Die Erfindung kann ferner vorsehen, dass die Hautkontakt-Elektrode mit ihrer Auflagefläche auf der Trageeinrichtung erhaben befestigt ist, so dass die Haut-Anlagefläche der ersten Komponente relativ zu einer Oberfläche der Trageeinrichtung erhöht ist. Auch kann sie zur körperzugewandten Seite der Trageeinrichtung eben ausgebildet sein. Nach dem Einbau liegt die elektrisch aktive Fläche dann nicht unterhalb der Oberfläche der Trageeinrichtung, wodurch diese insgesamt mit weniger Anpressdruck getragen werden kann, was eine deutliche Verbesserung des Tragekomforts bedeutet.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass an der Trageeinrichtung zwei, drei oder mehr Hautkontakt-Elektroden, angebracht sein können, wobei wenigstens eine Hautkontakt-Elektrode an einem Abschnitt der Trageeinrichtung angeordnet ist, der an einen Rücken des Benutzers angelegt werden kann. Gerade für eine exakte EKG-Ableitung sind vier Elektroden notwendig. Bei mehr Elektroden können die restlichen für Messungen anderer Vitalparameter Verwendung finden. Es können auch die für das EKG genutzten Elektroden für die Erfassung anderer Vitaldaten doppelt genutzt werden. Je nach Position und Anordnung der Elektroden können hierdurch und aufgrund der Redundanz der Elektroden besonders robuste und exakte Messungen der Vitalparameter durchgeführt werden. Neben einer Hautkontakt-Elektrode zum Erfassen von Vitalparametern, die mindestens vorgesehen ist, können weitere Sensoren vorgesehen sein, die in einer alternativen Ausführungsform insbesondere Beschleunigungssensoren sein können, die an oder innerhalb der Trageeinrichtung angeordnet sind. Die Messeinrichtung kann damit für viele verschiedene Messanwendungen von Vitalparametern eines Benutzers verwendet werden.
Die Messeinrichtung soll in der Lage sein, Vitalparameter eines Benutzers aufzunehmen, wobei mindestens das EKG abgeleitet werden kann. Durch das Verwenden mehrerer Elektroden werden redundante Signalkanäle erreicht, wodurch die Signalqualität weiter verbessert werden kann. Des Weiteren kann die Messeinrichtung insbesondere folgende Messungen vornehmen: Mit mindestens zwei Elektroden oder resistiven, induktiven oder kapazitiven Strukturen kann vorteilhaft eine Impedanz des Körpers oder eines Körperteils, wie des Thorax gemessen werden. Mittels eines Aktivitätssensors, insbesondere eines Beschleunigungssensors sind die körperliche Aktivität sowie die derzeitige Körperlage aufnehmbar. Eine Weiterbildung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist ein Plethysmograph bzw. einen EDA-Sensor auf. So können neben EKG-Parametern auch die Pulstransit-Zeit oder der Blutdruck bzw. Blutdruckäquivalent aufgenommen werden. Es kann auch ein Sensor vorgesehen sein, der zur Temperaturmessung geeignet ist.
Zur Befestigung der Elektrode auf einer Messeinrichtung oder einer anderen Oberfläche ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Elektrode randseitig wenigstens einen Durchbruch aufweist, die zum Befestigen der Elektrode dient. Damit können unterschiedliche Verbindungsmittel eingesetzt werden, so kann umlaufend durch Nähen, Crimpen oder Kleben Elektrode mit einer Messeinrichtung verbunden werden. Vorzugsweise ist eine Vielzahl derartiger Durchbrüche im Rand der ersten Komponente vorgesehen, wobei es ist auch möglich, die zweite Komponente über den Randabschnitt der ersten Komponente erstreckend auszubilden und die zweite Komponente in diesen Randbereichen und mittels der Durchbrüche mit einer unter der ersten Komponente liegenden thermoplastischen Verbindungslage zu verschmelzen. Ferner können weitere Befestigungsmittel, wie z. B. Schrauben, Nieten o. ä. vorgesehen sein, die in den Randbereich der ersten Komponente bzw. der Elektrode angeordnet werden.
Mittels der thermoplastischen Verbindungslage kann die Hautkontakt- Elektrode mit der Trageeinrichtung ganz oder teilweise verschmolzen werden. Eine dauerhafte, stoffschlüssige Verbindung wird hierdurch geschaffen. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass die Elektrode nicht auf, sondern im Inneren der Trageeinrichtung fixiert wird.
Bevorzugte Abmessungen der Elektroden zeigen eine Dicke der Elektroden von 0,2 bis 3 mm. Dickere oder dünnere Elektroden können jedoch auch mit der Erfindung realisiert werden. In der ebenen Ausdehnung können die Elektroden beispielhaft die folgenden Abmessungen aufweisen: 2x2 cm, 3,5x4 cm, 4x6 cm, 5x7 cm, 7x9 cm. Es sind aber auch andere Abmessungen möglich.
Die Erfindung sieht vor, dass mit der Trageeinrichtung ein Körperteil eines Benutzers ganz oder teilweise umfasst werden kann. Dazu kann die Trageeinrichtung ein Brustgürtel, ein Armband, ein Fußband oder ein Armreif sein. Die Hautkontakt-Elektroden sind auch in Kleidungsstücken, insbesondere in Strümpfen, Handschuhen oder T-Shirts integrierbar. Gerade bei einer Ausgestaltung als Brustgürtel sieht die Trageeinrichtung zwei freie Enden vor, die mit einem Verschluss verbunden werden können. Der Verschluss kann so ausgeprägt sein, dass mit diesem eine Längenverstellung der Trageeinrichtung möglich ist.
