DE3628652C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Elektrode für einen lebenden Körper, die zweckmäßigerweise bei einem Defibrillator, also einem medizinischen Gerät zur Therapie des Herzkammerflimmerns, einem Elektrocardiographen u. ä. verwendet wird.

Bislang wurde bei der Katheter-Inspektion des Herzens ein Katheter in ein Blutgefäß des Patienten eingesetzt und nach dem Einspritzen eines Kontrastmittels ein Röntgen­ bild aufgenommen. Dabei traten beim Patienten Aufregungs­ zustände auf, die zu Herzkontraktionen führen, welche mehr als 15 bis 30 Sekunden anhielten. Wenn diese Herz­ kontraktionen lang genug anhalten, dann wird die Blut­ versorgung reduziert und dies kann zu einer Beschädigung von Gehirnzellen usw. führen. Man hat daher mit einem Defibrillator Hochspannungsstöße von 3000 bis 5000 Volt an das Herz gelegt, um das Herzflimmern zu unterdrücken.

Der bekannte Defibrillator hat die Form eines Kastens mit einem Handgriff als oberem Teil und der Elektroschock wird dadurch angelegt, daß man den Elektrodenteil, der sich auf der Unterseite des Kastens befindet, im Herzbe­ reich des Patienten andrückt.

Bei der Verwendung des bekannten Defibrillators ist es jedoch notwendig, diesen immer wieder aufzusetzen, wenn Herzrhythmusstörungen einsetzen, was lästig ist, außerdem besteht ständig die Sorge, daß man ihn zu spät einsetzt.

Es gibt Fälle, in denen eine Elektrode vorübergehend auf den Körper angebracht wurde, beispielsweise wenn ein Elektrocardiogramm während des Röntgens gemacht wurde. Da die bekannte Elektrode jedoch aus Metall besteht und keine Röntgenstrahlen durchläßt, stellt sie beim Röntgen ein Hindernis dar.

Aus der DE-OS 28 30 219 ist eine Elektrode für einen lebenden Körper mit einem Elektrodensubstrat bekannt, wobei das Elektrodensubstrat eine Faservliesschicht ist, die mit leitfähigen Zusätzen versehen ist. Da die Elektro­ de nur in den mit leitfähigen Zusätzen getränkten Berei­ chen leitfähig ist, reicht die elektrische Leitfähigkeit der Elektrode für den Einsatz in einem Defibrillator nicht aus.

Aus der DE-OS 28 42 318 ist eine implantierbare Kohlenstoff­ elektrode aus Glaskohlenstoff-Fasern bekannt, die zwar eine gewisse Flexibilität hat, die jedoch für den Einsatz als Defibrillatorelektrode noch nicht ausreicht.

Aus der DE-OS 21 57 137 ist eine Elektrode zur Stimulie­ rung einer Muskeltätigkeit bekannt, die aus Kohlenstoff- Material besteht, eine mikrokristalline Struktur hat und elektrisch leitend ist. Die bekannte Elektrode wird percutan implantiert, ist jedoch weder porös, noch besitzt sie eine hohe Flexibilität. Sie kann auch nicht ohne weiteres mit einer Elektrolytlösung imprägniert und dadurch leitfähig gemacht werden. Außerdem ist die Verbindung zwischen Elektrodenkörper und Anschlüssen nicht gut genug, um als Defibrillatorelektrode einsetzbar zu sein.

