Beschreibung
Elektrode und Steckverbinder für Elektrode
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode, insbesondere zum Einsatz als EKG- Elektrode, einen Steckverbinder für eine solche Elektrode und eine Elektrodenanordnung.
Es ist häufig notwendig, bei medizinischen Untersuchungen auch elektrophysiologische Daten aufzunehmen wie beispielsweise bei der Aufnahme eines Elektrokardiogramms (EKG). Dabei werden geringe Potenzialdifferenzen, die sich auf der Körperoberfläche messen lassen, erfasst und graphisch dargestellt.
Eine Schwierigkeit besteht insbesondere darin, das entsprechende Messgerät für das EKG mittels geeigneter Leitungen und Elektroden an bestimmten Positionen des Körpers elektrisch zu koppeln. Dabei finden bestimmte medizinische Elektroden Einsatz, die zwischen dem Messkabel und der Körperoberfläche eine elektrische Verbindung herstellen. Diese Messelektroden können mehrfach verwendet werden oder als Einmalelektroden nach dem Gebrauch entsorgt werden. Dabei ist es wünschenswert, die Elektroden einfach und schnell auf den jeweiligen Körperstellen anzubringen, ohne dass mehrere Handgriffe erforderlich sind. In einfachen Fällen werden beispielsweise druckknopfähnliche Anschlüsse mit entsprechenden Kopplungsmechanismen zwischen der Elektrode und dem Kabel verwendet. Allerdings werden entsprechende Elektroden durch solche Stecker und Buchsenverbindungen verhältnismäßig groß und durch die vielen Komponenten teuer.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrode bereitzustellen, die schnell und einfach mit einem entsprechenden Kabel verbindbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Elektrode mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Elektrode sind Gegenstand der Unteransprüche. Des Weiteren umfasst die Erfindung die Verwendung der Elektrode zum Einsatz als EKG-Elektrode, einen Steckverbinder für eine solche Elektrode und eine Elektrodenanordnung.
Demgemäß ist eine Elektrode zum Erfassen elektrischer Signale auf einer Körperoberfläche mit einer körperabgewandten Trägerschicht und einer auf der Trägerschicht angeordneten körperzugewandten Elektrolytschicht beansprucht. Dabei ist in einer Öffnung der Trägerschicht ein Steckverbinder derart einsteckbar, dass der Steckverbinder einen elektrischen Kontakt mit der Elektrolytschicht bildet.
Eine entsprechende Elektrode erfordert keine weiteren Mittel wie etwa eine Steckbuchse, um den Stecker eines EKG-Kabels fest zu verbinden. Vielmehr wird die Trägerschicht mit der Öffnung versehen, durch die ein Steckverbinder wie beispielsweise ein der Öffnung angepasster Metall- oder leitender Kunststoff Stecker einführbar ist.
Die Öffnung in der Trägerschicht ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass eine Rasteinrichtung des Steckverbinders in der Elektrolytschicht unterhalb der Trägerschicht verrastet. Damit wird eine sichere elektrische Verbindung zwischen dem Steckverbinder und der Elektrolytschicht, die letztlich auf der Körperoberfläche angeordnet wird, geschaffen. Ein Verrasten lässt sich beispielsweise durch bestimmte Dimensionierungen des Steckverbinders und Aussparungen unterhalb der Trägerschicht innerhalb der Elektrolytschicht der Elektrode für einen entsprechenden Abschnitt des Steckverbinders schaffen.
Unterhalb der Öffnung in der Trägerschicht kann die Elektrolytschicht beispielsweise in der Form der Öffnung unterbrochen sein. Damit wird ausreichend Platz für den Steckverbinderteil innerhalb der Elektrolytschicht geschaffen.
Dabei kann die Unterbrechung der Elektrolytschicht körperseitig mit einer Trennschicht, insbesondere einer Kontaminationsschutzfolie, versehen sein abgedeckt. Eine entsprechende Folie isoliert den eingesteckten Steckverbinder dann von der Körperoberfläche und verhindert die Übertragung von Keimen, wenn der Steckverbinder an mehreren Probanden mit verschiedenen Elektroden eingesetzt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Trägerschicht und/oder die Elektrolytschicht aus derart flexiblen Materialien ausgeführt, dass der Steckverbinder beim Einführen des Steckverbinders durch die Öffnung in die Elektrolytschicht die Öffnung vergrößert und die Rasteinrichtung mit der Trägerschicht verrastet. Es ist beispielsweise denkbar, dass der Steckverbinder konisch ausgeführt ist und dadurch die Öffnung beim Einführen durch die Öffnung in der Trägerschicht verbreitert. Ein zweiter Abschnitt mit geringerem Querschnittsdurchmesser des Steckverbinders ermöglicht dann ein flexibles Zurückspringen der Trägerschicht in ihre ursprüngliche Form, also ein Verkleinern der geweiteten Öffnung in der Trägerschicht, sodass eine Verrastung eintritt.
In einer Ausführungsform ist die Öffnung in der Trägerschicht derart ausgeführt, dass ein Steckverbinder in der Form eines Clips mit der Trägerschicht verrastet. Clips werden beispielsweise in der Fügetechnik zum Verbinden zweier flacher Gegenstände, die mit einem gemeinsamen Loch beziehungsweise einer Öffnung versehen sind, verwendet. Bei der Ausführung eines entsprechenden Steckverbinders in der Form eines Clips und der darauf angepassten Öffnung in der Trägerschicht wird eine feste mechanische Verbindung zwischen der Elektrode beziehungsweise der Trägerschicht und dem Steckverbinder geschaffen und gleichzeitig eine elektrische Verbindung zwischen dem Steckverbinder und dem Material der Elektrolytschicht.