Besonders bevorzugt sieht die Erfindung vor, dass die Trageeinrichtung aus einem Textil aus synthetischem Material ausgebildet ist. Das Textil kann als Gewebe, Gestricke, Gewirke, insbesondere als netzartiger Kunststoff vorliegen. Neben synthetischen Materialien sind auch Naturmaterialien, wie Baumwolle einsetzbar. Aufgrund der Materialwahl ist die Trageeinrichtung zwischen den Elektroden hochflexibel ausgestaltet, wodurch erreicht werden kann, dass die Elektroden an Ort und Stelle bleiben und die Trageeinrichtung die durch Körperbewegung eingekoppelte Dehnung bzw. Stauchung aufnimmt. Besonders textile Materialien sind vorteilhaft maschinenwaschbar und weisen eine hohe Dampfdurchlässigkeit auf.
Um die Elektroden beziehungsweise die weitere Sensorik der Trageeinrichtung mit der Datenverarbeitungseinheit elektrisch und mechanisch zu verbinden, weist die Trageeinrichtung elektrische sowie mechanische Verbindungsmittel auf. Wenigstens ein Verbindungsmittel kann als mehrpoliger Stecker ausgebildet sein, der mit der wenigstens einen Hautkontakt- Elektrode und eventueller weiterer Sensorik mittels einzeln geführter Kabel oder eines Kabelbaums elektrisch verbunden ist. Damit kann die Anzahl der Zuleitungen und direkt die Anzahl der verwendbaren Sensoren und Elektroden erhöht werden, ohne die vorbenannten Nachteile zu erreichen. Ein derartiger Stecker ist platzsparend, vorteilhaft maschinenwaschbar sowie biokompatibel, insbesondere biotolerant. Er ist verpolgeschützt und seine Isolierung weist definierte Luft- und Kriechstrecken auf, was gerade im Medizinproduktbereich die entsprechenden Normforderungen erfüllt. Ferner kann er in einen Schlitz innerhalb der Trageeinrichtung thermisch fixiert oder festgenäht werden und dient neben einer elektrischen Kontaktierung gleichzeitig einer mechanischen Fixierung der Datenverarbeitungseinheit.
Der Stecker kann mit einem mechanischen Verbindungsmittel als Verriegelung ausgestattet sein, durch die ein versehentliches Lösen der Verbindung unterbunden wird. Eine weitere Verbindung zum Trägermaterial wird durch eine Verbindungsvorrichtung hergestellt, wobei diese zweite mechanische Verbindung sorgt für eine zusätzliche Fixierung der Datenverarbeitungseinheit. Diese Verbindung kann mittels Druckknöpfen oder Schnappverschlüs- sen realisiert werden. Vorgesehen ist, dass in einer weiteren Ausführungsform das mechanisches Verbindungsmittel die Datenverarbeitungseinheit an einer dem elektrischen Verbindungsmittel gegenüberliegenden Seite der Datenverarbeitungseinheit an der Trageeinrichtung befestigt, wobei ein elektrisches Verbindungsmittel auf der anderen Seite randseitig der Datenverarbeitungseinheit angeordnet sein kann. Auch kann das mechanische Verbindungsmittel platzsparend unterhalb der Datenverarbeitungseinheit angeordnet sein. Dieses Verbindungsmittel kann eingeklebt, gecrimpt oder therr misch fixiert sein und bevorzugt als Druckknopf ausgebildet sein. In einer alternativen Ausführungsform kann das vorgenannte Verbindungsmittel auch als zweites, zusätzliches elektrisches Verbindungsmittel vorgesehen sein. .
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Trageeinrichtung zur Aufnahme der Verkabelung doppellagig ausgebildet ist; darin können der Stecker und damit verbundene, einzelne elektrische Zuleitungen lose verwahrt werden. Die lose, schlauchförmige Verbindung reduziert parasitäre Einkopplungen in die Elektrodenleitungen, da die einzelnen Leiter sich nur unwesentlich gegeneinander bewegen und mit geringem Abstand zueinander geführt werden. Die Länge der Zuleitungen wird vorteilhaft bei einer starken Dehnung der Trageeinrichtung bestimmt. So bleibt die Trageeinrichtung um den Bereich der Elektroden bei Gebrauch elastisch.
Vorteilhaft wird durch die Verkabelung mittels einzelner elektrischer Leiter eine maximale Dampfdurchlässigkeit an allen Bereichen ermöglicht, ausgenommen unterhalb der Elektroden, da die einzelnen elektrischen Leiter lediglich Durchmesser im Millimeterbereich aufweisen. Ferner sind definierte Isolationswerte möglich, welche besonders relevant für Medizinprodukte sind. Diese Isolationswerte liegen vorzugsweise zwischen 60 V AC dauerhaft und bei 1500 V AC Spitzenwerten. Dehnbarkeit sowie Dampfdurchlässigkeit der Trageeinrichtung sind damit nur durch das dafür verwendete Material bestimmt. Bereiche der elektrischen Zuleitungen zu den einzelnen Elektroden sowie der weiterer Sensorik haben keinen Einfluss auf Dehnbarkeit oder Dampfdurchlässigkeit.
