DE102018104774B3

DE102018104774B3 - Auf der Haut tragbare Elektrode sowie Bekleidungsstück

Info

Publication number: DE102018104774B3
Application number: DE102018104774.6A
Authority: DE
Inventors: Hans Bauer
Original assignee: NTT New Textile Technologies GmbH
Current assignee: NTT New Textile Technologies GmbH
Priority date: 2018-03-02
Filing date: 2018-03-02
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2038-03-03

Abstract

Eine auf der Haut tragbare Elektrode weist eine elektrische Hautkontaktschicht auf, die über einen Klettverschluss mit einem Trägerfeld, das mit einem Stromanschluss versehen ist, verbunden ist, wobei der Klettverschluss elektrisch leitend ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine auf der Haut tragbare Elektrode, insbesondere in einem Bekleidungsstück oder in einer Bandage, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In der DE 20 2007 017 033 U1 wird eine tragbare Pulsmesseinrichtung beschrieben, die zwei Sensorfelder zwischen zwei Gewebelagen umfasst, wobei in die der Haut zugewandte Gewebelage den Sensorfeldern zugeordnete Ausnehmungen eingebracht sind, um einen Kontakt mit der Haut herzustellen. Jedes Sensorfeld besteht aus einer Silikonschicht, in die elektrisch leitfähige Karbonpartikel eingebracht sind. Zusätzlich sind die Sensorfelder zwischen elektrisch isolierenden Silikonstreifen angeordnet, wobei der der Hautseite zugewandte Silikonstreifen ebenfalls Ausnehmungen aufweist, die mit den Ausnehmungen in der benachbarten Gewebelage fluchten. Die Sensorfelder sind mit einem Beflockungsmaterial versehen, um den Tragekomfort zu erhöhen.
Aus der EP 2 143 376 A2 ist eine auf der Haut tragbare Sensoreinrichtung mit zwei Einzelsensoren bekannt, die in eine Stofflage integriert sind. Auf der Rückseite weisen die Einzelsensoren eine elektrisch nichtleitende Sperrschicht auf.
Die Einzelsensoren sind über elektrische Leiter, die durch die Stofflage hindurchgeführt sind, mit Anschlüssen verbunden.
In der EP 2 803 315 A1 ist ein Elektrodenbrustgürtel mit zwei Einzelelektroden bekannt, die zwischen Isolationsschichten angeordnet sind, wobei der elektrische Anschluss über elektrische Verbindungen erfolgt, die durch eine Isolationsschicht hindurchgeführt sind.
Aus der EP 1 676 528 A1 ist ein Sensorsystem mit zwei Elektroden zwischen zwei Stofflagen bekannt, wobei die Elektroden jeweils über zwei Anschlüsse kontaktiert sind, die durch eine Stofflage hindurchgeführt sind. Die Anschlüsse bestehen aus einem Polyurethan, in das Textilfasern mit Silber eingebracht sind.
Aus der US 5 218 973 A ist eine Elektrode zur Wundbehandlung bekannt, über die elektrische Stromimpulse auf die Haut übertragen werden. Die Elektrode weist eine elektrische Übertragungsschicht sowie eine unmittelbar auf der Haut aufliegende Kontaktschicht auf, wobei zwischen der Übertragungsschicht und der Kontaktschicht zwei weitere Schichten liegen, die aus einem schwammähnlichen Material bestehen und eine Salzlösung aufnehmen, um die Wunde zu befeuchten.
Die DE 695 04 842 T2 zeigt eine Elektrode mit einer auf der Haut aufliegenden Kontaktschicht, die über eine elektrisch leitfähige Übertragungsschicht mit Strom versorgt wird. Diese elektrisch leitfähige Übertragungsschicht ist als eine Metallfolie oder als ein mit Kohlenstoff imprägnierter, leitfähiger Kunststoff ausgebildet. Die Kontaktschicht ist als eine impedanzerniedrigende Schicht ausgeführt. Durch das Erniedrigen der Impedanz soll ein guter elektrischer Kontakt zwischen der Haut des Patienten und der Übertragungsschicht gewährleistet sein.
Die DE 20 2014 102 737 U1 offenbart eine Vorrichtung zur elektrischen Stimulation der Beinmuskulatur mit einem Paar integrierter, textilbasierter Kontaktelektroden in einer Strumpfhose mit elastischer, textiler Trägerstruktur, welche eine textilbasierte elektrische Leitung zu den Kontaktelektroden aufnimmt. Die Kontaktelektrode ist als ein Flachgestrick mit leitfähigen Fäden ausgebildet.
