JP2015128595A - 電極アセンブリのための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】患者が動いても容易に外れることのない、皮膚表面に付着させ、電圧及び電流を皮膚表面から引き込むいくつかの電極アセンブリの提供。
【解決手段】動物または人間の皮膚表面に付着させ、電圧及び電流を皮膚表面から引き込むいくつかの電極アセンブリ１０及び、弾力性、特に伸長可能な平坦またはフィルム状に形成された成形品を含む保定部品６を備え、電極アセンブリ１０は本体部本体部から同一方向に突出するいくつかの電極ピン２を備え、電極アセンブリ１０は保定部品６に留められ、それぞれの電極アセンブリ１０の本体部は全ての電極アセンブリ１０の電極ピン２が同一方向に突出するように保定部品６に連結される。
【選択図】図４

Description

本発明は、請求項１に記載の、電極アセンブリを人間または動物の皮膚表面に使用するための装置に関する。

以降、電圧または電圧差を測定する対象の動物または人間を“患者”と称する。

本発明の電極アセンブリは、詳細には医療分野において脳波または心拍運動の測定のために使用される。

乾燥状態で電極を使用し、患者の身体内部の電気信号を検出するには、電極の正確なポジショニングが必須の要件である。当業界では、最大限の保持と電極との良好な接触のために、個々の電極または電極アセンブリを測定される患者の身体部位に固定する、スパイダーと呼ばれるものが使用される。

スパイダーは、配置された個々の電極の先端に複数のアームをもつ。これの問題点は、個々の電極の位置と向きが、患者の特定の形状に調整されている必要があり、それゆえに、患者に電極を使用するためには多数の異なる調整ステップが実行される必要がある。さらに問題なのは、電極と患者の接触が弱く、患者が動くことによりしばしば容易に外れることである。

本発明は、身体の形状、詳細には患者の頭に対して、個々の電極を簡易に使用することを可能にし、それによって複数の患者に対する調査の進行を迅速にすることを可能にすることを目的とする。

本発明の請求項１に記載の特徴を有する、電極アセンブリを動物または人間の皮膚表面に適用するための装置によりこの目的は達成される。

本発明は、人間または動物の皮膚表面に使用され、皮膚表面からの電圧や電流を引き込む複数の電極アセンブリを備える装置であり、弾力性、特には伸長可能な平坦またはフィルム状に形成された保定部品を備える。本発明によれば、電極アセンブリはそれぞれ本体部を備えると同時に、その本体部から同一方向に突出した複数の電極ピンも備え、電極アセンブリは保定部品に取り付けられている。さらにそれぞれの電極アセンブリの本体部は保定部品に連結されており、全ての電極アセンブリの電極ピンは同一方向に突出している。これにより、電極の容易なポジショニングを可能とすると同時に、患者へ付着させる際のポジショニングも容易にする。

身体の特定部位への適合を改善するために、保定部品はカバーまたはスリーブの形状を有する。

少なくとも一つの電極アセンブリ、詳細には全ての電極アセンブリの本体部に浸透性の窪みを備え、電極ピンを皮膚表面に付着した際に、その窪みを使ってジェルが皮膚表面に塗布され、皮膚表面と電極ピンとの接触抵抗を低減させるよう形成される。

それゆえに、電極ピンと患者の皮膚表面との接触の改善を達成することが可能であるため、測定の過程で患者が動くことの影響を最小にする。さらに、接触が良好であれば、ジェルの塗布を省略することで、患者をジェルで汚すことから防ぐ利点がある。十分な接触があるがゆえにジェルの塗布なしで行うことが可能になれば、ジェルによる時間のかかる業務は不必要となる。

測定の過程でそれぞれの皮膚の位置へのジェルの塗布を容易にするためには、保定部品は窪みを備え、それぞれの窪みの位置は本体部のそれぞれの窪みの位置になされ、ジュルが保定部品の窪み、及び本体部の窪みを通って皮膚表面に塗布されるよう形成される。

患者の身体へ特に十分に取り付ける、詳細には継続時間の長い測定を達成するためには、本体部が平坦または皿形で、２つの反対向きの表面領域を備え、窪みは浸透性の窪みであり、窪みの境界は２つの表面領域をつなげるよう形成される。