Auf ihrer später der Haut zugewandten Seite, also auf der Elektrolytschicht, ist die erfindungsgemäße Elektrode zumindest abschnittsweise bis zum Gebrauch üblicherweise mit einem klebstoffabweisenden Trägermaterial wie silikonisiertem Papier abgedeckt. Dieses schützt die Klebeschicht und stabilisiert zusätzlich das ganze Produkt. Die Abdeckung kann in bekannter Weise einstückig oder vorzugsweise zweiteilig ausgebildet sein.
Als Material für die Elektrolytschicht kommt beispielsweise ein leitfähiges Klebematerial in Frage. Dabei sind Polymer-Gels für medizinische Anwendungen einsetzbar. Es ist ebenfalls vorzugsweise möglich, eine Viskosität oder Elastizität der Elektrolytschicht durch UV-Einstrahlung oder Wärmezufuhr einzustellen. Dabei wird die Vernetzung des entsprechenden Polymers, aus dem die Elektrolytschicht aufgebaut ist, durch UV- Strahlung induziert und ist damit steuerbar.
Bevorzugt besteht die Elektrolytschicht aus einer Polyurethanmasse, die ungeschäumt, geschäumt, ungefüllt oder mit zusätzlichen Füllstoffen wie beispielsweise Superabsorbern, Titandioxid, Zinkoxid, Weichmachern, Farbstoffen etc. versehen sein kann. Es ist auch möglich, die Polyurethanmasse mit Wirkstoffen zu dotieren.
Geeignete Polyurethane sind Gegenstand der DE 196 18 825 A1 , in der hydrophile, selbstklebende Polyurethan-Gele offenbart werden, die bestehen aus a) 2 bis 6 Hydroxylgruppen aufweisenden Polyetherpolyolen mit OH-Zahlen von 20 bis 1 12 und einem Ethylenoxid (EO)-Gehalt von > 10 Gew.-%, b) Antioxidantien, c) in den Polyolen a) löslichen Wismut-(HI)-Carboxylaten auf Basis von Carbonsäuren mit 2 bis 18 C-Atomen als Katalysatoren sowie d) Hexamethylendiisocyanat, mit einem Produkt der Funktionalitäten der Polyurethan-bildenden Komponenten a) und d) von mindestens 5,2, wobei die Katalysatormenge c) 0,005 bis 0,25 Gew.-%, bezogen auf das Polyol a) beträgt, die Menge an Antioxidantien b) im Bereich von 0,1 bis 1 ,0 Gew.-%, bezogen auf Polyol a) liegt und ein Verhältnis von freien NCO-Gruppen der Komponente d) zu den freien OH-Gruppen der Komponente a) (Isocyanatkennzahl) im Bereich von 0,30 bis 0,70 gewählt wird.
Es werden bevorzugt 3 bis 4, ganz besonders bevorzugt 4-Hydroxylgruppen aufweisende Polyetherpolyole eingesetzt mit einer OH-Zahl im Bereich von 20 bis 1 12, bevorzugt 30 bis 56. Der Ethylenoxidgehalt liegt bei den erfindungsgemäß eingesetzten Polyetherpolyolen bei vorzugsweise > 20 Gew.-%.
Die Polyetherpolyole sind als solche an sich bekannt und werden zum Beispiel durch
Polymerisation von Epoxiden wie Ethylenoxid, Propylenoxid, Butylenoxid oder Tetrahydrofuran, mit sich selbst oder durch Anlagerung dieser Epoxide, vorzugsweise
von Ethylenoxid und Propylenoxid - gegebenenfalls im Gemisch untereinander oder separat nacheinander -, an Starterkomponenten mit mindestens zwei reaktionsfähigen Wasserstoffatomen wie Wasser, Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Glyzerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Sorbit oder Succrose, hergestellt. Vertreter der genannten, zu verwendenden höhermolekularen Polyhydroxylverbindungen sind zum Beispiel in High Polymers, Vol. XVI, „Polyurethanes, Chemistry and Technology" (Saunders-Frisch, Interscience Publishers, New York, Band 1 , 1962, Seiten 32 bis 42) aufgeführt.
Als Isocyanatkomponente wird monomeres oder trimerisiertes Hexamethylendiisocyanat oder durch Biuret-, Uretdion-, Allophanatgruppen oder durch Prepolymerisierung mit Polyetherpolyolen oder Mischungen von Polyetherpolyolen auf Basis der bekannten Starterkomponenten mit 2 oder > 2 reaktionsfähigen H-Atomen und Epoxiden wie Ethylenoxid oder Propylenoxid einer OH-Zahl von < 850, bevorzugt 100 bis 600, modifiziertes Hexamethylendiisocyanat eingesetzt. Bevorzugt ist der Einsatz von modifiziertem Hexamethylendiisocyanat, insbesondere durch Prepolymerisierung mit Polyetherdiolen der OH-Zahl 200 bis 600 modifiziertes Hexamethylendiisocyanat. Ganz besonders bevorzugt sind Modifizierungen des Hexamethylendiisocyanats mit Polyetherdiolen der OH-Zahl 200 bis 600, deren Restgehalt an monomeren Hexamethylendiisocyanat unter 0,5 Gew.-% liegt.
Als Katalysatoren kommen für die erfindungsgemäßen Polyurethangele in den wasserfreien Polyetherpolyolen a) lösliche Wismut(lll)-Carboxylate auf Basis linearer, verzweigter, gesättigter oder ungesättigter Carbonsäuren mit 2 bis 18, vorzugsweise 6 bis 18 C-Atomen in Frage. Bevorzugt sind Bi(lll)Salze verzweigter gesättigter Carbonsäuren mit tertiären Carboxylgruppen wie der 2,2-Dimethyl- Octansäure (zum Beispiel Versatic-Säuren, Shell). Gut geeignet sind Zubereitungen dieser Bi(lll)Salze in überschüssigen Anteilen dieser Carbonsäuren. Hervorragend bewährt hat sich eine Lösung von 1 mol des Bi(lll)Salzes der Versatic 10-Säure (2,2-Dimethyloctansäure) in einem Überschuss von 3 mol dieser Säure mit einem Bi-Gehalt von ca. 17 Gew.-%.
