DE3713481A1 - Elektrodensensor - Google Patents
ElektrodensensorInfo
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- A61N1/02—Details
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Description
Die Erfindung betrifft eine biomedizinische Elektrode zur Messung von bio
elektrischen Potentialen.
Um elektrokardiographische, enzephalographische und andere bioelektrische
Phänomene aufzuzeichnen und zu interpretieren, müssen zweckentsprechende
biomedizinische Elektroden verwendet werden. In den letzten Jahren besteht
für die klinische Rehabilitation und für physiologische Studien ein steigendes
Bedürfnis nach ununterbrochenen elektrokardiographischen und anderen Auf
zeichnungen der Patienten, ohne deren Freiheit im täglichen Leben zu behin
dern. Aus diesen Gründen sind hochwirkungsvolle und doch leichte und ko
stensparende biomedizinische Elektroden sehr erwünscht.
Zu den bekannten biomedizinischen Elektroden, die ein relativ günstiges Be
triebsverhalten haben, gehören die Knopfelektroden (vergleiche beispielswei
se veröffentlichte japanische Patentanmeldung 46 849/1981). Entsprechend
Fig. 1 weist eine handelsüblich verfügbare biomedizinische Knopfelektrode einen
metallischen Elektrodenknopf 1, einen Elektrodensensor 2, einen Kunsthaut
adapter 3 (Stoff, Tuch, Papier oder Kunststoffolie), der zwischen dem Knopf
und dem Sensor gehalten wird, sowie eine künstliche Haut 4 auf (eine mit
einem Elektrolyten imprägnierte Schwammlage, eine in gelförmigem Zustand
befindliche Schicht oder dergleichen), die an der einen Seite des Elektroden
sensors und des Adapters befestigt ist und die sich mit ihrer anderen Seite
gegen die menschliche Haut anlegen kann. Anschlüsse einer nicht veranschau
lichten Meßschaltung werden mit dem Knopf 1 über Buchsen, Klipse oder der
gleichen (nicht dargestellt) verbunden. Der Sensor 2 besteht aus einer
Kunststoffbasis und einem elektrisch leitenden Film aus einem Silber- Silber
chlorid-Verbundwerkstoff oder dergleichen, welcher die Basisoberfläche über
deckt. Die Kunststoffbasis wird für den Sensor 2 benutzt, um korrodierenden
Angriffen des Elektrolyten zu widerstehen und die kostspieligen Metalle zu er
setzen, die üblicherweise zur Herstellung der Sensoren vorgesehen werden.
Ein Nachteil des Sensor auf Kunststoffbasis besteht darin, daß sein Flansch
nicht ausreichend stark ist, um den Adapter 3 fest an Ort und Stelle zu hal
ten. Soll eine zweckentsprechende Festigkeit erzielt werden, muß der Flansch
eine erhöhte Wandstärke aufweisen. Ein dickerer Flansch würde jedoch bei
dünnem Adapter unerwünscht vorstehen, eine Vorwölbung der künstlichen
Haut verursachen und einen innigen Kontakt mit dem Elektrodensensor und
der menschlichen Haut verhindern, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist. In dem
Bemühen, diesen Nachteil auszuräumen, könnte man einen dickeren Adapter 3
vorsehen und den Flansch darin und/oder in der künstlichen Haut teilweise
einbetten. Eine solche Ausbildung würde jedoch die hohe Flexibilität der künst
lichen Haut ausschließen und wiederum einen innigen Kontakt und eine gute An
haftung an der menschlichen Haut unmöglich machen. Aus diesem Grund besteht
ein starkes Bedürfnis nach einer biomedizinischen Elektrode, bei der sowohl der
Flansch des Sensors 2 als auch der Adapter 3 so dünn wie möglich sind, wäh
rend der Flansch eine zweckentsprechende Festigkeit beibehält.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektrodensensor zu schaffen,
bei welchem der Adapter einen festen Halt hat und der in innigen Kontakt mit
der Haut kommt sowie an dieser gut anhaftet.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Elektrodensensor von verbessertem Auf
bau zur Verwendung bei einer biomedizinischen Elektrode geschaffen, die zu
sätzlich zu dem Sensor einen mit dem Sensor in Eingriff stehenden Elektroden
knopf, einen zwischen diesen beiden Bauteilen festgelegten Kunsthautadapter
und eine künstliche Haut aufweist.
