專利名稱：電極傳感器和電極傳感器作為eit電極的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于將穿戴者的皮膚的表面接觸多個電極的電極傳感器，特別涉及用于使用于電阻抗成像(electrical impedance tomography,EIT)的電極傳感器。電極傳感器包括多個電極接觸元件。每個所述電極接觸元件單獨接觸測試者的皮膚，并允許局部電勢和/或電流的施加或測量，以在生物體內(nèi)形成和測量電場。本發(fā)明涉及用于在電阻抗成像裝置的電子部件和生物體的皮膚之間形成可靠和穩(wěn)定的電接觸的裝置和方法。
背景技術(shù)：
電阻抗成像(EIT)是一種已知的技術(shù)。關(guān)于這項技術(shù)的更多細節(jié)可以在CostaEL, LimaRG, Amato MB, Curr Opin Crit Care. 2009 Feb;15(I):18 24 的“Electricalimpedancetomography”中找到,其在這里通過參考納入。對于重癥監(jiān)護醫(yī)生、胸腔科醫(yī)師、理療醫(yī)師和高水平運動員，電阻抗成像(EIT)是一種提供區(qū)域肺通氣和灌注(血液流動或脈動)的實時信息的成像方法。與常規(guī)方法相反，EIT不需要患者通過傳感器呼吸，不施加電離X射線，并且可以用于長時間，例如24小時或甚至更長時間。因此，EIT可以連續(xù)使用，因此適合于實時和長期監(jiān)控治療和訓(xùn)練效果。EIT于1983年首次用于監(jiān)控呼吸功能，并保持允許肺容積的區(qū)域變化的連續(xù)的、非侵入性檢測的唯一的床邊方法。在EIT中，電流施加到胸部的皮膚以在胸內(nèi)形成一個電場。通常情況下，8、16或32個電極放置在胸部的周圍并用于測量由電場導(dǎo)致的電勢。使用用于不適定的非線性的問題而專門開發(fā)的算法，測量的電壓用于估計胸內(nèi)電阻抗的分布。為了克服阻抗估計的不適定性質(zhì)，大多數(shù)EIT成像算法使用另外的假設(shè)，稱為正則化，例如胸內(nèi)阻抗分布的平穩(wěn)，或先驗信息。這些正則化幫助數(shù)學(xué)算法在相互競爭的解決方案中決定，在損失降低的空間分辨率或減弱最大擾動下，產(chǎn)生胸內(nèi)真實阻抗分布的合理估計的圖像。圖像生成軟件通常用不同的方法實現(xiàn)正則化，這樣的軟件在本領(lǐng)域是已知的。最后，計算得到的阻抗分布轉(zhuǎn)換成顯示空氣存在、不存在或變化的圖像，如果需要還顯示血液含量。按順序迅速繪制的，類似一部電影，這些圖像形成進出每個肺部區(qū)域的氣體和血流的可視化表示，允許醫(yī)生或運動員實時評估肺功能。不是繪制圖像，獨特特征可以從圖像中提取并以數(shù)字或指數(shù)顯示。舉例如下左與右通氣或背部與腹部通氣，其中這些數(shù)字代表總通氣量的百分比。胸壁的形狀以及組成可能對作為胸內(nèi)阻抗的在胸壁表面測量得到的電壓同樣有貢獻。因此，絕對阻抗分布的重建，雖然可行，需要了解胸部的形狀，以及電極和皮膚之間的阻抗。然而，差分圖像，如由Barber和Brown首先描述的，可以無需胸腔結(jié)構(gòu)知識而形成。它們形成于阻抗相對于基線或參考條件的變化，假定胸部的形狀以及接觸阻抗在這些條件之間不顯著變化。這種相對或差分方法不僅在理論上而且在患者中取消了與關(guān)于胸部形狀、電極位置、身體組成和接觸阻抗的不正確假設(shè)相關(guān)的大部分錯誤，因為該同樣的錯誤以同樣的方式施加到兩種圖像。在臨床實踐中目前大部分可獲得的EIT裝置和本領(lǐng)域的大部分出版物使用該相對方法。因此，它們顯示阻抗的變化，而不是它的絕對值。然而，如果監(jiān)控器官功能如跳動的心臟和呼吸肺的動力學(xué)，這種感知的限制不是一個真正的問題。然而，即使在臨床實踐中使用相對EIT是不可能的，除非電極和身體皮膚之間的接觸阻抗隨著時間的推移變得可預(yù)見地穩(wěn)定。接觸阻抗的任何顯著的變化將被錯誤地認為是感興趣的器官內(nèi)的變化。因此，即使在每個電極的位置的接觸阻抗的精確的絕對值并不需要知道，如果有意義的EIT圖像通過圖像生成軟件形成，這些值隨著時間的推移必須保持穩(wěn)定的條件仍然必須達到。此外，非常期望不僅實現(xiàn)穩(wěn)定而且也相當?shù)偷慕佑|阻抗，以便最大限度地利用允許注入生物體的有限量的電流(10毫安)。只有這樣的電流達到最大的信噪比。重建圖像時，傳統(tǒng)的EIT算法假定電極(通常為8、16或32個)位于胸部周圍的離散的物理位置，最常見以等距離間隔的方式。它們不考慮這些電極之間的串擾。串擾和串擾的變化可以由圖像 生成軟件解釋為內(nèi)部器官和這些器官的功能所產(chǎn)生的信號。因此，電極之間的串擾應(yīng)保持低的和不變的。然而，當設(shè)計要與生物體的皮膚直接接觸放置的任何裝置或結(jié)構(gòu)時，要考慮的另一方面是它在這樣的皮膚上的物理沖擊，其可能導(dǎo)致不僅皮膚而且下層組織如肌肉、肌腱或骨頭(褥瘡)的物理刺激或甚至損害。這種損害的發(fā)生機制的主要因素是1)患者的急性重癥或慢性疾病(內(nèi)在因素)，2)壓縮小血管和毛細血管(這通常是在骨頭位于靠近身體表面的區(qū)域中最高)的局部絕對壓力(通常>30毫米汞柱)和/或與灌注組織的壓力相比較的壓力，3)這種壓力施加的時間和4)時間-壓力-產(chǎn)物(甚至可以在相對短的時間內(nèi)容忍非常高的壓力)。此外，升高的5)水分和6)溫度水平和增加的代謝需求使組織容易受到損害。此外，7)剪切應(yīng)力(與組織表面相切的力)主要在毛細管區(qū)域發(fā)揮其負面影響，在那里它們導(dǎo)致這些樣血管的扭曲，防止氧氣和營養(yǎng)豐富的血液流向利用的位置(缺血)。一方面養(yǎng)分和氧氣的缺乏和C02和代謝副產(chǎn)物的積累以及另一方面靜脈血匯集連同局部組織的逐漸酸化最初引起腫脹和最后細胞的消亡(壞死)。壓瘡可以根據(jù)尺寸和嚴重程度進行分類，后者從皮膚局部但是不可逆的發(fā)紅到下面組織包括骨骼的完全破壞。在上述的情況下，施加到活的對象的脆弱的皮膚的任何物理結(jié)構(gòu)需要適應(yīng)這樣的對象尤其是他們的皮膚和支持組織的單獨需要，變得明顯。這種需要排除使用防止皮膚呼吸及水分和熱量交換的任何簡單的物理結(jié)構(gòu)。此外，該結(jié)構(gòu)可以既不施加過大的切向應(yīng)力，也不施加組織灌注壓力以上的局部壓力。傳統(tǒng)的EIT系統(tǒng)使用隔離的凝膠電極，即通常使用在ECG應(yīng)用中的電極，其中這些電極通過單獨的被動或主動屏蔽電纜連接到位于遠處的電子電路。在臨床實踐中，一組8，16或32個這些隔離的電極以及它們各自的連接電纜不僅不可能適用于仰臥患者的胸部-將從EIT受益最大的患者類型-而且它們不符合隨著時間的推移穩(wěn)定的接觸阻抗的基本要求。當與患者的溫暖濕潤的皮膚接觸時，這些基于凝膠的電極可能會非常顯著地改變它們的電氣特性?；颊叩纳眢w移動與電纜施加的變化的機械力協(xié)力將移動單個電極遠離它們的初始連接點。此外，這些相同的力會以不可預(yù)知的方式改變它們與皮膚的物理接觸。由傳統(tǒng)的EIT系統(tǒng)使用用于長(通常>2m)距離輸送注入電流和電壓信號的單獨電纜通常具有未知阻抗和電容值，但更糟糕的是，它們彼此相互作用，從而以未知的幅度和方向影響測量信號。這些變化就如接觸阻抗和串擾的變化擾亂EIT圖像。在試圖克服傳統(tǒng)EIT系統(tǒng)的這些典型的限制中，這樣的系統(tǒng)正在以有源電子電路位于注入電流和電壓測量的部位的右面這樣的方式小型化。雖然當使用長模擬電纜時，這樣的方法通過不僅移除所遇到的電氣問題而且移除所遇到的機械問題增加了整體信號質(zhì)量，它并沒有解決可變接觸阻抗和電極串擾的問題。由于上述原因，對實現(xiàn)EIT系統(tǒng)的電子器件和生物體的皮膚之間更加可靠和穩(wěn)定的電氣接觸的方法和裝置存在明確的需要。同時，任何可能的解決方案必須是可大批量低成本生產(chǎn)的，特別是當設(shè)計使用作為典型的單個患者使用的一次性物品。