MEDIZINISCHE ELEKTRODE MIT GEDRUCKTER, ABGESCHIRMTER ZULEITUNG
Die Erfindung betrifft eine medizinische Elektrode mit einem Elektrodenkopf und einer elektrischen Zuleitung zum Elektrodenkopf, wobei die Zuleitung eine elektrisch leitende Abschirmschicht, ein dielektrisches Element und einen elektrischen Leiter aufweist, wobei die Zuleitung ein längliches Trägerelement aufweist, auf das die elektrisch leitende Abschirmschicht zumindest teilweise aufgedruckt ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen medizinischen Elektrode.
Medizinische Elektroden zum Ein- bzw. Ausleiten elektrischer Ströme in den bzw. vom menschlichen oder tierischen Körper sind schon seit geraumer Zeit bekannt. Es gibt auf diesem Gebiet auch die unterschiedlichsten Herstellungsmethoden, wobei es in den letzten Jahren immer wichtiger wurde, möglichst kleine und leichte Elektroden herzustellen. Auf dem Sektor der Diagnoseelektroden gibt es auch zunehmend das Bestreben, eine möglichst von elektromagnetischer Strahlung und anderen Störquellen unbeeinflusste Auswertung zu ermöglichen. Dazu werden neben entsprechenden Elektrodendesigns vor allem geschirmte Kabel verwendet. Diese bewahren das abgenommene Signal vor Störungen durch elektromagnetische Strahlung und schützen gegebenenfalls auch den Patienten.
Um vor allem den Elektrodenkopf - mit dem die medizinische Elektrode am Körper angebracht wird - möglichst einfach und dünn herzustellen, ist aus dem Stand der Technik die Möglichkeit bekannt, zumindest einzelne Schichten in einem Druckverfahren aufzubringen. Beispielsweise zeigt die US 2010/0030167 A1 eine Elektrode mit elektrisch leitenden Ringen und eine weitere Abschirmungsschicht als zweite elektrisch leitende Schicht. Diese zweite elektrisch leitende Schicht kann auf die Elektrode gedruckt werden. Gemäß der WO 2009/007877 A2 ist hauptsächlich ein Elektrodenkopf beschrieben, bei dem eine leitende Tinte auf die Oberfläche einer Filmschicht aufgebracht wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine dielektrische Schicht über einen Grundleiter gedruckt ist.
Weiters ist es aus der DE 699 23 680 T2 bekannt, dass bei einer Elektrode über einem Schaltkreis aus leitender Tinte eine Sperrschicht (im chemischen Sinn) aus einer Silberlegierungstinte aufgedruckt ist. Zudem zeigt die DE 40 91 800 C2 eine Biosignalelektrode mit einer zweischichtig aufgebauten, elektrisch leitfähigen, aufgedruckten Schicht.
Im technischen Gebiet der Zuleitung zum Elektrodenkopf sind im Querschnitt runde, geschirmte und ungeschirmte Kabel bekannt. Für eine den Elektrodenkopf in die Schirmung integrierende Verbindung müssen entweder die Anschlüsse und dazugehörigen Stecker relativ aufwändig gestaltet werden, wie in der EP 1 569 551 B1 gezeigt wird, oder der Stecker zusätzlich als den Elektrodenkopf überlappende Schirmung ausgeführt werden, was diesen Bereich schwer und unflexibel werden lässt und im Übrigen einer in die Elektrode integrierten Schirmung qualitativ unterlegen ist.
Nachteilig ist somit grundsätzlich, dass die Herstellung einer medizinischen Elektrode mit Elektrodenkopf und integrierter, ungeschirmter und runder Kabelzuleitung immer sehr umständlich, aufwändig und üblicherweise in mehreren komplett voneinander getrennten Schritten, die zum Teil auf manueller Montage basieren, durchgeführt wird, weshalb die Herstellungsprozesse solcher medizinischer Elektroden sehr ineffizient sind.
Diese Schwierigkeiten - und damit die Kosten - potenzieren sich geradezu, wenn nun eine Elektrode mit geschirmtem Elektrodenkopf und integrierter geschirmter Kabelzuleitung gefertigt werden soll, weswegen derartige Einmalprodukte am Markt wohl so gut wie nicht zu finden sind.
Weiters ist auf dem Gebiet der Zuleitung zum Elektrodenkopf einer medizinischen Elektrode aus der US 4,353,372 A bekannt, dass sowohl der elektrische Leiter auf der Zuleitung als auch der Leiter im Bereich des Verbindungssteckers als leitende Schicht aufgedruckt sind.