Es werden die Katalysatoren bevorzugt in Mengen von 0,03 bis 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Polyol a), eingesetzt.
Als Antioxidantien kommen für die erfindungsgemäßen Polyurethan-Gele insbesondere sterisch gehinderte phenolische Stabilisatoren wie BHT (2,6-Di-tert.butyl-4- methylphenol), Vulkanox BKF (2,2 min -Methylen-bis-(6-tert.-butyl-4-methyl phenol) (Bayer AG), Irganox 1010 (Pentaerythrityl-tetrakis-[3-(3,5-ditert.-butyl-4- hydroxyphenyl)- propionat]), Irganox 1076 (Octadecyl-3-(3,5-ditert.-butyl-4- hydroxyphenyl)-propionat) (Ciba-Geigy) oder Tocopherol (Vitamin E) in Betracht. Bevorzugt werden solche vom Typ des α-Tocopherol eingesetzt.
Die Antioxidantien werden bevorzugt in Mengen von 0,15 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Polyol a), eingesetzt.
Die Isocyanatkennzahl (Verhältnis der bei der Reaktion eingesetzten freien NCO- Gruppen zu den freien OH-Gruppen) der erfindungsgemäßen Polyurethan-Gelmassen liegt je nach der Funktionalität der eingesetzten Isocyanat- und Polyolkomponenten im Bereich von 0,30 bis 0,70, bevorzugt im Bereich von 0,45 bis 0,60. Die für eine Gelbildung erforderliche Isocyanatkennzahl kann sehr einfach nach der folgenden Formel abgeschätzt werden:
f (Poiyoi) * (f (isocyanat) ~ ι) * Kennzahl « 2
Kennzahl n -
J (Polyol) vi (Isocyanat) '
f: Funktionalität der Isocyanat- oder Polyolkomponente
Je nach angestrebter Klebrigkeit oder Elastizität des Gels kann die tatsächlich zu verwendende Isocyanatkennzahl um bis zu + 20% von dem berechneten Wert abweichen.
Die erfindungsgemäßen Polyurethan-Gelmassen werden hergestellt nach üblichen Verfahren, wie sie beispielsweise beschrieben sind in Becker/Braun, Kunststoff- Handbuch, Band 7, Polyurethane, Seite 121 ff, Carl-Hauser, 1983.
Weiter vorzugsweise kommen Polyurethane zum Einsatz, wie sie in der EP 0 665 856 B1 offenbart sind.
Die hydrophilen Polyurethangelschäume sind demnach erhältlich aus
1. einem Polyurethangel, welches (A) 25 bis 62 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt 40 bis 57 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus (A) und (B), eines kovalent vernetzten Polyurethans als hochmolekulare Matrix und
(B) 75 bis 38 Gew.-%, vorzugsweise 70 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 60 bis 43 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus (A) und (B) einer oder mehrerer in der Matrix durch Nebenvalenzkräfte fest gebundenen
Polyhydroxylverbindungen mit einem mittleren Molekulargewicht zwischen 1000 und 12000, vorzugsweise zwischen 1500 und 8000, besonders bevorzugt zwischen 2000 und 6000, und einer mittleren OH-Zahl zwischen 20 und 1 12, vorzugsweise zwischen 25 und 84, besonders bevorzugt zwischen 28 und 56, als flüssigem Dispersionsmittel, wobei das Dispersionsmittel im wesentlichen frei ist an Hydroxylverbindungen mit einem Molekulargewicht unter 800, vorzugsweise unter 1000, besonders bevorzugt unter 1500, sowie gegebenenfalls
(C) 0 bis 100 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus (A) und (B), an Füll- und/oder Zusatzstoffen enthält, und welches erhältlich ist durch Umsetzung einer Mischung von a) einem oder mehreren Polyisocyanaten, b) einer oder mehreren Polyhydroxylverbindungen mit einem mittleren Molekulargewicht zwischen 1000 und 12000, und einer mittleren OH-Zahl zwischen 20 und 1 12, c) gegebenenfalls Katalysatoren oder Beschleunigern für die Reaktion zwischen
Isocyanat- und Hydroxylgruppen sowie gegebenenfalls d) aus der Polyurethanchemie an sich bekannten Füll- und Zusatzstoffen, wobei diese Mischung im wesentlichen frei ist von Hydroxylverbindungen mit einem Molekulargewicht unter 800, die mittlere Funktionalität der Polyisocyanate (F|) zwischen 2 und 4 liegt, die mittlere Funktionalität der Polyhydroxylverbindung (Fp) zwischen 3 und 6 beträgt und die Isocyanatkennzahl (K) der Formel
K = 300 ± X + 7 (F, • FJ - I
gehorcht, in welcher X < 120, vorzugsweise X < 100, besonders bevorzugt X < 90 ist und die Kennzahl K bei Werten zwischen 15 und 70 liegt, wobei die angegebenen Mittelwerte von Molekulargewicht und OH-Zahl als Zahlenmittel zu verstehen sind, 2. einem Wasser absorbierenden Material und 3. einem nichtwässrigen Schäumungsmittel.
Die Polyurethangele können weiterhin aus den an sich aus der Polyurethanchemie bekannten Ausgangsverbindungen nach an sich bekannten Verfahren hergestellt werden, wie sie zum Beispiel in DE 31 03 499 A1 , DE 31 03 500 A1 und EP 0 147 588 A1 beschrieben werden. Wesentlich ist jedoch, daß bei der Auswahl der gelbildenden Komponenten die oben definierten Bedingungen eingehalten werden, da sonst anstelle von selbsthaftenden Gelen klebfreie, elastische Gele erhalten werden.