已知的解決方案，例如在美國專利US7315754中給出的方案，基于以下想法，即如果它們體現(xiàn)在將它們連接在一起的機械結(jié)構(gòu)，即以帶狀或衣服狀結(jié)構(gòu)，空間上分離的單個電極的陣列可以最好放置在身體表面上。雖然每個電極由導(dǎo)電材料制成，機械連接它們的機械支撐結(jié)構(gòu)必須不能由高導(dǎo)電材料制成(即不由電導(dǎo)率在金屬范圍內(nèi)的材料制成)，因為這會導(dǎo)致短路，或至少增強電極之間的串擾。盡管已知的電極支撐結(jié)構(gòu)的精心構(gòu)造，但是它 們?nèi)狈α己玫碾姎饨佑|性能以及良好的磨損性能。此外，商業(yè)化生產(chǎn)的電極支撐結(jié)構(gòu)是昂貴的。因此，患者和測試者和/或醫(yī)務(wù)人員的接受通常是較低的?？蛇x擇地，將導(dǎo)電電極連同它們的電線連接一起單獨放置和固定在機械支撐結(jié)構(gòu)上是很笨重的、昂貴的，可能不會產(chǎn)生用于在臨床環(huán)境中基于EIT監(jiān)控目的所需的高電氣和機械可靠性。文獻W02010/069023披露了一種電極系統(tǒng)，其在EIT技術(shù)中是有用的。皮膚和測量裝置之間的接觸形成在眾多位置上，在那里多對導(dǎo)電粘接材料層通過葉片的非導(dǎo)電層的孔相互彼此接觸，所述材料可以是凝膠。一半所述層-設(shè)置在葉片的一側(cè)上-與皮膚直接接觸，而另一半所述層-設(shè)置在葉片的另一側(cè)上-與測量裝置接觸。多對層形成電氣接觸的區(qū)域的位置和大小在制造過程中預(yù)先確定。因此，用于連接多個電導(dǎo)體的位置是預(yù)先確定的和固定的。文獻US6210771披露使用作為電子電路的集成元件的織物。因此，織物作為基體，電氣元件連接在其上,或本身作為電氣元件。專利申請WO 2008/022482披露了一種具有兩層紡織層的紡織電極裝置。第一紡織層-設(shè)計用于偏置佩戴裝置的個人的身體-設(shè)置有一組繡上的電極。每個繡上的電極由導(dǎo)電紗形成并連接至相關(guān)的電源線。電源線只設(shè)計作為第二紡織層上的繡上的導(dǎo)體軌道。所述第二紡織層設(shè)置在第一紡織層的朝向遠離身體的側(cè)面上。每個繡上的電極固定連接相關(guān)的電源線。貼片電極和電源線的連接形成，因為電極圖案通過兩個紡織層縫補。例如導(dǎo)電紗用于在電極的位置處縫補兩個層。因此，每個電極的設(shè)計和位置由繡上的圖案確定。每個貼片電極和它的電源線形成連貫導(dǎo)電設(shè)計。電源線可以這樣設(shè)計以便它們可以電接觸帶插頭連接器。實用新型DE202006007226U1披露了一種具有兩個平面紡織結(jié)構(gòu)的紡織像素電極。第一和第二結(jié)構(gòu)相互距離平行設(shè)置；第一結(jié)構(gòu)用于接觸穿戴者的皮膚，第二結(jié)構(gòu)指向遠離穿戴者的皮膚。第一結(jié)構(gòu)包括至少一個由導(dǎo)電紗形成的像素電極。第二結(jié)構(gòu)是彈性可變形的。每個像素可以單獨激活或?qū)ぶ坊蚩蛇x擇地幾個像素成組由一個電子單元即多路復(fù)用器激活。那些像素實際尋址在電子單元內(nèi)確定。電子單元或多路復(fù)用器可以連接到或集成進第二紡織結(jié)構(gòu)。
因此，從生產(chǎn)角度來看，發(fā)明一個單一結(jié)構(gòu)，其同時滿足電氣(導(dǎo)電性的離散的區(qū)域)和機械的(連續(xù)的機械結(jié)構(gòu))的要求，是非常期望的，且優(yōu)選地，同時可以以低廉的價格
生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的本發(fā)明的目的是提供電子測量設(shè)備特別是電阻抗成像裝置的電子部件和生物體例如測試者或患者的皮膚之間可靠和穩(wěn)定的電氣接觸。此外，本發(fā)明的目的是一種用于電阻抗成像的新的和改進的電氣患者界面，其最大限度地減少皮膚內(nèi)的剪切力和皮膚上及皮膚內(nèi)的高壓，從而防止損傷如壓瘡。再一個目的是提供至皮膚的可靠的電氣接觸，而同時避免電極之間的串擾，即使患者移動或電極移動。再一個目的是獲得一個以較低的成本可生產(chǎn)的解決方案，特別用于單個患者使用的產(chǎn)品。描述上述目的采用根據(jù)權(quán)利要求I所述的電極傳感器得到解決。發(fā)明的電極傳感器包括(a)間隔開的單獨的接觸元件的陣列，和(b)用于在所述接觸元件和皮膚之間形成接觸的界面結(jié)構(gòu)，所述界面結(jié)構(gòu)包括-基本上電氣絕緣的或?qū)щ姴涣嫉牟牧系慕缑鎸?，在界面層的一?cè)上限定皮膚接觸表面，在界面層的另一側(cè)上限定陣列接觸表面；-在陣列接觸表面上的導(dǎo)電材料的第一圖案，-在皮膚接觸表面上的導(dǎo)電材料的第二圖案，和-連接第一圖案與第二圖案的電氣通路；其特征在于，-第一圖案包括圖案元件，-每個單獨的接觸元件包括接觸表面區(qū)域，當接觸界面結(jié)構(gòu)的陣列接觸表面時，接觸表面區(qū)域覆蓋所述第一圖案的幾個圖案元件，和-通過將第一圖案的不同部分接觸所述的單獨的接觸元件，多組電氣通路還和第二圖案的不同部分形成接觸，以便單獨的接觸元件在皮膚接觸表面上限定單獨的有效電極。所述電極傳感器也可以稱為電極傳感器陣列，因為它包含接觸元件的陣列。因此，發(fā)明的電極傳感器的皮膚接觸區(qū)域分為要么是導(dǎo)電的區(qū)域，要么是不導(dǎo)電的區(qū)域，從而只有導(dǎo)電通路的那些成為電氣活性的并呈現(xiàn)作為電連接器的功能，其在一側(cè)與皮膚直接接觸，在另一側(cè)與用于電子部件的陣列的接觸元件的其中一個直接接觸。導(dǎo)電通路和圍繞它們的非導(dǎo)電空間的每一個的物理尺寸通常小于接觸元件的延伸。優(yōu)選地，多于一個或甚至許多導(dǎo)電通路在一個接觸元件和皮膚表面之間有效形成單個電氣接觸。更具體地，存在至少三個，更優(yōu)選至少10個，最優(yōu)選至少50個通路。與上面提到的基本上電絕緣的或?qū)щ姴涣嫉牟牧舷啾?，圖案和導(dǎo)電通路的導(dǎo)電材料導(dǎo)電良好。優(yōu)選地，界面結(jié)構(gòu)的第二圖案包括圖案元件。有利地，上述目的用電極傳感器得到解決，其中
-在陣列接觸表面上的導(dǎo)電材料的第一圖案包括圖案元件，例如，如圓點、線、斑點和/或貼片，和-在皮膚接觸表面上的導(dǎo)電材料的第二圖案包括圖案元件，例如，如圓點、線、斑點和/或貼片，和-電氣通路連接第一圖案的圖案元件與第二圖案的圖案元件。優(yōu)選地，圖案的所述圖案元件相互電氣隔離，這樣圖案是電氣不連貫的。電氣通路連接第一圖案的單獨的圖案元件和第二圖案的單獨的圖案元件。優(yōu)選地，每個單獨的接觸元件包括接觸表面區(qū)域，當接觸界面結(jié)構(gòu)的陣列接觸表面時，其覆蓋所述第一圖案的多個圖案元件(即很多圓點、線、斑點和/或貼片)，以便通過用所述單獨的接觸元件接觸第一圖案的不同部分，多組電氣通路與第二圖案的不同部分形成接觸，以便每個單獨的接觸元件在皮膚接觸表面上限定單獨的有效電極。·界面結(jié)構(gòu)是節(jié)省成本的中間體，用于用分開的單獨的接觸元件的陣列保護和接觸皮膚。特別有利的是下列事實，即該陣列可以隨機設(shè)置在界面結(jié)構(gòu)上，因為每個單獨的接觸元件包括接觸表面區(qū)域，當接觸界面結(jié)構(gòu)的陣列接觸表面時，其覆蓋所述第一圖案的很多圓點、線、斑點和/或貼片。因此，與所述第一圖案的很多圓點、線、斑點和/或貼片相比，相對大尺寸的接觸元件允許同時接觸幾個或許多通路，并與界面結(jié)構(gòu)的陣列接觸表面上的位置無關(guān)。優(yōu)選地，第一和/或第二圖案是不連貫的圖案，特別是例如導(dǎo)電斑點、圓點、貼片和/或線的不連貫的圖案。這意味著圖案的不同的元件，如斑點、圓點、貼片和/或線，彼此之間電氣隔離。因此，術(shù)語不同的在這里具有電氣隔離的含義。由于在表面上的斑點、圓點、貼片和/或線主要彼此電氣隔離，上述圖案是電氣不連貫的。