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"Elektrode und Verfahren zu deren Befestigung am Körper" =========================================================
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für elektromedizinische Messungen, insbesondere
für elektrokardiographische, elektromyographische, elektroenzephalographische und
ähnliche Untersuchungen. Die erfindungagemäBe Elektrode eignet sich auch zur Bestimmung
der elektrischen Eigenschaften von Geweben, z. B. zur Messung des elektrischen Widerstandes
der Haut, und auch zur Anlegung von elektrischen Spannungen an die Haut. Die Erfindung
betrifft auch das Verfahren zur Befestigung der erfindungsgemäßen Elektrode an die
zu prüfende Stelle eines Körpers.
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Bisher bekannte Elektroden dieser Art bestehen im wesentlichen aus
einem flachen metallischen Anschlußstück, meistens in der Form einer Platte, welche
unmittelbar auf die bestimmte Stelle der Eörperoberfläche aufgelegt wird. Um einen
geringen Übergangswiderstand zu sichern, wird diese Stelle mit einer dünnen Schicht
einer elektrisch leitenden Paste bestrichen, auf die dann das metallische Anschlußstück
aufgelegt wird, dessen Lage durch eine besondere Bandage, oder ein anderes Befestigungsmittel
gesichert wird. Da die abgegriffenen Potentiale, bzw. angelegten Spannungen in der
Regel sehr klein sind, spielen die Verhältnisse an der Stelle der leitenden Verbindung
eine wichtige Rolle, Dabei wird aber bei bisher bekannten Elektroden fiir diese
Zwecke eine ganze ReDr von Faktoren außer Acht gelassen. Z. B. verringert sich die
Dicke der elektrisch
leitenden Paste schnell durch Trocknung, was
bei länger dauernden Messungen die Messresultate erheblich beeinflußt.
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Eine weitere Ungenauigkeit der Messung wird dadurch verursacht, daß
die Größe der, durch die Paste beeinflußten Pluche, nicht genau begrenzt ist, so
daß auch der Querschnitt der Paste zwischen der Kbrperoberfläche und dem metallischen
Anschlußstück unbestimmt ist. Mit fortschreitender Trocknung der Paste an den Rändern
des metallischen Anschlußstückes oder Platte verringert sich dieser Querschnitt
in gänzlich unkontrollierbarer Weise. Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht
darin, daß durch Trocknung der Paste das metallische Anschlußstück unmittelbar mit
der Eörperoberfläche in Beruhrung kommt. In vielen Fällen werden dadurch die Resultate
der Potentialabgreifung nicht nur bedroht, sondern oft auch ganz verhindert. Der
auf diese Weise entstandene unmittelbare Kontakt erschwert vor allem die freie,
fUr die Messung so wichtige Bewegung der Körperoberfläche in der Auflageebene der
Elektrode. Infolgedessen entstehen unmittelbar unterhalb der Körperoberfläche anormale
Verhältnisse in der tbertragung der bioelektrischen Potentiale, wodurch selbstverständlich
sowohl deren Größe, als auch deren zeitliche Verläufe beeinflußt werden. Falls infolge
der relativen, wenn auch winzigen Bewegung der Körperoberfläche mit Bezug auf das
Anschlußstück ein zusätzliches Potential entsteht, wird dieses zusätzliche Potential
algebraisch mit dem abzugreifenden bioelektrischen Potential zusammengezählt. Wie
durch Versuche bewiesen wurde, entstehen durch die relative Bewegung des metallischen
Anschlußstückes mit Bezug auf die Körperoberfläohe oft derart hohe zusätzliche Potentiale,
bzw. störende Geräusche, Störungen oder Artefakte, daß deren Wert den Wert des abzugreifenden
bioelektrischen Potentials um ein Vielfaches übersteigt.
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Zweck der Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile einfach und verläßlich
zu beseitigen und die, nachfolgenden, für Messungen der erwähnten Art bedeutenden
technischen Effekte
zu erzielen : Die erfindungagemäße Elektrode
beseitigt vor allem die Möglichkeit der unmittelbaren BerUhrung zwischen dem metallisehen
Aneohlußstüok und der Körperoberfläche.