Aus dem DE-GM 83 20 192 ist eine Körperelektrode für diagnostische oder therapeutische Zwecke bekannt, die aus Polyurethanweichschaum besteht, in dem Graphit fein­ dispers verteilt ist. Da Polyurethanschaum normalerweise ein elektrischer Isolator ist, ist auch durch Dotierung mit Graphit die Leitfähigkeit immer noch verhältnismäßig gering, so daß auch diese bekannte Elektrode als Defibril­ latorelektrode ungeeignet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einschließ­ lich der Zuleitung für Röntgenstrahlung im wesentlichen durchlässige Elektrode der im Oberbegriff des Patentan­ spruch 1 genannten Art zu schaffen, die eine wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist und damit auch für den Einsatz als Defibrillatorelektrode geeignet ist und die dabei eine große Flexibilität hat.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Es hat sich nämlich gezeigt, daß die ganze Elektrode für Röntgenstrahlung transparent gemacht werden kann, wenn das Elektrodensubstrat aus porösem Material gestal­ tet wird, das aus flexiblem und porösem Material hergestellt ist, das im wesentlichen aus Kohle­ fasern besteht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen

Fig. 1A und 1B einen Vertikalschnitt durch ein Ausführungs­ beispiel; wobei

Fig. 1A die Elektrode mit einem Elektrodensub­ strat aus porösem Material bestehend aus teilchen­ förmigem oder faserigem Kohlenstoff, und

Fig. 1B die Elektrode mit einem Elektrodensub­ strat aus flexiblem und porösem Material beste­ hend aus faserigem Kohlenstoff darstellt;

Fig. 2A und 2B die Seitenansicht und Draufsicht auf einen Hauptteil des Elektrodensubstrats des in Gebrauch befindlichen Defibrillators;

Fig. 3A eine perspektivische, auseinandergezogene Dar­ stellung der Verbindung der Elektrode und des Leiters nach einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 3B eine perspektivische, auseinandergezogene Dar­ stellung der Verbindung von Elektrode und Leiter nach einem anderen Ausführungsbeispiel; und

Fig. 4 eine Darstellung der Flexibilität des flexiblen Kohlenstoffmaterials.

Die Fig. 2A und 2B zeigen einen Defibrillator mit einem Hochdruckteil 1, zwei Elektroden 2 und Leitungen 3, welche die zuvor erwähnten Teile verbinden, wobei jede der Elektroden 2 im Herzbereich des Patienten 4 von der Brustseite und von der Rückseite her befestigt ist.

Gemäß Fig. 1A und 1B ist jede Elektrode unmittelbar auf der Haut des Patienten 4 mit einem geeigneten Klebe­ band befestigt und ferner durch ein Band 5 festgehalten. Es ist notwendig, daß die Elektrode des Defibrillators fest angebracht wird, da sie sonst bei der Anwendung von Hochspannungsstößen vom Körper abfallen kann.

Gemäß den Fig. 1A, 1B, 3A und 3B besteht jedes Elektro­ densubstrat 20 aus einem scheibenartigen, flexiblen und porösen kohlenstoffhaltigen Material von etwa 50 cm² Fläche und etwa 0,1 bis 2 mm Dicke (das nachfolgend als flexibles Elektrodensubstrat bezeichnet wird). Die Fig. 1A und 1B zeigen ferner einen ringförmigen Schwamm 7 und eine Abdeckung 8 als Schutzmembran auf der Oberseite des Elek­ trodensubstrats 20.

Gemäß den Fig. 3A und 3B ist die Dicke t des Elek­ trodensubstrats 20 zweckmäßigerweise nicht mehr als 10 mm und vorteilhafterweise nicht mehr als 2 mm. Wenn die Dicke t mehr als 10 mm beträgt, ist dies unzweckmäßig, da ein derartiges Elektrodensubstrat dem Körper ein unge­ wohntes Gefühl verleiht.

Ferner beträgt der elektrische Widerstand des Elektroden­ substrats 20 zweckmäßigerweise nicht mehr als 1,0 Ohm, da im Falle eines Defibrillators ein großer Strom bei hoher Spannung angelegt wird. Wäre der Widerstand zu hoch, dann könnten Verbrennungen aufgrund der Wärmeent­ wicklung an der Elektrode auftreten.