電極ピンに有利にジェルを塗布するため、及び電極ピンと皮膚表面との接触圧を低減させるために、電極ピンは本体部の窪みの境界に固定されるよう形成される。

塗布するジェルの最適な配分のために、窪みは円形であるよう形成される。

さらに、電極アセンブリの患者の皮膚への付着の安定性を改善するために、隣接する２つの電極ピンはどれも等距離で分離されるよう形成される。

電極ピンの接触の改善、及び伝送エラーを低減させるために、電極ピンは共通の電極リング上に配置され、電極リングは好ましくは電極ピンと同素材であるよう形成される。

皮膚表面上の毛髪を有利に貫通させ、電極アセンブリを患者の皮膚上に有利にしっかりと適用するために、電極ピンの数、及び配置、及び高さまたは長さは、電極ピンが皮膚表面上の毛髪を貫通ししっかりと適用すること、及び／または電極ピンの高さが１〜３０ｍｍであるよう形成される。

皮膚表面上のジェルを有利に散布するために、窪みの形成により切り取られる本体部の面積は、０．７８５〜７００ ｍｍ^２であるよう、及び／または窪みの半径が２〜３０ｍｍであるよう形成される。

皮膚表面と電極ピンとの接触を改善すること、及び機械的に安定した使用のために、電極ピンの直径は電極ピンが皮膚表面上の毛髪を貫通するが、電気的接触を可能にする接触圧により皮膚表面を傷めないよう、及び／または電極ピンの直径が０．５〜５ｍｍであるよう形成される。

皮膚表面と電極ピンとの接触を改善すること、及び患者を傷つけないために、本体部の末端である電極ピンの先端部は半球状であるよう形成される。

耐久性の高い電気的接触、及び接触抵抗と接触圧の減少のために、電極ピンは高導電性がある、詳細には金、ＴｉＮ、または、金及び／またはＴｉＮ及び／またはＩｒＯ_２の合金であるよう形成される。

電気的じょう乱、例えば電磁干渉を防ぐために、アンプアセンブリを備え、電極アセンブリはアンプアセンブリに接続されるよう形成される。この方法では、高表面摩擦抵抗の場合でも操作が可能となる。

本体部にアンプアセンブリを配置することにより電極の簡易接続が可能となる。

最少ノイズとなる最適なアンプは、最も近い電極ピンとの距離が最大で２０ｍｍ以下にあるとき可能となる。

アンプアセンブリの数を低減させると同様に、電極の簡易交換を容易にするために、アンプアセンブリは、本体部から取り外し可能で、電気的及び機械的に接続された、詳細にはキャッチ接続部により接続されたもう１つの本体部に配置されるよう形成される。

本発明の装置の単純構造を保証すること、及び欠陥のある電極やもう１つの本体部にあるアンプの迅速な交換のために、保定部品は複数の窪みを備え、キャッチ接続部がその保定部品の窪みを通って延びるよう形成される。

本発明を、本発明の全体的な概要を限定することなしに、いくつかの例と添付の図面とにより説明する。

電極アセンブリを別々の視点から示す２つの図である。 電極アセンブリを別々の視点から示す２つの図である。 電極アセンブリの横断面を示す図である。 図１ａ〜図１ｃに示した電極アセンブリに接続された、もう１つの本体部に別に形成された増幅回路を横から示す図である。 図２ａに示した装置の横断面を示す図である。 電極アセンブリの付いたカバー内側を示す図である。 図３ａに示したカバーの外側を示す図である。 患者の皮膚表面にあてた装置の一部の横断面を示す図である。 本発明に係る、別の電極アセンブリを示す図である。 電極アセンブリに接続された回路基盤に形成された別々の増幅回路を示す図である。 複数の電極アセンブリを備えたカバーを示す図である。 皮膚表面に適用する装置の一部が患者に適用された際の横断面を示す図である。

図１ａ〜図１ｃは、電極アセンブリ１０の実施形態を示す。これは回路基盤の形で本体部１を構成する。本体部１は本質上平坦で、１．２ｍｍの厚さを備える。本体部１の互いに反対向きの２つの表面領域１１，１２は、平坦及び互いに平行である。本体部１は円形である。

円形な本体部１の境界領域上に、表面領域１１の一方から突出する電極ピン２が８本配置される。この電極２の個数は、患者７の皮膚表面４への安定した付着を促進するには有利に３以上である。一方、電極２と皮膚表面４との間に患者７個人の毛髪が絡まないように、電極ピン２の数は、電極ピン２間に十分な距離が与えられるよう選択される。隣接した電極ピン２間の距離は、電極ピン２の直径の約２倍である。

本実施形態においては、電極ピン２は長さ７ｍｍ及び直径２．５ｍｍである。電極ピン２の先端は半球状である。

本実施形態においては、電極ピン２は最小限の不純物を含む純金である。

しかし、或いは合金の使用も可能であり、有利には電極ピン２は低電気抵抗を特徴とする。電極ピン２の機械的安定性が高く、詳細には曲げ強さ及び破壊強度、例えばＴｉＮまたはＩｒＯ_２の合金、を備えるとさらに有利である。