Ein weiterer Vorteil der einzeln geführten elektrischen Zuleitungen innerhalb der Trageeinrichtung ist, dass eine größere Anzahl an Leitungen beziehungsweise dann auch Elektroden und Sensoren anschließbar wird. So können aus mehreren EKG-Ableitungen redundante Signalmessungen aufgenommen werden und die Signalqualität kann insgesamt weiter verbessert werden.
Die Datenverarbeitungseinheit weist eine Speichereinrichtung, mindestens einen Prozessor sowie eine Energieversorgung auf, wobei die Datenverarbeitungseinheit bevorzugt lösbar mit der Trageeinrichtung über den Stecker verbunden werden kann. Sie ist dadurch mobil und kann bei Bedarf von der Trageeinrichtung abgenommen werden, so dass die Trageeinrichtung selbst unabhängig von den elektronischen Komponenten gewaschen werden kann.
Eine Energieversorgung erfolgt mittels beispielsweise einer Batterie, wobei die Energieversorgung ebenfalls ein Modul zur Energiegewinnung aus der Umgebung, wie zum Beispiel eine Solarzelle, aufweisen kann.
Die Datenverarbeitungseinheit beinhaltet ferner eine Telemetrie-Einrichtung zur Kommunikation mit der Umgebung. So kann die Datenverarbeitungseinheit mit einer Netzwerkeinrichtung, einem herkömmlichen PC sowie mit dem Internet verbunden werden. Eine Verstärkerschaltung innerhalb der Datenverarbeitungseinheit sorgt für die Umsetzung und eine Vorverarbeitung der gemessenen Signale aus den Elektroden. Die Datenverarbeitungseinheit soll schließlich dazu ausgebildet sein, die GPS-Position des Benutzers beziehungsweise der Messeinrichtung festzustellen. Zum Erfassen weiterer Parameter kann die Datenverarbeitungseinheit weitere Sensoren aufweisen, z. B. Beschleunigungssensoren. Ferner können ein Datenspeicher und eine Benutzerschnittstelle vorgesehen sein. So kann ein kleines Display angebracht sein, womit ein Benutzer mittels Bedienelementen Parameter wie Messzeiten der Messeinrichtung selbst einstellen kann.
Die Messeinrichtung hat damit die Vorteile, besonders flexibel sowie ergonomisch zu sein, wobei durch die erfindungsgemäßen Elektroden elektro- physiologische Oberflächensignale und damit biomedizinische Vitalparameter mit besonders hoher Signalqualität aufgezeichnet werden können. Bewegungsartefakte, die durch Körperbewegung des Benutzers entstehen, werden wesentlich reduziert, wenn nicht sogar ganz vermieden. Der mechanische Störungseintrag durch die Bewegung verändert in erster Näherung nur die Kontaktfläche des elektrisch inaktiven Randes, d. h. der zweiten Komponente. Die elektrisch aktive Fläche der ersten Komponente bleibt davon unbeeinflusst. Gerade durch die Form der Elektrode im Zusammenspiel mit der Trageeinrichtung wird ein optimaler Anpressdruck erreicht, der hinsichtlich der Messung optimal und gleichzeitig ergonomisch und bequem zu tragen ist.
Weitere Ausführungsformen, sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung deutlich und besser verständlich. Unterstützend hierbei ist auch der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung. Gegenstände oder Teile derselben, die im Wesentlichen gleich oder sehr ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrode;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine alternative, zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode; Fig. 4-7 Querschnitte durch verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Elektrode;
Fig. 8-11 Querschnitte durch verschiedene Ausführungsformen einer Befestigung der erfindungsgemäßen Elektrode;
Fig. 12,13 Querschnitte durch ein an eine Haut eines Benutzers anliegende
Trageeinrichtung mit erfindungsgemäßer Elektrode;
Fig. 14 Perspektivische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Messeinrichtung;
Fig. 15-17schematische Seitenansichten der erfindungsgemäßen Messeinrichtung.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung 1 dargestellt, die eine als Brustgurt gestaltete Trageeinrichtung 2 beinhaltet, die als Brustgurt in rechteckig länglicher Form ausgebildet ist. Die Trageeinrichtung 2 kann aus einem Textil oder einem anderen synthetischen Material bestehen, das eine gewisse Dampfdurchlässigkeit aufweist und gleichzeitig elastisch ist. Auf dem Brustgurt 2 sind an vorbestimmten Bereichen zwei Elektroden 10 sowie weitere Sensoren 3, wie z. B. ein Atemsensor, angeordnet.
Grundsätzlich gilt, dass, je mehr Elektroden 10 vorgesehen sind, desto robuster und genauer die Messung der Vitalparameter wird. Vorteilhaft können drei Elektroden 10 verwendet werden, um Messfehler und andere Störungen gering zu halten. Dabei sollten zwei Elektroden 10 im Brustbereich und eine Elektrode 10 im Rückenbereich des Benutzers angelegt werden.