Das flexible Elektrodensubstrat 20 ist aus einem flexiblen und porösen kohlenstoffhaltigen Material aufgebaut, das dadurch hergestellt wurde, daß

• 1. zuerst verhältnismäßig lange Kohlefasern von nicht weniger als 1 mm Länge einer Wärmebehandlung bei nicht weniger als 1500°C, vorzugsweise nicht weniger als 2000°C ausgesetzt werden,
• 2. Verarbeiten der so behandelten Kohlenstoffasern zu einem originalen papierbahnartigen Material nach einem Papierherstellungsverfahren,
• 3. Imprägnieren des derart erhaltenen papierbahnartigen Materials mit einem wärmehär­ tenden Kunstharz wie Phenolharz, Epoxidharz o. ä. als Bindemittel, wodurch die Kohlefasern miteinander verbun­ den werden, und anschließend
• 4. Calcinieren des so imprägnierten Materials bei einem reduzierten Druck oder in Schutzgasatmosphäre.

Bei dem derart erhalte­ nen flexiblen Elektrodensubstrat 20 ist eine Vielzahl von Poren mit 20 bis 120 µm Durchmesser nahezu gleichmäßig bei einer Porosität von 40 bis 90% gebildet und die Poren sind mit einer gelartigen Elektrolytlösung wie physiolo­ gischer Kochsalzlösung gefüllt worden.

Bevor das papierbahnartige Material zur Herstellung des flexiblen Elektrodensubstrats aus den Kohlefasern gefertigt wird, ist es notwendig, zuvor die Kohlefasern einer Hoch­ temperaturbehandlung zur Inaktivierung ihrer Oberfläche auszusetzen. Hierfür sind folgende Gründe maßgebend:

In dem flexiblen Elektrodensubstrat 20 werden eine Anzahl von sich gegenseitig schneidenden Kohlefasern nach dem Calcinieren an jeder Überkreuzungsstelle durch Kohleklumpen festgehalten, die von dem Bindemittel erzeugt werden. In solchem Fall muß die Oberfläche der Kohlefasern inaktiv gemacht werden, damit die Kohlefasern und die Kohleklumpen, die aus dem Bindemittel abgeleitet werden, frei hin- und hergleiten können und damit dem Elektrodensubstrat eine moderate Flexibilität verleihen.

Wenn die Kohlefasern durch ein Bindemittel gebunden werden, wird das Bindemittel von den Kohlefasern durch Waschen mit einem Lösungsmittel wie Aceton usw. entfernt und die so gewaschenen Kohlefasern werden einer Wärmebehandlung bei hoher Temperatur zur Inaktivierung der Oberfläche der Kohlefasern unterworfen.

Die Flexibilität des flexiblen Elektrodensubstrats 20 ist zweckmäßigerweise derart, daß gemäß Fig. 4 das flexib­ le und poröse Kohlenstoffmaterial 6, welches das Elek­ trodensubstrat bildet, einen Verhältniswert D/d von nicht mehr als 200 hat, worin D der Durchmesser der Krümmung unmittelbar vor dem Brechen des Materials 6 ist, wenn dieses bis zum Brechen gebogen wird (kleinster Krümmungs­ durchmesser) und d die Dicke des Materials 6 bedeutet. Wenn das Verhältnis von D/d über 200 ist, dann ist die erforderliche Flexibilität nicht vorhanden und die Anpaß­ barkeit und das enge Anhaften an den Körper sind redu­ ziert, wodurch sich die Elektrode bei Hochspannungsstößen vom Körper abheben kann.

Um die Affinität des Elektrodensubstrats für den Körper zu verbessern und gleichzeitig das Haften des Elektroden­ substrats am Körper günstiger zu gestalten und außerdem die Puffereigenschaften für den Hochspannungsschock zu verbessern, wird ein Puffermaterial 21, wie ein Schwamm, verwendet, der mit physiologischer Kochsalzlösung imprägniert ist. Er wird üblicherweise zwischen dem porösen Elektrodensubstrat 20 und dem Körper gemäß Fig. 1A vor­ gesehen und liegt zweckmäßigerweise zwischen dem flexiblen Elektrodensubstrat 20 und dem Körper gemäß Fig. 1B.

