DE2459627A1

DE2459627A1 - Medizinische elektrode

Info

Publication number: DE2459627A1
Application number: DE19742459627
Authority: DE
Inventors: Albert Moore Hall; Robert Paul Monter; James Vernon
Original assignee: NDM Corp
Current assignee: NDM Acquisition Corp
Priority date: 1973-12-17
Filing date: 1974-12-17
Publication date: 1975-06-19
Also published as: CA1060549A; IT1024491B; FR2271797B1; CH596824A5; JPS5717528B2; SE7415731L; FR2271797A1; GB1469425A; ES432972A1; US3976055A; AU7650774A; JPS50106481A; AU476069B2; DE2459627C2

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. ΕΙΤΙ,Ε · BR. RER. NAT- K. HOFFMANN PATENTANWÄLTE O-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

26 2Ö3

NDM Corporation, Dayton, Ohio / U.S.A,

Medizinische Elektrode

Die Erfindung bezieht sich auf eine medizinische Elektrode mit einem elektrischen Leiter, der eine zum Aufrechterhalten elektrischen Kontaktes mit einer Person über einen dazwischenliegenden Elektrolyten geeignete Fläche und einen von der Fläche entfernten Teil zum elektrischen Anschluß an ein Anzeigegerät aufweist.

Mit solchen Elektroden werden elektrokardiografische Signale erfaßt und insbesondere sind die erfindungsgemäßen Elektroden bzw. Leiter zur Verwendung in solchen Elektroden zur Verbindung eines Elektrolyten mit einem zweckmäßigen Gerät zur Verarbeitung oder Anzeige der Signale geeignet.

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Die USA-Patentschriften 3 696 807 und 3 701 346 zeigen bekannte medizinische Elektroden, auf welche die vorliegende Erfindung anwendbar ist. In diesen Patentschriften wird ein auf die Haut einer menschlichen Person oder eines Tieres,aufgebrachter Elektrolyt mittels eines festen Metalleiters, wie Silber, das mit dem Elektrolyten in Kontakt steht, elektrisch mit einem Gerät zur elektrokardiograf ischen Anzeige verbunden'. Elektroden dieser Art sind dafür bekannt, daß sie die Anforderungen der Medizin zufriedenstellend erfüllen. Sie sind jedoch relativ teuer, weil das bevorzugte Metall für den Kontakt mit dem Elektrolyten Silber ist. Obwohl die bei solchen Elektroden verwendete Silbermenge nicht groß ist, stellen doch die Kosten für das bei den Elektroden verwendete Silber einen bemerkenswerten Kostenfaktor dar. Neben den Kosten für das Rohmaterial tragen die Kosten der Elektrodenherstellung durch beim Formen des festen Metalls auftretende Schwierigkeiten zu den Kosten bei. Aufgrund der Herstellungskosten sind auf dem Markt verfügbare Elektrodenausbildungen in gewissem Maße beschränkt.

Die USA-Patentschrift 3 5ββ 8βΟ beschreibt einen Elektrodenleiter zur Verbindung zwischen einem Elektrolyten und einem elektrokardiograf ischen Anzeigegerät, bei welchem der' Leiter aus einer Dispersion fein verteilten Kohlenstoffs in Kunststoff besteht. Ein solcher Leiter ist in wünschenswerter Weise billig, hat sich jedoch auch als relativ unwirksam im Vergleich mit Elektroden erwiesen, die Metalleiter verwenden. Insbesondere wurde gefunden, daß das Signal, welches eine solche Elektrode an das zugeordnete Anzeigegerät übertragen kann, so fehlerhaft ist (Wandern der Basislinie, unregelmäßige Spur), daß an der Hautoberflache der Person erhältliche Informationssignale bei der Anzeige verzerrt und manchmal vollständig unklar werden.

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Es Ist auch bekannt, Elektroden herzustellen, die eine Schicht aus Silber auf einer Kupferunterlage enthalten. Unter Verwendung solcher Elektroden erhaltene elektrokardiografische Spuren zeigen häufig eine unregelmäßige Basislinie und den Fehler, ungenau wiederholte Wellenformen anzuzeigen," insbesondere wenn sie über einen langen Zeitraum mit einem Elektrolyten in Berührung waren. Sogar wenn bei der Herstellung der Silberschicht große Sorgfalt aufgewendet wird, ist eine ausgesprochene Wahrscheinlichkeit vorhanden, daß der Elektrolyt durch winzige Poren in der Silberschicht das darunterliegende Kupfer berührt. Es wird angenommen, daß beim Eindringen des Elektrolyten in die Silberschicht und Erfassen des darunterliegenden Kupfers im elektrokardiografischen Anzeigegerät das Ergebnis zweier Elektroden auftritt, von denen das eine durch den mit dem Silber in Berührung stehenden Elektrolyten und das andere durch den mit Kupfer in Berührung stehenden Elektrolyten hervorgerufen wird. Ferner wird angenommen, daß Reaktion zwischen diesen verschiedenen Metallen auftreten, welche die vom Anzeigegerät empfangenen Signale stören.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Leiter aus einem Leitermaterial besteht, das galvanisch inaktiv ist und aus einem Leitermaterial, das galvanisch aktiv ist, und daß das galvanisch aktive Material zumindest an der Oberfläche vorhanden- ist. D.h.,daß der zweite Leiter an der Oberfläche vorhanden ist, welche mit dem Elektrolyten in Kontakt steht.

Durch die Erfindung wird ein für biomedizinische Elektroden geeigneter Leiter geschaffen, der billig herzustellen ist, indem der Leiter der galvanisch inaktiv ist, aus einem leicht formbaren Material hergestellt wird, das gerade ein winziges Partikel des zweiten Leiters, welcher galvanisch aktiv ist, an der

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Oberfläche, welche den Elektrolyten berührt, enthält.

Ein strukturell geeignetes, nichtleitendes Bindermaterial, wie Kunststoff, Gummi oder Keramik, in welchem ein fein zerteilter, elektrisch leitender Kohlenstoff sorgfältig dispergiert ist, ist ideal zum Formen des ersterwähnten, galvanisch inaktiven Leiters geeignet. Der zweite,galvanisch aktive Leiter kann praktisch irgendein Metall sein. Wie im folgenden näher erläutert werden wird, ist die Menge des galvanisch aktiven Leiters, der an der Berührungsfläche zwischen Elektrolyten und galvanisch inaktivem Leiter vorhanden ist, nicht kritisch, solange mindestens etwas von dem galvanisch -aktiven Leiter an der Zwischenfläche vorhanden ist. So lehrt die vorliegende Erfindung, daß eine verschwindend kleine Metallmenge, die an der Berührungsfläche zwischen einem Elektrolyten und einem durch Dispersion leitenden Kohlenstoffs leitend gemachten Kunststoff angeordnet ist, wobei das Metall einen Teil des dispergierten Kohlenstoffs berührt, verwendet werden kann, um eine billige jedoch nichtdestoweniger voll verwendbare Elektrode zur Verbindung zwischen einem Elektrolyten und einem Meß- oder Anzeigegerät herzustellen.

Das in der Erfindung verwendete Metall ist nicht kritisch, solange das Metall in Gegenwart des Elektrolyten galvanisch aktiv ist. Wenn die Elektrode vorgefüllt mit einem Elektrolyten verpackt wird oder für'Langzeitanzeigen verwendet wird, wird Silber bevorzugt. Zink wird für Elektroden bevorzugt, die während eines relativ kurzen Zeitraums verwendet werden sollen, wobei der Elektrolyt unmittelbar vor der Verwendung auf die Elektrode aufgebracht wird. Wenn mehr als ein Metallpartikel an der Berührungsfläche mit dem Elektrolyten vorhanden ist, sollten alle Metallpartikel aus demselben Metall oder aus Legierungen mit derselben chemischen Zusammensetzung bestehen. Die an der Berührungsfläche vorhandenen Metalle sind vorzugsweise im wesentlichen rein.