Aus der WO 2014/000736 A2 ist eine Vorrichtung zur muskulären Stimulation von Rumpf- und/oder Beinmuskulatur durch Elektromyostimulation bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine integrierte, textilbasierte Kontaktelektrode und eine textilbasierte, elektrische Leitung in einem am Körper anliegenden elastischen Anzug, welcher als Flachgestrick ausgeführt ist. Die textilbasierte elektrische Leitung ist in einer gestrickten Tunnelröhre im Flachgestrick ausgebildet, wobei die Kontaktelektrode als Flachgestrick aus leitfähigen Fäden gebildet ist.
Aus der DE 10 2014 108 315 A1 ist eine Behandlungsvorrichtung zur Behandlung eines Gesichts bekannt, wobei die Vorrichtung eine Gesichtsmaske mit einem gestrickten Träger und eingestrickten Elektroden umfasst. Der Träger und die Elektroden sind einteilig als Flachgestrick ausgeführt, wobei die Elektroden unter Verwendung elektrisch leitfähiger Fäden ausgebildet sind.
Zum weiteren Stand der Technik wird auf die DE 10 2015 002 565 A1 , DE 10 2009 013 627 A1 , DE 20 2014 103 548 U1 , DE 20 2015 005 645 U1 , US 2008/0097530 A1 , DE 10 2013 106 864 A1 und WO 2014/135636 A1 verwiesen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine variabel einsetzbare, auf der Haut tragbare Elektrode zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Die erfindungsgemäße, auf der Haut tragbare Elektrode kann als Sensor eingesetzt werden, über den Vitalparameter des Körpers anhand von Spannungsänderungen auf der Haut oder einer Änderung des elektrischen Hautwiderstandes ermittelt werden. Es ist auch möglich, die Elektrode als Signalgeber einzusetzen, über die elektrische Impulse auf die Haut übertragen werden, beispielsweise zur Muskelstimulation.
Die Elektrode wird vorteilhafterweise in ein Bekleidungsstück integriert, beispielsweise in ein Hemd, ein T-Shirt, eine Hose wie zum Beispiel eine Sporthose, einen Büstenhalter oder dergleichen. Des Weiteren kann die Elektrode auch in einen Gürtel, einen Brustgurt oder eine Manschette integriert werden, die zum Beispiel über das Handgelenk oder das Fußgelenk gestülpt wird; auch derartige Gegenstände zählen im Sinne der Erfindung als „Bekleidungsstück“. Außerdem kann die Elektrode in eine Bandage integriert werden, beispielsweise eine Gelenkbandage wie zum Beispiel eine Ellbogen- oder Kniebandage.
Des Weiteren ist es möglich, die Elektrode ohne Bekleidungsstück oder Bandage unmittelbar auf die Haut aufzusetzen.
Die Elektrode kann als einzelne Elektrode verwendet werden, insbesondere in einem Bekleidungsstück oder einer Bandage, oder es sind in dem Bekleidungsstück bzw. der Bandage zwei Elektroden vorhanden, beispielsweise um bei einem Stromfluss zwischen den Elektroden über die Haut den Hautwiderstand zu ermitteln.
Die Elektrode wird im Einsatz unmittelbar auf der Haut platziert. Hierbei liegt eine elektrische Hautkontaktschicht, die Bestandteil der Elektrode ist, direkt auf der Haut auf oder steht mit der Haut in Kontakt. Es kann gegebenenfalls aber zweckmäßig sein, die Kontaktschicht auf der Hautseite mit einer Beflockung zu versehen, die das Tragegefühl und den Tragekomfort verbessert und Feuchtigkeit aufsaugt. Die Beflockung auf der Kontaktschicht schränkt die Funktion der Elektrode als Signalgeber oder Signalempfänger nicht oder zumindest nicht wesentlich ein.