Wenn das flexible Kohlenstoffmaterial für das Elektroden­ substrat verwendet wird, kann das Puffermaterial 21 dünner gemacht werden, wie man aus dem Vergleich der Fig. 1A und 1B erkennt. Dies beruht auf der Flexibilität des Materials.

Die Leitung 3 des Defibrillators ist zweckmäßigerweise eine flexible Graphitbahn, die in der Nähe der Elektrode 2 anschließt. Eine derartige flexible Graphitbahn läßt sich durch Hochdruckformung von expandierten Graphitteil­ chen erzielen, die dann erhalten werden, wenn man Graphit­ teilchen mit 98% konzentrierter Schwefelsäure behandelt. Ein Beispiel dafür ist Grafoil.

Fig. 3A zeigt ein Beispiel für eine Leitung 3 aus Grafoil.

Da Grafoil zu jeder beliebigen Form durch Stanzen verarbei­ tet werden kann, ist es für die Massenproduktion hervorra­ gend geeignet und gleichzeitig kann der Kontaktwider­ stand zwischen der Leitung 3 und dem Elektrodensubstrat 20 auf einen vernachlässigbaren Wert reduziert werden.

Das Haften des Elektrodensubstrats 20 an der Leitung 3 läßt sich durch einen elektrisch leitfähigen Kleber errei­ chen, der durch Zumischung von Mikroteilchen aus Kohlen­ stoff, beispielsweise Ruß, zu einem warmhärtenden Kunst­ harz erhalten wird. Als warmhärtendes Kunstharz wird Phenolharz und Epoxidharz verwendet. Die Menge von beigemischten Kohlen­ stoffteilchen beträgt zweckmäßigerweise 30 bis 90 Gew.-% der Mischung. Wenn die Menge von beigemischten Kohlen­ stoff-Mikroteilchen unter 30 Gew.-% liegt, dann läßt sich die erforderliche elektrische Leitfähigkeit nicht erzie­ len und wenn andererseits die Menge von beigemischten Kohlenstoffteilchen mehr als 90 Gew.-% ausmacht, dann wird die Haftfähigkeit zu gering. Als elektrisch leitender Klebstoff wird eine Mischung verwendet, die dadurch erhal­ ten wird, daß man Kohlenstoff-Mikroteilchen wie Ruß einem kautschukartigen Kunstharz beimischt. Das kautschukartige Harz ist entweder ein natürlicher Rohkautschuk oder ein synthetischer Rohkautschuk. Ferner beträgt die Menge von beigemischten Kohlenstoffteilchen zweckmäßigerweise 30 bis 90 Gew.-% der Mischung, und zwar aus den gleichen Gründen, wie dies obenerwähnt wurde. Nach dem zuvor erwähnten Verfahren ist es möglich, den Verbindungsteil flexibel zu machen, obwohl die Klebefestigkeit verhältnis­ mäßig klein ist.

Ferner kann als weiteres Verfahren zum Verbinden des Elektrodensubstrats 20 mit der Leitung 3 das folgende Verfahren dienen: Zuerst werden das Elektrodensubstrat 20 und die Leitung 3 miteinander verbunden, indem man einen Klebstoff verwendet, der durch Beimischung von Kohlen­ stoff-Mikroteilchen wie Ruß zu einem warmhärtenden Harz erhalten wird, und dann wird der derart verbundene Teil calciniert und carbonisiert, und zwar bei reduziertem Druck oder in Schutzgasatmosphäre bei einer Temperatur von nicht weniger als 1000°C. Nach dem zuvor erwähnten Verfahren kann der elektrische Widerstand des verbundenen Teils auf den vernachlässigbaren Wert reduziert werden. Als warmhärtendes Harz zur Verwendung bei dem obenge­ nannten Verfahren kann Phenolharz, Epoxidharz usw. die­ nen. Die Menge von Kohlenstoff-Mikroteilchen, die beige­ mischt wird, beträgt zweckmäßigerweise nicht mehr als 90 Gew.-% der Mischung. Wenn der Anteil der beigemischten Kohlenstoff-Mikroteilchen zu groß ist, dann besteht die Gefahr einer Verminderung der Klebefestigkeit.