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Es gibt praktisch keine Grenze für die Auslegung des Aufbaus der erfindungsgemäß hergestellten Elektroden. Eine Vielzahl nichtleitender Binder, die durch Einschluß dispergieren Kohlenstoffs oder anderer galvanisch inaktiver leitender Materialien leitend gemacht werden können und leicht z.B. durch.Gießen, Fräsen und andere Arbeitsgänge in irgendeine gewünschte Form gebracht werden können, sind auf dem Markt erhältlich oder können leicht hergestellt werden. In ihrer bevorzugten Form geht die vorliegende Erfindung davon aus, daß das leitende, jedoch galvanisch inaktive Material eine inhärente Struktur oder nach dem Formen eine selbsttragende Form aufweist. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, weil dieses Material beispielsweise auf ein nichtleitendes Substrat wie Kunststoff aufgeschichtet sein könnte,

Im folgenden wird ferner beschrieben, daß es zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Elektroden gemäß der Erfindung gibt. Das gegenwärtig bevorzugte Verfahren besteht darin einen leitenden Kohlenstoff und ein Metall in Form von Pulver oder kleinen Partikeln in einem Gießharz zu dispergieren, um so ein homogenes Gemisch zu erhalten und dann die Teile in der gewünschten Form zu gießen. Das Gewicht des dispergierten Metalls im Verhältnis zum Gesamtgewicht des fertigen Erzeugnisses kann im Bereich zwischen mindestens 0,7 und 30$ liegen, wobei das Gewicht des Kohlenstoffs des fertigen Erzeugnisses 20 bis 50 % und der Rest ein Gießharz ist. Der bevorzugte Bereich liegt ungefähr bei 15 bis J50 Gew.-$ Metall, 25 bis 30 Gew.-$ Kohlenstoff und 40 bis 60 Gew.-% Gießharz. Innerhalb dieser Bereiche ist genügend Metall in dem gegossenen Gemisch, so daß ein oder mehrere Partikel sicher an der Oberfläche des Leiters liegen, welche den Elektrolyten berührt. Es werden relativ kleine Mengen relativ teueren Metalls verwendet und das Gemisch ist leicht in die gewünschte Form zu gießen.

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Ira folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt einer medizinischen Elektrode

mit einem gemäß der Erfindung hergestellten Leiter,

Fig. 2 eine Ansicht einer Art, in welcher die Leiter

der Elektrode der in Fig. 1 gezeigten Art geprüft werden können,

Fig. 3 einen Schnitt einer ersten Abwandlung, Fig. 4 einen Schnitt einer zweiten Abwandlung, Fig. 5 einen Schnitt einer dritten Abwandlung,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung der Elektrode

der Fig. 5,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer vierten

Abwandlung,

Fig. 8 und 9 Schnitte entlang der Linien 8-8 bzw. 9-9

der Fig. 7,

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung einer fünften

Abwandlung, in welcher ferner ein Anschlußteil eines äußeren Leiters, der damit verwendet werden soll, dargestellt ist,

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Fig. 11 eine perspektivische Darstellung der leitenden

Elektrode der Fig. 10, und

Fig. 12 einen Schnitt einer sechsten Abwandlung..

Fig. 1 zeigt eine Elektrode 10, die von der in Fig. 2 der USA-Patentschrift 3 696 807 gezeigten Art ist, jedoch durch den Einbau eines gegossenen Leiters 28 abgewandelt ist. Der Leiter 28 ersetzt ein zweiteiliges metallenes Schnappbefestigungselement, das in der USA-Patentschrift 3 696 807 beschrieben ist.

Es ist zu sehen, daß die Elektrode zwei einander gegenüberliegende Hohlraumscheiben 12 umfaßt, zwischen denen eine Schaumstoffplatte 22 aus Kunststoffschaum eingeklemmt ist; Jede der Hohlraumscheiben 12 ist kreisförmig und hat einen im allgemeinen flachen Mittelteil 1.4 und einen gekrümmten verstärkenden Wulst 16, der den flachen Mittelteil 14 umgibt. Der Wulst 16 endet an seinem äußeren Rand in einer Kante l8. Jede der Hohlraumscheiben 12 hat ein zentrales Durchgangsloch 20 zur Aufnahme des Leiters 28.

Die Hohlraumscheiben 12 sind jeweils aus relativ dünnem verformten Kunststoffplattenmaterial hergestellt, das im wesentlichen knickfest ist.

Die oben erwähnte Schaumstoffplatte 22 besteht aus einem geschäumten elastischen Material wie Polyvinylchlorid und hat eine Klebstoffschicht 24 aus druckempfindlichem Klebstoff, die auf eine ihrer Oberflächen aufgebracht ist und vor Gebrauch durch ein abnehmbares Papier 25 geschützt wird. Die Schaumstoffplatte 22 hat eine Mittelöffnung 26, die die gleiche Größe wie die Durchgangslöcher 20 in den Hohlraumscheiben 12 hat und mit diesen ausgerichtet ist.

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Die Hohlrauraseheiben 12 werden durch den einteiligen Leiter 28 gegen den Mittelteil der Schaumstoffplatte 22 zusammengepreßt. Es ist zu sehen, daß der Leiter 28 aus einem gegossenen, im allgemeinen zylindrischen Körper 30 besteht, der an einem Ende einen kreisförmigen Plansch 32 zur Bildung einer vergrößerten Oberfläche 33 und am anderen Ende einen Kopf 34 aufweist. Der Kopf 34 hat einen Halsabschnitt 38, der einen verringerten Durchmesser aufweist und zwischen dem äußeren Ende des Kopfes 34 und einem sich nach außen erweiternden konischen Abschnitt 36 angeordnet ist. Der Aufbau ist so, daß der Kopf 34 durch die miteinander ausgerichteten Durchgangslöcher 20 und durch die Mittelöffnung 36 in der dazwischenliegenden Schaumstoffplatte 26 gedrückt werden kann, wodurch die Mittelabschnitte der Hohlraumscheiben 12 und der Mittelabschnitt der Schaumstoffplatte 22 zwischen dem Flansch 32 und dem konischen Abschnitt 36 aufgenommen sind.

Die axiale Länge des Körpers 30 ist so bemessen, daß die Schaurastoffplatte 22 ein wenig zusammengepreßt ist, wenn der Kopf 34 axial durch beide Durchgangslöcher 20 gedrückt ist. Dies führt dazu, daß die Schaumstoffplatte sich in Richtung des Körpers ausdehnt und diesen eng umfaßt. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, drückt der Leiter 28 auch die Hohlraumscheiben 12 mit ausreichender Kraft gegen die Schaumstoffplatte 22, so daß dieser zwischen den Kanten l8 der Hohlraumscheiben eingeklemmt, wird, so daß sichergestellt ist, daß die Schaumstoffplatte 22 relativ zu den Hohlraumscheiben nur geringes Spiel hat.

In Fig. 1 ist zu sehen, daß die Klebstoffschicht 24 auf der Schaumstoffplatte 22 auf derselben Seite der Elektrode angeordnet ist, wie die Oberfläche 33 am Flansch 32 des Leiters Damit die Elektrode elektrokardiografische Signale von der Haut einer zu überwachenden Person aufnehmen kann, kann sie

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ein Polster 40 aus Zellmaterial enthalten, welches mit einem elektrolytischen Gel oder Gelee getränkt ist und die Oberfläche 33 des Leiters 28 berührt. Das Polster 40 ist etwas dicker als die Tiefe der durch die den Plansch 32 berührenden Hohlraumscheibe 12 gebildeten Schale. Daher wird das Polster 40 eng und fest gegen die Oberfläche 33 zusammengedrückt, wenn die mit Klebstoff beschichtete Seite der Schaumstoffplatte 22 gegen die Haut einer Person gepreßt wird.

Die Elektrode 10 \?urde mit dem Ziel ausgelegt, eine billige Elektrode herzustellen, in welcher ein Kunststoff, der durch Dispersion von leitendem Kohlenstoff leitend gemacht ist, in Form des Leiters 28 gegossen werden kann und ausreichende Leistungsfähigkeit für elektrokardiografische überwachung erzielt wird. Wie aus den später beschriebenen zahlreichen Versuchen klar wird, wird'durch bloße Dispersion leitenden Kohlenstoffs in einem gegossenen Kunststoffkörper kein Elektrodenleiter erzeugt, der für elektrokardiografische Zwecke als zufriedenstellend betrachtet werden kann. Wie die folgenden Beispiele zeigen, wird das Problem ungenügender Leistungsfähigkeit eines Kunststoffleiters, der durch Dispersion von Kohlenstoff leitend gemacht ist, durch den einfachen Kunstgriff,mindestens ein Metallteil, das verschwindend klein sein kann, an der Trennfläche zwischen Kunststoff leiter und dem mit Elektrolyten getränkten Polster 40 vorzusehen, überwunden.