本体部１は高導電性の電極リング１４を境界領域の、電極ピン２に背を向ける領域に備え、リングは金合金から構成され、電極ピン２がはんだ付けされている。本実施形態においては、電極リング１４は本体部１の一部を形成し、中空の円筒形の層を形成し、層の厚さ１．２ｍｍ、及び内径１１ｍｍ、外形１７ｍｍである。本体部１の内部に配置、及び電極リング１４に囲まれている１４ａの部分は非導電性である。

或いは、本体部１全体は高導電性の素材、詳細には電極材料から構成されることも可能である。

或いは、電極ピン２は電極リング１４に溶接、または導電的及び機械的に接続される。

そこから電極ピンが突出している表面領域１１の反対にある表面領域１２上に、電極リング、従って個々の電極ピン２と導通する接続部１９を備える。この場合、接続部１９はキャッチ部品の形をなし、もう１つの接続部１９ａと着脱自在に接続される（図２ａ、２ｂ）。電極ピン２により測定された信号を有利に伝達するために、接続部１９もまた良好な導電性の素材により構成される。

図２ａ，２ｂにおいて、図１ａ〜１ｃに示した電極アセンブリ１０が接続部１９を通して、電極アセンブリの接続部と電気的及び機械的に接続可能なもう１つの接続部１９ａを備えるもう１つの本体部１５に電気的及び機械的に接続される。この方法により、２つの部品で構成された電極アセンブリが図示されており、図１ａ〜図１ｃに示した実施形態に対応する電極ピン２の構造と同様に本体部１を備える。アンプアセンブリ１３はもう１つの本体部１５に配置される。本体部１及びもう１つの本体部１５はそれぞれ接続部１９，１９ａと導電的に相互接続され、もう１つの本体部はもう１つの接続部１９ａ及びアンプ１３との間に連絡線１８を備える。本体部１ともう１つの本体部１５の間にあるキャッチ接続部はいかなる機械的損傷も被ることなしに取り外し可能、及び修復可能である。アンプ１３の出力信号はケーブル１３ａを通ってデータ処理装置に伝達される。

図３ａ，図３ｂは、電極アセンブリ及びもう１つの本体部１５を１つのみ備えた、カバー６１の形状をした保定部品６を内側及び外側から示す。カバー６１は患者７の頭の皮膚表面４に適用するために設計されている。電極アセンブリ１０は図２ａ及び図２ｂに示された電極アセンブリ１０と本質的に一致する。電極アセンブリ１０の本体部は、カバー６１の内側に向かって置き、もう１つの表面領域１２がカバー６１の内面と物理的に接触する。電極ピン２はカバー６１の内部に延びる。カバー６１は電極アセンブリ１０のキャッチ接続部１６の領域に窪み６２を備え、窪みがあることで直接もう１つの本体部１５と接続することが可能となる（図４）ため、患者の皮膚表面はカバー６１を通して直接的に電気接触可能である。

もう１つの本体部１５はカバー６１の外側にあり、もう１つの接続部１９ａはカバー６１に向いており、カバーの窪み６２を通る接続部１９と電気的及び機械的に接触している。

図４は、図３ａ，図３ｂに示した本発明の実施形態の横断面を示す。カバー６２は図３ａ，図３ｂに示したように、複数の電極アセンブリ１０を内面に配置する。スリーブ６３の窪み６２は電極アセンブリ１０の本体部ともう１つの本体部の接続部１９，１９ａにより突き通される。

皮膚表面４と本体部１との間の毛髪で満たされている中間領域は、陰影をつけ、以後は“毛髪領域７２”と示す。本体部１と患者７の皮膚表面４は、電極ピン２と同様に毛髪により隔てられている。

図５では、電極アセンブリの別の実施形態を示す。これは回路基盤の形で本体部１を形成している。本体部１は本質的には平坦で、１．２ｍｍの厚さを備える。本体部１の２つの互いに反対向きの表面領域１１，１２は、平面状及び並行である。円形の窪み３が本体部１に形成される。この本発明の好ましい実施形態では、窪み３の直径は５ｍｍ、及びそれ故に半径は２．５ｍｍである。窪み３すなわち本体部１から切り取られた表面積は約５０ｍｍ^２である。

窪み３の境界領域には、片方の表面領域１１から突出する電極ピン２を７本備える。患者７（図８）の皮膚表面４（図８）への機械的に安定した付着を促進するためには、有利には電極ピン２の個数は３以上である。一方、毛髪を受け止め、電極２と皮膚表面４との間に患者７個人の毛髪が絡むことを防ぐために、電極ピン２の個数は、電極ピン２間に十分な空間が与えられるよう選択される。隣接する電極ピン２間の距離は、ほぼ電極ピン２の直径である。

