DE7626334U1

DE7626334U1 - Elektrode zum uebertragen von elektrischen signalen durch die haut hindurch

Info

Publication number: DE7626334U1
Application number: DE7626334U
Authority: DE
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1975-04-14
Filing date: 1976-03-22
Publication date: 1977-06-02
Also published as: GB1520351A; JPS51124082A; IT1059969B; DD124709A5; ES445991A1; BR7602148A; SE7604323L; CH597872A5; FR2307553A1; BE840524A; NL7602970A; CA1067963A; DK135976A; US4008721A; DE7608817U1; ZA761454B; DE2612130A1; AU1259376A

Description

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PATENTANWALT DlPL-ING. GERHAKD SCHWAN 1%f^

ELFENSTRASSE 32 ■ D-8000 MÜNCHEN 83 ^-\

\> März 1977

MEDTRONIC. INC.
3055 Old Highway Eight, Minneapolis, Minn. 5544O/V.St.A.

Elektrode zum Übertragen von elektrischen

Signalen durch die Haut hindurch J

Die Erfindung betrifft eine Elektrode zum Übertragen von elektrischen Signalen durch die Haut hindurch, mit Anschlußdraht.

i Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit Elektroden, die als J Sendeelektroden, und nicht nur als Überwachungselektroden, benutzt werden sollen, um elektrische Energie in erheblicher Stärke auf den menschlichen Körper zu übertragen. Die Stromstärken, die bei Überwachungselektroden oder Meßelektroden auftreten, sind so gering, daß für die auf dem Markt befindlichen Überwachungselektroden leitende Gelees und dergleichen in großem Umfang vorgesehen werden. Solche geleeartigen Elektroden sind jedoch mit einer Reihe von Nachteilen behaftet. 1

Eine auf der menschlichen Haut anzubringende Elektrode, die verwendet werden soll, um in den menschlichen Körper elektrische Energie einzubringen, soll einer Reihe von Anforderungen genügen. Die Elektrode soll auch von Laien ohne weiteres gehandhabt werden können, so daß für ihre Anbringung und Be-

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nutzung keine besondere Geschicklichkeit oder Spezialausbildung benötigt wird. Die Handhabung soll mit einem Minimum an Sorgfalt möglich sein; Verschmutzungen, wie sie bei der Benutzung von leitenden Gelees häufig unvermeidbar sind, sollen vermieden werden. Mit der Hautelektrode soll ein guter elektrischer Kontakt erzielt werden, der die Übertragung von Strömen ermöglicht, die im Vergleich zu den bei Überwachungselektroden auftretenden Strömen relativ hoch sind. Die Elektrode soll viele Tage lang an Ort und Stelle belassen werden können, während der die Elektrode tragende Patient seiner normalen Tätigkeit nachgeht. Um auf der Haut des Patienten halbpermanent angebracht werden zu können, muß die Elektrode so beschaffen sein, daß sie das Wachstum von Bakterien oder anderen Mikroorganismen im Bereich zwischen Elektrode und Haut wirkungsvoll hemmt. Weil die Elektrode dazu bestimmt ist, in die Haut des Patienten eine verhältnismäßig hohe Energie zu übertragen, ist es wichtig, daß die Leitfähigkeit quer zur Elektrode hoch genug ist, um den Strom auf einen verhältnismäßig breiten Hautbereich zu verteilen. Dies macht darUberhinaus einen Elektrodenleitungskontakt notwendig, der kein© "heißen" Stellen entstehen läßt, die zu Hautverbrennungen des Patienten fuhren. Wenn die Elektrode fUr längere Zeiträum« auf der Haut verbleiben soll, müssen die für die gesamte Elektrode verwendeten Werkstoffe so gewählt «ein, daß sie gegenüber der Haut der Mehrzahl der Patienten nichtallergen sind. Ein weiteres wichtiges Erfordernis einer praktisch brauchbaren Elektrode besteht darin, daß die Kosten

der Elektrode gering sind.

