DE9206352U1 - Elektrodenvorrichtung für die Signalableitung - Google Patents

Description

ELEKTRODENVORRICHTUG FÜR DIE SIGNAEAOIiEITUNG' " "'

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Elektrodenvorrichtung für die Signalableitung, insbesondere eine verbesserte Elektrodenvorrichtung für die Messung von bioelektrischen Signalen an der Hautoberfläche.

Bekanntlich werden bioelektrische Signale im Rahmen diverser klinischen Untersuchungsmethoden wie z.B. Elektromyogramm (EMG), Elektroencephalogramm (EEG) oder Elektrokardiogramm (EKG) verwendet. Ferner können die bioelektrischen Signale auch zur Ansteuerung der Myoprothesen eingesetzt werden. Die Messung der bioelektrischen Signale erfolgt mit an der Hautoberfläche angeordneten Oberflächenelektroden, wobei die Elektroden die bioelektrische Signale der Muskeln ableiten.

Bisher wurden für die Ableitung bioelektrischer Signale entweder Klebeelektroden oder Elektroden mit integriertem Verstärker verwendet. Eine bekannte Klebeelektrode ist in Figur 2 dargestellt. Die bekannte Klebeelektrode weist eine Klebefolie K mit einer Gelkammer G auf. Die Gelkammer weist ihrerseits einen Silberkontakt Ag auf, der über die Zuleitung Z mit einer externen Meß- und Auswertevorrichtung verbunden ist.

Da sich die bioelektrischen Signale im Bereich von einigen &mgr;&ngr; bis mV bewegen, ist wegen der fehlenden Abschirmung der bekannten Klebeelektrode eine ungestörte Signalableitung ohne sich überlagernde Störspannungen problematisch. Störspannungen werden induktiv oder kapazitiv in das Gewebe, respektive die Haut eingekoppelt, führen zu einem Stromfluß entlang der Elektroden und erzeugen ein sich überlagerndes Störsignal. Dasselbe gilt für elektromagnetische Wellen, die sich eher oberflächlich ausbreiten (Skin Effekt).

Eine verbesserte Störsignalunterdrückung weist die bipolare Elektrode mit integriertem Verstärker auf. Eine herkömmliche bipolare Verstärkerelektrode ist in den Figuren 3a und 3b dargestellt. Die Verstärkerelektrode ist mit einem integrierten Instrumentenverstärkerschaltung V ausgestattet wel-

ehe mit Meß- bzw. Ableitelektroden■<Ei und- E^" verbündet ist, wobei diese Elektroden die bioelektrischen Spannungen von der Hautoberfläche ableiten. Zur Herstellung eines Bezugspotentials (Masse) zwischen menschlichem Gewebe und elektronischer Schaltung sind die zwei separaten aber miteinander verbundenen Elektroden Esi und Es2 vorgesehen.

Das Störsignalverhalten der bekannten Verstärkerelektrode ist in Figur 4 gezeigt. Fließt ein Störstrom Is entlang der Haut zwischen den Ableitelektroden Ei und E2, so entsteht wegen der unzureichenden Abschirmung gemäß dem Ohmschen Gesetz zwischen den Ableitelektroden eine Störspannung 5U, die als Überlagerung mitgemessen wird. Entsprechend kann in einer elektromagnetisch stark belastete Umgebung eine Störspannung entstehen, die um Zehnerpotenzen das Nutzsignal übersteigt.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Vermeidung der vorgenannten Nachteile und die Schaffung einer Elektrodenvorrichtung für die Signalableitung, insbesondere für die Biosignalableitung bei der die Ableitelektroden möglichst vollständig vor elektromagnetischen Störungen abgeschirmt sind.

Diese und weitere, der folgenden Beschreibung deutlich entnehmbare Aufgaben werden mit der erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung für die Signalableitung gemäß den anliegenden Ansprüchen gelöst.

Weitere Merkmale und Vorteile sind deutlicher der folgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Elektrodenvorrichtung für die Signalableitung, insbesondere für die Biosignalableitung, unter Hinweis auf beiliegenden Zeichnungen zu entnehmen.

Dabei zeigen:

Figur 1 eine erste Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen
Elektrodenvorrichtung;

Figur 2 die schematische Darstellung einer bekannten

Klebeelektrode mit Silberkontakt Ag, Gelkammer G
und Klebefläche K;

Figur 3a und 3b eine herkömmliche bipolare Verstärkerelektrode mit Seitenansicht von unten;

Figur 4 den Störstrom entlang der Ableitelektroden der
herkömmlichen bipolaren Verstärkerelektrode;

Figur 5 einen Schnitt durch die Elektrodenvorrichtung
entsprechend der ersten Ausführungsform;

Figur 6 die Stromableitung entlang der Schirmelektrode der
Elektrodenvorrichtung entsprechend der ersten
Ausführungsform ;

Figur 7 eine weitere Ausführungsform der Elektrodenvorrichtung mit zusätzlicher, weiterer
Ringelektrode Esrz '<

Figur 8 einen Schnitt durch die Elektrodenvorrichtung
entsprechend der weiteren Ausführungsform;

Figur 9 Instrumentenverstärkerschaltung zur Verstärkung der
Biosignale

Gemäß Figuren l und 5 weist die Elektrodenvorrichtung eine erste und eine zweite Meßelektrode auf die mit Ei bzw. E2
gekennzeichnet sind. Die Meßelektroden sind unmittelbar an der zu messenden Hautoberfläche angeordnet. Die Meßelektroden können als differente Ableitelektroden ausgebildet werden. Solche differenten Ableitelektroden sind bekannt und entsprechen den Ableitelektroden der herkömmlichen bipolaren Verstärkerelektrode. Obwohl in den Figuren 1 und 5 jeweils zwei Meßelektroden dargestellt sind, kann die Anzahl dieser je nach Bedarf variiert werden.