然而，優(yōu)選地，在一個表面上的第一圖案的圖案元件如斑點、圓點、貼片和/或線單獨連接在另一個表面上的第二圖案的圖案元件如斑點、圓點、貼片和/或線。第一圖案的斑點、圓點、貼片和/或線和第二圖案的斑點、圓點、貼片和/或線之間的單獨的連接由通路形成。有利地，通路是彼此電氣隔離的，即相互電氣隔離。可選擇地，第一圖案的一組斑點、圓點、貼片或線和第二圖案的斑點、圓點、貼片、線或一組斑點、圓點、貼片或線之間的單獨的連接由分支通路即一組相互連接的通路形成。另外，可選擇地，第二圖案的一組圖案元件如斑點、圓點、貼片或線和第一圖案的圖案元件如斑點、圓點、貼片、線或一組圖案元件如一組斑點、圓點、貼片或線的單獨的連接通過分支通路即一組相互連接的通路形成。優(yōu)選地，電極傳感器的特征在于，每個圖案由眾多的單獨的(即相互電氣隔離)的圖案元件，例如斑點、圓點、貼片或線組成。因此陣列接觸表面上的圖形元件彼此電氣隔離。此外，優(yōu)選地，皮膚接觸表面上的圖案元件彼此之間電氣隔離。優(yōu)選地，圖案(即第一或第二圖案)的眾多的圖案元件包括至少三個圖案元件，更優(yōu)選至少5個圖案元件，進一步優(yōu)選至少10個圖案元件。此外，優(yōu)選地，電極傳感器的特征在于連接第一圖案和第二圖案的電氣通路將第一圖案的單獨的圓點、線、斑點、貼片和/或它們的組連接第二圖案的單獨的圓點、線、斑點、貼片和/或它們的組。實際上，皮膚接觸表面上的單獨的有效電極的大小和形狀取決于單獨的接觸元件的大小和形狀。例如，通路用基本上正交于所述表面的線連接界面結(jié)構(gòu)的兩個基本上平行的表面的地方，單獨的接觸元件與界面結(jié)構(gòu)的接觸區(qū)域的大小和形狀傳送到皮膚接觸表面上以形成有效的電極。因此，接觸區(qū)域和有效的電極可具有類似的形狀、輪廓和尺寸。然而，形成有效的電極的導(dǎo)電圖案也可以由導(dǎo)電圓點、線、斑點和/或貼片的不連貫的圖案組成。有利地，間隔開的單獨的接觸元件的陣列是可拆卸地可固定到陣列接觸表面。優(yōu)選地，第一和第二圖案是隨機或規(guī)則分布的圖案元件的設(shè)置(優(yōu)選均勻設(shè)置)。因此，單獨的有效電極的尺寸和形狀基本上由單獨的接觸元件的尺寸和形狀限定并基本上對應(yīng)單獨的接觸元件的尺寸和形狀。優(yōu)選地，通路連接基本上面對面位于界面層的相對側(cè)上的圖案元件。因此，在界面層的一側(cè)上的單獨的有效電極的位置基本上由在界面層的相對側(cè)上的單獨的接觸元件的位置限定和對應(yīng)。優(yōu)選地，有效電極區(qū)域相對于其對應(yīng)的接觸元件在平行于皮膚接觸表面的任何方向上偏移不超過10毫米，更優(yōu)選不超過5毫米，甚至更優(yōu)選不超過2毫米。所述電極傳感器的有利影響與它的涉及界面結(jié)構(gòu)和接觸元件的陣列兩個部件的構(gòu)造有聯(lián)系。在傳感器的使用過程中兩個部件需要彼此連接，以確保電氣接觸。兩個部件可以以永久方式 物理連接，因此當例如任何一個部件磨損或不衛(wèi)生時一起拆掉。對于某些用途，如內(nèi)科重癥監(jiān)護的情況下，全部或部分一次性傳感器可能是優(yōu)選的。在某些情況下，兩個部件是彼此可拆卸的，可能是期望的，以便例如當磨損或破裂時丟棄其中一個部件，或不使用時暫時移除其中一個部件。示例性地，在分析運動員時，接觸元件的陣列可以暫時從衣服形界面結(jié)構(gòu)移除。在另一例子中，界面結(jié)構(gòu)，其在操作時接觸患者或測試者的皮膚，使用后可以丟棄并用新的替換?？蛇x擇地，界面部件洗滌并重新連接以再次使用。由于與皮膚直接接觸，所述界面層污染，由于衛(wèi)生的原因，不應(yīng)該使用用于分析另外的患者或測試者。界面結(jié)構(gòu)可以相對便宜地制造。然而，接觸元件的陣列是可重復(fù)使用的。所述陣列包括間隔開的單獨的接觸元件(例如EIT-芯片)，其優(yōu)選地通過總線系統(tǒng)電連接，并可選地由支撐結(jié)構(gòu)進一步支撐。一次性界面結(jié)構(gòu)和可重復(fù)使用的陣列形成了用于在醫(yī)院、研究機構(gòu)以及私人住宅中使用的EIT-測量的用戶友好的電極傳感器。界面結(jié)構(gòu)可以形成為帶狀或條狀，但是，將界面結(jié)構(gòu)設(shè)計為衣服或?qū)⑵浼蛇M衣服是可能的。這樣的設(shè)計可以在運動員或患者在運動中進行EIT測試中發(fā)現(xiàn)最佳使用。所述電極傳感器由至少兩個可拆卸的部件組成。一個部件是所述的間隔開的單獨的接觸元件的陣列。另一部件是用于在所述接觸元件和皮膚之間形成接觸的所述界面結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，單獨的有效電極由通過界面結(jié)構(gòu)上的接觸元件選擇的通路限定。因此，每個接觸元件接觸某組通路，而這些通路在通路和皮膚之間的接觸形成的地方形成皮膚接觸區(qū)域。有利地，單獨的接觸元件限定單獨的有效電極的至少一個維度，即，單獨的有效電極的寬度或長度。例如，在一個具體實施例中，接觸元件的陣列沿帶狀的非導(dǎo)電材料的縱向延伸方向分布。每個接觸元件連接到一組平行的導(dǎo)線，其穿透-從陣列接觸側(cè)開始-進并位于皮膚接觸的平面中。有利地，所述導(dǎo)線基本上與條帶的縱向延伸正交設(shè)置。在皮膚接觸的平面中，每組平行線覆蓋寬度(或長度)由相應(yīng)的接觸元件的大小限定的一定區(qū)域。當界面結(jié)構(gòu)由例如機織或針織材料制造時，每根導(dǎo)線的寬度優(yōu)選地是導(dǎo)電紗或紗化合物的寬度。然而，特別是在采用印刷技術(shù)用于制造導(dǎo)線時，各種形狀和尺寸是可能的。
可選擇地，單獨的接觸元件限定單獨的有效電極的兩個維度，S卩，單獨的有效電極的區(qū)域。例如，在另一具體實施例中，接觸元件的陣列沿帶狀的非導(dǎo)電材料的縱向延伸方向分布。每個接觸元件連接到一組導(dǎo)線，其穿透-從陣列接觸側(cè)開始-通過帶狀的非導(dǎo)電材料以出現(xiàn)在皮膚接觸的平面中。在皮膚接觸的平面中，每組出現(xiàn)的導(dǎo)線覆蓋由相應(yīng)的接觸元件的大小和形狀限定的一定區(qū)域。在一個簡單的具體實施例中，第一和第二導(dǎo)電圖案形成圓點圖案，即通路在它們的出現(xiàn)端形成導(dǎo)電圓點。另外，更精細的圖案是可能的。例如與通路的直徑相比，圓點的直徑可以擴大，以增加界面結(jié)構(gòu)和接觸元件和/或界面結(jié)構(gòu)和皮膚之間的電氣接觸。原理上，從接觸元件通往皮膚接觸的平面的單一電氣通路足以形成電氣接觸。然而，有利地，為了形成單獨的有效電極，接觸元件連接至多個電氣通路。這確?？煽康慕佑|和電流的通過，即使當某些通路有缺陷時。優(yōu)選地，界面結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電的第一圖案、導(dǎo)電的第二圖案和電氣通路這樣設(shè)計以便，通過將界面結(jié)構(gòu)與接觸元件接觸，在陣列接觸表面上的接觸的區(qū)域基本上限定在皮膚接觸表面上的單獨的有效電極的區(qū)域。 優(yōu)選地，接觸元件安裝到支撐結(jié)構(gòu)上，從而所述支撐結(jié)構(gòu)和所述界面結(jié)構(gòu)是可移除地彼此固定?？梢瞥倪B接可以通過鉤和環(huán)帶(hook-and-loop tape,例如Velcro搭扣(Velcrofastening))或其它可移除的固定來形成?？蛇x擇地,非可移除的連接是可能的,例如，如熱密封連接。優(yōu)選地，導(dǎo)電的第一圖案通過在陣列接觸表面上的間隔開的導(dǎo)線形成，導(dǎo)線通過通路單獨電氣連接第二圖案的不同的部分、斑點或線。圖案的一部分限定圖案的圓點、斑點、線和/或貼片的子集(即圖案元件的子集)，因此，圖案的一部分包括至少兩個斑點、圓點、線或貼片或由斑點、圓點、線和貼片組成的組的至少一個任何兩個元件的組合。優(yōu)選地，導(dǎo)電的第二圖案由在皮膚接觸表面上的間隔開的導(dǎo)線形成，而多根所述線形成單獨的有效電極。