Mit der Erfindung wird die Aufgabe, eine Elektrode der vorstehend skizzierten Art zu schaffen, dadurch gelöst, daß ein an sich bekannter poröser Träger und ein auf der einen Seite des Trägers angeordneter, in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel mindestens teilweise löslicher leitender Überzug mit einer den Überzug wasserdampfdurchlässig machenden

Dicke vorgesehen sind und der Anschlußdraht gegenüber der mit der Haut in Berührung bringbaren leitenden Oberfläche des leitenden Überzugs isoliert ist und zwischen zwei Schichten des von dem Träger und dem Überzug gebildeten bandförmigen Elektrodenkörpers sitzt, deren leitende Flächen einander und dem Leitungsdraht zugekehrt sind.

Vorzugsweise besteht dabei der leitende Überzug aus einem Gemisch aus hautverträglichen Metallteilchen und einer wasserunlöslichen, wenig klebrigen Klebstoffmasse, wobei die Metallteilchen in ausreichender Menge vorhanden sind, um fUr eine leitende Verbindung zwischen den Metallteilchen zu sorgen, und wobei als Klebstoffmasse ein an sich bekanntes nichttoxisches, nichtreizendes und nichtallergenes Polymer vorgesehen ist.

Die Elektrode nach der Erfindung erfüllt alle obenerwähnten Kriterien, Sie ist einfach aufgebaut und kann ohne Schwiorigkeiten am menschlichen Körper angewendet werden, Die Elektrode

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läßt sich auf der Haut des Patienten mühelos befestigen. Sie kann mit der Haut, des Patienten für lange Zeiträume in Kontakt bleiben, ohne daß in den meisten Fällen irgendwelche allergene oder andere unerwünschte Reaktionen auftreten. Die Elektrode kann auf der Haut des Patienten für lange Zeiträume belassen werden, ohne daß sie sich ablöst; selbst wenn es zu einem leichten Ablösen kommen sollte, läßt sich die Elektrode wieder mühelos an der Haut anbringen, ohne daß sie zuvor vollständig entfernt zu werden braucht. Das Problem der Bildung heißer Flecke ist beseitigt.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch den bandförmigen Elektrodenkörper einer Elektrode nach der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht einer Ausführungsform der Elektrode nach der Erfindung,

Fig_f 3 einen schematischen Querschnitt des auf der Haut befestigten Elektrodenkörpers und

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Fig. 4 eine abgewandelte AusfUhrungsform der Elektrode.

In Fig. 1 ist in vergrößerter Darstellung ein Querschnitt
eines bandförmigen Elektrodenkörpers veranschaulicht, der
mit einem Trägermaterial 10 versehen ist, auf das die die > leitende Elektrodenfläche bildenden aktiven Stoffe aufge- <

i bracht sind. Bei dem Trägermaterial 10 handelt es sich vor- ^;

zugsweise um ein dünnes, flexibles, poröses tuchförmiges Ma-

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terial, durch das Wasser sowohl in gasförmigem als auch inj
flüssigem Zustand hindurchtreten kann. Die Wasserdurchläs-j

sigkeit des Materials ist von Bedeutung, damit von der Haujt

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gebildete Feuchtigkeit austreten kann und auf diese Weise iem

Abheben der Bandelektrode von der Haut bei lang andauernder i

Benutzung vermieden wird. Das Trägermaterial 10 darf nicht j

wasserlöslich sein. Es wurde gefunden, daß ein nichtgeweb- I

tes Kunstseide-Fasermaterial für diesen Zweck besonders ge- \

eignet ist. \

Auf der einen Seite des Trägermaterials 10 befindet sich ei- |

ne Schicht 11 aus Klebstoff. Für diesen Zweck eignen sich I

unterschiedliche Klebstoffe. Als besonders günstig erwies |

sich ein Acrylcopolymer-Klebstoff, wie er bei Heftpflaster :i

oder dergleichen benutzt wird. Die Schicht 10 sollte mög- j

liehst dünn sein, jedoch die eine Oberfläche des Trägerma- ί

terials 10 vollständig abdecken. Diese Klebstoffschicht hat j

die Aufgabe, ein Substrat für die Aufbringung des aktiven \

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Elektrodenmateriqls zu bilden. Es zeigte sich, daß Acrylcopolymere in dUnnen Schichten relativ feuchtigkeitsdurchlässig sind und Perspirationsstoffe austreten lassen, die bei normaler Anwendung von der Hout erzeugt werden. Unter dUnn ist dabei zu verstehen, daß die Schicht 11 gerade dick genug sein soll, um eine Abdichtungsfunktion für die Oberfläche des Trägermaterials 10 zu übernehmen. Die über die Oberfläche des Trägermaterials 10 vorstehende Stärke der Klebstoffschicht kann beispielsweise nur 25 /um betragen.