本実施形態においては、電極ピン２は長さ７ｍｍを備え、直径２．５ｍｍである。本体部１の末端である電極ピン２の先端は半球状である。

本実施形態においては、電極ピンは最小限の不純物を含む純金である。

しかし、或いは他の合金の使用も可能であり、有利には電極ピン２は低電気抵抗を備える。さらに有利には、電極ピン２の機械的安定性が高く、詳細には曲げ強さ及び破壊強度を備える、例えば典型的な例ではＴｉＮ合金である。

本体部１は窪み３の中に金合金から構成される高導電性の電極リング１４を備え、電極ピン２がはんだ付けされている。電極リング１４は１０ｍｍ×１０ｍｍの矩断面を備える。電極リング１４内側の窪みの半径は５ｍｍであり、窪みの面積は５０ｍｍ^２である。或いは、電極ピンは電極リング１４に溶接、またはその他の導電的及び機械的手段により接続される。電極リング１４は本体部１を完全に貫き、電極リング１４の中央の窪み方向に広がる面は、表面領域１１，１２に対して垂直に広がる窪み３のシリンダー胴形状３１の境界を形成している。電極リング１４はアンプアセンブリ１３（図８）に、片方の表面領域１２に配置された（図５には不図示）高導電性の連絡線により接続される。有利には、本実施形態では、電気的連絡線は電極ピン２と同じ電極材料を含む。

アンプアセンブリ１３は個々の電極ピンの近くに配置され、本実施形態においては、電磁干渉を最小限にするために、最も近い電極ピン２から４ｍｍ離して配置する。

図６は、２つの部品で構成された別の電極アセンブリ１０を示し、電極ピン２の配置と同様に本体部１が、図５に示した実施形態に対応する。図５に示したものと違い、図６に示した別の本体部はアンプアセンブリ１３を配置したもう１つ本体部１５を備える。本体部１及びもう１つの本体部１５は、本体部１上のそれぞれの連絡線１７，１８、及びキャッチ接続部１６によって導電的に接続される。キャッチ接続部１６は、本体部１ともう１つの本体部１５の取り外し可能な機械的接続を可能にする。

本実施形態においては、電気的連絡線１７，１８は本体部１，１５の表面上の接続層の形状を有する。

図７は、患者７の頭の皮膚４表面に適用するためにカバー６１の形状をした保定部品６を示す。電極アセンブリ１０は図５に示したものと本質的に一致する。電極アセンブリ１０の本体部１は、カバー６１内側に置き、もう１つの表面領域１２はカバー６１の内面領域と機械的に接触する。電極ピン２はカバー６１の内部に延びる。電極アセンブリ１０の窪み３が配置される領域では、ジェル５（図８）を外部から直接カバーを通して、患者７の皮膚に塗布できるように窪み６２を備える。例えば、図７に示す実施形態では、カバー６１の窪み６２はそれぞれの電極アセンブリ１０本体部１の窪み３と揃っているため、たやすく行える。

ただし、或いは個々の電極アセンブリ１０を、窪み６２がある範囲のなか連続しているカバー６１の個々の窪み６２に差し込むことは可能である。この場合、電極アセンブリ１０の外周はカバー６１の窪み６２の１つの内周と接合する。

図８は、患者７に対して操作中のスリーブ６３の形状をした、一部が異なる実施形態を示す。スリーブ６３は図７に示したカバー６１と同様に、内面に複数の電極アセンブリ１０が配置されている。スリーブ６３の窪み６２は、ジェル５が患者７の皮膚表面４に塗布できるよう、電極アセンブリ１０本体部１の窪み３と揃えられる。ジェル５は、窪み３を通して塗布された後、皮膚表面４と本体部１の間、下文では毛髪領域７２と呼ぶ、毛髪で満たされている中間領域（陰影をつけて示されている）に配置される。本体部１と患者７の皮膚表面４は一方では毛髪により隔てられ、他方では電極ピン２により隔てられる。ジェル５は、十分に接触抵抗を低減させるために、毛髪領域７２の中に広がり、電極ピン２の皮膚表面４との付着ポイント８に到達する。