優(yōu)選地，導(dǎo)電的第一圖案由在陣列接觸表面上的間隔開的導(dǎo)點斑點形成，斑點通過通路單獨電氣連接第二圖案的不同的部分、斑點或線。優(yōu)選地，導(dǎo)電的第二圖案由在皮膚接觸表面上的間隔開的導(dǎo)電斑點形成，而多個所述斑點形成單獨的有效電極。優(yōu)選地，導(dǎo)電的第二圖案由在皮膚接觸表面上的導(dǎo)電材料的基本上連續(xù)的區(qū)域形成，而所述材料的一部分形成單獨的有效電極。因此，盡管第二圖案覆蓋皮膚接觸表面的全部或大部分，只有在所述第二圖案上的某些區(qū)域形式單獨的有效電極。原因是，通過將第一圖案的不同的第一區(qū)域接觸陣列的接觸元件，只有在第二圖案上的對應(yīng)的第二區(qū)域(即電氣連接所述第一區(qū)域的第二圖案的區(qū)域)形成單獨的有效電極?？蛇x擇地，導(dǎo)電的第一圖案與第二圖案通過從界面層的陣列接觸表面至皮膚接觸表面基本上正交延伸的導(dǎo)電通路電氣連接。因此導(dǎo)電通路穿透基本上電絕緣的或?qū)щ姴涣嫉牟牧系慕缑鎸?。因此，第一和第二圖案和通路一起形成三維圖案(即體積圖案)。優(yōu)選地，導(dǎo)電的第一和第二圖案和導(dǎo)電通路一起形成從皮膚接觸面到陣列接觸表面延伸的體積圖案(即三維圖案)。優(yōu)選地，陣列接觸表面的導(dǎo)電的第一圖案與皮膚接觸表面的第二圖案通過圍繞基本上電絕緣或?qū)щ姴涣嫉牟牧系臋M向邊緣以及圍繞可選的非導(dǎo)電的芯材延伸的導(dǎo)電通路電氣連接。以此方式，優(yōu)選地基本上電絕緣或?qū)щ姴涣嫉牟牧系慕缑鎸友貦M向邊緣折疊。由于折疊，形成橫向彎曲。因此，第一圖案和第二圖案位于朝向相反方向的兩個外表面上。兩個圖案通過沿彎曲周圍的表面導(dǎo)向的電線電氣連接。優(yōu)選地，導(dǎo)電的第一圖案、導(dǎo)電的第二圖案和導(dǎo)電通路由相同的材料形成。優(yōu)選地，導(dǎo)電的第一圖案、導(dǎo)電的第二圖案和導(dǎo)電通路與界面層是一體的。第一圖案、第二圖案、通路和界面層形成界面結(jié)構(gòu)。此界面結(jié)構(gòu)可以設(shè)計為一次性的，并且制造相對便宜。有利地，電氣通路是彼此間隔開的，即相互電氣隔離的。因此，例如當位于界面層的表面上時通路可以間隔開，和/或當穿透大部分界面層時它們可以用非導(dǎo)電材料分開。
有利地，與第一和第二圖案的不同的部分形成接觸的多組電氣通路是彼此間隔開的，即相互電氣隔離。例如多組電氣通路比形成所述組的單個通路彼此隔開更遠。優(yōu)選地，支撐結(jié)構(gòu)形成柔軟帶狀結(jié)構(gòu)。柔軟結(jié)構(gòu)適應(yīng)其所固定到的身體部分，并且對于穿戴者是舒適的。更優(yōu)選地，支撐結(jié)構(gòu)是柔軟的和彈性的。以此方式，運動和呼吸不受阻礙，特別是當固定在生物體的胸部周圍時。優(yōu)選地，界面層和因此界面結(jié)構(gòu)用泡沫、機織、針織或非機織織物制造。這些材料允許蒸騰，因此，穿著舒適。優(yōu)選地，第一圖案，第二圖案和通路包括導(dǎo)電涂料或顆粒材料，其優(yōu)選通過濺射或印刷特別是縮微印刷涂布?？蛇x擇地，第一圖案、第二圖案和通路包括導(dǎo)電紗、電線或纖維，其例如機織、針織或縫補進界面結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，界面結(jié)構(gòu)用包含具有第一電導(dǎo)率的多個非壓縮區(qū)域和具有第二電導(dǎo)率的壓縮區(qū)域的泡沫材料制造，第二電導(dǎo)率高于第一電導(dǎo)率。電極傳感器可以以成套工具的形式提供。有利地，這樣的成套工具包括可以由用戶組裝的多個部件。例如，一套有用的和合適的成套工具可以包括以下兩個部件(a)和(b)(a)間隔開的單獨的接觸元件的陣列，和(b)用于在所述接觸元件和皮膚之間形成接觸的界面結(jié)構(gòu)，所述界面結(jié)構(gòu)包括-在界面層的一側(cè)限定皮膚接觸表面并在界面層的另一側(cè)限定陣列接觸表面的基本上電絕緣或?qū)щ姴涣嫉牟牧系慕缑鎸樱?在陣列接觸表面上的導(dǎo)電材料的第一圖案，-在皮膚接觸表面上的導(dǎo)電材料的第二圖案，和-連接第一圖案與第二圖案的電氣通路；因此，有利地，成套工具其特征在于或這樣設(shè)計以便-第一圖案包括圖案元件(和可選地，第二圖案也包括圖案元件)，-每個單獨的接觸元件包括接觸表面區(qū)域，適于當接觸界面結(jié)構(gòu)的陣列接觸表面時覆蓋所述第一圖案的幾個圖案元件，和-通過將第一圖案的不同的部分接觸所述的單獨的接觸元件，多組電氣通路進一步與第二圖案的不同的部分形成接觸，從而單獨的接觸元件可以在皮膚接觸表面上限定單獨的有效電極。在組裝成套工具的至少兩個部件后，電極傳感器可以使用用于進行電氣測量。電極傳感器的各自的優(yōu)選的、有利的和/或可選擇的功能也可以應(yīng)用于電極傳感器成套工具。
上述目的采用根據(jù)權(quán)利要求23所述的制造電極傳感器的方法得到解決。發(fā)明的制造電極傳感器的方法，包括間隔開的接觸元件的陣列和用于在所述接觸元件和皮膚之間形成接觸的界面結(jié)構(gòu)，包括以下步驟以在界面層的一側(cè)限定皮膚接觸表面并在界面層的另一側(cè)限定陣列接觸表面的基本上電絕緣或?qū)щ姴涣嫉牟牧蠈拥男问教峁┙缑娼Y(jié)構(gòu)，在陣列接觸表面上形成導(dǎo)電材料的第一圖案，在皮膚接觸表面上形成導(dǎo)電材料的第二圖案，和形成連接第一圖案與第二圖案的導(dǎo)電通路，將導(dǎo)電的第一圖案的多個部分接觸間隔開的接觸元件的陣列。該制造方法是特別有利的，因為陣列和界面結(jié)構(gòu)可以分開并根據(jù)它們的具體用途進行制造。例如用于在重癥監(jiān)護地點或運動員檢查地點的測量的界面結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求不同。特別適合的界面結(jié)構(gòu)可以結(jié)合相同的陣列，取決于患者或測試者的情況。此外，為測量的目的，各種陣列設(shè)計可以結(jié)合各種界面結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，第一和第二圖案和通路通過在界面結(jié)構(gòu)中提供或插入從皮膚接觸表面至陣列接觸表面穿透界面層的導(dǎo)電材料的斑點和/或線進行制造。優(yōu)選地，接觸元件安裝或固定在支撐結(jié)構(gòu)上。優(yōu)選地，支撐結(jié)構(gòu)與陣列中的接觸元件對齊，并確定相互之間的距離和位置。支撐結(jié)構(gòu)給予機械穩(wěn)定性和確保陣列的接觸元件和界面結(jié)構(gòu)之間的電氣相互連接。優(yōu)選地，支撐結(jié)構(gòu)存在，其中界面結(jié)構(gòu)和接觸元件的陣列設(shè)計為兩個可拆卸的部件。為使用電極傳感器，界面結(jié)構(gòu)和包括接觸元件的所述支撐結(jié)構(gòu)彼此連接。在傳感器的使用過程中，界面結(jié)構(gòu)和電極元件彼此物理和電氣接觸。一次性的電極傳感器用于使用是有利的。優(yōu)選地，具有界面層、導(dǎo)電的第一圖案、導(dǎo)電的第二圖案和導(dǎo)電通路的界面結(jié)構(gòu)設(shè)計為一次性的。在這里描述的電極傳感器可以使用用于醫(yī)療監(jiān)控和可以輔助診斷。電極傳感器用于在生物體上施加和測量電場是非常有用的。特別地，它使用用于進行電阻抗成像(EIT)測量。此外，它是一種用于分析生物體的非侵入性的方法。發(fā)明方案在以下的具體實施例和例子中更詳細地進行描述。具體實施例和例子的描述上述界面結(jié)構(gòu)的功能可以通過各種具體實施例實現(xiàn)。這里描述了幾個示例性的具體實施例。它們的組合可以針對特定需求進一步優(yōu)化。本發(fā)明的一個優(yōu)選的具體實施例中使用生物相容性波紋分段壓縮的導(dǎo)電泡沫條。泡沫條的分段結(jié)構(gòu)可以永久壓縮，例如在泡沫條的制造過程中導(dǎo)致?？蛇x擇地，可以使用全部壓縮即在所有位置同樣強度壓縮的泡沫條。