Die Elektroden 10 und der Sensor 3 sind über Kabel 4 mit einem Stecker 5 elektrisch verbunden. Die Kabel 4 liegen als isolierte einzelne elektrische Leiter vor, die einzeln von zugehörigen Kontakten (z.B. Steckerpins, Federkontakte) zu den Elektroden 10 bzw. dem Sensor 3 geführt sind, wobei sie innerhalb der Trageeinrichtung 2 geführt sind, das dazu doppellagig ausgebildet ist, um die Verkabelung aufzunehmen. Sie sind nicht straff mit den je- weiligen Enden verbunden, damit die Trageeinrichtung 2 in den Bereichen, in denen die Kabel 4 geführt sind, elastisch bleibt und eine Bewegung des Benutzers die Kontaktierung auch nicht beschädigt.
Der Trageeinrichtung 2 ist eine Datenverarbeitungseinheit 6 zugeordnet, die mit dem Stecker 5 lösbar verbindbar ist und als Messelektronik dient. Der Stecker 5 dient der Datenverarbeitungseinheit 6 dabei nicht nur als elektrische Verbindung zur Verkabelung, sondern auch als mechanische Fixierung, wozu er in die Trageeinrichtung 2 integriert ist, indem es eingenäht, geklebt oder thermisch fixiert ist. Für eine einfache Handhabung ist der Stecker 5 verpolgeschützt, d. h. die Datenverarbeitungseinheit 6 kann nicht seitenverkehrt eingesteckt werden.
Die Datenverarbeitungseinheit 6 beinhaltet neben einer Messschaltung in Form einer Verstärkerschaltung, einen Prozessor zur Signalverarbeitung, eine Speichereinrichtung, sowie eine Telemetrie-Einrichtung zur Kommunikation mit der Umgebung. Ferner weist die Datenverarbeitungseinheit 6 eine Batterie als mobile Energieversorgung auf. Es kann aber auch ein Modul zur Energiegewinnung aus der Umgebung, z. B. eine Solarzelle, eingebaut werden.
Die Elektroden 10 können ferner außer mit der Trageeinrichtung 2 mit anderen Einrichtungen verbunden werden und können beliebig eingesetzt werden. In einer weiteren Ausführungsform können die Elektroden 10 auch einzeln auf die Haut eines Benutzers aufgebracht und mittels geeigneter Verbindungsmittel elektrisch mit einer Messeinheit verbunden werden. Dies wird durch die erfindungsgemäße Elektrode 10 ermöglicht, die in unterschiedlichen Ausführungsformen vorliegen kann.
Die Fig. 2 und 3 zeigen Draufsichten auf zwei ausgewählte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Elektroden 10, die im Wesentlichen aus einem Komponentenverbund 10a mit zwei ineinander angeordneten, flächig ausgebildeten Komponenten aufgebaut sind, wobei in Fig. 2 eine erste Komponente 1 1 vollständig umfänglich von einer zweiten Komponente 12 umgeben ist. Die zweite Komponente 12 bildet einen Rand um die erste Komponente 1 1 , dessen Breite je nach Abmessung der innen angeordneten ersten Komponente 1 1 variiert. Die erste Komponente 1 1 ist aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt, wobei sowohl ein metallisches Blech als auch eine leitende Folie verwendbar ist. Die zweite Komponente 12 besteht aus einem elektrisch nichtleitenden Material wie bspw. thermoplastisches Polyurethan (TPU), andere Kunststoffe oder Silikon. Die erste Komponente 1 1 ist im Vergleich zur zweiten Komponente 12 starrer ausgebildet, wobei dadurch die gesamte Elektrode 10 starr ausgebildet ist, gerade im Vergleich zur darunterliegenden Trageeinrichtung 2.
Wenigstens eine der Haut-Anlageflächen 1 1 c, 12c der Elektrode 10 ist im Wesentlichen rechteckig geformt, wobei auch andere geometrische Formen, wie rechteckig mit abgerundeten Ecken, oval, kreisförmig, oder auch dreieckig möglich sind. Die Elektroden 10 sind auf der Trageeinrichtung 2 befestigbar, indem in einem Randabschnitt 1 1 a der ersten Komponente 1 1 ein Durchbruch 15 zur Befestigung der Elektrode 10 vorgesehen ist, wie in Fig. 2 dargestellt. In der Fig. 3 ist stattdessen ein thermoplastisches Substrat 14 unter der Elektrode 10 angeordnet, das mit der Elektrode 10 und der Trageeinrichtung 2 verklebbar bzw. verschmelzbar ist. Die Befestigungsallen werden im Weiteren Verlauf noch näher erläutert.
In den folgenden Fig. 4 bis 7 sind unterschiedliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Elektrode 10 dargestellt und zeigen jeweils einen Querschnitt nach Schnitt A-A nach Fig. 1.
In Fig. 4 ist dargestellt, dass die erste Komponente 1 1 im Schnitt zu einer Mittelachse achssymmetrisch stufenförmig ausgebildet ist, wobei freie Schenkel 1 1 a Randbereiche definieren, auf denen die zweite Komponente 12 angeordnet ist. Ferner sind Endabschnitte 1 1 b mit der zweiten Kompo- nente 12 umfasst, so dass sie vor Beschädigungen und Abknicken geschützt sind.
Ein Randabschnitt 12a der zweiten Komponente 12 ist ferner zur Seite hin abfallend ausgebildet, so wird ein fließender Übergang zwischen Elektrode und Trageeinrichtung erreicht, wodurch die Elektrode 10 ergonomisch auf die Haut eines Benutzers auflegbar ist. Die erste Komponente 1 1 in dieser
Ausführungsform besteht aus Metall und ist aus einem dünnen Blech tiefgezogen. Die Schenkel 1 1 a dienen hierbei zum Befestigen der zweiten Komponente 12, die sicher und dauerhaft aufgeklebt werden kann.