Der Elektrodensensor nach der Erfindung weist eine Kunststoffbasis mit einem
Schaft, dessen oberer Teil mit Bezug auf einen Elektrodenknopf gestaucht wer
den kann, und einem mit dem Schaft einstückig verbundenen Basisflansch so
wie einen über der Kunststoffbasis ausgebildeten, elektrisch leitenden Film auf,
wobei der Flansch schalenförmig mit von der Mitte in Richtung auf den Umfang
fortschreitender Aufwärtsneigung ausgebildet ist. Entsprechend einer bevor
zugten Ausführungsform der Erfindung nimmt die Dicke des Flansches von der
Mitte in Richtung auf den Umfang allmählich ab. Vorzugsweise ist ferner die
Oberseite des Flansches mit einer Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen versehen,
um den Halt des Flansches an dem Adapter weiter zu verbessern.
Wenn der Elektrodensensor nach der Erfindung mit einem Elektrodenknopf zu
sammengebaut wird, wobei ein Kunsthautadapter zwischen diesen gehalten wird,
wird der fortschreitend aufwärts geneigte Umfang des Flansches des Elektro
densensors entgegen der Eigenelastizität des Flansches abgeflacht, wodurch
der Halt des Flansches an dem Adapter verbessert wird. Dies erlaubt es sei
nerseits, einen dünneren Flansch vorzusehen und dementsprechend die Dicken-
Abmessung des Adapters zu vermindern. Auf diese Weise kann der Adapter
fest an Ort und Stelle gehalten werden, und die biomedizinische Elektrode er
laubt es, einen innigen Kontakt mit sowie eine gute Anhaftung an der mensch
lichen Haut zu erzielen. Der dünnere Umfangsbereich des Flansches führt zu
einer Glättung und weiteren Verbesserung der Anhaftung der der künstlichen
Haut zugewendeten Seite des Flansches. Die kleinen Vorsprünge an der Ober
seite des Flansches stellen einen festeren Halt des Flansches an dem Adapter
sicher.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezug
nahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine konventionelle biomedizinische Elektrode
Fig. 2 einen Schnitt durch eine biomedizinische Elektrode mit einem ge
wöhnlichen Elektrodensensor auf Kunststoffbasis,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine ähnliche bekannte biomedizinische Elek
trode,
Fig. 4 eine auseinandergezogene Schnittdarstellung einer biomedizini
schen Elektrode mit einem erfindungsgemäßen Elektrodensensor,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung nur des Elektrodensensors,
Fig. 6 eine Schnittdarstellung, die den Stauchvorgang während der
Montage der biomedizinischen Elektrode gemäß Fig. 4 erkennen
läßt,
Fig. 7 eine Schnittdarstellung der durch den Stauchvorgang gemäß
Fig. 6 fertiggestellten biomedizinischen Elektrode,
Fig. 8A und 8B im Schnitt und in Draufsicht eine abgewandelte Ausführungs
form des Elektrodensensors,
Fig. 9A und 9B im Schnitt und in Draufsicht eine weiter abgewandelte Aus
führungsform des Elektrodensensors sowie
Fig. 10 bis 12 Draufsichten auf drei weitere Abwandlungen, bei denen die Un
terseite des Flansches des Elektrodensensors modifiziert ist.
Nachstehend ist eine biomedizinische Elektrode unter Verwendung des Elektro
densensors nach der Erfindung beschrieben, die einen Aufbau entsprechend dem
der konventionellen biomedizinischen Elektrode nach den Fig. 1 bis 3 hat.
Es versteht sich jedoch, daß die Elektrode auf verschiedenartige Weise modifi
ziert werden kann, sofern sie nur mit dem erfindungsgemäßen Elektrodensensor
ausgestattet ist.