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An der, an der Mrperobefläche genau bestimmten Abgriffstelle wird
ein praktisch konstanter Übergangswiderstand und Druck gesichert. Die Elektrode
paßt sich weich an Rundungen der Körperoberfläche an und das Abgreifen kann ohne
RUcksicht auf evtl. Bewegungen des untersuchten Objektes eriolgen. Die kleinen Abmessungen
der eigentlichen Elektrode ermöglichen die Konstruktion einer Mehrfachelektrode,
welche dann individuelles Abgreifen an einer größeren Anzahl von Stellen auch bei
kleinem gegenseitigen Abstand dieser Stellen ermgClicht. Für länger dauernde Messungen
kann die erfindungsgemEBe Elektrode derart angeordnet werden, daß Vertrokknung der
elektrisch leitenden Paste verhindert wird. Die erfindungagemäße Elektrode erfordert
in allen ihren Ausführungsformen keine besonderen Befestigungsmittel, da sie einia¢h
auf die Körperoberfläche aufgeklebt wird. Zum Kleben wird mit Vorteil in Aether
gelöster Mastix verwendet, welcher infolge seiner hohen FlUchtigkeit binnen einiger
Sekunden trocknet. Mastix lbst sich im Aether derart intensiv auf, daß bloße Befeuchtung
der angeklebten Elektrode genügt, diese-wieder vom Körper zu lösen.
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Das Wesen der erfindungsgemäßen Elektrode besteht darin, daß sie in
Form einer Grundplatte aus Gummi oder einem ähnlichen nachgiebigen, elektrisch nicht
leitendem Material hergestellt ist, welche mindestens eine Höhlung enthält, die
mindestens zur Vorderseite der Grundplatte offen ist, d. h. zur Seite, mit der die
Platte auf die Körperoberfläche aufgelegt wird. In dieser Höhlung, bzw. in deren
Nähe ist das eigentliche, metallische Anschlußstück in gewisser Entfernung von der
Vorderseite der Grundplatte gelagert, wodurch unmittelbare mechanische BerUhrung
zwischen dem metallischen AnschluBstück und der Körperoberfläche sicher verhindert
wird. Die elektrisch leitende Berührung des metallischen AnschluBstückes mit der
Körperoberfläche wird durch
eine elektrisch leitende, in der Edbung
angebrachte Paste gesichert.
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Die Erfindung soll nun mit Hilfe der beiliegenden, einige Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnungen näher erklät werden.
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Fig. 1 und 2 zeigen einen AufriBechnitt und eine Grundrißansicht einer
einfachen Eletrode.
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Fig. 3 und 4 ist ein AufriBsohnitt und eine GrundriBaneicht ohne Deckplatte
einer Mehrfachelektrode.
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Fig. 5 und 6 zeigen im vergrößerten MaBstab einen AufriB-schnitt und
eine GrundriBansicht einer weiteren Nodifikation der erfindungsgem&Ben Elektrode.
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Fig. 7 und 8 zeigen einen vergrößerten Aufrißschnitt und eine Grundrißansicht
einer weiteren Modifikation einer erfindungagemäBen Zwillingselektrode.
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Fig. 9 und 10 zeigen Modifikationen der Elektrode in der vorangehenden
Ausführung in GrundriBansichten.
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Fig. 11 zeigt einen Grundrißschnitt der Elektrode gemäB Fig.
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7 bzw. 8 in stark vergrößertem MaBstab mit einer Füllung von elektrisch
leitender Paste.
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In der Ausführung gemäB Fig. 1 und 2 wird die Elektrode als Ganzes
durch eine Grundplatte 1 aus nachgiebigem, elektrisch nicht leitendem Material gebildet,
z. B. aus Gummi oder diesem ähnlichen Material. Die Vordersetté dieser Platte wird
durch die Schicht eines geeigneten Klebemittels 12 auf die Körperoberfläche aufgeklebt.
An der Rückseite der Platte befindet sich ein Vorsprung 15, welcher die Höhlung
11 deckt, die in Richtung zur Vorderseite der Grundplatte 1 offen ist.
In
der Seitenwand des Voreprungs 15 befinden sich zwei gegenüberliegende Öffnungen
13 und 14, in welche das elektrisch leitende W-förmige Anschlußstück 2 eingeführt
wird. Ein Ende dieses AnechluBstüokes ist an das Verbindungskabel 3 angeschlossen.