Im folgenden werden einige Versuche beschrieben. Fig. 2 zeigt eine Art der Untersuchung der Leistungsfähigkeit von Elektrodenleitern. Die zwei Elektroden 10a bzw. 10b sind im wesentlichen identisch aufgebaut. Die Leiter 28 der zwei Elektroden sind einander so gleich wie möglich ausgebildet. Jede Elektrode steht mit einem eigenen mit Elektrolyt getränkten Schwamm in Berührung, welcher die Oberfläche 33 seines Leiters 28 überlagert. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind die zwei Elektroden Fläche an Fläche

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zusammengesetzt, wobei der mit Elektrolyt getränkte Schwamm 40a, der in der Elektrode 10a aufgenommen ist, in enger Berührung mit dem mit Elektrolyt getränkten Schwamm 40b der Elektrode 10b steht. Zur Vereinfachung kann das Ende des Leiters jeder Elektrode das den mit Elektrolyt getränkten Schwamm berührt als das feuchte Ende des Leiters und das mit Kopf versehene Ende des Leiters das den mit Elektrolyt getränkten Schwamm nicht berührt als das trockene Ende des Leiters bezeichnet werden.

Wie in Pig. 2 gezeigt ist, wird der Halsabschnitt des trockenen Endes des Leiters der Elektrode 10a von einer Krokodilklemme 42a erfaßt. In gleicher Weise wird das trockene Ende des Leiters der Elektrode 10b von einer Krokodilklemme 42b erfaßt. Ein Impedanzmeßgerät 46 ist zwischen den Krokodilklemmen 42a und 42b angeschlossen. Käuflich erhältliche Meßgeräte, die für diese Art von Testversuchen geeignet sind, sind das Lab-Line Lectro mho-Meter, Model MC-I, Mark IV die von der Lab Line Industries, Inc. verkauft werden und das Hewlett-Packard Vector Impedance Meter Model 48OOA. Alle in der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Impedanzmessungen wurden mit 1000 Hz durchgeführt.

Während eine meßbare Verringerung der Impedanz der Leiter und mit Elektrolyt getränkten Schwämme, wie sie in Fig. 2 zusammengebaut sind, im allgemeinen eine verbesserte Leistung anzeigt, wenn eine einzelne Elektrode, die mit dem Typ des zu untersuchenden Leiters zusammengebaut ist, als funktionierende elektrokardiografische Elektrode verwendet werden würde, bestand das letzte Kriterium für die Brauchbarkeit der untersuchten Leiter in einer Wertermittlung der Leistungsfähigkeit einer zusammengebauten Elektrode, wenn sie an der Fläche J5J5 des Leiters von einem mit Elektrolyten geränkten Schwamm berührt und durch die Klebstoffschicht 24 an einer menschlichen Person befestigt war, so daß der mit Elektrolyt getränkte Schwamm die Haut der Person mit dem Leiter verband und elektrokardiografische Spuren sichtbar beobachtet werden

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konnten. Käuflich erhältliche Überwachungsgeräte, die.für diesen Zweck geeignet sind, sind der Cardio-Entinel Monitor, Modell 505-032-050 der von der Mennen-Greatbateh Electronics, Inc. hergestellt wird und wenn eine ständige Aufzeichnung gewünscht ist, ein Hewlett-Packard Electrocardiograf Model I5OOB. Im folgenden* sind verschiedene Versuchsergebnisse zusammengefaßt:

Beispiel I

Fein zerteilter leitender Kohlenstoff, der unter dem Namen Vulcan XC-72 von der Cabot Corporation of Boston, Massachusetts verkauft wird, wurde mittels eines geeigneten Mischgeräts sorgfältig in einem Äthylenvinylacetat-eopolymer dispergiert, das von der US Industrial Chemicals Co., Division of National Distillers & Chemical Corporation, New York, New York erhalten werden kann, um ein gießbares leitendes Kunststoffgemisch mit 70 Gew.-% des Copolymers und 30 Gew.-^ des leitenden Kohlenstoffs zu erhalten. Aus diesem Gemisch wurden mehrere aus Kunststoff bestehende Leiter 28 mit der in Fig. 1 gezeigten Form gegossen.

Beispiel II

Elektroden, wie sie in Fig. 1 zusammengebaut dargestellt sind, wurden unter Verx<jendung des aus Kunststoff bestehenden Leiters des Beispiels I mit mit Elektrolyt getränkten Schwämmen in Berührung gebracht und an menschlichen Personen befestigt. Die an den Personen befestigten Elektroden zeigten schwache Leistung wie durch elektrokardiografische Spuren dargestellt wurde, Vielehe in dem Sinne unregelmäßig waren, daß die aufeinanderfolgenden Herzschlägen gemeinsamen Charakteristika nicht reproduzierbar aufgezeichnet wurden. Solche Unregelmäßigkeiten ergeben sich aus einem unervjünscht hohen Rauschpegel, einer wellenförmigen Störung und manchmal als Ergebnis einer wandernden Basislinie.

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Zwei dieser Elektroden zeigten eine Fläche-zu-Fläche Impedanz von 2685 -Ω. wenn sie in der in Fig. 2 gezeigten Art untersucht wurden.

Beispiel III

Einige aus Kunststoff bestehende Leiter der gemäß Beispiel I hergestellten Leiter wurden zunächst durch Erwärmen eines Endes (Oberfläche 33, Fig. l) jedes Leiter erweicht und dann mit Bleipulver mit einer Kraft in Berührung gebracht, die ausreichte, Bleipartikel in der Oberfläche 33 jedes der Leiter einzubetten, wobei die Korngröße des Bleipulvers 149 ,\x (100 mesh) betrug. Die Menge des eingelagerten Bleis betrug ungefähr 1,2$ des ursprünglichen Gewichts des Leiters. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurden die Leiter mit eingebettetem Blei in einzelnen Elektroden der in Fig. 1 gezeigten Art zusammengebaut und jede mit einem mit Gel imprägnierten Schwamm in Berührung gebracht, wobei die Schwämme mit der Oberfläche der Leiter in Berührung gebracht wurden, in welche Bleipulver eingebettet war. Wenn diese Elektroden an einer Person angebracht waren, ergaben sie elektrokardio· ■ grafische Spuren, die in dem Sinne regelmäßig waren, daß Wellenformen mit leidlicher Reproduzierbarkeit aufgezeichnet wurden. Die Spuren waren auch leidlich frei von einem Wandern der Basislinie und von Hintergrundgeräuschen. Die Spuren stellten eine klar erkennbare Verbesserung der Leistungsfähigkeit der unmodifizierten Leiter aus Kunststoff des Beispiels I dar. Die durchschnittliche Impedanz der einzelnen Elektrodenpaare, bei welchen Blei in den Leitern aus Kunststoff eingebettet war, betrug

Beispiel IV '

Das Beispiel III wurde wiederholt, wobei anstelle von Bleipulver Silberpulver (mit einer Korngröße von 44/U bzw. 325 mesh) in

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einer Menge von ungefähr 1,1 % des ursprünglichen Teilgewiehts verwendet wurde. Die elektrokardiografischen Spuren, die von an einer Person angebrachten Elektrode dieses Beispiels erhalten wurden, waren gegenüber den Spuren stark verbessert, die sich bei Elektroden ergaben, welche die unmodifizierten Leiter aus Kunststoff des Beispiels II enthielten. Die durchschnittliche Impedanz verschiedener Paare von Elektroden mit in den aus Kunststoff bestehenden Leitern eingebettetem Silberpulver betrug 326 ζ> .

Beispiel V

Das Beispiel III wurde wiederholt, wobei anstelle von Bleipulver ein Zinkpulver (mit einer Korngröße von 44 Ai bzw. 325 mesh) in einer Menge von ungefähr 1,1 % des ursprünglichen Teilgewichts verwendet wurde. Wieder wurde die Qualität der elektrokardiografischen Spuren, die bei an einer Person angebrachten Elektroden dieses Beispiels erhalten ivurden, gegenüber den Spuren stark verbessert, die mit Elektroden erzielt wurden, welche die unmodifizierten Leiter des Beispiels I enthielten. Die durchschnittliche Impedanz verschiedener Elektrodenpaare,bei welchen Zinkpulver in die aus Kunststoff bestehenden Leiter eingebettet war, betrug 421 Q. .

Beispiel VI

Der Vorgang des Erweichens der aus Kunststoff bestehenden Leiter des Beispiels I und des Inberührungbringens derselben mit Metallpulver wurde mit den Metallen und Legierungen, wie sie in der Tabelle I aufgeführt sind, wiederholt. Obwohl nicht alle diese Materialien als zweckmäßig für biomedizinische Elektroden angesehen werden können, zeigt die Tabelle Ϊ den starken Abfall der Impedanz, der sich durch die Gegenwart eines kleinen Betrages an Metall an einem Elektrodenelement ergibt. Die Gewichtszunahme

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des Metalls liegt in einem Bereich von 0,3 bis 0,8 % des Gewichtes der unmodifizierten aus Kunststoff bestehenden Leiter, wobei der Durchschnitt bei ungefähr 0,75 # liegt. Durchschnittliche Impedanzwerte Fläche an Fläche zusammengesetzter Paare von Elektroden bei 1000 Hz sind in der Tabelle I aufgeführt.