Bevorzugte Polyhydroxylverbindungen sind Polyetherpolyole, wie sie in den oben genannten Offenlegungsschriften ausführlich genannt sind.
Als Polyisocyanatkomponenten sind sowohl (cyclo)aliphatische als auch aromatische Isocyanate geeignet. Bevorzugte (cyclo)aliphatische Polyisocyanate sind 1 ,6- Hexamethylen-diisocyanat sowie dessen Biurete und Trimerisate beziehungsweise hydrierte Diphenylmethandiisocyanat ("MDI")-Typen. Bevorzugte aromatischen Polyisocyanate sind solche, die durch Destillation erhalten werden, wie MDI-Gemische aus 4,4'- und 2,4'-lsomeren oder 4,4'-MDI, sowie Toluylendiisocyanat ("TDI")-Typen.
Die Diisocyanate können insbesondere zum Beispiel aus der Gruppe der unmodifizierten aromatischen oder aliphatischen Diisocyanate oder aber aus durch Prepolymerisierung mit Aminen, Polyolen oder Polyetherpolyolen gebildeten modifizierten Produkten gewählt werden.
Die Polyurethan-Gele können gegebenenfalls aus der Polyurethan-Chemie an sich bekannte Zusatzstoffe enthalten wie zum Beispiel Füllstoffe und Kurzfasern auf anorganischer oder organischer Basis, Metallpigmente, oberflächenaktive Substanzen oder flüssige Streckmittel wie Substanzen mit einem Siedepunkt von über 150 0C. Als organische Füllstoffe seien beispielsweise Schwerspat, Kreide, Gips, Kieserit, Soda, Titandioxid, Ceroxid, Quarzsand, Kaolin, Russ und Mikrohohlkugeln genannt.
An organischen Füllstoffen können zum Beispiel Pulver auf Basis von Polystyrol, Polyvinylchlorid, Harnstoff-Formaldehyd und Polyhydrazodicarbonamid eingesetzt werden. Als Kurzfasern kommen zum Beispiel Glasfasern von 0,1 bis 1 mm Länge oder Fasern organischer Herkunft wie zum Beispiel Polyester- oder Polyamidfasern in Frage. Metallpulver, wie zum Beispiel Eisen oder Kupferpulver, können ebenfalls bei der Gelbildung mitverwendet werden. Um den Gelen die gewünschte Färbung zu verleihen, können die bei der Einfärbung von Polyurethanen an sich bekannten Farbstoffe oder Farbpigmente auf organischer oder anorganischer Basis verwendet werden, wie zum Beispiel Eisenoxid- oder Chromoxidpigmente, Pigmente auf Phthalocyanin- oder Monoazo-Basis. Als oberflächenaktive Substanzen seien zum Beispiel Cellulosepulver, Aktivkohle und Kieselsäurepräparate genannt.
Zur Modifizierung der Hafteigenschaften der Gele können gegebenenfalls Zusätze von polymeren Vinylverbindungen, Polyacrylaten und sonstigen in der Klebstoff-Technik üblichen Copolymeren beziehungsweise auch Klebemittel auf Naturstoffbasis bis zu einem Gehalt von 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Gelmasse, zugegeben werden.
Bevorzugte Wasser absorbierende Materialien sind als Superabsorber bekannte Wasser absorbierende Salze von Polyacrylaten und deren Copolymeren, insbesondere die
Natrium- oder Kaliumsalze. Sie können unvernetzt oder vernetzt sein und sind auch als
Handelsprodukte erhältlich. Insbesondere sind solche Produkte geeignet, wie sie in der
DE 37 13 601 A1 offenbart werden und auch Superabsorber der neuen Generation mit nur noch geringen Anteilen an austrockenbarem Wasser und hohem Quellvermögen unter Druck.
Bevorzugte Produkte sind schwach vernetzte Polymerisate auf der Basis Acrylsäure/Natriumacrylat. Solche Natrium-polyacrylate sind als Favor® (Chemische Fabrik Stockhausen GmbH, Deutschland) erhältlich.
Weitere Absorber, zum Beispiel Carboxymethylcellulose und Karaya, sind ebenfalls geeignet.
Der Schäumungsgrad lässt sich durch die eingearbeiteten Mengen an Schäumungsmittel in weiten Grenzen variieren.
Die Elektrolytschicht weist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine
Dicke zwischen 0,01 mm und 3 mm, vorzugsweise 0,8 mm und 2 mm auf.
Als Elektrolyt werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Salze wie beispielsweise Natriumchlorid in die Elektrolytschicht eingemischt. Weitere geeignete Salze, die als Ionen Kalium, Calcium, Magnesium, Chlorid, Phosphat oder Hydrogencarbonat enthalten.
Zu einer weiteren Verbesserung der Leitfähigkeit zwischen Haut und Elektrode können Elektrodengele oder Desinfektionssprays unterhalb der auf dem Körper aufgesetzten Elektrode verwendet werden.
Für die Trägerschicht kommt flexibles anpassbares Material in Frage, das sich an die Oberflächenform des Körpers, von dem die elektrischen Signale aufgenommen werden sollen, anschmiegen kann. Möglich ist dabei auch Material mit einer Gewebestruktur oder aus einer Folie wie Polyvinylchlorid, Polypropylen, Polyethylen, Polyamid, Polyester, Kautschuk, Gummi, Schaumstoff und/oder Silikon. Besonders bevorzugt wird as Trägerschicht eine Polyurethanfolie eingesetzt. Diese Aufzählung ist aber nicht abschließend zu verstehen, selbstverständlich kann der Fachmann ohne erfinderisches Zutun andere geeignete Träger auffinden.