Die Schicht 11 kann auch ganz weggelassen werden, und die Schicht 12 kann unmittelbar auf das Trägermaterial 10 aufgebracht werden. Dies ist jedoch weniger günstig, da mehr kostspieliges silberhaltiges Material der noch zu erläuternden Schicht 12 erforderlich ist, als dies bei Vorhandensein der Schicht 11 der Fall ist.

Auf die Oberfläche der Schicht 11 ist die Schicht 12 aufgebracht, die den elektrisch aktiven Teil der Elektrode bildet. Die Schicht 12 besteht aus einem Gemisch aus Klebstoff und einer Menge an Silbermetall, das die Klebstoffschicht leitfähig macht. Die Menge des Silbermetalls, das in dem Klebstoff der Schicht 12 vorhanden sein muß, kann innerhalb verhältnismäßig weiter Grenzen variiert werden. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen ist es erwünscht, die vorgesehene Silbermenge so gering wie möglich zu halten. Dies kann erreicht werden, indem die Silbermetallteilchen sehr klein

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gemacht und in den Klebstoff eingemischt werden. Für diesen Zweck eignet sich insbesondere ein Acrylcopolymer der gleichen Art, wie-es fUr die Schicht 11 erläutert wurde, beispielsweise ein Vinylacrylcopolymer in einem organischen Lösungsmittel .

Das Copolymer wird mit einer Menge an fein unterteiltem Silbermetall gemischt. Silbermetall wird wegen seiner bakteriellen Aktivität vorzugsweise vorgesehen, obwohl auch andere hautverträgliche Metallpulver, wie Gold oder Platin, benutzt werden können. Besonders geeignet ist ein flockenförmiges Silber, das sein metallisches Aussehen beibehält. Ein solches metallisches Aussehen ist für den Benutzer günstig, um feststellen zu können, daß es sich um einen metallischen Werkstoff handelt. Entsprechend einer geeigneten Mischung werden ungefähr 1000 g Silber mit 300 g Copolymer gemischt, um auf diese Weise das als Schicht 12 aufgebrachte Material zu erhalten. Bei der Bildung der Schicht 12 können auch höhere Anteile an Silber gegenüber dem Copolymer vorgesehen werden. Die höhere Silbermenge ist günstig, um den spezifischen Durchgangswiderstand des fertigen Überzugs 12 zu verkleinern, führt jedoch zu entsprechend höheren Kosten je Flächeneinheit der Elektrode. Es kann auch mit etwas geringeren Silbermengen gearbeitet werden, wobei jedoch der spezifische Durchgangswiderstand entsprechend ansteigt. Bei den genannten Mengenverhältnissen liegt der spezifische Durchgangswiderstand

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unter 1 Λ cm. Wird mit der vorstehend erläuterten Silbermen-_K{ ge gearbeitet, liegt das die Schicht 12 bildende zusammenge-

setzte Material in einem im wesentlichen nichtklebrigen Zustand vor. Dies ist zweckmäßig, um das Material leicht rollen und speichern zu können. Beim Aufbringen der Schicht 12 auf die Schicht 11 ist es erwünscht, das Gemisch aus Silber und Acrylcopolymer zu verflüssigen, indem eine entsprechende Menge eines geeigneten Lösungsmittels, beispielsweise Toluol oder Aceton, zugegeben wird. Im Anschluß an den Beschichtungsvorgang verdampft das Lösungsmittel unter Zurücklassung des fertigen Materials. Die Schicht 12 sollte möglichst dünn sein, während für eine ununterbrochend^elektrische Leitfähigkeit über die Bandoberfläche hinweg gesorgt wird. Dadurch werden nicht nur die Kosten vermindert; mit abnehmender Dicke wird vielmehr, was noch wichtiger ist, die Schicht 12 besser feuchtigkeitsdurchlässig. Für eine Langzeitanbringung auf der Haut stellt dies einen kritischen Faktor dar. Die Schicht 12 hat zweckmäßigerweise eine Stärke von weniger als 13O/jm; vorzugsweise wird eine Schichtstärke von 50 bis 8O/um vorgesehen.