個々の調査において、すでに十分な電気的接触及び十分な品質の信号が利用可能であるならば、毛髪領域７２の皮膚表面４へのジェル５の塗布を省略することができる。

ジェル５に代えて、水性あわまたはぬれたスポンジ（いずれも不図示）を本体部１の窪み３と電極ピン２との間に配置し、使用することができる。

湿気または水分が電極アセンブリ１０にしみ込むことを防ぐために、例えばアンプアセンブリ１３のような電極アセンブリ１０の電気活性の部品は、防水設計されることがある。アンプ１３の出力信号はケーブル（図５〜図８に不図示）によりデータ処理装置に伝達される。

或いは、電極ピン２は金及び／またはＴｉＮ及び／またはＩｒＯ_２で完全に構成されていない、または金及び／またはＴｉＮ及び／またはＩｒＯ_２の合金ではなく、むしろ、例えば先に示した高導電性の合金でコーティングのみされた金属から構成されるものとして形成される。

Claims (17)

1. 動物または人間の皮膚表面（４）に使用され、前記皮膚表面（４）からの電圧と電流を引き込む、複数の電極アセンブリ（１０）を備え、平坦またはフィルム状に形成された部品で形成された、弾力性の、特に伸長可能な保定部品（６）を備える装置であって、
   前記電極アセンブリ（１０）のそれぞれが本体部（１）と、前記本体部（１）から同一方向に突出する複数の電極ピン（２）を含み、
   前記電極アセンブリ（１０）は前記保定部品（６）に取り付けられ、
   それぞれの前記電極アセンブリ（１０）の前記本体部（１）が、前記保定部品（６）に結合され、全ての前記電極アセンブリ（１０）の前記電極ピン（２）が同一方向に突出する、
   装置であって、
   アンプアセンブリ（１３）を備え、
   前記電極ピン（２）は前記アンプアセンブリ（１３）に接続され、
   前記アンプアセンブリ（１３）は、前記本体部（１）から取り外し可能で、電気的及び機械的に接続された他の本体部（１５）に配置される、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記保定部品（６）はカバー（６１）またはスリーブの形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 浸透性の窪み（３）が前記電極アセンブリ（１０）の１つ、詳細には全ての電極アセンブリの本体部（１）に形成され、前記電極ピン（２）が前記皮膚表面（４）に付着するときに、ジェルが前記皮膚表面（４）と前記電極ピン（２）との接触抵抗を低減させるために、窪みを通ってジェル（５）が前記皮膚表面（４）に塗布されることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記保定部品（６）は複数の窪み（６２）を備え、それぞれの窪みの位置は、前記本体部（１）の前記窪み（３）の位置に適合し、ジェル（５）が前記保定部品（６）の前記窪み（６２）とそれぞれの前記本体部（１）を通って前記皮膚表面（４）に塗布されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記電極アセンブリ（１０）の前記本体部（１）は平坦または皿形で、２つの互いに反対向きの表面領域（１１、１２）を備え、前記本体部（１）の前記窪み（３）は浸透性の窪みであり、それぞれの前記窪み（３）の前記境界（３１）は前記本体部（１）の前記表面領域（１１、１２）を相互に接続していることを特徴とする、請求項３または４に記載の装置。
6. 前記電極ピン（２）は前記本体部（１）の前記窪み（３）の境界に固定されていることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記電極アセンブリ（１０）の前記窪み（３）は円形であることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. 電極アセンブリ（１０）における隣接する２つの電極ピン（２）は、どれも等距離で分離されていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
9. 前記電極ピン（２）は、共通の電極リング（１４）上に配置され、電気的に導通接続され、前記電極リング（１４）は前記電極ピン（２）と好ましくは同素材であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記電極ピン（２）の高さが１〜３０ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記電極アセンブリ（１０）のそれぞれの窪み（３）により切り取られる前記本体部（１）の面積は、０．７８５〜７００ｍｍ^２であること、及び／または前記窪み（３）の半径が２〜３０ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記電極ピン（２）の直径が０．５〜５ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記本体部（１）の末端である前記電極ピン（２）の先端部は半球状であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記電極ピン（２）は高導電性があり、詳細には金、ＴｉＮ、または、金及び／またはＴｉＮ及び／またはＩｒＯ_２の合金であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 前記電極アセンブリ（１０）の各々の本体部（１）がアンプアセンブリ（１３）を備え、最も近い前記電極ピン（２）と２０ｍｍ以下の距離にあることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 前記アンプアセンブリ（１３）は、前記本体部（１）から取り外し可能で、電気的及び機械的に接続されたもう１つの本体部（１５）に配置され、詳細にはキャッチ接続部（１６、１９、１９a）によって配置されることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 前記保定部品（６）は複数の窪み（６２）を備え、前記キャッチ接続部（１９、１９a）は前記保定部品（６）の前記窪み（６２）を通って延びることを特徴とする、請求項１６に記載の装置。

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