Die Höhlung 11 wird mit einer an sich bekannten elektrisch leitenden Paste 10 geftllt
und dann wird das elektrisch leitende AnachluBatüok 2 in die angedeutete Lage in
die Höhlung 11 eingeführt, wodurch die Höhlung 11 günzlich geschloseen wird. Bei
Einführung des elektrisch leitenden Anschlußstückes 2 kann in der Höhlung 11 kein
unerwünschter Überdruck entstehen, da bei Binführung des elektrisoh leitenden Anschlußstückes
2 in eine Öffnung, z. B.
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13, die gegentiberliegende bffnung 14 bis zum letzten Augenblick weiter
offen bleibt. Die elektrisch leitende Paste in der Höhlung 11 sichert die elektrisch
leitende Verbindung zwischen der Körperoberfläohe im Bereich der Flache der unteren
Öffnung der Höhlung 11 und dem leitenden AnschluB-stick 2.
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Die Mehrfachelektrode gemäß Fig. 3 und 4 ist iür das gleichzeitige
Abgreifen einer größeren Anzahl von einander nahen Stellen der Körperoberfläche
bestimmt, In der flachen Grundplatte 1 befindet sich eine ganze Gruppe durchlaufender
Offnungen 11. In den Wänden dieser Öffnungen 11 sind metallische Ringe 41, 42 eingesetzt,
an welche die Enden 31, 32 von leitenden AnschluBstücken 3 angeschlossen sind. Diese
leitenden Anschlußstücke 3 gehen durch die flache Grundplatte 1 durch und werden
an deren Seitenwänden herausgeführt. Die flache Grundplatte 1 wird an der unteren
Seite mit einer Klebstoffschicht 12 bedeckt, mit deren Hilfe sie dann an die Körperoberfläohe
angeklebt wird. Dann wird die Öffnung 11 von oben mit einer elektrisch leitenden
Paste 10 gefüllt. Im Bedarfsfall, insbesondere bei langwährenden Messungen wird
an der Rückseite der flachen Grundplatte 1 auch eine Gummiplatte 5 aufgeklebt, welche
das Trocknen der elektrischen Paste 10 verhindert. Diese Gummi-Deckplatte 5,
welche
ebenfalls durch in Aether gelösten Mastix angeklebt wird, bildet den gemeinsamen
elastischen Verschluß aller Öffnungen 11. Die einzelnen Ausführungen der leitenden
Anschlußstücke 3 können zu einem einzigen, mehradrigen Kabel verflochten und durch
eine mehrpolige, unverweehoelbare Steckdose abgeschlossen werden. Dadurch wird Verwechslung
der Leitungen verhindert und die gesamte Manipulation wird erleichtert.
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In der Ausführung gemme Fig. 5 und 6 werden die Öffnungen 11 durch
metallische hohle Stöpsel 6 verschlossen. In jede Öffnung 11 ragt auch das umgebogene
Ende 51 eines Zuführungsbandes 5 hinein, welches am entgegengesetzten Ende mit einer
Buchse 55 verbunden ist. Dffst das umgebogene Ende 51 flach und in eine kreisförmige
Offnung 11 hineingeschoben, deformiert sich bei Einführung des Stöpsels 6 der kreisförmige
Querschnitt der Öffnung 11 ein wenig. Der hineingeschobene Stöpsel 6 verdrängt nämlich
das umgebogene Ende 51 in Richtung von der Mitte der Öffnung 11. Auf diese Weise
entstehen an beiden R&ndern des umgebogenen Endes 51 kleine Kanäle 52 und 53,
durch welche Luft aus der Offnung 11 beim Hineinschieben des Stöpsels 6 entweichen
kann. Sind bei dieser Ausfthrung die leitenden Anschlußstücke wie im vorangehenden
Falle angeordnet, siehe Fig. 3 und 4, wird der obere Teile des Stöpsels 6 mit einer
Entlüftungsöffnung versehen, welche nach Aufsetzung des Stöpsele mit elektrisch
leitender Paste verschlossen wird.
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Die Ausführungen gemäß Fig. 7 bis 11 unterscheiden sich von den bisher
beschriebenen Ausführungen dadurch, daß die leitenden Anschlußstücke 3 bereits an
der RUckseite der flachen Grundplatte 1 in der Jähe der Offnung 11 abgeschlossen
sind.