Tabelle I

Metallpulver durchschnittliche

(Korngröße in/u) Impedanz (Q. )

kein 2685

Eisen (149) 302

Zinn (74) 351

Aluminium (840) 435

Nickel (149) 378

Kupfer (149) 308

Chrom (149) 474

Mangan (250) 475

Magnesium (149) 401

Gold (74) 248

Nickel-Silber (74), kein Eisen enthaltende Legierung aus Nickel, Kupfer
und Zink . 428

Rostfreier Stahl 316 (149) 644

Rostfreier Stahl 304 (149) 526

Titan (840) 392

Wismuth (840) 299

Cadmium (840) 259

Alternativ kann die innige Dispersion leitenden Kohlenstoffs im Copolymer in der Zusammensetzung von 80 Gew.-% Copolymer zu 20 Gew.-^ Kohlenstoff bis zu 50 Gew.-^ Copolymer zu

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50 Gew.-$ Kohlenstoff einschließlich aller möglichen Zwischenwerte zwischen diesen zwei Grenzen variieren. Alternativ kann das Copolymer durch einen anderen Kunststoff wie Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyamid (Nylon), Teflon, Silicongummi oder verschiedene Copolymere der obigen Stoffe und Terpolymere wie Poly(äthylen-propylen-äthyliden-norbonen), das im allgemeinen als EPDM abgekürzt wird, ersetzt werden.

Alternativ kann die oben beschriebene leitende Dispersion durch irgendeine verschiedener leitender fließfähiger Kunststoffzusammensetzungen sowohl thermoplastischer als auch warmaushärtender Art ersetzt werden, die auf dem Markt zur Verfügung stehen. Folgende Materialien haben sich als zweckmäßig erwiesen: Leitendes EPDM, das aus ungefähr 45$ Kohlenstoff und 55$ Terpolymer zusammengesetzt war, welches von Projects Unlimited, Inc. of Dayton, Ohio, erhältlich ist., leitendes Polyvinylchlorid das von Abbey Plastics Corporation, Hudson, Massachusetts erhältlich ist, und leitende Kthylenvinylacetatcopolymer-Dispersionen mit verschiedenen Kohlenstoffgehalten, die von der US Industrial Chemical Corporation, New York, New York erhältlich sind.

Alternativ kann der leitende Kohlenstoff Vulcan XC-72 durch andere käuflich erhältliche leitende Kohlenstoffe ersetzt werden. Der spezifische Widerstand des verwendeten Kohlenstoffs muß eine solche Größe haben, daß er als niedrig betrachtet werden kann. Kohlenstoffe die eine solche Anforderung erfüllen sind im allgemeinen durch kleine Partikelgröße und "high-structure" gekennzeichnet (dieser Ausdruck ist in der Encyclopedia of Chemical Technology, Interscience, New York, 2. Auflage, V4 (1964) Seiten 243-24? und 28O-28I definiert).

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Beispiel VII

Es ist möglich das Metallpulver an einem Ende (Oberfläche 33, Fig. 1) jedes Leiters aus Kunststoff während des Gießens einzubetten. Bei einem Beispiel wurde Silberpulver (44/U bzw. 325 mesh) mittels einer Bürste auf ausgewählte Flächen des Formhohlraums gerade vor dem Gießen des leitenden EPDM aufgebracht; das aus ungefähr 45$ leitendem Kohlenstoff und 55$ Terpolymer zusammengesetzt war, welches von Projects Unlimited, Inc., Dayton Ohio bezogen werden kann. Die durchschnittliche Impedanz Fläche an Fläche angeordneter fertiger Elektrodenanordnungen betrug 186 , während die der aus Kunststoff bestehenden Leiter, welche kein Zusatzmetall enthielten, J>OQS£ betrug.

Beispiel VIII

Das in die Oberfläche des aus Kunststoff bestehenden Leiters ein-. gebettete Metall kann auch die Form kleiner Stücke dünner Folie oder kurzer Stücke feinen Drahtes haben. Bei diesem Beispiel wurden mehrere Leiter aus einer leitenden EPDM Gießmischung gegossen, die aus ungefähr 55$ Terpolymer und 45$ leitendem Kohlenstoff bestand und von der Projects Unlimited Inc., Dayton Ohio bezogen werden kann. Die Form.der gegossenen Leiter war identisch mit der des Beispiels I, ausgenommen, daß ein Einsatz in dem Formhohlraum angeordnet war, so daß die gegossenen Teile jeweils eine zylindrische Vertiefung von ungefähr 1,6 mm (1/16") Durchmesser und 6,4 mm (1/4") Tiefe enthielten, die in der Oberfläche 33 des Leiters angeordnet war, der in Fig. 1 gezeigt ist.

Platinfolie wurde in die Vertiefungen einiger der wie oben beschriebenen , aus Kunststoff bestehenden Leiter gedrückt. Das Gewicht der Platinfolie betrug 12,8$ des ursprünglichen Gewichts der aus Kunststoff bestehenden Leiter. Nach dem Zusammenbau

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der Elektrode und dem Zufügen mit Gel imprägnierter Schwämme betrug die Impedanz bei 1000 Hz Fläche an Fläche liegender Elektrodenpaare &JSi .

Alternativ wurden Platindraht, Goldfolie, Golddraht oder Silberfolie in Beträgen in die Leiter gedruckt, wie sie in Tabelle II dargestellt sind. In Tabelle II sind auch die bei 1000 Hz erreichten Impedanzwerte aufgezeichnet.

	Tabelle II	-	12,8	durchs chni 111iehe
Zusatzmetall	Gewicht des Zu	18,5	Impedanz ( ζί )
	satzes in %	7,2	300
kein	2,8	67
Platinfolie	27,8	- 85
Platindraht		93
Goldfolie		84
Golddraht	49
Silberfolie
Beispiel IX

Aus einem gießbaren leitenden Kunststoffgemisch, das 60 Gew.-% eines Äthylenvinylacetatcopolymers enthält, das von der US Industrial· Chemicals Co. bezogen werden kann und 40 Gew.-^ leitenden Kohlenstoffs mit der Bezeichnung Vulcan XC-72, der von der Cabot Corporation, bezogen werden kann, enthielt, wurden Kunststoffleiter in Form des in Fig. 1 gezeigten Leiters gegossen. Silberfarbe, welche die Bezeichnung SC12 trägt und von der Micro-Circuits Company, New Buffalo, Michigan bezogen werden kann, wurde auf den gesamten Bereich der Oberfläche 33

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wie sie in Fig. 1 bezeichnet ist, mehrerer der gegossenen Leiter aufgebracht, während andere der gegossenen Leiter zur Kontrolle unbemalt gelassen wurden. Nachdem ausreichend Zeit zum Aushärtenlassen der Farbe gelassen war (vollständige Verdampfung eines Lösungsmittels), wurde eine Anzahl der bemalten Leiter gewogen. Dabei wurde festgestellt, daß die abgelagerte Silberfarbe ungefähr 0,6% des Ausgangsgewichts der Teile wog. Sowohl die bemalten Leiter als auch die unbemalten Kontrollleiter des gleichen Herstellungsvorgangs wurden dann in verschiedene Elektroden der in Fig. 1 gezeigten Art eingebaut. Wenn sie mit Elektrolyt enthaltenden Schwämmen in Berührung gebracht und an Personen befestigt waren, ergaben die bemalten Elektroden elektrokardiografische Spuren, die eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit gegenüber den Elektroden zeigten, welche unbemalte Leiter der gleichen Serie enthielten. Die Impedanz eines Fläche an Fläche angeordneten Elektrodenpaares, das mit Silberf arbe bemalte Leiter enthielt, betrug .79 S2 , während die Impedanz von Elektroden, welche unbemalte Kontrolleiter enthielten, ll80 £1 betrug.