Aus der US 4,442,315 A und der US 2007/0299471 A1 sind jeweils medizinische Elektroden mit Elektrodenkopf und Zuleitung bekannt, bei denen im Bereich der Zuleitung die Abschirmschichten bzw. Isolierschicht aufgedruckt werden können. Bei
diesen aufgedruckten Abschirmschichten ist allerdings keine komplette Abschirmung der elektrischen Leiter gegeben, sodass elektromagnetische Strahlung oder andere Störquellen die durch den elektrischen Leiter in der Zuleitung geführten Signale beeinflussen können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte medizinische Elektrode anzugeben. Insbesondere sollen die bisher bekannten (geschirmten) Zuleitungskabel besser handhabbar werden. Zudem sollen die elektrischen Verbindungen zwischen Elektrodenkopf und einer medizinischen Auswerte- bzw. Einleitungseinheit weniger aufwändig gestaltet und effizienter hergestellt werden können. Es sollen auch die durch den elektrischen Leiter in der Zuleitung übermittelten Signale möglichst unbeeinflusst von Störquellen sein.
Dies wird für eine medizinische Elektrode mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Zuleitung ein längliches Trägerelement aufweist, auf das zumindest ein Teil der elektrisch leitenden Abschirmschicht aufgedruckt ist. Dadurch, dass zumindest ein Teil der Abschirmung gedruckt ist, kann eine wesentlich einfachere Herstellung und eine genauer auf die Bedürfnisse abgestimmte Produktion der medizinischen Elektrode erreicht werden.
Um eine besonders effiziente und schnelle Herstellung zu erreichen, kann besonders bevorzugt vorgesehen sein, dass auch das dielektrische Element und/oder der elektrische Leiter gedruckt sind. Eine Ausführungsvariante kann vorsehen, dass das Trägerelement als metallisierte Folie ausgeführt ist, sodass das Trägerelement bereits bereichsweise als Schirmung wirkt. Auf diese metallisierte Folie wird der elektrische Leiter samt Dielektrikum aufgebracht, bevorzugt aufgedruckt, und anschließend wird erst der gedruckte Teil der Abschirmung aufgedruckt und verbindet sich mit der metallisierten Folie derart, dass der elektrische Leiter samt Dielektrikum quer zur Längsrichtung der Zuleitung allseitig von der (zweiteiligen) Abschirmung umgeben ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann jedoch vorgesehen sein, dass die elektrisch leitende Abschirmschicht, das dielektrische Element und der elektrische Leiter gedruckt sind, wobei bevorzugt die
Abschirmschicht zumindest teilweise direkt auf das Trägerelement und das dielektrische Element und der elektrische Leiter indirekt auf das Trägerelement aufgedruckt sind. Das heißt, dass das dielektrische Element und der elektrische Leiter den eigentlichen Träger nicht direkt berühren, sondern schichtweise aufeinander gedruckt sind.
Eine Zuleitung in Form eines zumindest teilweise gedruckten„Kabels" kann verbessert werden, indem die Zuleitung ein oberes und unteres dielektrisches Element aufweist, das den elektrischen Leiter quer zur Längsachse der Zuleitung umgibt. Um eine rundum abgeschirmte und sichere Zuleitung zu erreichen, ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Zuleitung eine obere und eine untere gedruckte Abschirmschicht aufweist, wobei die obere und untere gedruckte elektrische Abschirmschicht das obere und untere gedruckte dielektrische Element quer zur Längsachse der Zuleitung umgibt. Die Vorteile des Druckens zumindest einzelner Schichten können nicht nur für die Zuleitung verwendet werden, sondern es ist bevorzugt auch vorgesehen, dass der Elektrodenkopf eine elektrische leitende Signalabgabe- bzw. -aufnahmeschicht, die mit dem elektrischen Leiter der Zuleitung verbunden ist, ein dielektrisches Element, das mit dem dielektrischen Element der Zuleitung verbunden ist und eine Abschirmschicht, die mit der Abschirmschicht der Zuleitung verbunden ist, aufweist, wobei zumindest die elektrisch leitende Signalabgabe- bzw. -aufnahmeschicht des Elektrodenkopfs, die dielektrische Schicht des Elektrodenkopfs und/oder die Abschirmschicht des Elektrodenkopfs gedruckt ist. Es können auch zumindest zwei oder alle drei dieser Bestandteile des Elektrodenkopfes gedruckt werden.