Die Trägerschicht weist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Dicke zwischen 0,001 mm und 5 mm, vorzugsweise 0,5 mm und 1 mm, besonders bevorzugt 0,75 mm auf.
In einer Ausführungsform der Elektrode ist dieselbe ausschließlich aus der Elektrolytschicht, der Öffnung und der Trägerschicht aufgebaut. Es sind somit keine weiteren Kopplungsmittel, die eine Herstellung der entsprechenden Elektrode verteuern, notwendig. Ferner ist eine entsprechende Elektrode, die ein leitfähiges Klebematerial als Elektrolytschicht aufweist, einfach an die Körperoberfläche anbringbar und besonders flach.
Um das Ablösen der auf dem Körper verklebten Elektroden zu erleichtern, können auf der Trägerschicht ein oder mehrere Anfasser vorhanden sein, an denen zum Ablösen der Elektroden gezogen werden kann. Diese können zum Beispiel die Form von Griffleisten
aufweisen, die inner- oder auch außerhalb der Umfassungsbegrenzung der Elektrode angeordnet sind. Vorzugsweise ist nur eine Griffleiste angebracht. Weiter vorzugsweise erstreckt sich die Griffleiste über die ganze Länge oder Breite der Elektrode, je nach dessen Form, oder verläuft zumindest abschnittsweise parallel zur Umfassungsbegrenzung.
Die Griffleiste besteht vorzugsweise aus einer LDPE-Folie von beispielsweise 80 μm Dicke. Um gut sichtbar zu sein, ist sie beispielsweise blau eingefärbt und wegen der besseren Griffigkeit an der Außenseite matt geprägt.
Anstelle dieser Folie können auch andere Materialien wie HDPE-, Polypropylen-, PVC-, PU- oder Polyesterfolien sowie Vliese, Papier oder Gewebe verwendet werden, sofern sie nur wieder ausreichend flexibel und anschmiegsam sind. Die Dicke kann sich je nach Material zwischen 10 und 300 μm, das Gewicht entsprechend zwischen 10 bis 350 g/m2 bewegen. Die Oberfläche kann matt, glänzend, rau, glatt oder bedruckt sein. Die Höchstzugkraft längs kann je nach Material zwischen 3 und 100 N/cm schwanken und die dabei auftretende Dehnung kann sich zwischen 5 und 500 % bewegen. Die Befestigung der Griffleisten auf der Trägerschicht kann je nach Material und Verarbeitungsmaschinen in verschiedenster Weise erfolgen, vorzugsweise durch Kleben oder Verschweißen. Das Kleben erfolgt dabei beispielsweise in der Weise, dass zwischen der Trägerschicht und den Griffleistenstreifen im zu verklebenden Bereich ein Streifen eines doppelseitig klebenden Klebebandes eingebracht wird oder eine Klebemassenbeschichtung aus einer Hotmelt-Masse oder einer Selbstklebemasse aus Lösungsmittel oder Dispersion.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trägerschicht mehrere Öffnungen zum Einstecken mehrerer Steckverbinder auf. Durch die Anordnung mehrerer Öffnungen und entsprechender Steckverbinderverbünde kann verhindert werden, dass Elektroden, die für bestimmte Anwendungen vorgesehen sind, auf Steckverbinder gekoppelt werden, die für davon unterschiedliche Anwendungen speziell ausgebildet wurden. Auch die Form der Öffnung kann als Erkennungsmittel für die Verwendung der jeweiligen Elektrode dienen. Es ist damit möglich, die Öffnungen in entsprechenden Einwegelektroden und Steckverbindern, die an EKG-Kabel gekoppelt sind, nach einem Schlüssel-Schloss-
Prinzip zu gestalten. Es wird damit verhindert, dass zum Beispiel falsche Elektroden eingesetzt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Elektrode sind die Öffnung, die Trägerschicht und/oder die Elektrolytschicht derart ausgebildet, dass die Trägerschicht beim Entfernen des Steckverbinders von der Elektrode nach einem Verrasten mit der Trägerschicht zerreißt. Es ist ebenso denkbar, dass die Öffnung die Trägerschicht und/oder die Elektroschicht derart ausgebildet sind, dass die Trägerschicht beim Entfernen des Steckverbinders von der Elektrode nach einem Verrasten mit der Trägerschicht die Öffnung derart vergrößert wird, dass ein erneutes Verrasten des Steckverbinders mit der Trägerschicht verhindert wird. Damit wird die Sicherheit entsprechender Elektroden weiter verbessert, da unmöglich ist, bereits benutzte Elektroden, also in der Vergangenheit bereits mit Steckverbindern gekoppelte und wieder davon entfernte Elektroden mehrfach zu verwenden. Dies liefert insbesondere eine bessere Hygiene und gewährleistet, dass entsprechende unbenutzte Elektroden immer eine hohe Signalqualität liefern.
Die Erfindung betrifft ferner einen Steckverbinder zur elektrischen Verbindung mit einer Elektrode mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17.
Demnach weist der Steckverbinder einen ersten Abschnitt mit einem ersten Querschnitt und einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Querschnitt auf, wobei der erste Querschnitt einem Öffnungsquerschnitt der Öffnung entspricht, und der zweite Abschnitt zum Verrasten mit der Trägerschicht einen gegenüber dem ersten Abschnitt vergrößerten Querschnitt aufweist.