Alternativ wurden unbemalte, aus Kunststoff bestehende Leiter aus der oben beschriebenen Serie so mit Silberfarbe bemalt, daß nur 50$ des Bereiches der Oberfläche 33 bedeckt waren. Alternativ wurde auch Silberfarbe auf verschiedene unbemalte Leiter so aufgebracht, daß hur 25$ der Oberfläche 33 bedeckt waren. Auch wurde ein kleiner Fleck Silberfarbe auf die Oberfläche einiger vorher nicht bemalter Leiter aufgebracht. Die Gewichtsbestimmungen der aufgebrachten Silberfarbe und die bei Fläche an Fläche Anordnung auftretenden Impedanzen der zusammengebauten Elektroden sind in der Tabelle III dargestellt. Alle mit Silberfarbe bemalten Leiter führten ungeachtet des bedeckten Bereiches zu fertigen Elektrodenanordnungen, die bessere Leistungen neigten als unbemalte Leiteranordnungen derselben Serie, wenn

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Elektrokardiogramme mit an Personen befestigten Elektroden aufgenommen wurden. _ä

Schließlich wurden aus Kunststoff hergestellte Leiter der gleichen Serie nur mit einem kleinen Punkt Silberfarbe bemalt und dann abgekratzt, während sie durch ein Mikroskop betrachtet wurden, um einige Leiter mit nur einem halb so großen Fleck Silberfarbe und einen anderen Satz Leiter mit einem nur 1/10 großen Fleck Silberfarbe herzustellen. Die geschätzten Gewichte der verbleibenden Farbe und die Impedanzen bei Fläche an Fläche angeordneten Elektroden sind in Tabelle III dargestellt.

	Tabelle III	durchschnittliche
mit Silberfarbe	Gewicht der	Impedanz ( 52 )
bedeckte Fläche	Silberfarbe
	in f	1180
O	0	79
lOOfo	0,60	94
50#	0,33	96
25^	0,20	260
kleiner Fleck	0,09

1/2 des kleinen Flecks 1/10 des kleinen Flecks

0,045 (geschätzt) 3βΟ 0,009 (geschätzt) 420

Beispiel X

Es ist möglich, aus Kunststoff gegossene Leiter herzusteilen, die auf der Oberfläche des gegossenen Leiters eingebettete und durch ein Mikroskop sichtbare Metallpartikel enthalten, indem die Metallpartikel in einen Kunststoff gemischt werden, der vordem Gießen durch Kohlenstoff leitend gemacht wurde. Dieses

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kann am leichtesten durchgeführt werden, indem sowohl ein leitender Kohlenstoff als auch ein Metallpulver in dem gesamten zu gießenden Kunststoff innig dispergiert werden, um ein optimales Gemisch im Hinblick auf die Homogenität zu erhalten.

Bei diesem Beispiel werden 30 Gewichtsteile Vulcan JC-72 und 15 Gewichtsteile Silberpulver sorgfältig in 55 Gewichtsteilen eines Äthylenvinylacetatcopolymers dispergiert, um ein gießfähiges, leitendes Kunststoffgemisch zu erhalten. Leiter, welche aus einem Gemisch aus 40 Gewichtsteilen Vulcan XC-72 und 60 Gewichtsteilen Äthylenvinylacetatcopolymer gegossen sind, aber kein hinzugefügtes Metall enthalten, werden zur Kontrolle verwendet. Mehrere Leiter wurden aus dem Silberpulver enthaltenden Gemisch gegossen und in Elektroden gemäß Pig. I eingebaut. Dann wurden sie mit Gel imprägnierten Schwämmen in Berührung gebracht. Wenn sie an Personen befestigt waren, ergaben diese Elektroden elektrokardiografische Spuren, die regelmäßig, frei von einem Wandern der Basislinie und frei von Hintergrundgeräuschen waren und eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit gegenüber den Kontrolleitern darstellten, welche kein Zusatzmetall enthielten. Die typische Impedanz einiger Elektrodenpaare in Fläche-an~Fläche-Anordnung, welche über die Kunststoffleiter sorgfältig verteilte Silberpulver enthielten, betrug 143 52 » während die repräsentative Impedanz der Kontrollelektroden, welche kein Zusatzmetall enthielten, 5β00 Sl betrug.

Alternativ wurde das Silberpulver durch andere Metalle und Legierungen ersetzt, wobei sich Impedanzen bei Fläche«an-Fläche-Anordnung der Elektroden ergaben, wie sie in Tabelle IV dargestellt sind.

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Tabelle IV

Elektrodenimpedanzen bei 1000 Hz 55 EVA/30 Kohlenstoff/15Metall-Leiter

Zusatzmetall durchschnittliche

Impedanz ( J2 )

kein ■ 5600

Silber 44 ,u 143

Eisen 149/U 174

Nickel-Silber 74 ,u 800

Rostfreier Stahl 304 149/U 1230

Rostfreier Stahl 316 149 ,u 1430

Zink 44/u 2β9

Beispiel XI

Weitgehende Änderungen der Gewichtsverhältnisse des Gießharzes zu leitendem Kohlenstoff.und zu Metall in dem gießfähigen leitenden Kunststoffgemisch des Beispiels X haben sich als zweckmäßig erwiesen. Die in Tabelle V dargestellten Zusammensetzungen wurden alle zu Leitern vergossen und aus den Leitern wurden Elektroden gemäß Fig. 1 hergestellt, die bei Befestigung an Personen elektrokardiografische Spuren ergaben, welche Verbesserungen der Leistungen der beim Beispiel X beschriebenen Kontrolleiter darstellten.

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Tabelle V

Gewichtsprozente der Gemischbestandteile Gießharz Kohlenstoff Silberpulver

15 15 9 15 9 15 15 15 9 15

41	50
45	40
50	55
51	40
55	30
56	35
56	29
57	28
59	26
61	30
61	24
Beispiel XII

Die Menge des Zusatzmetalls, das sorgfältig in dem gesamten gießfähigen leitenden Kunststoffgemisch des Beispiels X dispergiert ist, kann weniger als 1% des Gesamtgewichts des Gemischs betragen. Bei diesem Beispiel wurde ein Gemisch aus 94 Gew.—% leitendem EPDM Gießharz, das von Projects Unlimited, Inc. Dayton Ohio bezogen werden kann, mit β Gew.-% Silberpulver verwendet, um mehrere Leiter aus Kunststoff gemäß dem Beispiel I herzustellen. Alternativ wurden in ähnlicher Weise Gemische mit 3 Gew. Silber/97 Gew.■?% Harz und 0,7 Gew.-^ Silber/99,3 Gew-# Harz hergestellt.

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Elektroden, die mit Gel imprägnierten Schwämmen zusammengesetzt und an Personen angebracht waren, ergaben bei allen drei oben beschriebenen Zusammensetzungen elektrokardiografische Spuren, die Verbesserungen der Leistungsfähigkeit gegenüber Leitern aus Kunststoff darstellten, welche kein Zusatzmetall enthielten.

Beispiel XIII ^ ' .

Die praktische obere Grenze des sorgfältig in dem gesamten gießfähigen leitenden Kunststoffgemisch dispergierten Zusatzmetalls gemäß Beispiel X ist nicht bekannt, kann jedoch zumindest 30 Gew.-$ des Gesamtgewichts des Gemisches betragen. Bei diesem Beispiel wurde eine Reihe leitender Kunststoffgemische hergestellt, bei welchen das¹ Gewichtsverhältnis eines Äthylenvinylacetatgießharzes zum darin dispergierten leitenden Kohlenstoff relativ konstant blieb und die Menge des dispergierten Zinkpulvers von 15 Gew.-^ bis 30 Gew.-^ des Gesamtgewichts des Gemisches geändert wurde.

Nach dem Gießen in Form von Leitern und dem Zusammenbau in Elektroden gemäß Pig. 1 und anschließendem Anbringen über mit Elektrolyt getränkte Schwämme an Personen wurden in allen Fällen elektrokardiografische Aufzeichnungen erhalten, die. Verbesserungen gegenüber der Leistungsfähigkeit von aus Kunststoff bestehenden Leitern darstellten, welche kein Zusatzmetall enthielten. Wie in Tabelle VI gezeigt ist, reflektieren die Impedanzwerte der Fläche-an-Fläche angeordneten Elektrodenpaare die Metallmenge im Gemisch. Steigende Metallbeträge ergeben fallende Impedanzwerte.

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	Tabelle	t	Kohlenstoff	VI ·	durchschnittliche	Ohm
Gew. -5		30		Impedanz	1250
	28	Zinkpulyer	700
EVA Harz	28	15	530
55	24.8	20	195
52	22
50	30
45.2

Bei allen Beispielen mit Ausnahme des Beispiels XIII bestand die elektrolytische Lösung aus einem Gemisch von Wasser, einem im Wasser quellenden Schleim, und 7% Natriumchlorid, bezogen auf das Gewicht der elektrolytischen Lösung. Beim Beispiel XIII enthielt die elektrolytische Lösung ein Gemisch aus Wasser, einem in Wasser quellenden Schleim und 15% Natriumsulfat, bezogen auf das Gewicht der elektrolytischen Lösung.