Für eine besonders einfache Herstellung kann diesbezüglich vorgesehen sein, dass auch der Elektrodenkopf ein elektrisch nichtleitendes Trägerelement aufweist, wobei die Abschirmschicht des Elektrodenkopfs direkt auf dem Trägerelement des Elektrodenkopfs aufgedruckt ist.
Grundsätzlich soll es nicht ausgeschlossen sein, dass das Trägerelement das dielektrische Element, vorzugsweise das untere dielektrische Element, bildet. Somit ist kein eigentliches Trägerelement notwendig, sondern die notwendigen Schichten werden einfach an ein als Trägerelement fungierendes dielektrisches Element direkt oder indirekt aufgedruckt.
Um den Komfort für den Patienten zu erhöhen, einen besseren Schutz vor Umwelteinflüssen zu erreichen und eine längere Haltbarkeit zu garantieren, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass eine, vorzugsweise aus Kunststoff bestehende, Schutzschicht die elektrische Zuleitung zumindest teilweise umgibt. Bevorzugt umschließt diese Schutzschicht bzw. Hüllschicht die anderen Teile der Zuleitung quer zur Längsachse der Zuleitung vollständig.
Für ein sicheres und einfaches Abgreifen bzw. Einleiten von elektrischem Strom kann bevorzugt vorgesehen sein, dass an das elektrodenkopfabgewandte Ende der Zuleitung ein Verbindungsstecker anbringbar bzw. angebracht ist, über den die medizinische Elektrode mit einer medizinischen Auswerte- und/oder Signaleinleitungseinheit verbindbar ist. Durch die Ausführung der Zuleitung mit teilweise gedruckten Elementen ist eine besonders einfache Anschließbarkeit an einen Verbindungsstecker möglich.
Grundsätzlich ist es zwar möglich, dass nur einzelne Bereiche bzw. einzelne Teile der Zuleitung und des Elektrodenkopfes gedruckt sind, jedoch ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die gesamte Abschirmschicht, das gesamte dielektrische Element und/oder der gesamte elektrische Leiter zwischen Elektrodenkopf und Verbindungsstecker gedruckt ist/sind. Das heißt, Abschirmung, Dielektrikum und elektrischer Leiter sowohl des Elektrodenkopfes als auch der Zuleitung können in einem schnellen, wenige Schritte umfassenden Druckverfahren hergestellt werden. Schutz wird daher auch begehrt für ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 13. Diese Schritte werden dabei bevorzugt in der im Anspruch angegebenen Reihenfolge ausgeführt. Um eine rundum sichere Zuleitung herstellen zu können, sind als weitere Schritte das Drucken eines oberen, dielektrischen Elements unter Einschluss des elektrischen Leiters auf das untere, dielektrische Element zumindest im Bereich der Zuleitung, wobei mit dem Drucken das obere und untere dielektrische Element zumindest bereichsweise stoffschlüssig verbunden werden, und das Drucken einer oberen, dielektrischen Abschirmschicht unter Einschluss des oberen und unteren dielektrischen Elements auf die untere Abschirmschicht zumindest im Bereich der Zuleitung, wobei mit dem Drucken die obere und untere Abschirmschicht zumindest bereichsweise stoffschlüssig verbunden werden, vorgesehen.
Besonders gut geeignet ist ein solches Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Mehrfachelektrode mit zumindest zwei separaten Signalabgabe- bzw. - aufnahmeschichten, wobei auch zumindest zwei separate Abschirmungsschichten, zumindest zwei separate dielektrische Elemente und zumindest zwei separate elektrische Leiter auf ein gemeinsames Trägerelement gedruckt werden. Dieses Trägerelement kann natürlich nach dem Bedrucken auch teilweise zugeschnitten bzw. eingeschnitten werden, sodass eine größere Erreichbarkeit mit der Zuleitung gegeben ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer medizinischen Elektrode mit den
Schnitten
A-A und B-B,
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Zuleitungskabel nach dem Stand der
Technik,
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zuleitung,
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine alternative Ausführung einer Zuleitung,
Fig. 5 schematisch eine Druckvorrichtung,
Fig. 6 eine Draufsicht auf ein bedrucktes Trägerelement und
Fig. 7 und 8 schematische Ansichten von Mehrfachelektroden.