Die Elektrode 2 ist einschließlich der Leitung 3 für Röntgenstrahlen durchlässig. Daher kann sie beim Röntgen auf dem Körper verbleiben.

Für die Leitung 3 können Kohlefasern verwendet werden und in diesem Fall ist die Verbindung der Leitung mit dem Elektrodensubstrat verhältnismäßig schwierig aufgrund des erhöhten elektrischen Widerstands und der großen Masse der Leitung. Besteht die Leitung 3 jedoch aus Grafoil, dann werden all diese Schwierigkeiten vermieden.

Fig. 3B zeigt ein Beispiel, bei dem die Klebe- oder Calcinierungsverbindung der Leitung 3 mit der Elektro­ de 20 über die gesamte Oberfläche des Elektrodensub­ strats 20 reicht, welche der Körperauflagefläche gegen­ über liegt. Fig. 3B ist nämlich ein Beispiel, bei dem die Form der Verbindungsfläche der Leitung 3 gleich wie die Form des Elektrodensubstrats 20 ist. In diesem Fall ist der Verbindungsbereich groß, so daß die Klebe­ festigkeit groß und der Kontaktwiderstand klein ist.

Obgleich die Erfindung anhand eines Defibrillators erläu­ tert wurde, kann sich auch für einen Elektrocardiographen verwendet werden. Die erfindungsgemäße Elektrode läßt sich auch während des Röntgens zur Messung eines Elektro­ encephalogramms o. ä. einsetzen.

Claims (5)

1. Elektromedizinische Elektrode mit einem porösen fle­ xiblen Elektrodensubstrat (20) aus faserigem kohlen­ stoffhaltigen Material, das mit einer Zuleitung (3) versehen ist und dessen Poren mit einer Elektrolyt­ lösung imprägniert sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Elektrodensubstrats gewonnen ist durch

• a) Inaktivieren der Oberfläche von Kohlenstoffasern mit zumindest 1 mm Länge durch eine Wärmebehandlung bei zumindest 1500°C,
• b) Verarbeiten dieser Kohlenstoffasern zu einem papier­ bahnartigen Material nach einem Papierherstellungs­ verfahren,
• c) Imprägnieren des papierbahnartigen Materials mit einem wärmehärtenden Kunstharz als Bindemittel und
• d) Calcinieren des imprägnierten Materials unter reduziertem Druck oder in einer Schutzgasatmosphäre,

wobei das so gewonnene Material nahezu gleichmäßig eine Vielzahl von Poren mit 20 bis 120 µm Durchmesser bei einer Porosität von 40 bis 90% besitzt und ein Verhältnis D/d von höchstens 200 aufweist, worin D der Krümmungsdurchmesser unmittelbar vor dem Bruch bei einer Biegung des Materials bis zum Brechen und d die Dicke des Materials sind, und daß die Zulei­ tung (3) eine flexible Graphitbahn ist, die an dem Elektrodensubstrat (20) mit einem elektrisch leitenden Kleber befestigt ist, der aus einem wärmehärtenden oder einem kautschukartigen Harz mit beigemischten Kohlenstoff-Mikroteilchen besteht.

2. Elektromedizinische Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmehärtende Harz Phenolharz oder Epoxidharz ist.

3. Elektromedizinische Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leit­ fähige Kleber nach dem Befestigen der Zuleitung (3) an dem Elektrodensubstrat (20) bei reduziertem Druck oder in einer Schutzgasatmosphäre calciniert ist.

4. Elektromedizinische Elektrode nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitung (3) mit der Gesamtoberfläche des Elektroden­ substrats (20) verbunden ist.