Eine Ringelektrode Esr, welche auch unmittelbar an die Hautoberfläche angebracht wird, umschließt die beiden

Meßelektroden Ei und E2. Die Ringelektrode Esr ist ferner an das elektrisch leitende Gehäuse G (und somit an die Masse) eines Verstärkers V gekoppelt. Diese Ringelektrode Esr schirmt die Meßelektroden Ei und E2 vor niederfrequenten und hochfrequenten Signalen ab und stellt gleichzeitig die Bezugselektrode der Elektrodenvorrichtung dar. Die Ansteuerung der Ringelektrode Esr auf ein definiertes Potentialniveau erfolgt in konventioneller Weise.

Als Verstärker V kann z.B. die in Figur 9 gezeigte Schaltung verwendet werden. Diese Schaltung besteht aus einer ersten Stufe welche die Signale der Ableitelektroden Ei und E2 hochohmig verstärkt und aus einer zweiten Stufe die die hochohmig verstärkten Signale zu einer Differenzspannung U_aus verarbeitet. Die Masse des Verstärkers V ist über das Gehäuse G an die Ringelektrode Esr gekoppelt. Obwohl in der Ausführungsform entsprechend den Figuren 1 und 5 Verstärker und Elektrodenvorrichtung einstückig ausgebildet sind, können diese selbstverständlich voneinander getrennt sein.

Die Ringelektrode Esr in Verbindung mit dem Verstärkergehäuse G schirmt besonders gut von elektromagnetischen Wellen ab und reduziert desweiteren den Einfluß oberflächlicher Ströme an der Hautoberfläche. Da der elektrische Strom den Weg des geringsten Widerstandes verfolgt, erfolgt der Stromfluß Is hauptsächlich über die in Figur 6 eingezeichneten Linien.

Die Figuren 7 und 8 zeigen eine weitere verbesserte Ausführungsform der Elektrodenvorrichtung. Die Ringelektrode Esr ist durch eine zusätzliche größere Ringelektrode Esrz ^er~ gänzt, wobei die zusätzliche Ringelektrode Esr_z sowohl die differenten Ableitelektroden Ei und E2 als auch die Ringelektrode Esr komplett umschließt. Ferner ist die zusätzliche Ringelektrode Esrz» iⁿ analoger Weise mit der Ringelektrode Esr, mit dem Verstärkergehäuse G elektrisch gekoppelt. Die zusätzliche Ringelektrode Esrz vergrößert den Effekt der Schirmung.

Die Erfindung kann in vieler Hinsicht abgeändert werden, ohne dadurch ihren Rahmen zu überschreiten. So kann beispiels-

weise die Anzahl der zusatz&Ggr;&khgr;&sgr;&&egr;&eegr; Ringe leift roden in Abhängigkeit von dem erforderlichen Abschirmeffekts erhöht werden.

Weiters können gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, welche sich in ihrem Grundgedanken an die oben beschriebenen Ausführungsformen anschließt, je nach Erfordernis, statt der zwei beschriebenen Meßelektroden, eine oder mehrere Meßelektroden im inneren der Ringelektrode ^ESR versehen werden.

Alle konstruktiven Teile können durch andere technisch äquivalente Teile ersetzt werden und die angewendeten Materialien, Abmessungen und Formen beliebig gewählt werden.

Claims (8)

Ansprüche : »'.<■■-

1. Elektrodenvorrichtung für die Signalableitung, insbesondere für die Biosignalableitung, bestehend aus mindestens einer Meßelektrode (Ei) und mindestens einer weiteren Elektrode (Esr)/ dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Elektrode (Esr) derart ausgebildet ist, daß sie die Meßelektrode (Ei) von Störsignalen abschirmt.

2. Elektrodenvorrichtung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Elektrode als Ringelektrode (Esr) ausgebildet ist und die Meßelektrode (Ei) umschließt.

3. Elektrodenvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßelektrode (Ei) eine differente Ableitelektrode ist.

4. Elektrodenvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßelektrode zwei oder mehrere differente Ableitelektroden (Ei,E2) vorgesehen sind.

5. Elektrodenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringelektrode (Esr) die Bezugselektrode der Elektrodenvorrichtung ist.

6. Elektrodenvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenvorrichtung einen Verstärker (V) aufweist, an dessen Masse die Ringelektrode (Esr) gekoppelt ist.

7. Elektrodenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere Ringelektrode (Esrz) ^um die Ringelektrode (Esr) angeordnet ist.

8. Elektrodenvorrichtung für die Messung von bioelektrischen Signalen an der Hautoberfläche, bestehend aus mindestens einer Bezugselektrode (Esr)/ mindestens einer Ableitelektrode (Ei) und einem Verstärker (V), dadurch gekennzeichnet, daß

die Bezugselektrode (Esr) d-£e ^Ableitelektrode (&Egr;&khgr;) ringförmig umschließt und mit der Masse des Verstärkers gekoppelt ist, wobei die Ringelektrode (Esr) derart ausgebildet ist, daß sie die Ableitelektrode (&Egr;&khgr;) von Störsignalen abschirmt.