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Dieser Anschlu kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden, z. B.
durch einen flachen Ring 7 aus einer dUnnen Metallfolie, oder eine dunne Metallfläche
8, oder dadurch, daß beim elektrisch leitenden AnschlußstUck 3 an seinem Ende 9
die einzelnen Leiter auseinander geflochten werden. Alle erwähnten
Abschlüsse,
d. h. der flache Ring 7, oder die duane Metallfläche 8, oder die auseinandergefloohtene
Stelle 9 werden in der Liche der ofinung 11 an die Rückseite der flachen Grundplatte
1 angeklebt. Nach Anklebung einer derart auageführten Elektrode auf die Korperoberfläche,
wird die elektrisch leitende Paste 10 in die ofinung 11 eingeführt, siehe Pig. 11,
derart da9 sie nicht nur die gewünschte Stelle der Körperoberfläche im Bereich der
Öffnung 11 bedeckt, sondern sie tberdeokt auch en der Rückseite der flachen Grundplatte
1 don flachen Ring 7, die dünne Metallfläohe 8 und die auseinandergefloohtene Stelle
9.
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Bei den Ausführungen gemäß Fig. 7 bis 11 kann die Grundfläche 1 sehr
djinn soin ; sie kann z. B. aus einer sehr dUnnen Gummifolie hergeetellt werden,
die sehr biegsam und in allen Richtungen dehnbar ist.
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Die Elastizität und Biegsamkeit der flachen Grundplatte 1 ermöglicht
auch beliebige Verschiebungen der Haut und Bewegungen des Körpers beim Gehen u.
dgl., ohne daß dadurch die eigentliche Abgriffestelle geändert würde, z. B. beim
Messen des elektrischen Widerstandes der Haut wird die Ausführung gemäß Fig. 7 und
8 verwendet, wo in der flachen Grundplatte 1 zwei Offnungen in einem vorbestimmten
Abstand D angeordnet sind. Am Rand der Offnungen 11 ist ein flacher Ring 7, der
mit dem elektrisch leitenden Anschlußstück 3 verbunden ist, angeklebt. Durch die
beiden Anschlußstiieke 3 wird der zwischen den beiden Öffnungen 11 liegende Teil
der Haut in den elektrischen Kreis angeschlossen.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Elektrode besteht darin,
daß der Druck an der Abgriffsstelle konstant bleibt, wodurch eine Anzahl störender
Erscheinungen beseitigt wird, wie z. B. Änderungen des Ubergangswiderstandes, die
bei bisher bekannten Elektroden fUr diese Zwecke auftreten. Auch wird der unmittelbare
Kontakt zwischen der Metallelektrode und der Eörperoberfläche verhindert, wodurch
alle
Nachteile zusätzlicher, störender Potentiale (Artefakte) entfallen. Infolgedessen
kann die Empfindlichkeit der Messinstrumente und dadurch auch die geaamte Meßgenauigkeit
gesteigert werden. Die Öffnungen 11 bilden genügend groBe Behklter fUr die elektrisch
leitende Paste, die außerdem auch in genügender Dicke auch auf die Rückeeite der
flachen Grundplatte 1 aufgetragen wird, siehe Fig. 11. Im Verlauf der tblichen,
nicht allzu lange dauernden Messungen kann also die Vertrooknung der elektrisch
leitenden Paste 10 die Meßresultate nicht ungUnstig beeinflussen.
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Die erfindungsgemäßen Elektroden, insbesondere in der Ausführung mit
flachen, dünnen Grundplatten 1 gemäß Fig. 7 bis 11, können auch weiter derart angeordnet
werden, daß die leitenden Anschlußatücke 3 an deren Rückseite durch gedruokte Schaltungen
erzielt werden. Der Abschluß einer jeden Verbindung umspannt dabei die offnung 11
oder befindet sich in deren Nähe. Die gedruckten Schaltungen können auf die flache
Grundplatte 1 in gekrismmten, bzw. meanderförmigen Gebilden aufgetragen werden,
so daß sie die Möglichkeiten der elastischen Deformationen der flachen Grundplatte
1 keineswegs einschränken.
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In der erfindungsgemäßen Elektrode kann nicht nur eine elektrisch
leitende Paste 10, sondern auch eine elektrisch leitende Flüssigkeit verwendet werden,
welche insbesondere bei der Ausführung gemäß Fig. 3 und 4 geeigneten Durchmessern
der Öfnungen 11 durch Kapillarwirkung in diesen Öffnungen gehalten werden.
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- Patentansprüche -