Die erste Komponente 1 1 und die zweite Komponente 12 sind relativ zueinander angeordnet, so dass ihre Haut-Anlageflächen 1 1 c, 12c in einer Ebene liegen; es ist keine Lücke zwischen den Komponenten 1 1 , 12 vorgesehen. Damit ist die Oberfläche der Elektrode 10 plan und kann vollständig an der Haut eines Benutzers anliegen.
Die Elektrode 10 ist an einer Unterseite der ersten Komponente 1 1 mittels eines elektrischen Verbindungsmittels, wie einer elektrischen Zuleitung 13 mit der Messelektronik verbunden, wobei die elektrische Zuleitung 13 mittels Löten, Schweißen oder Verkleben an der ersten Komponente 1 1 verbindbar ist. Über eine Auflageflä- ge 10b ist die Elektrode an eine Trageeinrichtung 2 anbringbar.
In der Fig. 5 ist eine weitere Elektrode 10 dargestellt, die einer Schnittdarstellung der Elektrode 10 nach Fig. 3 entspricht. Die erste Komponente 1 1 ist aus einer flexiblen, leitfähigen Elektrodenfläche 14a gefertigt, wie beispielsweise einer leitfähigen Folie, wie bspw. TPU-basierte Folien, denen Karbon bzw. Kohle als leitendes Medium zugesetzt wurde oder leitfähigem Textil, wie bspw. Geweben, Gestricken und Gewirken. Die zweite Komponente 12 ist aus elektrisch isolierendem Material ausgebildet und umgibt die erste Komponente 1 1 wiederum randseitig vollständig, sei es in einer Ansicht von oben (Fig. 3) oder seitlich (Fig. 5). Um eine Starrheit der ersten Komponente 1 1 zu erreichen, ist an der Unterseite der leitfähigen Elektrodenfläche 14a ein starres Substrat 14b angeordnet, auf das die Elektrodenfläche 14a und die zweite Komponente 12 aufgeklebt sind. Die Elektrodenfläche 14a und das Substrat 14b bilden hierbei die erste Komponente 1 1 . Das Substrat 14b kann aus einem thermoplastischen Material ausgebildet sein, wodurch die Komponenten 1 1 , 12 miteinander an ihren anliegenden Flächen und mit dem Trageeinrichtung 2 aufschmelzbar oder anklebbar sind. Die Haut- Anlageflächen 1 1 c, 12c liegen wiederum in einer Ebene, wodurch die erste Komponente 1 1 vollumfänglich von der zweiten Komponente 12 umgeben ist. Eine elektrische Kontaktierung 13 erfolgt wiederum an der Elektrodenfläche 14a.
Ferner ist in Fig. 6 eine Weiterbildung der Elektrode 10 aus Fig. 5 gezeigt, wobei die zweite Komponente 12 nicht randseitig nur auf dem Substrat 14b, sondern über deren Ränder hinaus ausgebildet ist, und diese damit seitlich umgreift. Im Schnitt ist die zweite Komponente 12 teilweise im Bereich der Ränder des Substrats 14b abfallend ausgebildet. Dies rührt daher, dass die zweite Komponente 12 thermisch behandelt wird und durch temporäres Aufschmelzen in ihrem Randbereich 12a an Höhe verliert. In einem dem Benutzer zugewandten Abschnitt ist die zweite Komponente 12 plan mit der ersten Komponente 1 1 ausgebildet, so dass die Anlageflächen 1 1c, 12c der beiden Komponenten 1 1 , 12 in einer Ebene zu liegen kommen.
In der Fig. 7 ist bei einer alternativen Elektrode 10 die erste Komponente 1 1 durch einen mehrlagigen Aufbau gebildet, wobei eine obere Lage 16 und eine untere Lage 17 randseitig miteinander verbunden sind. Die Lagen 16, 17 bestehen aus leitfähigen, flexiblen Folien. Zwischen den beiden Lagen 16, 17 ist ein leitfähiges Textil 18 vorgesehen, das mit der elektrischen Zuleitung 13 elektrisch verbunden ist und zwischen der oberen Lage 16 und der unteren Lage 17 eingepresst ist. Um die Starrheit zu erreichen ist als unterste Lage der ersten Komponente 1 1 wiederum ein Substrat 14b vorgesehen.
Zum Stabilisieren und Verfestigen der ersten Komponente 1 1 ist die zweite Komponente 12 vollflächig auf ein Substrat 14b angeordnet. Die Lagen 16, 17, 18 wer- den hierauf aufgeklebt bzw. aufgeschmolzen. Um die so gefertigte Elektrode 1 1 mit der Trageeinrichtung 2 zu verbinden und die Elektrode 10 steifer auszugestalten, ist ferner eine thermoplastische Verbindungslage 19 vorgesehen. Auf diese erstreckt sich insbesondere die zweite Komponente 12 vollflächig.
In den Fig. 8 bis 11 sind verschiedene Befestigungsvarianten der erfindungsgemäßen Elektrode 10 auf der Trageeinrichtung 2 dargestellt.