Die Nachteile von Elektroden aus verschiedenen unlegierten Metallen, wie Elektroden mit einer Silberschicht über Kupfer traten bei der Verwendung von gemäß der Erfindung hergestellten Elektroden nicht auf. Dieser Vorteil scheint sich aus der Tatsache zu ergeben, daß der leitende Kunststoff eine galvanisch inerte Substanz ist, die den Elektrolyten elektrolytisch nicht beeinflußt. So braucht das Metall keine vollständige Trennung zwischen dem Elektrolyten und dem leitenden Kunststoff zu bilden und daher kann die an der Zwischenfläche des Elektrolyten vorhandene Metallmenge außerordnetlich kein sein. Was auch immer die Gründe hierfür sein mögen, so ergeben die medizinischen Elektroden, x^elche gemäß der Erfindung hergestellte Leiter

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verwenden, bei der■Anwendung mit üblichen Elektrolyten und gewöhnlicher käuflich erhältlicher Anzeigeausrüstung Signalaufzeichnungen sowohl mit sehr stabilen Grundlinien als auch regelmäßigen und sich wiederholenden Wellenformen.

Metalle unterscheiden sich häufig von nichtmetallischen Elementen oder Zusammensetzungen durch ihre Leitfähigkeit und ihre Fähigkeit positive Ionen zu bilden. Dieser Unterschied ist allen Metallen einschließlich der in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen Legierungen eigen. Die vorhergehenden Beispiele zeigen demzufolge, daß das Vorhandensein irgendeines Metalls, das sicher an der Oberfläche 33 des Leiters 28 befestigt oder in diesen eingebettet ist, so daß es einen Teil des in dem gesamten Leiter 28 verteilten leitenden Kohlenstoffs berührt, wirksam ist, wenn es mit einem kompatiblen Elektrolyten in Berührung kommt, mit welchem der Schwamm 40 getränkt ist, so daß die Leistungsfähigkeit der Elektrode materiell erhöht wird_. Das ausgewählte Material und der ausgewählte Elektrolyt arbeiten gewöhnlich zusammen, um eine erhöhte Leistungsfähigkeit zu erzeugen und können daher als kompatibel betrachtet werden, wenn das Metall galvanisch aktiv ist, wenn es mit dem Elektrolyten in Kontakt ist und auf die Haut einer Person aufgebracht ist. Wie oben erläutert wurde, hängt die Auswahl des Metalls und des Elektrolyten von dem beabsichtigten -Verwendungszweck der Elektrode ab und irgendeine ausgewählte Metall-Elektrolyt-Kombination muß unter wirklichen Anwendungsbedingungen auf ihre besonderen Charakteristika untersucht werden.

Bei manchen Anwendungsfällen, wie Atemluft-Mengenmessungen, ist die mit den erfindungsgemäßen Elektroden erzielte relativ niedrige Impedanz der Hauptvorteil. Für elektrokardiografische Zwecke sollte die Metallelektrolyt-Kombination in dem Sinne arbeiten, daß sowohl eine stabile Basislinie als auch regelmäßige und wiederholte Wellenformen erzeugt werden. Die bisherigen

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Versuche zeigen, daß irgendein an der Zwischenfläche des leitenden Kunststoffs angeordnetes Metall verbesserte Ergebnisse im Vergleich zu leitendem Kunststoff ohne Metall ergeben. Jedoch wird die Beständigkeit solcher verbesserten Ergebnisse und die Größe der Verbesserung, die beobachtet werden kann, durch die Eigenschaften des verwendeten Metalls und des verwendeten Elektrolyten beeinflußt. Z.B. vertragen sich Partikel aus Aluminium und rostfreiem Stahl nicht mit Natriumchlorid-Elektrolyten bei der Anwendung bei elektrokardiografischen Aufzeichnungen, weil unregelmäßige Muster gebildet werden. Natriumsulfatelektrolyten vertragen sich jedoch bei elektrokardiografischen Anxvendungen sowohl mit Aluminium als auch mit rostfreiem Stahl.

Silber hat sich besonders bei "vorgefüllten" Elektroden als zweckmäßig erwiesen, die gemäß der Erfindung hergestellt sind, wobei . die Elektrode mit einem 'mit Elektrolyt getränkten Schwamm versehen ist, welcher den Leiter der Elektrode erfaßt. Die bevorzugten Elektrolyten zur Verwendung mit Silber sind Natriumohlorid-Lösungen. Solche Elektroden sind über lange Zeiträume bemerkenswert stabil, wenn sie zuerst in der Packung während eines Zeitraums von Stunden oder Tagen gealtert werden, während das Metall mit dem Elektrolyten in Kontakt bleibt. Außer der Bequemlichkeit, die durch Vorfüllen mit einem Elektrolyten geboten wird, haben sich diese Elektroden bei Langzeitaufzeichnungen ausgezeichnet bewehrt.

Eine gemäß der Erfindung hergestellte Elektrode, bei welcher das galvanisch aktive leitende Material Zink ist, hat¹sich bei trockenen Elektroden als außerordentlich erwünscht erwiesen. In der Praxis wird eine trockene Elektrode ohne einen Elektrolyten verpackt. Die Elektrode wird mit dem Elektrolyten unmittelbar vor Gebrauch in Berührung gebracht. Elektroden mit einem aus Zinkpartikeln in einem leitenden Kunststoff hergestellten Leiter, die gemäß der Erfindung hergestellt sind, ergeben bei

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elektrokardiografischen Zwecken eine stabile Basislinie, die unmittelbar auf eine Berührung entweder mit einem Natriumchlorid oder einem Natriumsulfatelektrolyten erfolgt. Jedoch wird die Stabilität der Basislinie nicht zuverlässig über einen Zeitraum von einigen Stunden oder Tagen aufrechterhalten. Daher sollten erfindungsgemäße Elektroden, die-mit Zink hergestellt sind, nicht vorgefüllt werden'.

Wenn mehr als ein Metallpartikel an der Zwischenfläche zum Elektrolyten hin vorhanden ist, bestehen alle Metallpartikel vorzugsweise aus demselben Metall oder Legierungen derselben chemischen Zusammensetzung. Wenn verschiedene unlegierte Metalle an der Zwischenfläche zum Elektrolyten vorhanden sind, tritt eine Unstabilität der Basislinie auf, welche dazu führt, daß keine regelmäßigen elektrokardiografischen Spuren erhalten werden. Aus den gleichen Gründen sollten die an der Zwischenfläche zum Elektro- . Iyten vorhandenen Metalle oder Legierungen vorzugsweise im wesentlichen rein sein.

Fig. 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Dispersion von Metallpartikeln 35 in dem gesamten Körper des Leiters 28. Diese Ausführungsform wird gegenwärtig wegen ihrer Einfachheit bei der Herstellung bevorzugt, weil der leitende Kunststoff und die Metallpartikel nach dem Vormischen in einem Arbeitsgang gegossen werden können. Jeder der zuvor beschriebenen Leiter mit den verschiedenen beschriebenen Bereichen in bezug auf das Gewicht der dispergierenden Metallpartikel kann verwendet werden. Gegenwärtig werden ungefähr 15 Gew.-^ Metallpartikel bevorzugt, wenn das Metall Silber ist, v/eil es sich ergeben hat, daß dann ausreichend Partikel in dem gegossenen Gemisch vorhanden sind, wenn unverändert einige Partikel an der Zwischenfläche vorhanden,sind. Ein höherer Prozentsatz der Silberpartikel fördert die Stabilität der Arbeitsweise der Elektrode nicht wesentlich und steigert die Kosten. Wenn das Metall Zink ist, werden gegenwärtig ungefähr 30 Gew.-$ Metallpartikel bevorzugt. Der höhere Zinkgehalt führt während des Gebrauchs zu einer längeren stabilen Periode.

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Erheblich höhere Prozentsätze der Metallpartikel können zu Schwierigkeiten beim Gießen führen.

Es versteht sich natürlich, daß der Leiter 28 auch fein verteilten leitenden Kohlenstoff enthält, der im gesamten Körper des Leiters dispergiert ist. Es wurde kein Versuch unternommen die Kohlenstoffpartikel einzeln darzustellen. Bei der Erreichung ausreichender Leitfähigkeit und guter Gießeigenschaften liegt der bevorzugte Bereich von Kohlenstoff zum Gewicht des Endproduktes bei 30 bis 35 Gew.-^ und das Gewicht des Gießharzes bei 40 bis 60%.