為了避免串擾，非壓縮的泡沫的電阻應(yīng)該相似于人體皮膚的電阻(優(yōu)選在50至1000歐姆的范圍內(nèi))，或更優(yōu)選在其之上，諸如例如在1000歐姆以上或甚至10000歐姆以上的范圍內(nèi)，但肯定不會低于人體皮膚的電阻。而所述結(jié)構(gòu)的壓縮密度和因而較高的導(dǎo)電薄部，在它們的前側(cè)與皮膚接觸和在它們的背側(cè)與電子器件物理和電氣接觸，作為實際的低阻抗的電極，通過其注入電流和測量電壓，與皮膚接觸但是不與所述電子器件直接接觸的非壓縮的低導(dǎo)電的泡沫部分作為相鄰的導(dǎo)體或電極之間的絕對的或相對的電氣絕緣體或電阻。雖然非壓縮段不很好地傳導(dǎo)電流，它們對機械穩(wěn)定性、拉伸性和緩沖做出顯著貢獻。導(dǎo)電的泡沫材料不僅因電氣原因在選定的位置壓縮，而且也可以變形以適應(yīng)特定解剖區(qū)域如女性乳房的具體需要。如果使用一點也不壓縮或沿其整個長度壓縮至相同程度的泡沫條材料，為了避免串擾，泡沫材料的電導(dǎo)率優(yōu)選地是在皮膚的電導(dǎo)率附近，最優(yōu)選地，電導(dǎo)率等于或低于皮膚的電導(dǎo)率。此外，本發(fā)明也可以在主要的非導(dǎo)電泡沫(例如PE或PU)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)，它通過涂布或浸潰導(dǎo)電物質(zhì)例如比如碳制造成導(dǎo)電的。在此實例中，只在將作為導(dǎo)體的那些段中賦予泡沫材料導(dǎo)電性，可能是有利的。通常，有利地使用網(wǎng)狀泡沫?？赏笟夂鸵旱木W(wǎng)狀泡沫確保材料的一定透氣性，因此，允許皮膚的正常蒸騰，即使在電氣接觸的區(qū)域內(nèi)。本發(fā)明的另一個具體實施例由機織或針織紡織品制成，從而以通常在內(nèi)衣中找打的經(jīng)典的“雙裂口狀”方式形成分開的導(dǎo)電通路。選擇的段由導(dǎo)電紗制成，抬高部分接觸皮膚而相鄰的低谷與紡織品的另一側(cè)上的電子器件形成接觸，從而包括通過紡織品的導(dǎo)電通路。這些導(dǎo)電部分通過相似或不同的紡織品結(jié)構(gòu)的非導(dǎo)電的間隔段系統(tǒng)性地分開，從而將·相鄰的導(dǎo)電部分相互電氣隔離。當與電子器件結(jié)合使用時，每個電極的電氣功能區(qū)域的大小以及因此每個患者界面的實際區(qū)域由與一側(cè)上的皮膚和另一側(cè)上的電子器件的連接部分直接接觸的導(dǎo)電元件的數(shù)量和長度限定。本發(fā)明的另一個具體實施例由可透氣的三維針織間隔織物制成，其包括通過從織物的一個表面?zhèn)鹊搅硪粋€表面?zhèn)鹊暮穸鹊膶?dǎo)電通路。間隔織物的基本原理是它的外紡織表面和通過所謂的連接兩層外層同時形成一定距離的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組合。通路可以由電氣連接兩個表面?zhèn)葍?yōu)選連接每個表面?zhèn)壬系膯为毜碾姎饨佑|區(qū)域或接觸斑點與另外的表面?zhèn)鹊牧硗獾膶?dǎo)電紗制成。例如每個表面?zhèn)壬系膯为毜碾姎饨佑|區(qū)域或接觸斑點可以用形成通路的相同的紗或印跡導(dǎo)電圖案形成。本發(fā)明的另一個具體實施例可以通過將導(dǎo)電油墨或聚合物制成的不同的導(dǎo)電通路或圓點印刷、縮微印刷或濺射到作為機械載體材料的機織或非機織織物上來實現(xiàn)，這些油墨或聚合物以導(dǎo)電斑點穿透其背側(cè)這樣的方式局部泄漏并通過織物。通過這種方式，形成從織物的正面?zhèn)鹊奖趁鎮(zhèn)确植嫉姆沁B接的分開的導(dǎo)電通路。這樣的印刷、縮微印刷或濺射的方法的特別的優(yōu)點是以下事實，即大區(qū)域或者甚至整批紡織物可以配備導(dǎo)致非常低的生產(chǎn)成本的這種方式。如果使用縮微印刷，空間分辨率以及導(dǎo)電通路的數(shù)量可以最大化，并且，還可以保持紡織品或織物的所期望的和已知的優(yōu)點-尤其是它們的透氣性。這樣的印刷的導(dǎo)電通路可以使用用于生產(chǎn)在特別感興趣的區(qū)域如心臟和肺區(qū)域具有上述類型的印刷區(qū)的T恤衫。本發(fā)明的另一個具體實施例通過繡制、縫補或縫制通過任何種類的載體材料彼此電氣隔離的空間上分開的單獨的導(dǎo)電通路實現(xiàn)。然而，上述發(fā)明的另一個具體實施例由非機織或機織的彈性的或非彈性的織物，采用導(dǎo)電電線以平行方式以預(yù)定的距離但垂直于拉伸的主方向連接至其一側(cè)制成。以此方式，拉伸方向?qū)?yīng)要分析的身體部分的圓周方向。這些電氣非絕緣導(dǎo)線形成相互不直接接觸的電氣通路。這些單獨的導(dǎo)電通路以足夠的距離系統(tǒng)性地分開，以便在它們之間不形成串擾。一組電線的一端連接到每個電極的電子器件，從而在這樣的連接中使用的電線數(shù)量確定每個電極的電氣功能寬度，以及因此每個患者界面的實際的段。而與一側(cè)上的皮膚和另一側(cè)上的電子器件的連接部分直接接觸的電線的量確定寬度，與皮膚直接接觸的電線的長度乘以各自的寬度最終確定作為電極的有效區(qū)域。優(yōu)先地，這樣一種電極設(shè)計可以通過在非導(dǎo)電織物或填充材料例如泡沫的核芯周圍以電氣接觸正好相對與皮膚接觸的區(qū)域這樣的方式折疊或包裹上述材料而獲得。進一步的具體實施例來自上面給出的具體實施例的組合。為了這個目的，兩種不同織物的電氣通路可以通過形成層狀復(fù)合材料而電氣接觸，從而形成雙層界面結(jié)構(gòu)，其中，一種類型的織物使用作為皮膚接觸側(cè)，另一種類型的織物使用用作電極陣列接觸側(cè)。例如，通過形成結(jié)合導(dǎo)電泡沫條(作為皮膚接觸側(cè))和針織間隔織物(作為電極接觸側(cè))的兩層的界面結(jié)構(gòu)，可以分別實現(xiàn)最優(yōu)的電極接觸性能和給予穿戴者的舒適性。用途描述
本發(fā)明使用用于在一個或幾個電極，通常是電極陣列和生物體，特別是人的皮膚之間形成接觸。本發(fā)明的優(yōu)點是，電極不直接接觸皮膚，而是通過防止或消除在皮膚上和皮膚內(nèi)的摩擦、壓力和剪切力的織物、泡沫或組織層。當使用織物、泡沫或組織時，一個優(yōu)點是基于材料的非閉塞性質(zhì)。由于材料對氣體和液體的可滲透性，在EIT檢查期間在很大程度上確保蒸騰。進一步的優(yōu)點是，總是有限定的通路至皮膚，即使電極在織物、泡沫或組織層上移動，或電極由身體移動帶動。進一步的優(yōu)點是，電極之間沒有或最小的電氣接觸，即串擾是最小的。然而，進一步的優(yōu)點是，這樣的織物、泡沫、或組織可以以非常低的成本生產(chǎn)。


圖I是包括導(dǎo)電的泡沫材料的電極傳感器的示意性的縱向剖視圖。圖2是包括具有多個第二材料的導(dǎo)電通路的織物的電極傳感器的示意性的剖視圖，Ca)接觸元件的陣列和總線系統(tǒng)處于間隔開的關(guān)系，(b)處于測量位置。圖3是未折疊的包括帶有多個第二材料的導(dǎo)電通路的織物的電極傳感器的示意圖。圖4是相對電氣接觸元件和皮膚設(shè)置的根據(jù)圖3的折疊的電極傳感器的示意性的首1J視圖。圖5是相對電氣接觸元件和皮膚設(shè)置的包括通路的電極傳感器的示意性的剖視圖。圖6是相對電氣接觸元件和皮膚設(shè)置的具有波紋界面結(jié)構(gòu)的電極傳感器的示意性的縱向剖視圖。圖標符號I帶狀結(jié)構(gòu)，條狀結(jié)構(gòu)，條帶2泡沫材料3電極接觸元件，例如EIT芯片4壓縮區(qū)域5非壓縮區(qū)域6條帶的第一側(cè)
7條帶的第二或相對側(cè)8電子器件和皮膚界面結(jié)構(gòu)之間最優(yōu)的電氣接觸的區(qū)域9界面結(jié)構(gòu)10基材，例如織物11導(dǎo)電材料12第一表面13相對或第二表面