In Fig. 8 ist die erfindungsgemäße Elektrode 10, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, auf der Oberfläche der Trageeinrichtung 2 aufgeklebt. Die Trageeinrichtung 2 weist eine körperabgewandte Seite 2a und eine körperabgewandte Seite 2b auf. Die Auflagefläche 10b liegt hierbei vollflächig der körperzugewandten Seite 2a auf der Trageeinrichtung 2 an. Dazu werden die unterseitigen Bereiche der Elektrode 10 durch eine dauerhafte, wasserunlösliche und temperaturbeständige Verbindung, insbesondere eine thermoplastische Verklebung, mit der Trageeinrichtung 2 verbunden. Die Elektrode 10 ist damit erhaben auf der Trageeinrichtung 2 befestigt, so dass die Haut-Anlagefläche 1 1 c der ersten Komponente 1 1 relativ zu der körperzugewandten Seite 2a der Trageeinrichtung 2 erhöht ist. Nach dem Einbau liegt die elektrisch aktive Fläche dann nicht unterhalb der Oberfläche körperzugewandten Seite 2a der Trageeinrichtung 2, wodurch diese insgesamt mit weniger Anpressdruck getragen werden kann.
Die Kontaktierung der ersten Komponente 1 1 kann in einem vorherigen Montageschritt erfolgen, wobei die elektrische Zuleitung 13 durch einen kleinen Schlitz oder anderweitige Öffnung in der Trageeinrichtung 2 geführt werden kann. Die elektrische Zuleitung 13 ist mit dem Kabel 6 mittels Löten oder Crimpen verbunden oder ist mit dem Kabel-6 einstückig ausgebildet, wobei das Kabel 6 zum Herstellen einer elektrischen Verbindung an dem zu befestigenden freien Ende einen bestimmten Abschnitt abisoliert ist. Damit die elektrische Verbindung durch Dehnen der Trageeinrichtung 2 nicht abreißt, kann sie an der Unterseite der ersten Komponente 1 1 zusätzlich gesichert sein. Die Trageeinrichtung 2 ist doppellagig ausgebildet, wobei die elektrischen Zuleitungen bzw. Kabel 6 einzelnen innerhalb der doppelten Lage liegen und so vor äußeren Einflüssen sowie Beschädigungen geschützt sind.
In Fig. 9 ist eine auf der Trageeinrichtung 2 erhöht ausgebildete Elektrode 10 dargestellt, wobei unterhalb der ersten Komponente 1 1 die Verbindungslage 19 angeordnet ist. Die erste Komponente 1 1 weist ferner eine Vielzahl an Durchbrüchen 15a auf, wobei in der Darstellung der Fig. 9 nur ein Durchbruch 15a gezeigt ist. Über den Durchbruch 15a ist die zweite Komponente 12 aufgelegt. Der Randbereich 1 1 b wird von der zweiten Komponente 12 seitlich umfasst und erstreckt sich darüber hinaus derart, dass die zweite Komponente 12 mit ihrer Unterseite auf einer Oberseite der Verbindungslage 19 aufliegt. Zusammen mit diesem Abschnitt ist der Durchbruch 15a für eine formschlüssige Befestigung des Schenkels 1 1 a mit der Verbindungslage 19 nutzbar, indem die zweite Komponente 12 an ihren Überlappstellen mit der thermoplastischen Verbindungslage19 mittels einer Wärmebehandlung zusammenschmelzbar ist. Die Verbindungslage 19 ist ferner in einem Arbeitsschritt mit der körpergewandten Seite 2a der Trageeinrichtung 2 teilweise oder vollflächig verschmelzbar. Dadurch wird die Elektrode 10 an der Trageeinrichtung 2 abschnittweise stoffschlüssig und damit dauerhaft verbunden. Die Auflagefläche 10b liegt hierbei vollflächig auf der Trageeinrichtung an.
Fig. 10 zeigt eine alternative Befestigung der Elektrode 10 an der Trageeinrichtung 2. Die erste Komponente 1 1 weist in ihren seitlich ausgebildeten Schenkeln 1 1 a Mittel zur Befestigung an einer Verbindungsstelle 15 auf. Die Randabschnitte 12a der zweiten Komponente 12 sind dazu schmaler ausgestaltet, so dass ein randsei- tiger Überstand des Randabschnitts 1 1 b frei bleibt. Dieser Überstand ist mit einem Rand 2c der Trageeinrichtung 2 umfasst und an der Verbindungsstelle 15 durch Nähen, Verkleben oder durch andere Arten der Verbindungsmittel mit dem Rand 2a verbunden. Die Trageeinrichtung 2 umgreift hierbei die Randabschnitte 1 1 b der ersten Komponente 1 1 und bringt dadurch einen zusätzlichen Schutz. Die Verkabelung ist in dem zwischen Material der Trageeinrichtung 2 und der Unterseite der Elektrode 10 gebildeten Zwischenraum untergebracht.
Aus Fig. 11 ist eine Weiterbildung der Ausführungsform der Fig. 10 dargestellt, wobei die erste Komponente 1 1 auf der thermoplastischen Verbindungslage 19 verklebt ist. Die zweite Komponente 12 umfasst die erste Komponente 1 1 randsei- tig und umgreift die Randabschnitte 1 1 b. Zur Halterung der ersten Komponente 1 1 auf der Verbindungslage 19 ist die zweite Komponente 12 randseitig mit der Verbindungslage 19 verschmolzen, d. h. stoffschlüssig verbunden. Die Ränder 2a der Trageeinrichtung 2 umgreifen die Randabschnitte 12a der zweiten Komponente 12 und sind mit diesen damit durch Verschmelzen oder Verkleben stoffschlüssig verbindbar.