Die vorhergehenden Beispiele haben gezeigt, daß es für ein zufriedenstellendes Arbeiten der Elektrode ausreicht, wenn nur eines der in dem gesamten Leiter 28 dispergierten Metallpartikel an der Zwischenfläche zwischen der Oberfläche 33 des Leiters und dem mit Elektrolyt getränkten Schwamm 40 angeordnet ist.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des bevorzugten Ausführungsbeispiels, bei welchem der Leiter 28 mit Preßsitz in einen Teil 37 eines herkömmlichen Einschnappbefestigungselements gedruckt ist. Pur die Arbeitsweise dieses Ausführüngsbeispieles ist es unerheblich, ob das Teil 37 irgend etwas von dem eingebetteten Metall berührt. Es ist lediglich wichtig, daß das Teil 37 den Leiter 28 eng umfaßt.

Das Teil 37 ergibt eine bequeme Einrichtung zur Verbindung der Elektrode des bevorzugten Ausführungsbeispiels mit einem Anzeigegerät, das bereits käuflich erhältlich ist.

Pig. 4 zeigt eine weitere Abwandlung, bei welcher der Leiter 28 wieder durch ein herkömmliches Teil 37 eines Einschnappbefestigungselements geschützt ist und zur Veranschaulichung eines Extrems der vorliegenden Erfindung nur ein einziges Metallpartikel 35 in der Oberfläche 33 des Leiters 28 verankert

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Auch -wenn es nicht besonders dargestellt ist, versteht es sich wiederum, daß der Leiter in allen Figuren der Zeichnung aus einem Kunststoff besteht, in welchem fein verteilter leitender Kohlenstoff dispergiert ist. Andere formbare Nichtleiter, wie Gummi oder Keramik, die durch eingeschlossenen Kohlenstoff leitend gemacht sind, können ebenfalls mit einem Metall verwendet werden, das galvanisch aktiv ist. Gegenwärtig scheint Kohlenstoff das einzig verfügbare leitfähige Material zu sein, das in einem Nichtleiter dispergiert werden kann, um einen galvanisch inaktiven Leiter herzustellen. Wenn jedoch andere solche Materialien vorhanden sind, die verfügbar sind oder nicht, wären sie bei der Anwendung dieser Erfindung zweckmäßig.

Während der Leiter 28 als von der Hohlraumscheibe 12, welche den Plansch j52 aufnimmt, getrenntes Teil beschrieben ist, versteht es sich für Fachleute, daß er einstückig mit der Hohlraumscheibe 12 hergestellt werden kann. Insoweit, als der.beste elektrische Weg zwischen dem Leiter 28 und der Haut einer Person, der durch den Elektrolyten vorgesehene VJeg ist, ist es unwichtig, ob die Hohlraumscheibe 12 ebenfalls leitend ist und dieselbe Zusammensetzung wie der Leiter 28 hat. So liegt es vollständig im Anwendungsbereich der Erfindung, die obere Hohlraumscheibe 12 (Fig. 1) einstückig mit dem Leiter 28 auszubilden.

Die Fig. 5 bis 12 stellen andere Formen medizinischer. Elektroden unter Anwendung der vorliegenden Erfindung dar. Diese Figuren der Zeichnung geben einen Teil einer Andeutung über die große Vielzahl medizinischer Elektrodenkonstruktionen, die durch die Erfindung möglich wird.

Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Elektrode 50 mit einem einteiligen scheibenförmigen Leiter 52, der einen vorspringenden Nabenabschnitt 5^ aufweist, von xielchem wiederum ein zentraler Kopf 56

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wegragt. Der Kopf 56 hat ein innen gekerbtes Loch 58, das zur Aufnahme eines Steckers oder einem anderen elektrischen Verbindungsteil zu einer externen Anzeigeeinrichtung geeignet ist. Der Nabenabschnitt 54 ist von einer kreisförmigen Schaumstoffplatte 60 umgeben, die eine mit einem abnehmbaren Deckblatt 64 bedeckte Klebstoffschicht 62 aufweist. Die Klebstoffschicht 62 steht auch mit der Fläche des Scheibenabschnitts des Leiters in Verbindung, welcher den Nabenabschnitt 54 umgibt. Wie für mit Elektroden Vertraute klar ist, kann die Elektrode 50 sehr billig hergestellt x-jerden, insbesondere weil der Leiter 52 mit seinem Nabenabschnitt 54 und seinem Kopf 56 in einem Stück aus einem durch Einschluß von Kohlenstoff und einem geringen Prozentsatz von Metallpartikeln leitend gemachten Kunstharz gegossen werden.kann. Die Elektrode 50 ist zur Verwendung als sogenannte trockene Elektrode gedacht. Bei Gebrauch wird der Elektrolyt unmittelbar vor der Anwendung auf die freiligende Fläche des Leiters 52 aufgebracht. Das bei der Herstellung des Leiters 52 vorzugsweise verwendete Metall ist Zink, weil Zink das bevorzugte Metall für trockene Elektroden ist, wie oben erläutert wurde.

Die Fig. 7, 8 und 9 zeigen eine Elektrode 66 mit einer einteiligen leitenden Platte 68, einer Art die geeignet ist, an einem Glied eines Patienten mittels eines Bandes 70 aus Gummi oder Kunststoff angebracht zu werden. Zum bequemen Zusammenbau mit dem Band 70 ist die Platte 68 mit einem ersten nach oben ragenden Ansatz oder Knopf 74 und einem zweiten nach oben ragenden Ansatz oder Knopf 76 versehen. Die Knöpfe 74 und 76 können innerhalb von Öffnungen 78 aufgenommen werden, die mit Abstand zueinander über die Länge des Bandes 70 verteilt sind. Der zweite Knopf 76 ist oben auf einem als Steckerkontaktteil dienenden Kopf 80 angebracht, der integral oder in anderer Weise als Teil der Platte 68 ausgebildet ist. Der Kopf 80 hat ein innen gekerbtes Loch 82 zur Aufnahme eines entsprechenden Steckers und ist an seinem äußeren Ende von einer Senkbohrung 84 umgeben, deren

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Zweck unten in Verbindung mit Pig. Il erläutert werden wird. Gemäß der Erfindung hat die Platte 68 ebenfalls mindestens ein Metallteil an der den Elektrolyten berührenden Oberfläche 72. Elektroden mit nach oben ragenden Ansätzen oder Knöpfen sind nicht neu. Eine dieser Elektroden ist z.B. in der USA-Patentschrift 2 895 479 beschrieben. Jedoch sind die Vorteile eine solche Elektrode als einteilig gegossenes Teil anstatt aus Metall herzustellen leicht erkennbar.

Die Fig. 10 und 11 zeigen eine Saugelektrode 86 mit einem einteiligen Leiter 88. Der in Pig. Il am besten dargestellte Leiter 88 umfaßt eine im wesentlichen halbkuglige Schale 90 mit einem hohlen zylindrischen Ansatz 92, der sich zur Schale 90 öffnet und ein Steckeranschlußteil 9^·

Der zylindrische Ansatz 92 paßt eng in den Hals einer elastischen hohlen Birne 96, um so eine Verbindung zum Luftstrom zwischen der Innenseite der Birne 96 und der Schale 90 herzustellen. Beim Gebrauch wird ein elektrolytisches Gel auf die Umfangskante 98 des Bechers 90 oder auf den Patienten geschmiert und die Birne 96 wird zusammengedrückt. Die Umfangskante 98 wird dann mit der Haut in Eingriff gebracht und die zusammengedrückte Birne wird losgelassen, worauf ein partielles Vakuum in der Schale 90 erzeugt wird, um sie in festen elektrischen Kontakt mit dem die Haut bedeckenden Elektrolyten zu halten.