14通道或通路15接觸元件，即電極，例如EIT芯片16接觸元件的位置17總線系統(tǒng)18 皮膚19，19’圖案化的載體材料20，20’載體材料21，21，導(dǎo)電23確定用于與陣列物理接觸的第一區(qū)域24確定用于與皮膚物理接觸的第二區(qū)域25電氣接觸皮膚的區(qū)域27，27’接觸元件的陣列的接觸元件，例如EIT芯片28總線系統(tǒng)29非導(dǎo)電芯材30界面結(jié)構(gòu)31 皮膚33接觸增強材料35界面結(jié)構(gòu)37載體材料，例如泡沫材料39導(dǎo)電通路41接觸元件的陣列的接觸元件，例如EIT芯片43具有波紋載體材料結(jié)構(gòu)的帶狀結(jié)構(gòu)
具體實施例方式而本發(fā)明容許許多不同形式的具體實施例，本發(fā)明的優(yōu)選的具體實施例在附圖中示出，并且將在本文中詳細描述，理解到本說明書視為本發(fā)明的原理的范例而并不旨在限制本發(fā)明的廣泛方面至所示的具體實施例。在圖I的縱向剖視圖中呈現(xiàn)包括導(dǎo)電的泡沫材料2和接觸元件3的帶狀或條狀結(jié)構(gòu)I。泡沫材料2由例如導(dǎo)電聚合物或具有導(dǎo)電夾雜物的聚合材料構(gòu)成。泡沫材料形成壓縮區(qū)域4和非壓縮區(qū)域5。相對于非壓縮區(qū)域5，壓縮區(qū)域4表現(xiàn)出增加的密度。壓縮區(qū)域4通過非壓縮區(qū)域5彼此分開。接觸元件3位于壓縮區(qū)域4上。優(yōu)選地，一條泡沫2以這樣的方式壓縮以便壓縮區(qū)域4在條帶I的第一側(cè)6上形成縮進。優(yōu)選地，該條泡沫2永久壓縮。接觸元件3可以位于縮進位置。接觸元件3連接致密的壓縮泡沫表面和醫(yī)療器械的電子器件，特別是和電流源和/或電壓源和/或分析電子單元。優(yōu)選地，條帶的第二或相對側(cè)7基本上形成平坦的表面。預(yù)計條帶2的該第二側(cè)7接觸測試者或患者的皮膚?？蛇x擇地，相對側(cè)7可以呈現(xiàn)壓縮泡沫材料的隆起(此處未示出)，用于條帶I更好地接觸皮膚。壓縮泡沫4的電導(dǎo)率明顯高于非壓縮泡沫5的電導(dǎo)率。不綁定到任何理論，假設(shè)由于壓縮，更少的泡沫氣泡阻礙電子通過和/或更多和/或更寬的通路是可獲得的用于電子傳輸。有利地，壓縮泡沫4的電導(dǎo)率至少2倍，優(yōu)選至少10倍，更優(yōu)選至少100倍，甚至更優(yōu)選至少1000倍高于非壓縮泡沫5的電導(dǎo)率。同時壓縮泡沫4的電導(dǎo)率相似或高于測試者或患者的皮膚的電導(dǎo)率。因此，壓縮泡沫區(qū)域4的電阻優(yōu)選在I至1000歐姆，優(yōu)選10至100歐姆的范圍內(nèi)。有利地，非壓縮泡沫的電導(dǎo)率低于皮膚的電導(dǎo)率。非壓縮泡沫的電導(dǎo)率優(yōu)選至少5倍低于皮膚的電導(dǎo)率。電子器件和皮膚之間的最佳電氣接觸的區(qū)域8形成在帶狀結(jié)構(gòu)中與表面?zhèn)认鄬?，其中電氣接觸3和壓縮泡沫區(qū)域4接觸。每個最佳電氣接觸的區(qū)域8可以形成單獨的電極。可選擇地，多個相鄰的最佳電氣接觸的區(qū)域8可以形成復(fù)合電極。帶狀結(jié)構(gòu)保持多個這樣 的單獨的電極或復(fù)合電極。優(yōu)選地，單獨的電極或復(fù)合電極一字排開，或縱向沿條帶2的長度設(shè)置成陣列類型結(jié)構(gòu)，該帶狀結(jié)構(gòu)可以用于電阻抗成像(EIT)分析測量。在圖2 (a)和圖2 (b)中呈現(xiàn)包括非導(dǎo)電基材10和導(dǎo)電材料11的圖案的織物9。在圖2 (a)中，織物9示意性地呈現(xiàn)與接觸元件15的陣列處于間隔開的關(guān)系。在圖2 (b)中，織物9和接觸元件15的陣列呈現(xiàn)處于工作位置，如進行測量位置。非導(dǎo)電基材10由例如棉、氈、碳纖維或任何其它天然或合成的衣服材料或其混合物構(gòu)成?；?0可以是機織或非機織織物。導(dǎo)電材料11可以由紗、線或纖維構(gòu)成，其包括金屬材料或?qū)щ娋酆衔?，或由電線構(gòu)成。可選擇地，導(dǎo)電材料11可以由通過縫制、縫補或膠合(此處未示出)集成進第一材料的第二材料的貼片構(gòu)成。導(dǎo)電材料11通過縫補、縫制、濺射、印刷例如縮微印刷集成進基材10，或在所述基材的制造過程中集成進基材10，例如在機織或針織期間，從而例如所使用的一根紗包括導(dǎo)電材料或者是電線或者與電線形成復(fù)合材料。無論使用什么制造方法，重要的是，導(dǎo)電材料11在織物的第一表面12上形成許多隔離的-間隔開的含義-斑點、貼片或線，所述斑點、貼片或線通過材料的厚度從而到達和接觸織物的相對的第二表面13，參見圖2 (a)。第一表面12上的每個斑點、貼片或線因此形成單獨的因此電氣隔離的連接或通路14至相對的第二衣服表面13。在第一表面12上，設(shè)置有電極接觸元件15，每個與通往相對的第二表面13的多個電氣通路14形成物理和電氣接觸，其反過來與測試者或患者的皮膚18形成電氣接觸，參見圖2 (b)。因此，每個電極接觸元件15通過許多隔離的斑點、貼片或線與皮膚電氣接觸。多組這些隔離的斑點、貼片或線通過它們的在織物9的相對側(cè)的共同的電極接觸元件15相互接觸。取決于電極接觸位置16之間的選擇的距離，或取決于電氣斑點、貼片或線的選擇的分布或圖案，插入的電氣通路14或多或少沒有被任何電極接觸元件15所接觸。在織物的使用期間，例如用于EIT測量，不具有與任何的電極接觸元件15接觸的通路14將不會起任何功能。每個電極接觸元件15可以包括具有各種功能的精密的電極芯片，如描述在2010年3月16日提交的未公布的瑞士專利申請Nr. 00364/10中。優(yōu)選地，電極接觸元件15通過總線系統(tǒng)17彼此連接并連接中央控制系統(tǒng)。該總線系統(tǒng)17與部分導(dǎo)電織物9絕緣。
在圖3中，呈現(xiàn)包括設(shè)置有導(dǎo)電21的非導(dǎo)電基材或載體材料20的圖案化的載體材料19。載體材料19優(yōu)選由非機織織物例如毛氈材料構(gòu)成?？蛇x擇地，它也可由機織材料例如如包括任何天然的或合成的材料或它們的混合物的機織紗構(gòu)成。導(dǎo)電材料的圖案設(shè)置在載體材料20的表面上。所述圖案由相互物理間隔開且非絕緣的導(dǎo)電21 (在圖3中示例性地指出三條線)構(gòu)成。導(dǎo)電材料21可以由包括金屬材料或?qū)щ娋酆衔锏募喕蛴山饘俨牧匣驅(qū)щ娋酆衔镏瞥傻募啒?gòu)成，或者它可以由電線構(gòu)成。這些線21通過縫制、縫補、印刷、濺射或膠合可以集成進載體材料20的表面中。有利地，導(dǎo)電材料21可以由導(dǎo)電涂料構(gòu)成，其例如通過縮微印刷從而印刷在非機織或機織織物的表面上。導(dǎo)電材料在織物的至少一個表面上形成許多單獨的線21或單獨的線組，從而每條線或每個線組分別連接基材20上兩個遠離的點或區(qū)域。單獨的貼片或線是彼此電氣隔離的，以這樣的方式，通過一根線或貼片的電流不會干擾通過另一根相鄰的線或貼片的電流。許多隔離的線或線組的優(yōu)選的設(shè)置是平行設(shè)置，如顯示在圖3中。在圖3中，導(dǎo)電21設(shè)置在包括所述載體材料20的細長條帶上。線橫跨條帶的寬度以連接條帶左側(cè)的區(qū)域和條帶右側(cè)的區(qū)域。線21從確定與接觸元件27的陣列形成使用物理接觸的第一(圖案化的)區(qū)域23通往確定與皮膚建立使用物理接觸的第二(圖案化的)區(qū)域24。電極陣列元件27將能夠通過接觸元件27的這些電線21與皮膚形成電氣接觸。因此與皮膚電氣接觸將形成在不同的電氣接觸區(qū)域25。大概地，這些電氣 接觸區(qū)域25顯示在圖3中。在使用作為例如EIT電極中，圖案化的載體材料19可以折疊，折疊后其圖案化的側(cè)面形成外側(cè)。在圖4中折疊的圖案化的載體材料19'的橫截面示意性地示出。包括載體材料20'和電線21'的圖案化的載體材料19'折疊在用于支撐的芯材29周圍。在第一區(qū)域23內(nèi)，電極接觸元件27 (例如EIT芯片電極)放置在圖案化的載體材料19、19'上，見圖3和圖4。接觸電極接觸元件27和27'的導(dǎo)線21和21'因此與皮膚31在電氣接觸區(qū)域25形成電氣接觸。支撐材料29，如圖4中所示，可以由非導(dǎo)電泡沫或其它非導(dǎo)電材料構(gòu)成。