In einem einfachen Fall kann der Steckverbinder aus zwei zylindrischen Abschnitten mit verschiedenen Durchmessern ausgeführt sein, die konzentrisch miteinander verbunden sind. Im in die Elektrode beziehungsweise durch die Öffnung in die Trägerschicht der Elektrode eingeführten Zustand des Steckverbinders umschließt die Öffnung dann den Abschnitt mit geringerem Durchmesser, wobei der zylindrische Abschnitt mit größerem Durchmesser von innerhalb der Elektrode auf die Trägerschicht drückt beziehungsweise verrastet ist.
Der Steckverbinder kann auch zum Beispiel in der Form eines Stopfens ausgeführt werden. Denkbar ist auch die Ausführung des Steckverbinders in der Art einer Spreizniete. Bei der Spreizniete wird beim Einführen der Spreizniete in eine Öffnung und Anstoßen derselben an den Öffnungsrändern beispielsweise das Volumen der Niete unterhalb der Öffnung vergrößert, sodass eine Verrastung eintritt. Übertragen auf die Elektrode und den Steckverbinder wird beim Einführen des Steckverbinders durch die Öffnung in der Trägerschicht das Volumen des Steckverbinders innerhalb der Elektrode, also zwischen der Trägerschicht und der dem Körper zugewandten Seite der Elektrolytschicht ein Verklemmen des Steckverbinders realisiert.
Der Steckverbinder ist in bevorzugten Ausführungsformen aus einem leitfähigen Material ausgeführt, wobei insbesondere Edelstahl, ein Kunststoff mit Graphiteinlage, ein Edelmetall und/oder ein gegenüber der Elektrolytschicht korrosionsgeschütztes Metall denkbar sind.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Elektrodenanordnung mit einer vorbeschriebenen Elektrode und mindestens einer vorbeschriebenen Steckverbinder. Dabei ist der Steckverbinder vorzugsweise in der Art eines Stopfens in die Öffnung der Trägerschicht einsteckbar und verrastet mit dieser.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Elektrodenanordnung bilden die Rasteinrichtung des Steckverbinders und der Rand der Öffnung auf der körperzugewandten Seite der Trägerschicht im eingesetzten Zustand des Steckverbinders in der Elektrode einen Flansch aus. Da der Flansch auf der Innenseite der Elektrode gebildet ist, erfolgt damit eine Verrastung des Steckverbinders mit der Trägerschicht von innerhalb der Elektrode.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein EKG-Messgerät, das mit einer entsprechenden Elektrodenanordnung ausgestattet ist. Dabei sind vorzugsweise mehrere Steckverbinder in ein Gehäuse des EKG-Messgerätes integriert, auf die entsprechende Elektroden aufsteckbar sind.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Weiteren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Es zeigt dabei:
Fig. 1 : Eine Darstellung einer ersten Ausführungsform der Elektrode und eines
Steckverbinders;
Fig. 2: Eine zweite Ausführungsform einer Elektrode und eines Steckverbinders; und
Fig. 3: Eine präzise Darstellung eines EKG-Gerätes mit Elektroden und
Steckverbindern;
Fig. 4: Eine dritte Ausführungsform einer Elektrode und eines Steckverbinders.
In den Figuren sind gleiche beziehungsweise funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts Anderes angegeben ist.
In der Fig. 1 ist eine Elektrodenanordnung 1 mit einer Elektrode 100 und einem Steckverbinder 5 schematisch dargestellt.
Die Elektrode 100 dient der Aufnahme beziehungsweise Durchleitung von kleinsten elektrischen Spannungssignalen auf einer Körperoberfläche 4 zu beispielsweise einem EKG-Kabel 6. Die Elektrode 100 ist aus einer Trägerschicht 2, die flexibel, aber fest ausgeführt ist, zum Beispiel aus einem flexiblen Kunststoffmaterial wie Silikon oder Polypropylen. Es sind jedoch auch andere Materialien denkbar, die genügend flexibel sind, um sich einer Körperoberfläche 4, die unregelmäßig geformt sein kann, anzuschmiegen.
Die Elektrode 100 weist ferner eine Elektrolytschicht 3 auf, die vorzugsweise aus einem leitfähigen Elektrodenkleber ausgeführt ist. Es sind Elektrolytmaterialien bekannt, die Polymere aufweisen und eine gewünschte Ionen-Leitfähigkeit bereitstellen. Es ist dabei auch möglich, dass die Vernetzung des entsprechenden Polymermaterials durch Einstrahlung von UV-Licht gesteuert wird und damit die Elastizität, Festigkeit oder
Viskosität der Elektrolytschicht 3 an den jeweiligen Einsatzbereich der Elektrode 100 anpassbar ist.
Die Trägerschicht 2 der Elektrode 100 weist auf der körperabgewandten Seite eine Öffnung 7 auf. Die Form der Öffnung ist dabei prinzipiell beliebig, kann jedoch in einem einfachen Fall kreisrund ausgebildet sein. In einer hier nicht dargestellten Draufsicht auf die Elektrode 100 ist daher eine Perforation oder ein Loch in der Trägerschicht 2 zu erkennen. Die Öffnung 7 ist derart ausgebildet, dass ein Steckverbinder 5 durch die
Öffnung 7 in den Innenraum der Elektrode 100, also in den Bereich der Elektrolytschicht 3 einführbar ist.
Dabei besteht der Steckverbinder 5 aus zwei Abschnitten 5A, 5B. Der hier in der Fig. 1 obere Abschnitt 5A hat einen Querschnitt, der im Wesentlichen dem Querschnitt der Öffnung 7 entspricht. In einem einfachen Fall ist dies ein Kreisquerschnitt mit demselben Durchmesser der Öffnung. Ein zweiter Abschnitt 5B der in der Darstellung der Fig. 1 bereits im eingesteckten Zustand in die Elektrode 100 dargestellt ist, weist einen größeren Querschnitt als die Öffnung 7 in der Trägerschicht 2 auf. Damit verrasten an den inneren Rändern der Öffnung 7 auf der dem Körper zugewandten Seite die Trägerschicht 2 und der zweite Abschnitt 5B des Steckverbinders 5 miteinander.