Die biomedizinische Elektrode gemäß den Fig. 4 und 5 weist einen Elektroden
knopf 11, einen erfindungsgemäßen Elektrodensensor 12, einen Adapter 13 und
eine künstliche Haut oder eine Unterlage 14 auf. Mit Ausnahme des Elektroden
sensors können die betreffenden Komponenten konventionell ausgebildet sein.
Beispielsweise ist der Knopf 11 aus rostfreiem Stahl, mit Nickel beschichtetem
Messing, mit einer Nickel/Silber-Legierung beschichtetem Messing oder der
gleichen hergestellt. Bei dem Adapter 13 handelt es sich um eine Lage aus
Stoff, Tuch, Papier, Kunststoff oder dergleichen. Der Adapter 13 kann elek
trisch leitend gemacht sein, indem leitende Fasern oder dergleichen eingelagert
sind. Die künstliche Haut 14 besteht aus einer Lage eines Schwammes, der mit
einer Paste imprägniert ist, welche einen Elektrolyten, beispielsweise Kochsalz,
enthält. Stattdessen kann der Schwamm auch mit einem Gel versehen oder aus
einem Gel aufgebaut sein; er kann ferner selbstklebend ausgebildet sein. Ent
sprechend einer weiteren Abwandlung kann eine Klebstoffschicht auf die Ober
fläche der künstlichen Haut aufgebracht sein. Es ist ferner möglich, die
künstliche Haut 14 wegzulassen und auf die gesamten Rückseiten von Elektro
densensor und Adapter eine leitende Paste aufzubringen.
Der Elektrodensensor besteht aus einem zähen, festen Kunststofformteil,
das gestaucht und mit einer elektrisch leitenden Substanz beschichtet werden
kann. Der Elektrodensensor weist einen Schaft 15 und einen Basisflansch 16
auf, die einstückig miteinander verbunden sind. Der leitende Überzug auf der
Oberfläche des Elektrodensensors besteht aus Silber oder Silber und Silber
chlorid; er wird beispielsweise durch Plattieren oder unter Anwendung von
Druck aufgebracht. Das Silber-Silberchlorid-Beschichtungsmaterial bietet Vor
teile, zu denen niedriges bioelektrisches Potential, Temperaturstabilität, Frei
heit von zeitlichen Änderungen des bioelektrischen Potentials, Freiheit von
Störsignalerzeugung und begrenzte Impedanz gehören.
Der grundsätzliche Aufbau des Elektrodensensors 12 ist in Fig. 5 dargestellt.
Dabei wird im folgenden davon ausgegangen, daß der Elektrodensensor leitend
beschichtet ist. Darauf wird nicht weiter abgehoben. Der Basisflansch 16, der
unter Bildung des Elektrodensensors in den stauchfähigen Schaft 15 übergeht,
sieht wie ein auf dem Kopf stehender Pilz aus. Seine Wandstärke nimmt von der
Mitte in Richtung auf den Umfangsrand allmählich ab, während der Flansch
nach oben geneigt ist. Der Grad der Neigung und die Änderung der Wand
stärke sind so gewählt, daß dann, wenn der Schaft 15 bei der Montage der
biomedizinischen Elektrode gestaucht wird, der Flansch 16 in der in Fig. 5
durch die Pfeile angedeuteten Weise mit ausreichender elastischer Kraft nach
unten gedrückt wird, um einen hinreichenden Druck auf den Adapter 13 aus
zu üben. Diese Faktoren lassen sich leicht experimentell bestimmen.