泡沫芯29和圖案化的載體材料19'形成細長的帶狀界面結(jié)構(gòu)30，其用于使用時置于測試者或患者的身體部位周圍。此外，帶有連接陣列的許多電極27、27'的總線系統(tǒng)的電極陣列以接觸設(shè)置方式固定在帶狀界面結(jié)構(gòu)30的電極接觸側(cè)。，帶有總線系統(tǒng)的電極陣列可以固定設(shè)置或集成在圖案化的載體材料19、19'上，或者可以只是使用時間可拆卸連接。在帶狀界面結(jié)構(gòu)30和測試者或患者的皮膚31之間可以插入優(yōu)選薄的連續(xù)的接觸增強材料33，例如親水性的吸濕材料，例如非機織材料或泡沫。層33用于增強皮膚31和帶狀界面結(jié)構(gòu)30之間的物理和電氣接觸性能。在圖5中示意性地示出另一帶狀界面結(jié)構(gòu)35的橫截面。帶狀界面結(jié)構(gòu)35顯示攜帶用于與測試者(顯示在操作位置)形成電氣接觸的接觸元件的陣列的一個接觸元件41。這里，帶狀結(jié)構(gòu)由包括導(dǎo)電通路39的載體材料37構(gòu)成。這些通路39到達材料37的表面，在那里形成導(dǎo)電材料的圖案(例如圓點圖案，即點的電不連貫圖案)，并允許不同的電極41和不同的皮膚表面區(qū)域之間的電氣接觸。為了更好的接觸性能，橫跨通路39的條帶可以末端為從載體材料37的表面突出的小的導(dǎo)電凸起(此處未示出)。另外地或可選擇地，接觸增強材料可以特別插入皮膚31和帶狀界面結(jié)構(gòu)35之間(類似于圖4中所示)。包括導(dǎo)電通路39的所述載體材料37例如可以由包括例如導(dǎo)電紗(類似于圖2中所示)的織物、壓縮后在施加壓力的方向(類似于圖I中所示)形成導(dǎo)電通路的泡沫材料，或由另一個有效地具有允許不同的皮膚區(qū)域和不同的接觸元件接觸的不同的導(dǎo)電通路的結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在圖6中示意性地示出支撐用于與測試者(顯示在操作位置)的皮膚形成電氣接觸的接觸元件的陣列的接觸元件41的另一帶狀結(jié)構(gòu)43的縱向剖視圖。這里，帶狀結(jié)構(gòu)43由在圖5的幫助下如上描述的包括導(dǎo)電通路的相似的載體材料構(gòu)成。與如圖5所示的簡單的帶狀結(jié)構(gòu)不同，在這里顯示的帶狀結(jié)構(gòu)43具有波紋形狀。因此更大厚度的區(qū)域即波紋與較低厚度的區(qū)域即橋梁交替。波紋與條帶的縱向延伸正交定向。波紋之間的橋梁結(jié)構(gòu)可以或可以不包括導(dǎo)電通路。每個陣列電極接觸元件41可以設(shè)置在單獨的波紋的頂部上，或可選擇地每個和/或一些電極接觸元件可以接觸幾個波紋。接觸元件41的位置并不必須是精確的，如在圖中所示，以形成足夠的接觸。波紋結(jié)構(gòu)協(xié)助增加在皮膚表面上的接觸壓力，而同時患者得到良好的緩沖，熱和濕氣可以沿著在橋梁區(qū)域所位于的地點形成在皮膚和帶狀結(jié)構(gòu)之間的隧道消散。此外，窄橋形區(qū)域工作作為電氣絕緣體，因為皮膚和橋梁隔開?？蛇x地，橋梁區(qū)域不包含任何導(dǎo)電通路。波紋結(jié)構(gòu)的另一個效果是帶狀結(jié)構(gòu)的更好的拉伸性，因此更好地適應(yīng)身體的形狀。在皮膚表面上的有效電極區(qū)域的位置優(yōu)選大約位于接觸元件(3，15，27，27' ,41)的下面和附近，見圖I 6中給出的實施例中的任何接觸元件。這樣的設(shè)置可以是有利的·和用戶友好的，因為比如用戶視覺上可以看到和檢查，身體上哪里，皮膚電氣接觸(假定接觸元件實際上是可見的，或它們的位置進行了標記)。此外，這樣的設(shè)置可以是有利的，因為接觸元件和皮膚之間的距離是短的，改善例如測量的準確性和可靠性。
權(quán)利要求
1.一種電極傳感器,包括 Ca)間隔開的單獨的接觸元件(3、15、27、27’、41)的陣列，和 (b )用于在所述接觸元件和皮膚之間形成接觸的界面結(jié)構(gòu)(I、9、19、30、35、43 ); 所述界面結(jié)構(gòu)(1、9、19、30、35、43)包括 _基本上電氣絕緣的或?qū)щ姴涣嫉牟牧?2、10、20、20’、29、37)的界面層，在界面層的一側(cè)上限定皮膚接觸表面(7、13、24)，在界面層的另一側(cè)上限定陣列接觸表面(6、12、23)， -在陣列接觸表面(6、12、23)上的導(dǎo)電材料的第一圖案， -在皮膚接觸表面(7、13、24 )上的導(dǎo)電材料的第二圖案，和 -連接第一圖案與第二圖案的電氣通路(4、14、21、21’、39)； 其特征在于， -第一圖案包括圖案元件， -每個單獨的接觸元件(3、15、27、27’、41)包括接觸表面區(qū)域，足夠大以便當接觸界面結(jié)構(gòu)的陣列接觸表面時覆蓋所述第一圖案的幾個圖案元件，和 -通過將第一圖案的不同部分接觸所述的單獨的接觸元件(3、15、27、27’、41)，多組電氣通路(4、14、21、21’、39)還和第二圖案的不同部分形成接觸，以便單獨的接觸元件(3、15、27、27’、41)在皮膚接觸表面(7、13、24)上限定單獨的有效電極(25)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電極傳感器，其特征在于，圖案(6、7、12、13、23、24)包括圖案元件，如圓點、線、斑點和/或貼片，從而圖案的所述圖案元件相互電氣隔離。
3.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，圖案的一部分限定圖案的圖案元件的子集，例如斑點、圓點、線和/或貼片的子集。
4.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，連接第一圖案和第二圖案的電氣通路(4、14、21、21’、39)連接第一圖案的單獨的圖案元件和第二圖案的單獨的圖案元件。
5.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，間隔開的單獨的接觸元件的陣列可拆卸地可固定至陣列接觸表面。
6.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，第一和第二圖案是隨機或規(guī)則分布的圖案元件的設(shè)置。
7.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，通路連接基本上面對面位于界面層的相對側(cè)上的圖案元件。
8.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，單獨的接觸元件限定單獨的有效電極的至少一個維度，即，單獨的有效電極(25 )的寬度或長度。
9.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，單獨的接觸元件限定單獨的有效電極(25)的兩個維度，即，單獨的有效電極(25)的區(qū)域。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，為了形成單獨的有效電極(25)，接觸元件(3、15、27、27’、41)連接多個電氣通路(4、14、21、21’、39)。
11.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，界面結(jié)構(gòu)(1、9、19、30、·35,43)的導(dǎo)電的第一圖案、導(dǎo)電的第二圖案和電氣通路(4、14、21、21’、39)這樣設(shè)計以便，通過將界面結(jié)構(gòu)與接觸元件(3、15、27、27’、41)接觸，在陣列接觸表面上的接觸的實際區(qū)域基本上限定在皮膚接觸表面(7、13、24)上的單獨的有效電極(25 )的區(qū)域。
12.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，接觸元件安裝到支撐結(jié)構(gòu)上，優(yōu)選地所述支撐結(jié)構(gòu)和所述界面結(jié)構(gòu)是可移除地彼此固定。