Der fertige Elektrodenkörper kann zweckmäßigerweise eine Abdeckung aus einem mit Silicon oder Polyäthylen beschichteten Papier aufweisen, das zu Schutzzwecken auf aie beschichtete Oberfläche aufgebracht ist. Dieses Papier wird vor dem Anbringen der Elektrode auf der Haut abgezogen.

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Fig. 2 zeigt in perspektivischer, auseinandergezogener Darstellung den bandförmigen Elektrodenkörper in Verbindung mit dem daran angebrachten Elektrodenanschluß 13. Der Elektrodenanschluß oder -kontakt weist ein kleines Stück Band der vorstehend beschriebenen Art auf.

Das zu dem Elektrodenanschluß 13 gehörende kleine rechteckige Bandstück ist benachbart seinem einen Ende von gegenüberliegenden Seiten aus eingeschnitten, so daß Nasen 14 und 15 entstehen. Ein isolierter Anschlußdraht 16 mit einem blanken metallischen Ende 17 ist so eingesetzt, daß das metallische Ende 17 in unmittelbaren physikalischem Kontakt mit der Schicht 12' zwischen den Nasen 14 und 15 steht. Diese Nasen sind um das blanke Ende in der veranschaulichten Weise herumgewickelt und mit diesem durch Druck oder mit Hilfe einer geeigneten Menge an Lösungsmittel verbunden. Dies· sorgt für einen unmittelbare^ elektrischen Kontakt nicht nur mit den Nasen 14 und 15 sondern auch mit dem restlichen Teil der Schicht 12·. Zur Verbindung der einen Kontaktkleber aufweisende Schicht 12' mit der Schicht 12 des Elektrodenkörpers können die beiden Schichten 12 und 12· einfach miteinander in Kontakt gebracht sein. Auf diese Weise wird ein hervorragender elektrischer Kontakt über die volle Oberfläche des auf die Haut des Patienten aufzubringenden Bandes hinweg hergestellt; es kommt nicht zur Ausbildung von lokalisierten heißen Flecken, wie dies bei der Kontaktstelle einer schmalen Drahtelektrode zu befürchten wäre.

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Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Elektrode. In diesem Falle ist das blanke Ende 17 des Anschlußdrahtes 16 auf einen mittleren Bereich des Elektrodenkörpers gemäß Fig. 1 aufgepreßt. Teile der Schicht 12 sind zusammengedrückt, um das blanke Ende 17 in der gezeigten Weise zu umfassen. Die freien Enden des Elektrodenkörpers stehen für den Kontakt mit der Haut zur Verfügung. Eine hochstehende Bandschleife verhindert einen direkten Kontakt des blanken Drahtendes 17 mit der Haut.

In der Praxis kann die beschriebene Elektrode wie folgt angewendet werden. Der Hautbereich, auf den die Elektrode aufgebracht werden soll, wird bestimmt und in üblicher Weise gereinigt, wobei überschüssige Körperöle von der Hautoberfläche abgewaschen werden. Die Haut des Patienten wird dann mit einer Schicht aus einem hautverträglichen Lösungsmittel für den Klebstoff der Schicht 12, beispielsweise Aceton oder einem Alkohol niedrigen Molekulargewichts, überzogen; die Schicht 12 des Elektrodenkörpers wird auf diese Flüssigkeitstchicht aufgelegt. Das Lösungsmittel hat die Aufgabe, die Schicht 12 einzulösen, so daß sie stark klebrig wird und die Haut gut benetzt. In diesem Zustand dringt Material aus der Schicht 12 leicht in die Vertiefungen der Haut ein, wie dies aus Fig. 3 zu erkenner ist. Es wird für einen innigen physikalischen Kontakt gesorgt, wie er durch Kontaktklebstoffe bekannter Art allein nicht herstellbar ist.