Fig. 1 zeigt eine medizinische Elektrode 1 , welche einen Elektrodenkopf 2, eine Zuleitung 3 und einen Verbindungsstecker 13 (mit in diesem Fall vorstehenden Anschlüssen 16) aufweist. Gemäß Fig. 1 ist das Trägerelement 7 der Zuleitung 3 und das Trägerelement 11 des Elektrodenkopfes 2 einstückig ausgebildet, worauf als nächste Schicht die Abschirmschicht 4 bzw. 10 aufgedruckt ist. Anschließend wird darauf das dielektrische Element 5 bzw. 9 und darauf der elektrische Leiter 6 bzw. die Signalabgabe- bzw. -aufnahmeschicht 8 gedruckt.
Im Schnitt A-A ist ein schematischer Querschnitt im Bereich der Zuleitung 3 gezeigt, wobei auf das Trägerelement 7 zuerst die untere Abschirmschicht 4b und das untere dielektrische Element 5b aufgedruckt ist. Oberhalb des dann aufgebrachten elektrischen Leiters 6 ist das obere dielektrische Element 5a und die obere Abschirmschicht 4a aufgedruckt.
Im Schnitt B-B sind schematisch im Querschnitt die wesentlichen Bestandteile des Elektrodenkopfes 2 ersichtlich, wobei auf das Trägerelement 11 die Abschirmschicht 10, das dielektrische Element 9 und die Signalabgabe- bzw. -aufnahmeschicht 8 aufgedruckt ist. Im seitlichen Bereich werden diese aufgedruckten Schichten beispielsweise durch einen Schaumstoff 17 begrenzt. Für eine bessere Stromab- bzw. -einleitung kann, wie an sich bekannt, ein Gel 18 auf den Elektrodenkopf 2 aufgebracht werden. Grundsätzlich sei darauf hingewiesen, dass in den Zeichnungen die Grenze zwischen Elektrodenkopf 2 und Zuleitung 3 nur angedeutet ist. Mit Worten beschrieben liegt diese Grenze da, wo der elektrische Leiter 6 nicht mehr vom oberen dielektrischen Element 5a oder von der oberen Abschirmschicht 4a bedeckt ist und somit ohne diesen Schutz als Signalabgabe- bzw. -aufnahmeschicht 8 fungieren kann.
Fig. 2 zeigt grundsätzlich einen Schnitt durch ein bei medizinischen Elektroden bereits eingesetztes rundes, abgeschirmtes Kabel 23 mit einem elektrischen Leiter 6, einem Dielektrikum 5, einer Abschirmung 4 und gegebenenfalls einer Schutzhülle 12. Da neben der Handhabung vor allem die Herstellung eines solchen bekannten abgeschirmten Kabels 23 relativ schlecht und nachteilig ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zuleitung 3 ein längliches Trägerelement 7 aufweist, auf das zumindest ein Teil der elektrisch leitenden Abschirmschicht 4 aufgedruckt ist. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform diesbezüglich ist aus der Fig. 3 ersichtlich. Dabei ist auf das Trägerelement 7 die untere Abschirmschicht 4b und darüber das dielektrische Element 5b aufgedruckt. Nach dem Aufdrucken des elektrischen Leiters 6 wird dieser vom oberen dielektrischen Element 5a überdruckt, wodurch der elektrische Leiter 6 quer zur Längsachse L komplett vom elektrischen Element 5 umschlossen ist, da sich die Elemente 5a und 5b zumindest bereichsweise stoffschlüssig verbinden. Dasselbe gilt für die Abschirmschichten 4a und 4b, die ihrerseits wiederum das
dielektrische Element 5 quer zur Längsachse L allseitig umschließen. Weiters kann gemäß der Strichlierung eine Schutzhülle 12 beispielsweise mittels eines Lacksprays aufgebracht werden. Es soll auch nicht ausgeschlossen sein, dass das Trägerelement 7 und die untere Abschirmschicht 4b in Form einer einstückigen, metallisierten Folie ausgebildet sind. Der Vorteil liegt dabei darin, dass nur mehr die obere Abschirmschicht 4a gedruckt werden muss.
Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem kein separates Trägerelement 7 vorgesehen ist, sondern vielmehr das untere dielektrische Element 5b als Trägerelement 7 ausgebildet ist.
Grundsätzlich soll bei allen Varianten nicht ausgeschlossen werden, dass zumindest einzelne Schichten (4b, 5a, 5b und 6) nicht im Druckverfahren aufgebracht werden, sondern z.B. auch als einzelne Folien beim Herstellungsprozess zwischen den anderen Schichten eingebracht werden (z.B. in Form einer Klebefolie oder in Form eines Drahtes).