13.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，導(dǎo)電的第一圖案通過在陣列接觸表面上的間隔開的導(dǎo)線形成，導(dǎo)線通過通路單獨電氣連接第二圖案的不同的部分、斑點或線。
14.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，導(dǎo)電的第二圖案由在皮膚接觸表面上的間隔開的導(dǎo)線形成，而多根所述線形成單獨的有效電極。
15.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，導(dǎo)電的第一圖案由在陣列接觸表面上的間隔開的導(dǎo)電斑點形成，斑點通過通路單獨電氣連接第二圖案的不同的部分、斑點或線。
16.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，導(dǎo)電的第二圖案由在皮膚 接觸表面上的間隔開的導(dǎo)電斑點形成，而多個所述斑點形成單獨的有效電極。
17.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，導(dǎo)電的第二圖案由在皮膚接觸表面上的導(dǎo)電材料的基本上連續(xù)的區(qū)域形成，而所述材料的一部分形成單獨的有效電極。
18.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，導(dǎo)電的第一圖案與第二圖案通過從界面層(9、35)的陣列接觸表面(12)至皮膚接觸表面(13、18、31)基本上正交延伸的導(dǎo)電通路(14、39)電氣連接。
19.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，導(dǎo)電的第一和第二圖案和導(dǎo)電通路一起形成從皮膚接觸面到陣列接觸表面延伸的體積圖案。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求I 11中任一所述的電極傳感器，其特征在于，陣列接觸表面的導(dǎo)電的第一圖案與皮膚接觸表面的第二圖案通過圍繞基本上電絕緣或?qū)щ姴涣嫉牟牧?20’)的橫向邊緣以及圍繞可選的非導(dǎo)電的芯材(29)延伸的導(dǎo)電通路(21’)電氣連接。
21.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，導(dǎo)電的第一圖案、導(dǎo)電的第二圖案和導(dǎo)電通路由相同的材料形成。
22.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，導(dǎo)電的第一圖案、導(dǎo)電的第二圖案和導(dǎo)電通路與界面層是一體的。
23.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，電氣通路是彼此間隔開的。
24.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，與第一和第二圖案的不同的部分形成接觸的多組電氣通路是彼此間隔開的。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求6 18中任一所述的電極傳感器，其特征在于，支撐結(jié)構(gòu)形成柔軟帶狀結(jié)構(gòu)。
26.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，界面結(jié)構(gòu)用泡沫、機織、針織或非機織織物制造。
27.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，第一圖案，第二圖案和通路包括導(dǎo)電涂料或顆粒材料，其優(yōu)選通過濺射或印刷特別是縮微印刷涂布；或?qū)щ娂?、電線或纖維，其例如機織、針織或縫補進界面結(jié)構(gòu)。
28.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，界面結(jié)構(gòu)用包含具有第一電導(dǎo)率的多個非壓縮區(qū)域和具有第二電導(dǎo)率的壓縮區(qū)域的泡沫材料制造，第二電導(dǎo)率高于第一電導(dǎo)率。
29.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的電極傳感器，其特征在于，它以包括用于組裝的部件的成套工具的形式提供。
30.一種制造電極傳感器的方法，包括間隔開的接觸元件的陣列和用于在所述接觸元件和皮膚之間形成接觸的界面結(jié)構(gòu)，包括以下步驟 以在界面層的一側(cè)限定皮膚接觸表面并在界面層的另一側(cè)限定陣列接觸表面的基本上電絕緣或?qū)щ姴涣嫉牟牧系慕缑鎸拥男问教峁┙缑娼Y(jié)構(gòu)， 在陣列接觸表面上形成導(dǎo)電材料的第一圖案， 在皮膚接觸表面上形成導(dǎo)電材料的第二圖案，和 形成連接第一圖案與第二圖案的導(dǎo)電通路， 將導(dǎo)電的第一圖案的多個部分接觸間隔開的接觸元件的陣列。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，第一和第二圖案和通路通過在界面結(jié)構(gòu)中提供或插入從皮膚接觸表面至陣列接觸表面穿透界面層的導(dǎo)電材料的斑點和/或線進行制造。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求30 31中任一所述的方法，其特征在于，接觸元件安裝至支撐結(jié)構(gòu)，至少用于使用電極傳感器，所述界面結(jié)構(gòu)和所述電極元件彼此物理和電氣接觸。
33.根據(jù)權(quán)利要求I 29中任一所述的電極傳感器的用途，其中具有界面層、導(dǎo)電的第一圖案、導(dǎo)電的第二圖案和導(dǎo)電通路的界面結(jié)構(gòu)設(shè)計為一次性的。
34.根據(jù)權(quán)利要求I 29中任一所述的電極傳感器用于醫(yī)療監(jiān)控的用途。
35.根據(jù)權(quán)利要求I 29中任一所述的電極傳感器用于在生物體上施加和測量電場的用途。
36.根據(jù)權(quán)利要求I 29中任一所述的電極傳感器用于電阻抗成像(EIT)測量的用途。
全文摘要
電極傳感器，包括間隔開的單獨的接觸元件(27’、41)的陣列，和用于在所述接觸元件和皮膚之間形成接觸的界面結(jié)構(gòu)(30、35)，所述界面結(jié)構(gòu)包括基本上電氣絕緣的或?qū)щ姴涣嫉牟牧?20’、29、37)的界面層，在界面層的一側(cè)上限定皮膚(31)接觸表面，在界面層的另一側(cè)上限定陣列接觸表面；在陣列接觸表面上的導(dǎo)電材料的第一圖案，在皮膚接觸表面上的導(dǎo)電材料的第二圖案，和連接第一圖案與第二圖案的電氣通路(21’、39)；而第一圖案包括圖案元件，每個單獨的接觸元件(27’、41)包括接觸表面區(qū)域，足夠大以便當接觸界面結(jié)構(gòu)的陣列接觸表面時覆蓋所述第一圖案的幾個圖案元件，和通過將第一圖案的不同部分接觸所述的單獨的接觸元件，多組電氣通路還和第二圖案的不同部分形成接觸，以便單獨的接觸元件(27’、41)在皮膚接觸表面上限定單獨的有效電極。制造所述電極傳感器的方法包括以下步驟提供界面結(jié)構(gòu)，在陣列接觸表面上形成導(dǎo)電材料的第一圖案，在皮膚接觸表面上形成導(dǎo)電材料的第二圖案，和形成連接第一圖案與第二圖案的導(dǎo)電通路，將導(dǎo)電的第一圖案的多個部分接觸間隔開的接觸元件的陣列。
文檔編號A61B5/053GK102970925SQ201180033166
公開日2013年3月13日 申請日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者約瑟夫克斯·布倫納, 帕斯卡爾·加格羅 申請人:斯威斯托姆公開股份有限公司