Die Fig. 12 und 13 zeigen eine auf der Trageeinrichtung 2 angebrachte Elektrode 10, wobei die Trageeinrichtung 2 von einem Benutzer angelegt ist. Die Elektrode 10 berührt hierbei mit ihrer elektrisch aktiven Oberfläche einen Hautabschnitt 20 des Benutzers. In Fig. 12 ist der Benutzer in Ruhe und bewegt sich nicht. Der Hautabschnitt 20 hat mit der Trageeinrichtung 2 zwei Berührungspunkte 21 a, 21 b und ist dazwischen konvex geformt, wobei die Elektrode 10, insbesondere die Haut- Anlageflächen 1 1c, 12c der ersten Komponente 1 1 und der zweiten Komponenten 12, auf dem Hautabschnitt 20 plan aufliegen. Zwischen den Berührungspunkten 21 a, 21 b erstrecken sich Abschnitte 22a, 22b. Bewegt sich der Benutzer, wird auch die Trageeinrichtung 2 mitbewegt, wobei die Elektrode 10 durch die haftende zweite Komponente 12 an Ort und Stelle verbleibt. Durch die im Vergleich zur Trageeinrichtung 2 starre Elektrode 10 werden die Abschnitte 22a, 22b am Rand 12a der Elektrode 10 vom Körper abgehoben, wodurch sich der Anpressdruck im Bereich der aktiven Elektrodenfläche, d. h. der ersten Komponente 1 1 erhöht. Daher kann die Trageeinrichtung 2 insgesamt mit weniger Anpressdruck getragen werden, wodurch sich der Tragekomfort verbessert.
Die Abschnitte 22a, 22b werden bei Bewegung verkürzt oder verlängert; in diesem Fall wird Abschnitt 22a verkürzt und Abschnitt 22b verlängert. Der an der zweiten Komponente 12 anliegende Hautabschnitt 20 bewegt sich ebenfalls, wobei auf der dem Abschnitt 22a zugewandten Seite ein leichtes Abheben bzw. auf der anderen, dem Abschnitt 22b zugewandten Seite ein erhöhter Anpressdruck auf den Hautabschnitt 20 entsteht. Die erste Komponente 1 1 ist hier jedoch keiner der Bewegun- gen unterworfen. Der dort anliegende Hautabschnitt 20 bleibt in seiner Position. Bewegungsartefakte werden hierdurch reduziert, wenn nicht sogar vollständig verhindert.
In Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Messeinrichtung 1 dargestellt. Auf der Trageeinrichtung 2 ist die Datenverarbeitungseinheit über dem Stecker 5 elektrisch und mit einer Verbindungsvorrichtung 23 mechanisch an die Trageeinrichtung 2 befestigt, wobei die Verbindungsvorrichtung 23 in die Datenverarbeitungseinheit eingeklebt, einge- crimpt oder thermisch fixiert ist.
Fig. 15 zeigt eine Seitenansicht der Messeinrichtung 1 in teilweisem Schnitt.
Der Stecker 5 ist aus einem Steckteil 5a der Datenverarbeitungseinheit 6 und aus einem Buchsenteil 5b ausgebildet, wobei letzterer in der Trageeinrichtung 2 fixiert ist. Die Verbindungseinrichtung ist als Druckknopf 23 ausgebildet, der mit einem Gegenstück 24 befestigt ist, das an der körperabge- wandten Seite 2b der Trageeinrichtung 2 angeordnet ist und mit dieser fest verbunden ist. Der Druckknopf 23 ist randseitig der Datenverarbeitungseinheit 6 an einer zum Stecker 5 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Diese Verbindung kann zusätzlich auch als zusätzlicher, zweiter elektrischer Kontakt ausgebildet sein. Innerhalb der Trageeinrichtung 2 sind die Zuleitungen 4 lose geführt, wobei sie um die Verbindungsstelle des Druckknopfes 23 mit seinem Gegenstück 24 herumgeführt sind.
In Fig. 16 ist der Druckknopf 23 hier nicht neben, sondern unterhalb der Datenverarbeitungseinheit 6 in einem Randbereich angebracht. Dies reduziert den Platzbedarf Datenverarbeitungseinheit 6 als Ganzes.