Die Verbreiterung im Querschnitt des Steckverbinders 5 kann damit als Rasteinrichtung aufgefasst werden. Man kann dem bereich an den Stellen, an denen die Trägerschicht 2 und der entsprechende Abschnitt 5B des Steckverbinders 5 aufeinanderliegen, auch als Flansch 10 bezeichnen. Es besteht somit ein Kontakt zwischen dem leitfähigen Steckverbinder 5 und dem Elektrolytmaterial 3 und damit über die elektrolytischen Eigenschaften der Elektrolytschicht 3 mit der Körperoberfläche 4. Die entsprechenden elektrischen Signale, zum Beispiel EKG-Potenziale, lassen sich damit über ein an den Steckverbinder gekoppeltes EKG-Kabel abgreifen und auswerten.
Dadurch, dass direkt eine Verbindung durch eine Öffnung in der Trägerschicht 2 zwischen dem Steckverbinder und der Elektrolytschicht 3 besteht, ist die Elektrode 100 besonders einfach herstellbar, da lediglich eine geeignete Elektrolytschicht sowie die Trägerschicht 2 benötigt werden. Weitere komplizierte Mittel wie Stecker und Buchsen oder Metallbestandteile innerhalb der Elektrode werden nicht benötigt. Damit hat die Elektrode auch eine besonders niedrige Bauform und kann zum Beispiel bei Langzeit-
EKGs unterhalb der Kleidung des Patienten getragen werden, ohne dass die Elektroden als störend empfunden werden.
Schließlich ist auf der Trägerschicht 2 ein Anfasser 13 vorgesehen, der mit der Trägerschicht 2 verklebt ist. Der Anfasser 13 dient dazu, das Ablösen der auf dem Körper verklebten Elektrode zu erleichtern.
In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Elektrodenanordnung 101 dargestellt. Die Elektrode 102 verfügt über eine Trägerschicht 2 mit einer Öffnung 7, eine Elektrolytschicht 3A, 3B und eine Schutzfolie 9, die auf die Elektrolytschicht 3 aufgebracht ist und beim Einsatz der Elektrode 102 entfernt werden kann. Die Schutzfolie 9 verhindert beispielsweise ein Austrocknen der Elektrolytschicht 3A, 3B.
In der Fig. 2 ist ein Steckverbinder 5, welcher an ein EKG-Kabel 6 gekoppelt ist, im eingesteckten Zustand in die Elektrode 102 dargestellt. Die Fig. 2 stellt dabei im
Wesentlichen einen Querschnitt durch eine Elektrode mit eingestecktem Steckverbinder dar. Bei der Ausführungsform gemäß der Fig. 2 ist unterhalb der Trägerschicht 2 eine
Aussparung 8 ohne Elektrolytmaterial vorgesehen, um ausreichend Platz für den
Steckverbinder mit einem Rastmechanismus zu schaffen. Zwischen der Öffnung 7 in der Trägerschicht 2 und der Schutzfolie 9 ist die Elektrolytschicht 3A, 3B somit unterbrochen.
Da die Fig. 2 einen Querschnitt zeigt, ergeben sich zeichnerisch zwei Bereiche der
Elektrolytschicht 3A, 3B.
Der Steckverbinder weist zwei Abschnitte 5A, 5B auf, die unterschiedliche Querschnittsgrößen aufweisen. Ferner weist der untere Abschnitt 5B eine konisch zulaufende Form auf. Der untere Abschnitt hat damit einen größten Durchmesser d2 und einen kleinsten Durchmesser di. Dabei ist der kleinste Durchmesser geringfügig kleiner als der Durchmesser der Öffnung 7 in der Trägerschicht 2. Dadurch wird ermöglicht, dass beim Einführen des Steckverbinders 5A, 5B durch die Öffnung 7 die Öffnung 7 zunächst wegen der konischen Form des Abschnittes 5b auseinandergedrückt wird und dann wieder in ihre ursprüngliche Größe zurückspringt, wenn der untere Bereich 5b vollständig in der Aussparung 8 unterhalb der Trägerschicht 2 vorliegt. Damit verrastet der Steckverbinder 5A, 5B mit der Trägerschicht 2 innerhalb der Elektrode 102.
Ein Entfernen des Steckverbinders führt in der Ausführungsform der Fig. 2 dazu, dass die Trägerschicht 2 einreißt oder aufreißt. Damit kann die Elektrode 102 mit der zerrissenen Trägerschicht 2 nicht mehr verwendet werden. Dies kann aus hygienischen Gründen wünschenswert sein, um eine Mehrfachverwendung von entsprechenden Wegwerfelektroden 102 zu verhindern. Der Verwender entsprechender Elektroden ist damit gezwungen, immer neue gebrauchsfertige Elektroden einzusetzen, wodurch eine gleichbleibende Signalqualität beim Messen von beispielsweise EKG-Kurven gewährleistet ist.
In der Fig. 3 ist ein EKG-Messgerät mit einer entsprechenden Elektrodenanordnung schematisch dargestellt. Das Prinzipschaltbild des EKG-Messgeräts 400 weist eine Messeinrichtung 401 auf, die über EKG-Leitungen 206, 306, 506 an entsprechende Elektroden 200, 300, 500 verbunden ist.
Die Elektrode 200 ist beispielsweise mit mehreren Öffnungen 207, 208, 209 in ihrer hier nicht dargestellten Trägerschicht ausgestattet. Damit sind drei Steckverbinder, die an die EKG-Leitung 206 gekoppelt sind, dort einführbar und stellen eine elektrische Verbindung mit dem Elektrolytmaterial der Elektrode 200 dar. Die geometrische Anordnung der Öffnungen 207, 208, 209 kann beispielsweise für bestimmte Elektroden, zum Beispiel großflächige Rückenelektroden für EKG-Messungen eingesetzt werden. Dabei können verschiedene Geometrien oder Anordnungen von Öffnungen oder Steckplätzen oder Steckverbindern unterschiedliche Einsatzgebiete von Elektroden bezeichnen.