In Fig. 5 ist schematisch eine Druckvorrichtung 14 dargestellt, mit der zumindest einzelne Schichten der medizinischen Elektrode 1 gedruckt werden können. Grundsätzlich soll nicht ausgeschlossen werden, dass das Drucken in einem Inlineverfahren oder auch durch Tintenstrahldrucken erfolgt. Bevorzugt ist allerdings das Siebdruckverfahren vorgesehen, bei dem ein bis zu mehrere Quadratmeter großer Bogen, bevorzugt in Form eines Kunststoffträgerelementes 7, in die Druckvorrichtung 14 eingelegt wird. Anschließend werden über ein bewegbares Siebdruckelement 21 und über die Druckerdüsen 19 die jeweils gewünschten Grundkomponenten 20a und 20b auf das Trägerelement 7 bzw. auf zuvor gespritzte weitere Schichten 4, 5 oder 6 aufgebracht. Natürlich werden beim Aufdrucken bereits die später gewünschten Formen der Zuleitung 3 und des Elektrodenkopfes 2 berücksichtigt, wobei als einfachste Variante die Zuleitung 3 als gerades, längliches Element und der Elektrodenkopf 2 als relativ kompaktes Element aufgedruckt wird.
Alternativ wird in Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Trägerelement 7 nach dem Bedrucken gezeigt, wobei im oberen Bereich ein relativ langes Zuleitungskabel 3 mit den Schichten 4, 5 und 6 aufgedruckt ist, wobei nach dem Trocknen der Druckbestandteile mittels eines entsprechenden, durch die Schere dargestellten Zuschnitts 22 ein relativ
langes Zuleitungskabel geschaffen werden kann. In ähnlicher Art und Weise kann ein spiralförmiger Druck und Zuschnitt - wie im unteren Bereich der Fig. 6 dargestellt - zu einem relativ langen Zuleitungskabel 3 führen. Grundsätzlich ist aber bevorzugt vorgesehen, dass das Zuleitungskabel 3 relativ gerade ist und eine Länge zwischen 30 und 150 cm, vorzugsweise zwischen 50 und 100 cm, aufweist.
In den Fig. 7 und 8 sind Mehrfachelektroden 15 dargestellt, bei denen auf ein Trägerelement 7 bzw. 11 mehrere voneinander separate Schichten 4, 5 und 6 bzw. 8, 9 und 10 aufgebracht werden.
Als Trägerelement 7 bzw. 11 wird bevorzugt ein nur sehr wenig dehnbarer Kunststoff, wie beispielsweise Polyester (insbesondere PET), verwendet. Es ist aber auch möglich als Trägerelement 7 bzw. 11 eine metallisierte Folie oder sogar eine Polystyrolfolie anzuwenden.
Als Abschirmschicht 4 bzw. 10 können im Druckverfahren Karbontinten oder Metalltinten (beispielsweise Kupfer- oder Silbertinte) verwendet werden. Diese können durchgängig (vollflächig) oder rasterförmig aufgedruckt werden. Als dielektrisches Element 5 bzw. 9 können im Druckverfahren jegliche Lacke verwendet werden, die nichtleitend und porenlos sind.
Der elektrische Leiter 6 wird bevorzugt als Silberleiter hergestellt, bevorzugt gedruckt. Die Signalabgabe- bzw. -aufnahmeschicht 8 kann in Form einer Silberchloridschicht aufgebracht werden. Auch Zinn und Zinnchlorid können grundsätzlich eingesetzt werden.
Es sei auch noch festgehalten, dass in nahezu allen Druckkomponenten 20a und 20b diverse Zusätze wie Lackelemente, Bindeelemente, Löseelemente usw. vorhanden sind, um einen reibungslosen Druckvorgang zu garantieren und gut aneinander haftende Funktionsschichten erzeugen zu können.
Somit basiert die Erfindung kurz gesagt auf dem Ersatz (geschirmter) Zuleitungskabel durch eine gedruckte geschirmte Zuleitung, wobei diese idealerweise in einem Produktionsvorgang mit dem Elektrodenkopf (Sensorbereich) zusammen erzeugt
(=gedruckt) werden. Dies bringt vor allem Vorteile in Bezug auf die nachfolgende Montage. Insbesondere die sehr aufwändige Montage eines die Schirmung zum Anschluss an das Gerät integrierenden Steckers, die bei geschirmten runden Kabeln erforderlich ist, aber eben auch die hypothetische Montage eines solchen Kabels an eine Elektrode in dem Sinn, dass wiederum ein Abschirmungselement der Elektrode mit der Schirmung des Kabels elektrisch verbunden werden müsste, werden durch die vorliegenden Erfindung radikal vereinfacht.