Die Fig. 17 stellt eine Variante der Fig. 15 dar, wobei das Gegenstück 24 innerhalb der Trageeinrichtung 2 an der Unterseite der körperzugewandten Seite 2a angeordnet ist. BEZUGSZEICHENLISTE
1 Messeinrichtung
2 Trageeinrichtung
2a körperabgewandte Seite der Trageeinrichtung
2b körperzugewandte Seite der Trageeinrichtung
2c Rand
3 Sensor
4 elektrische Leitung
5 Stecker
5a Steckteil
5b Buchsenteil
6 Datenverarbeitungseinheit
7 Verschluss
10 Elektrode
10a Komponentenverbund
10b Auflagefläche
1 1 erste Komponente
1 1 a Schenkel
1 1 b Randabschnitt
1 1 c Anlagefläche erste Komponente
12 zweite Komponente
12a Rand
12c Anlagefläche zweite Komponente
13 elektrische Zuleitung
14a leitfähige Elektrodenfläche
14b Substrat
15 Verbindungsstelle
15a Durchbruch
16 obere Lage
17 untere Lage leitfähiges Textil
Verbindungsmittel
Hautoberfläche eines Benutzersa, b Berührungspunkte
a, b Abschnitte Trageeinrichtung
Druckknopf
Gegenstück

Claims

ANSPRÜCHE
1 . Hautkontakt-Elektrode (10) zum Erfassen biomedizinischer Vitalparameter, die eine flächig ausgebildete erste Komponente (1 1 ) aufweist, die aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Komponente (1 1 ) an einer zweiten Komponente (12) anliegt, die aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet ist, und mit der ersten Komponente (1 1 ) einen Komponentenverbund (10a) bildet, wobei die erste Komponente (1 1 ) relativ zu der zweiten Komponente (12) starrer ausgebildet ist und ein äußerer Rand (12) des Komponentenverbundes (10a) nur durch die zweite Komponente (12) gebildet wird.
2. Hautkontakt-Elektrode nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrode (10) auf einer Trägereinrichtung (2) befestigbar ist, wobei der Komponentenverbund (10a) der Elektrode (10) relativ zu der Trägereinrichtung (2) starrer ausgebildet ist.
3. Hautkontakt-Elektrode nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Komponente (12) einen Haftreibungskoeffizienten zum Anhaften des Komponentenverbundes (10a) an einer Hautoberfläche aufweist, wobei die zweite Komponente (12) ein flexibles Material, vorzugsweise thermoplastisches Polyurethan oder Silikon, aufweist.
4. Hautkontakt-Elektrode nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Komponente (1 1 ) Metall, insbesondere Edelstahl, und/oder eine flexible, leitfähige Folie und/oder ein leitfähiges Textil aufweist.
5. Hautkontakt-Elektrode nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Folie oder das Textil an einer Auflagefläche (10b) mit einem zur Folie oder zum Textil vergleichsweise starren Substrat (1 ) verbunden ist.
6. Hautkontakt-Elektrode nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Komponente (1 1 ) aus zwei Folien-Lagen (16, 17) aufgebaut ist, wobei zwischen den beiden Lagen (16, 17) ein leitfähiges Textil (18) eingepresst oder eingeklebt ist, das mit einer elektrischen Zuleitung (13) elektrisch verbunden ist.
7. Hautkontakt-Elektrode nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die ersten und zweiten Komponenten (1 1 , 12) Haut-Anlageflächen (1 1 c, 12c) aufweisen, die in einer Ebene liegend ausgebildet sind.
8. Hautköntakt-Elektrode nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Komponente (12) einen Randabschnitt (1 1 b) und/oder einen seitlich ausgebildeten Schenkel (1 1 a) der ersten Komponente (1 1 ) ganz oder teilweise umgreift.
9. Messeinrichtung zum Erfassen biomedizinischer Vitalparameter mit einer Trageeinrichtung (2) aus einem elastischen Material, die mit einer Datenverarbeitungseinheit (6) lösbar verbunden ist und wenigstens eine mit der Datenverarbeitungseinheit (9) elektrisch verbindbare Hautkontakt-Elektrode (10) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Hautkontakt-Elektrode (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
10. Messeinrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Trageeinrichtung (2) wenigstens zwei Hautkontakt-Elektroden (10), vorzugsweise zumindest drei Hautkontakt-Elektroden (10) angebracht sind, wobei wenigstens eine Hautkontakt-Elektrode (10) an einem Abschnitt der Trageeinrichtung (2) angeordnet ist, der an einen Rücken des Benutzers anlegbar ist.
1 1 . Messeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hautkontakt-Elektrode (10) mit der Trageeinrichtung (2) mittels einer thermoplastischen Verbindungslage (19) ganz oder teilweise verschmolzen ist.
12. Messeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hautkontakt-Elektrode (10) mit ihrer Auflagefläche (10b) auf der Trageeinrichtung (2) erhaben befestigt ist, so dass die Haut- Anlagefläche ( c) der ersten Komponente (1 ) relativ zu einer Oberfläche der Trageeinrichtung (2) eben oder erhöht ist.
13. Messeinrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trageeinrichtung (2) ein Gewebe, Gestricke oder Gewirke aus synthetischem Material aufweist.
14. Messeinrichtung nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Trageeinrichtung (2) ausgebildet ist ein Körperteil eines Benutzers ganz oder teilweise zu umfassen, wobei die Trageeinrichtung (2) ein Brustgürtel und/oder ein Armband, ein Armreif, ein Fußband und/oder ein Kleidungsstück, insbesondere ein Strumpf ist.
15. Messeinrichtung nach zumindest einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Trageeinrichtung (2) Verbindungsmittel aufweist, wobei wenigstens ein Verbindungsmittel elektrischen und mechanischen Kontakt herstellt und als Stecker (5) ausgebildet ist, der mit der wenigstens einer Hautkontakt -Elektrode (10) mittels einzeln geführter Kabel (4) elektrisch verbunden ist.
EP13747641.2A 2012-07-30 2013-07-25 Elektrode und messeinrichtung zum erfassen von biomedizinischen vitalparametern Withdrawn EP2879578A1 (de)

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