Die Elektrode 500, welche in der Fig. 3 beispielsweise als Draufsicht dargestellt ist, weist eine dreieckige Öffnung 507 auf, in die auch ein dreieckiger Steckverbinder 505 einzuführen ist, welcher vorzugsweise innerhalb der Elektrode 500 mit der Trägerschicht verrastet und somit eine elektrisches Signalübertragung zwischen der Elektrode 500 und der Messeinrichtung 401 über das Kabel 506 ermöglicht. Auch die Geometrie der
Öffnungen 507 kann charakteristisch sein für bestimmte Typen von Elektroden. Es ist damit ausgeschlossen, dass nicht damit kompatible Elektroden an speziell angepasste
EKG-Messgeräte angeschlossen werden.
Das EKG-Messgerät 400 weist ferner eine dritte Elektrode 300 auf mit einer
Elektrolytschicht 303 und einer Trägerschicht 302, die beispielsweise, wie hinsichtlich der Figuren 1 und 2 erläutert wurde, aufgebaut ist. Durch eine Öffnung in der Trägerschicht
302 lässt sich der Steckverbinder 305 in die Elektrode 300 einführen, wobei ein breiter Abschnitt des Steckverbinders 305, der im Querschnitt größer ist als die Öffnung in der Trägerschicht 302, eine Verrastung des Steckverbinders 305 realisiert.
Schließlich ist in der Figur 4 eine dritte Ausführungsform einer Elektrode 103 und eines Steckverbinders 5 dargestellt. Der Steckverbinder 5 ist dabei in einer Halterung 12 angeordnet, beispielsweise in Kunststoff vergossen, und an ein EKG-Kabel 6 verbunden. Der in die Elektrode 103 hineinreichende Zapfen mit dem unteren Abschnitt 5B, der mit der Trägerschicht verrasten kann, steht aus der Halterung hervor. Neben den in der Figur 2 dargestellten Elementen, auf die hier nicht näher eingegangen wird, ist eine Kontaminationsschutzfolie 1 1 vorgesehen, die die Öffnung oder Unterbrechung 8 in der Elektrolytschicht 3 zu der Körperoberfläche 4 hin abdeckt. Darüber ist hier noch die entfernbare Schutzfolie 9 vorgesehen. Die Kontaminationsschutzfolie 1 1 verhindert die Übertragung von Keimen, die sich auf dem Kontaktzapfen 5B des Steckverbinders 5 angesammelt haben können, auf den Körper 4. Diese Kontaminationsschutzfolie oder Isolationsfolie 1 1 hat im Wesentlichen dieselbe Größe oder ist geringfügig größer als die Öffnung 7 in der Trägerschicht 3. Sie schließt die Unterbrechung in der Elektrolytschicht gegenüber dem Körper ab.
Die Erfindung schafft somit Elektroden insbesondere zum Einsatz bei EKG-Messungen und entsprechende Steckverbinder zum Ankoppeln an die Elektroden, die einfach herzustellen sind, weil nur wenige Schichten notwendig sind. Durch das Umschließen der in die Elektroden eingeführten Steckverbinder von dem Elektrolytmaterial wird eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen der jeweiligen Körperoberfläche und einem an den Steckverbinder angeschlossenen EKG-Kabel vermittels der Elektrolytschicht erreicht. Die Elektroden sind wegen ihres einfachen Aufbaus besonders flach und bieten einen hohen Tragekomfort. Eine besondere Sicherheit und Zuverlässigkeit entsprechender Einmalelektroden wird dadurch erzielt, dass die Verrastung des Steckverbinders mit der Elektrode oder Trägerschicht der Elektrode nur einmalig möglich ist, da die Verbindung zwischen Elektrode und Steckverbinder durch Entfernen des Steckverbinders irreversibel zerstört wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern vielfältig modifizierbar. Die geometrischen Formen der Elektroden oder Steckverbinder sind lediglich beispielhaft
genannt. Auch die relativen Dicken und Größen der Schichten beziehungsweise Eckverbinder und Öffnungen zueinander in den Figuren sind nicht maßstabsgetreu dargestellt. Die Elektroden können beispielsweise Öffnungen in ihren Trägerschichten zwischen 0,01 bis 10 mm Durchmesser, vorzugsweise zwischen 3 und 10 mm, besonders vorzugsweise zwischen 3 und 6 mm, ganz besonders bevorzugt 4,5 mm aufweisen. Als Materialien für die Trägerschicht und die Elektrolytschicht kommen vielfältige handelsübliche Materialien infrage.
Bezugszeichenliste
1 Elektrodenanordnung
2 Trägerschicht
3 Elektrolytschicht
4 Körperoberfläche
5 Steckverbinder
5A, 5B Abschnitt
6 E KG- Kabel
7 Öffnung
8 Aussparung
9 Schutzschicht
10 Flansch
1 1 Kontaminationsschutzfolie
12 Halter
13 Anfasser
100 Elektrode
101 Elektrodenanordnung
102 Elektrode
103 Elektrode
200 Elektrode
206 E KG- Kabel
207, 208, 209 Öffnung
300 Elektrode
302 Trägerschicht
303 Elektrolytschicht
304 Steckverbinder
305 Steckverbinder
400 EKG-Messgerät
401 Messeinrichtung
500 Elektrode
505 Steckverbinder
506 E KG- Kabel
507 Öffnung di , d? Durchmesser