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Vorzugsweise wird die Elektrode mit gegen die Haut gerichteter Schicht 12 auf die Haut des Patienten aufgedrückt. Dabei erfolgt, wenn überhaupt, nur eine geringe Adhäsion. Dann wird das Lösungsmittel, beispielsweise Aceton oder ein Alkohol mit niedrigem Molekulargewicht, auf die Rückseite 10 des Bandes aufgebracht. Das Lösungsmittel durchdringt die Schichten 10 und 11 und löst die Schicht 12 an, was für den gleichen innigen Hautkontakt sorgt, wie er in Fig. 3 angedeutet ist. Das Lösungsmittel hat einen niedrigen Siedepunkt und dampft von der Bandelektrode rasch ab, wodurch eine halbpermanente Verbindung zwischen Elektrode und Haut hergestellt wird. Sollte das aufgebrachte Band unerwünschte Zeichen einer Ablösung erkennen lassen, braucht nur ein Tropfen Lösungsmittel aufgetragen zu werden, der durch die Trägerschicht hindurch für ein erneutes Anhaften des Bandes auf der Haut sorgt.

Eine derart ausgebildete und auf die Haut aufgebrachte Elektrode hat alle eingangs geschilderten Vorteile. Das wasserunlösliche Material von sehr geringer Stärke läßt Wasserdampf durch, so daß bei langzeitiger Anwendung nicht die Neigung zum Ablösen oder Abblättern besteht. Da der Klebstoff wasserunlöslich ist, kann der Patient baden und die Außenflächen der Elektrode auch im Übrigen den normalen täglichen Umwelteinflüssen aussetzen.

Wenn die Elektrode nicht mehr länger erforderlich ist, läßt

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sie sich leicht abnehmen. Der Benutzer braucht sie nur zu greifen und von der Haut abzuziehen. Falls erwünscht, können etwaige Klebstoff- und Silberreste, die auf der unebenen Hautoberfläche zurückgeblieben sind, mittels des gleichen Lösungsmittels gelöst und abgewaschen werden, das auch benutzt wird, um den Kleber beim Aufbringen der Elektrode weich zu machen und anzulesen.

Claims

* · « (lit tf|( (|| - 13 - Ansprüche

1. Elektrode zum Übertragen von elektrischen Signalen durch die Haut hindurch, mit Anschlußdraht, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter poröser Träger (10) und ein auf der einen Seite des Trägers angeordneter, in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel mindestens teilweise löslicher, leitender Überzug (12) mit einer den Überzug wasserdampfdurchlässig machenden Dicke vorgesehen sind und der Anschlußdraht (16) gegenüber der mit der Haut in Berührung bringbaren leitenden Oberfläche des leitenden Überzugs (12) isoliert ist und zwischen zwei Schichten des von dem Träger (10) und dem Überzug (12) gebildeten bandförmigen Elektrodenkörpers sitzt, deren leitende Flächen einander und dem Leitungsdraht (16) zugekehrt sind.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Überzug (12) aus einem Gemisch aus hautverträglichen Metallteilchen und einer wasserunlöslichen, wenig klebrigen Polymer-Klebstoffmasse besteht und die Metallteilchen in einer für eine leitende Verbindung zwischen den Metallteilchen sorgenden Menge vorhanden sind,

3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteilchen aus Silber bestehen.

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4. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da-

durch gekennzeichnet, daß der leitende Überzug (12) einen spezifischen Durchgangswiderstand von weniger als 1 Π cm hat.

5. Elektrode nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoffmasse ein Acrylcopolymer vorgesehen ist und der leitende Überzug (12) eine Dicke von weniger als 13O /jm hat.

6. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Träger (10) und dem leitenden Überzug (12) eine nichtleitende, feuchtigkeitsdurchlässige Klebstoffschicht (11) vorgesehen ist.