Gegebenenfalls ist die Hautkontaktschicht auf der Hautseite mit einer feuchtigkeitsdurchlässigen Beschichtung versehen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine Silikonschicht, die vorzugsweise unmittelbar auf die Kontaktschicht aufgebracht ist und im Gebrauch direkt in Kontakt mit der Haut steht. Die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit der Beschichtung wird beispielsweise dadurch erreicht, dass in die Beschichtung Ausnehmungen bzw. Perforationen eingebracht sind. Dies ermöglicht es auch, dass die Beschichtung an sich nicht feuchtigkeits- oder wasserdurchlässig ausgebildet sein muss, wenngleich auch Ausführungen möglich sind, bei denen auch die Beschichtung an sich wasser- bzw. feuchtigkeitsdurchlässig ist. Die Beschichtung kann ggf. auf ihrer der Haut zugewandten Außenseite mit einer Beflockung versehen sein.
Die Hautkontaktschicht ist mit einem Stromanschluss elektrisch verbunden, über den die Hautkontaktschicht entweder in der Ausführung als Signalgeber mit einem elektrischen Potenzial versorgt wird oder, in der Ausführung als Sensor, ein elektrisch aufgenommenes Potenzial als Sensorsignal abgeleitet wird. Die elektrische Verbindung zwischen der Hautkontaktschicht und dem Stromanschluss erfolgt über einen elektrisch leitenden Klettverschluss mit einem Trägerfeld, das an den Stromanschluss angeschlossen ist. Der Klettverschluss umfasst einen ersten Klettverschlussteil, der am Trägerfeld angeordnet ist, sowie einen zweiten Klettverschlussteil, der an der Hautkontaktschicht angeordnet ist. Mit dem Schließen des Klettverschlusses gelangen der erste und der zweite Klettverschlussteil am Trägerfeld bzw. an der Hautkontaktschicht in eine mechanische Verbindung, wodurch sogleich ein elektrischer Kontakt hergestellt wird. Somit besteht eine durchgehende elektrische Verbindung zwischen dem Stromanschluss, dem ersten Klettverschlussteil am Trägerfeld, dem zweiten Klettverschlussteil an der Hautkontaktschicht und der Hautkontaktschicht selbst. Dies ermöglicht es, ein elektrisches Potenzial in beide Richtungen, also sowohl vom Stromanschluss zur Hautkontaktschicht als auch von der Hautkontaktschicht zum Stromanschluss zu leiten. Mit dem mechanischen Schließen der Verbindung im Klettverschluss wird zugleich die elektrische Verbindung hergestellt.
Das Trägerfeld, auf dem der erste, elektrisch leitende Klettverschlussteil angeordnet ist, weist in bevorzugter Ausführung eine größere Fläche als die Hautkontaktschicht mit dem zweiten Klettverschlussteil auf. Dies ermöglicht es, die Hautkontaktschicht, welche den Sensor bzw. den Signalgeber bildet, an verschiedenen Positionen auf dem Trägerfeld anzuordnen und mit dem Trägerfeld zu verbinden, wodurch sogleich eine elektrische Verbindung hergestellt wird.
Das größere Trägerfeld im Vergleich zur Hautkontaktschicht erlaubt es, die Hautkontaktschicht beispielsweise in einer angenehm zu tragenden Position auf dem Trägerfeld anzuordnen oder die Signalübertragung zwischen Haut und Hautkontaktschicht zu verbessern.
Der Größenunterschied zwischen der Fläche des Trägerfelds und der Fläche der Hautkontaktschicht beträgt vorteilhafterweise mindestens Faktor 4, so dass das Trägerfeld viermal größer ist als die Hautkontaktschicht. Dies ermöglicht es, die Hautkontaktschicht an einer Vielzahl unterschiedlicher Positionen auf dem Trägerfeld mithilfe des Klettverschlusses zu befestigen.
Das Trägerfeld ist vorzugsweise rechteckförmig ausgebildet, auch die Hautkontaktschicht kann rechteckförmig ausgeführt sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist die Grundfläche des Trägerfelds in beide Richtungen, welche die Ebene des Trägerfelds definieren, jeweils um mindestens den Faktor 2 größer als die Hautkontaktschicht.
Mit einer alternativen Ausführung ist es auch möglich, das Trägerfeld und die Hautkontaktschicht mit gleich großer Grundfläche und Grundgeometrie auszuführen, so dass die Hautkontaktschicht genau auf das Trägerfeld passt.
Des Weiteren ist es möglich, nicht-eckige Geometrien für das Trägerfeld und/oder die Hautkontaktschicht vorzusehen, beispielsweise runde oder ovalförmige Geometrien.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist eine Seite des Trägerfelds vollständig mit dem ersten Klettverschlussteil bedeckt. Dies erlaubt es, die Hautkontaktschicht an unterschiedlichen Positionen mit dem Trägerfeld zu verbinden und elektrisch zu kontaktieren.