Das Steckeranschlußteil 9²J- hat ein innen mit Kerben versehenes Loch 100, das sich zu einer Senkbohrung 102 zur Aufnahme eines Steckerstifts 10^ öffnet, das in herkömmlicher Weise von einem Isolator umgeben ist, der einen ersten Abschnitt I06 mit kleinerem Durchmesser und einen zweiten Abschnitt 108 mit größerem Durchmesser aufweist. Der Innendurchmesser des mit Kerben versehenen Lochs 100 ist so, daß der Steckerstift 104 eng darin

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in sicherem Eingriff mit dem leitenden Kunststoff aufgenommen wird, aus welchem die Kerben gebildet sind. Der Durchmesser der Senkbohrung 102 ist nur ein wenig größer als der Durchmesser des ersten Abschnitts 10β des Isolators, so daß dieser Abschnitt 106 bei in der Loch 100 eingestecktem Steckerstift 1θ4 in der Senkbohrung aufgenommen ist und das Loch 100 wirksam abdichtet. Aufgrund dieser Auslegung besteht nur geringe Aussicht, daß der an der Umfangskante der Schale verwendete Elektrolyt zufällig mit dem leitenden Steckerstift 104 in Berührung kommt. Wie mit der Technik vertraute Fachleute verstehen werden, wird der Kontakt zwischen einem Elektrolyten und dem äußeren Leiter wegen der zusätzlichen galvanischen Reaktion die bei der Herstellung eines solchen Kontaktes auftreten würde, vermieden.

Natürlich sind solche mit Saugwirkung arbeitenden Elektroden nicht neu. Die mit Saugwirkung arbeitende Elektrode 86 gemäß der Erfindung ist jedoch erheblich weniger teuer und bietet doch die gesamten Vorteile bekannter, mit Saugwirkung arbeitender Elektroden. Eine bekannte Saugelektrode ist in der USA-Patentschrift 2 580 628 beschrieben. Die mit Saugwirkung arbeitende Elektrode 86 gemäß der Erfindung ist d.er in Fig. 3 erwähnten Patentschrift gezeigten Elektrode am.ähnlichsten. Während jedoch die patentierte Einrichtung vier Metallteile benötigt, insbesondere die Schale, ein Anschlußteil 37* eine Klemme und eine Schraube für die Klemme, welche alle bearbeitet und poliert werden müssen, erfüllt der einteilig gegossene Leiter 88 der vorliegenden Erfindung alle Funktionen der oben genannten Teile und ergibt zusätzlich mittels des isolierenden Teils I06, welcher den Steckerstift 1θ4 umgibt, einen Aufbau, welcher zufälligen Kontakt zwischen dem Elektrolyten und dem Steckerstift gut verhindert. Die Senkbohrung 84--des Kopfes 80 der in den Fig. 7 bis 9 dargestellten Elektrode dient dem gleichen Zweck.

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Die mit Saugwirkung arbeitende Elektrode 86 ist in den Pig. IO und 11 größer dargestellt als sie normalerweise ist. Obwohl die den Elektrolyten berührende Fläche der Kante 98 ziemlich klein ist, sind mit Saugwirkung arbeitende Elektroden 86 gemäß der Erfindung im Betrieb ziemlich zufriedenstellend, weil für ein genaues Arbeiten, wie bereits bemerkt wurde, nur ein sehr kleines Metallpartikel an der Kante 98 vorhanden sein muß. Es wurden mit Saugwirkung arbeitende Elektroden zufriedenstellend untersucht, bei xvelchen der Leiter 88 mit dispergierten Metallpartikeln, wie bei anderen, oben beschriebenen Elektroden, hergestellt waren.

In Fig. 12 ist eine weitere Elektrode 110 dargestellt, die nur aus einem einzigen Stück leitenden Kunststoff gemäß der Erfindung mit dispergiertem Metall besteht, bei welchem ein Metallleiter 112 zum Anschluß an ein entfernt angeordnetes Anzeigegerät eingebettet ist. Der Bereich der Elektrode 110, welcher den Teil desselben umgibt, der den eingebetteten Metalleiter 112 aufnimmt, ist mit einem v/armschmelzenden Isolator 114 abgedeckt. Diese Art Elektrode kann beispielsweise direkt am Rücken eines bettlägrigen Patienten angebracht werden oder es kann ein nicht dargestelltes Klebteil verwendet werden, um die Elektrode mit dem Patienten in Kontakt zu halten. Der Metallleiter 112 kann sich direkt zum Anzeigegerät erstrecken oder kann ein nicht dargestelltes äußeren Anschlußstück zur Verbindung mit einem anderen Leiter aufweisen. Er kann in die Elektrode 110 aus leitendem Kunststoff während des Gießens oder durch andere Verfahren eingebettet werden.

Während die Erfindung unter Bezugnahme auf ihre Verwendung bei medizinischen Elektroden, wie sie bei der Herstellung von elektrokardiografischen Spuren verwendet werden, beschrieben wurde, versteht es sich, daß der Leiter gemäß der vorliegenden

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Erfindung bei irgendeiner Anwendung geeignet ist, bei welcher der Leiter zu einer Quelle periodisch sich -ändernder Signale
mittels eines Elektrolyten überbrückt werden muß, der mit mindestens einem Metallpartikel in Berührung steht, der in die Oberfläche des Leiters eingebettet oder in anderer Weise daran befestigt ist.

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Claims

Patentansprüche

Medizinische Elektrode mit einem elektrischen !Leiter, der eine zum Aufrechterhalten elektrischen Kontaktes mit einer Person über einen dazwischenliegenden Elektrolyten geeignete Fläche und einen von der Fläche entfernten Teil zum elektrischen Anschluß an ein Anzeigegerät aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (28) aus einem Leitermaterial besteht, das galvanisch inaktiv ist und. aus einem Leitermaterial (35)* das galvanisch aktiv ist, und daß das galvanisch aktive Material zumindest an der Oberfläche (33) vorhanden ist.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch g e - „ kennzei chnet. , daß der galvanisch inaktive Leiter ein nichtleitendes Bindemittel enthält., das durch Einschluß · elektrisch, leitenden Kohlenstoffs,der vollständig darin dispergiert ist, leitend geworden ist.
3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitende Kohlenstoff in einer Menge von 20 bis 50 Gew.-% des Leiters vorhanden ist.
4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoff in einer Menge von 25 bis 30 Gew.-% vorhanden ist.
5. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das galvanisch aktive Leitermaterial ein Metall ist.

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6. Elektrode nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet-, daß das Metall aus mindestens einem Metallpartikel besteht, das in die Oberfläche eingebettet ist.
7· Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem galvanisch inaktiv leitenden Material mehrere Metallpartikel dispergiert sind, und daß das eine Metallpartikel eines der Metallpartikel ist.
8. Elektrode nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß das Metall an der Oberfläche haftet.
9. Elektrode nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Silber ist.
10. Elektrode nach ,Anspruch 9j dadurch g e kennz e i ohne t , daß die Konzentration des Silbers im Leiter im Bereich von 0,7 bis 30 Gew.-^ liegt.
11. Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Silbers im Leiter ungefähr 15 Gew.-% beträgt.
12. Elektrode nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Zink ist.
13. Elektrode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Zinks im Leiter ungefähr 30 Gew.-% beträgt.

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14. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (28) aus einem gegossenen Kunststoff besteht.
15. Elektrode nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie so geformt ist, daß sie einen im allgemeinen zylindrischen Körper mit einem kreisförmigen Flansch (32) an einem Ende desselben und einen Kopf (3¹O am anderen Ende desselben enthält, daß die Oberfläche (33) zur Berührung mit dem Elektrolyten die Oberfläche des Flansches gegenüber dem Kopf ist und daß der Abschnitt zur Verbindung mit dem Anzeigegerät den Kopf umfaßt.
16. Elektrode nach Anspruch I5, gekennzeichnet durch ein metallenes Teil (37) eines Befestigungselements,, in welches der Kopf (3²O mit Preßsitz eingesetzt ist.
17♦ Elektrode nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf (56, 80, 90) mit einem Loch (58, 82, 100) zur Aufnahme eines leitenden Steckerstifts zur Verbindung mit dem externen Anzeigegerät versehen ist.
18. Elektrode nach Anspruch I7, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (52) scheibenförmig mit einem vorstehenden Nabenabschnitt (5¹O ausgebildet ist, von welchem zentral der Kopf (56) wegragt, welcher das Loch (58) aufweist.
19. ' Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g'ekennz e i chnet , daß sie als saugende Schale (90) mit einer Einrichtung (92) zum Anschluß an eine elastische Birne (96) ausgebildet ist.

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20. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrolyt mit der Fläche (33) des Leiters in Berührung steht.
21. " ' Elektrode nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt ein Polster (40) aus Zellmaterial umfaßt, das mit Elektrolytgelee getränkt ist.
22. Verfahren zum Erfassen von Biopotentialen, dadurch gekennzeichnet, daß die Haut,von welcher die Biopotentiale erfaßt werden sollen, mit einem Elektrolyten mit dem Leiter der Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Berührung steht, und daß der Leiter elektrisch mit einem Signalanzeigegerät verbunden ist.

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