Der Schaft 15 des Elektrodensensors wird über eine Mittelöffnung des Adapters
13 in den Hohlraum des erweiterten hohlen Kopfes des Elektrodenknopfes 11
eingeführt. Der Schaft wird dann durch eine Kombination von oberem und un
terem Gesenk A, B gestaucht. Dabei wird der obere Teil des Schafts so de
formiert, daß er den Hohlraum des Elektrodenknopfes 11 ausfüllt, wodurch der
Knopf 11 und der Sensor 12 dauerhaft miteinander verbunden werden. Während
des Stauchvorganges wird der Flansch 16 durch den Knopf 11 nach unten ge
drückt und in der in Fig. 5 durch die Pfeile angedeuteten Weise in die in Fig. 6
veranschaulichte Form gebracht. Der Flansch 16 preßt auf diese Weise den
Stromverteiler oder Adapter 13 gegen den Umfangsteil oder die Schürze des
Elektrodenknopfes 11 an und hält diese Teile in vorgegebener gegenseitiger
Lage. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, wird die künstliche Haut 14 an der Unterseite
des Sensors 12 und des Adapters 13 angebracht, womit die Montage der bio
medizinischen Elektrode abgeschlossen ist.
In den Fig. 8A und 8B ist eine abgewandelte Ausführungsform des Elektro
densensors 12′ dargestellt. Dieser Elektrodensensor entspricht demjenigen der
Ausführungsform nach den Fig. 4 bis 7 mit der Ausnahme, daß an der
Oberseite des Flansches eine Mehrzahl von kleinen Vorsprüngen 17 vorgese
hen ist. Die kleinen Vorsprünge graben sich in den Adapter 13 ein und ge
ben dem Sensor einen noch besseren Halt an dem Adapter.
Bei der weiter abgewandelten Ausführungsform gemäß den Fig. 9A und 9B
sind an der Oberseite des Flansches konzentrische kreisförmige Vorsprünge
18 ausgebildet. Auch diese Anordnung verstärkt den Halt des Sensors an dem
Adapter.
Bei den weiter abgewandelten Ausführungsformen gemäß den Fig. 10 bis 12
sind Nuten oder Vorsprünge an der Unterseite des Flanschs 16 vorgesehen,
um für eine vergrößerte Oberfläche und damit für eine vergrößerte Kontakt
fläche mit der künstlichen Haut 14 zu sorgen. Die Fig. 10 zeigt ein Netz von
Nuten 19. In Fig. 11 ist eine Mehrzahl von konzentrischen kreisförmigen Vor
sprüngen 20 veranschaulicht. Fig. 12 zeigt eine Anzahl von kleinen Vorsprüngen
21.
Wie vorstehend erläutert, ist der Flansch des erfindungsgemäßen Elektroden
sensors schalenförmig ausgebildet und von der Mitte zum Umfang hin nach
oben geneigt. Bei einem Stauchen des Schafts des Elektrodensensors gegen
über dem Elektrodenknopf wird der Flansch elastisch verformt, wodurch der
Flansch den Adapter fest gegen den Elektrodenknopf preßt. Ein Flansch von
verminderter Dicke kann den als Stromverteiler dienenden Adapter einwandfrei
an Ort und Stelle halten. Der dünner ausgebildete Flansch führt nicht zu Ab
stufungen zwischen der Rückseite des Elektrodensensors und dem Stromver
teiler. Es wird insgesamt für einen guten Kontakt mit der künstlichen Haut
oder der menschlichen Haut gesorgt. Die biomedizinische Elektrode kann an
der Oberfläche des menschlichen Körpers einwandfrei angebracht werden.
Claims (2)
1. Elektrodensensor mit einer Kunststoffbasis, die aus einem nach Stauchen
den Hohlraum eines erweiterten hohlen Kopfes eines Elektrodenknopfes
ausfüllenden Schaft und einem mit dem Schaft einstückig verbundenen
Basisflansch besteht, und mit einem über der Kunststoffbasis ausgebil
deten, elektrisch leitenden Film, dadurch gekennzeich
net, daß der Flansch (16) schalenförmig mit von der Mitte in Richtung
auf den Umfang fortschreitender Aufwärtsneigung ausgebildet ist.
2. Elektrodensensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Flansch (16) auf seiner Ober- und/oder Unterseite mit einer Mehrzahl
von Vorsprüngen (17, 18, 20, 21) oder Nuten (19) versehen ist.
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