Vorteilhafterweise sind beide Klettverschlussteile, also sowohl am Trägerfeld als auch an der Hautkontaktschicht, jeweils vollständig elektrisch leitend ausgebildet. In einer alternativen Ausführung ist es auch möglich, dass ein Klettverschlussteil oder beide Klettverschlussteile nur teilweise elektrisch leitend ausgeführt sind, indem beispielsweise nur ein Teil der Elemente, aus denen die Klettverschlussteile aufgebaut sind, mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen sind.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung bestehen die Elemente der Klettverschlussteile - üblicherweise Widerhaken an einem Klettverschlussteil und Schlaufen am anderen Klettverschlussteil - aus Kunststoff. Die elektrische Leitfähigkeit kann mithilfe einer elektrisch leitenden Beschichtung erreicht werden, beispielsweise mit einer Silberbeschichtung auf den Elementen der Klettverschlussteile. Alternativ ist es auch möglich, die Klettverschlussteile aus einem an sich elektrisch leitenden Material zu fertigen.
Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Bekleidungsstück und eine Bandage mit einer vorbeschriebenen Elektrode, die in das Bekleidungsstück integriert ist. Dies erfolgt beispielsweise dadurch, dass das Trägerfeld der Elektrode in einen Stoffabschnitt des Bekleidungsstücks bzw. der Bandage integriert ist, beispielsweise mit dem Stoffabschnitt vernäht oder verklebt ist.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

1 in Draufsicht eine auf der Haut tragbare Elektrode, die in einen Stoffabschnitt eines Bekleidungsstücks integriert ist,
2 einen Schnitt durch die Elektrode, mit einem Trägerfeld und einer Hautkontaktschicht, die über einen Klettverschluss mit dem Trägerfeld verbunden ist,
3 die Hautkontaktschicht in Einzeldarstellung im Schnitt,
4 in einer Ausführungsvariante eine Hautkontaktschicht im Schnitt, mit einer zusätzlichen Silikonschicht, in die Perforationen eingebracht sind.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die in den 1 und 2 dargestellte Elektrode 1, welche auf der Haut eines Benutzers anliegt, umfasst ein Trägerfeld 2 und eine Hautkontaktschicht 3 (3) sowie einen Stromanschluss 4. Die Hautkontaktschicht 3 steht im Gebrauch in Kontakt mit der Haut des Benutzers und dient entweder als Sensorelement, beispielsweise zum Messen des elektrischen Hautwiderstandes des Benutzers, oder als Signalgeber, beispielsweise zum Aussenden von elektrischen Impulsen zur Muskelstimulation.
Die Elektrode 1 ist in einen Stoffabschnitt 5 integriert, bei dem es sich um einen Bestandteil eines Bekleidungsstücks oder einer Bandage handelt. Die Elektrode 1 ist in der Weise in den Stoffabschnitt 5 integriert, dass bei ordnungsgemäßer Benutzung des Bekleidungsstücks bzw. der Bandage die Außenseite der Hautkontaktschicht 3 auf Kontakt zur Haut des Benutzers liegt.
Die Hautkontaktschicht 3 ist separat von dem Trägerfeld 2 ausgebildet und über einen Klettverschluss 6 lösbar mit dem Trägerfeld 2 verbunden. Der Klettverschluss 6 umfasst auf Seiten des Trägerfelds 2 einen ersten Klettverschlussteil 6a und auf Seiten der Hautkontaktschicht 3 einen zweiten Klettverschlussteil 6b. Die Klettverschlussteile 6a, 6b umfassen in an sich bekannter Weise als Elemente Haken und Schlaufen, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch sich ineinander verhaken, um die gewünschte Verbindung herzustellen. Die Verbindung ist lösbar ausgeführt.
Vorteilhafterweise sind die Elemente des Klettverschlussteils 6a am Trägerfeld 2 als Schlaufen und die Elemente des Klettverschlussteils 6b an der Hautkontaktschicht 3 als Haken ausgebildet. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die als Schlaufen ausgebildeten Elemente des Klettverschlussteils 6a am Trägerfeld 2, die der Haut zugewandt sind, ein angenehmes Tragegefühl auf der Haut entstehen lassen.
Die Fläche des Trägerfelds 2 ist signifikant größer als die Fläche der Hautkontaktschicht 3. Dies ermöglicht es, wie in 1 mit gestrichelter Linie festgestellt, die Hautkontaktschicht 3 an verschiedenen Positionen auf dem Trägerfeld 2 anzuordnen und die Position nach subjektiven oder objektiven Kriterien auszuwählen, beispielsweise im Hinblick auf ein angenehmeres Traggefühl oder eine verbesserte Signalübertragung zwischen der Haut und der Hautkontaktschicht 3.
Um eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Trägerfeld 2, das mit dem Stromanschluss 4 versehen ist, und der Hautkontaktschicht 3 herzustellen, ist der Klettverschluss 6 elektrisch leitend ausgebildet. Hierfür weisen die Elemente an den Klettverschlussteilen 6a und 6b vorteilhafterweise eine elektrisch leitende Beschichtung auf. Die Elemente selbst bestehen vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, die elektrisch leitende Beschichtung ist beispielsweise eine Silberbeschichtung. Somit wird automatisch mit dem Herstellen der mechanischen Verbindung zwischen den Klettverschlussteilen 6a und 6b auch eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt, ungeachtet der Position der Hautkontaktschicht 3 auf dem Trägerfeld 2.
Das Trägerfeld 2 ist rechteckförmig ausgebildet, ebenso die Hautkontaktschicht 3. Es handelt sich jedoch nur um eine exemplarische Darstellung. Gegebenenfalls kommen auch nichtrechteckförmige Geometrien des Trägerfelds 2 und/oder der Hautkontaktschicht 3 in Betracht, beispielsweise runde Geometrien oder ovale Geometrien.
Die Fläche des Trägerfelds 2 ist signifikant größer als die Fläche der Hautkontaktschicht 3. Der Flächenunterschied beträgt mindestens Faktor 4, wobei je nach Ausführung auch kleinere oder größere Faktoren möglich sind.
In 4 ist eine Ausführungsvariante der Hautkontaktschicht 3 dargestellt, die auf ihrer Außenseite, welche bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Haut zugewandt ist, eine zusätzliche, feuchtigkeitsdurchlässige Beschichtung 7 aufweist, beispielsweise eine Silikonschicht, in die Perforationen 8 eingebracht sind. Das Material der Beschichtung 7 ist nicht zwangsläufig feuchtigkeitsdurchlässig, die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit kann durch die Perforationen 8 erreicht werden. Die Silikonschicht 7 gewährleistet ein angenehmes Tragegefühl für den Benutzer.
Aufgrund ihrer hohen Elastizität kann die Silikonschicht 7 während der Bewegung des Benutzers Dehnungen ohne Einschränkungen des Tragegefühls ausführen.

Claims

Auf der Haut tragbare Elektrode, insbesondere in einem Bekleidungsstück oder in einer Bandage, mit einer elektrisch leitenden Hautkontaktschicht (3), die mit einem Stromanschluss (4) elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung der Hautkontaktschicht (3) mit dem Stromanschluss (4) über einen elektrisch leitenden Klettverschluss (6) erfolgt, wobei der Klettverschluss (6) einen ersten Klettverschlussteil (6a) an einem Trägerfeld (2), das mit dem Stromanschluss (4) versehen ist, und einen zweiten Klettverschlussteil (6b) an der Hautkontaktschicht (3) aufweist.
Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerfeld (2) eine größere Fläche als die Hautkontaktschicht (3) besitzt.
Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seite des Trägerfelds (2) vollständig mit dem ersten Klettverschlussteil (6a) bedeckt ist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seite der Hautkontaktschicht (3) vollständig mit dem zweiten Klettverschlussteil (6b) bedeckt ist.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Klettverschlussteil (6a, 6b) aus Kunststoff gefertigt und mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen, ist beispielweise mit einer Silberbeschichtung.
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Trägerfelds (2) mindestens viermal größer ist als die Fläche der Hautkontaktschicht (3).
Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hautkontaktschicht (3) auf der Hautseite mit einer feuchtigkeitsdurchlässigen Beschichtung (7) versehen ist.
Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) auf der Hautkontaktschicht (3) als Silikonschicht ausgebildet ist.
Elektrode nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (7) auf der Hautkontaktschicht (3) mit Perforationen (8) versehen ist.
Bekleidungsstück oder Bandage mit einer Elektrode (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Bekleidungsstück oder Bandage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerfeld (2) der Elektrode (1) in einen Stoffabschnitt (5) des Bekleidungsstücks bzw. der Bandage integriert ist.