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Die Erfindung betrifft eine Halterung für die Aufnahme und Platzierung von Elektroden zur Elektrostimulation in medizinischen und nichtmedizinischen Anwendungen am menschlichen Schädel, beispielsweise zum Messen oder Einleiten von Strömen, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Die Ausrichtung der Elektrodenhalterungen am Kopf erfolgt bisher durch Messen des Kopfumfanges zwischen den anatomischen Positionen Nasion und Inion (siehe 1), sowie zwischen der linken und der rechten Porion Position (A1/A2, siehe 2). Der Schnittpunkt der jeweiligen halben Umfänge markiert die nach dem 10-20 System definierte Elektrodenposition Cz.
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Halterungen der vorgenannten Art sind für die Elektrostimulation sowie zum von Messen von Strömen bei Menschen allgemein bekannt. Die Halterungen bestehen üblicherweise aus elastischen Kappen mit fest vorgegebenen Elektrodenpositionen wie aus
US 4709702 A ,
US 7551952 B2 , bekannt, oder aus einer Kombination von Gummibändern wie aus
US 3490439 A bekannt, unter denen die Elektroden platziert und so für die Stimulation an den Kopf gepresst werden. Ebenso existieren Lösungen mit einem umlaufenden Stirnband, auf dem verschiedene Halterungen für die Elektrodenpositionierung und -Befestigung fixiert werden, wie aus
EP 2997995 A2 bekannt, sowie Kombinationen von Stirnband und elastischen Bändern, wie aus
US 5800351 A bekannt.
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Die nachfolgend beschriebene Erfindung verbessert den Stand der Technik um zwei wesentliche Punkte: Die Möglichkeit der einhändigen Positionierung der Elektroden im ambulanten und im häuslichen Umfeld durch den Anwender selbst, durch Nutzung der nachfolgend beschriebenen Erfindung, und zweitens die gleichmäßige Verteilung des Anpressdruckes der Elektroden an den vorgesehenen Positionen. Eine gleichmäßige Verteilung des Anpressdrucks wird beim derzeitigen Stand der Technik durch elastische Kappen mit fest vorgegebenen Elektrodenpositionen erreicht. Ebenso durch Gummibandfixierungen der Elektroden. Diese Lösungen weisen aber den Nachteil auf, dass eine einhändige Bedienung des Elektrodenträgers durch dessen Instabilität beim Aufsetzen und Justieren nicht möglich ist. Stabilere Lösungen der Elektrodenhalterung und Positionierung, die eine einhändige Bedienung möglich erscheinen lassen, sind in der Regel mit einem relativ starren umlaufenden Stirnband ausgestattet. Durch die Vielzahl der möglichen Kopfformen der Nutzer, ergeben sich bei dessen Nutzung jedoch unterschiedliche Anpressdrücke am oder Elektrodenabstände zum Schädel.
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Das Problem der Instabilität beim Aufsetzen, dem Justieren der Elektrodenhalterung und der verschiedenen Anpressdrücke der Elektroden an verschiedenen Elektrodenpositionen wird gelöst durch eine Elektrodenhalterung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Vorgeschlagen wird eine tragbare Elektrodenhalterung, die zum Aufsetzen auf den Kopf eines Menschen ausgebildet ist, und die ein zentrales Halteelement und eine Mehrzahl von Haltearmen zur Befestigung von Elektroden umfasst, wobei die Haltearme jeweils mit einem ersten Ende mit dem zentralen Halteelement verbunden sind und sich strahlenförmig von dem zentralen Halteelement weg erstrecken.
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Die Haltearme sind vorteilhaft so gestaltet, dass sie im aufgesetzten Zustand den Kopf eines Patienten teilweise so umgreifen, dass die Haltearme an jeder Stelle annähernd denselben Abstand zum Schädel haben. Dafür können die Haltearme vorgeformt sein, beispielsweise so gekrümmt sein, dass sie der Schädelkontur folgen und jeweils mindestens eine Elektrode in einer der Positionen des 10-20-Systems halten.
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Die Haltearme sind von einer ausreichend großen Steifigkeit, dass sie sich selbst verformungsfrei tragen, d.h. die Haltearme sind selbsttragend. Dennoch können die Haltearme nicht nur völlig starr oder elastisch sein, sondern beispielsweise auch plastisch verformbar ausgeführt sein, um eine Feinabstimmung zur individuellen Anpassung an die Schädelform eines Patienten zu ermöglichen. Da die Haltearme, wie oben beschrieben, selbsttragend sind, können sie jeweils eine oder mehrere Elektroden an den dafür vorgesehenen Stellen eines Schädels mit dem gewünschten gleichmäßigen Anpressdruck halten, ohne dass die Haltearme untereinander verbunden wären, d.h. bei der vorgeschlagenen Elektrodenhalterung werden weder ein Stirnband noch andere Verbindungselemente benötigt, die zwei oder mehr Haltearme miteinander verbinden.
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In einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zwei bezüglich des zentralen Halteelements einander gegenüberliegend angeordnete Haltearme so dimensioniert sind, dass sich ihre freien zweiten Enden an den Positionen Nasion und Inion des menschlichen Schädels befinden, wenn die tragbare Elektrodenhalterung auf den Kopf eines Menschen gesetzt ist.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass zwei andere, bezüglich des zentralen Halteelements ebenfalls einander gegenüberliegend angeordnete Haltearme so dimensioniert sind, dass sich ihre freien zweiten Enden an jeweils einer Position Porion des menschlichen Schädels befinden, wenn die tragbare Elektrodenhalterung auf den Kopf eines Menschen gesetzt ist.
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Werden beide oben beschriebenen Ausgestaltungen miteinander kombiniert, so wird die gesamte Elektrodenanordnung mit hoher Präzision an den dafür vorgesehenen Stellen des Schädels positioniert, so dass eine hohe Reproduzierbarkeit der Resultate erzielt werden kann. Die Elektrodenhalterung kann in Sekundenschnelle dadurch exakt ausgerichtet werden, dass die freien zweiten Enden der genannten vier Haltearme an Nasion, Inion sowie den beiden Porion angelegt werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass sich das zentrale Halteelement an der Position Cz im 10-20-System (siehe 2) befindet, wenn die tragbare Elektrodenhalterung auf den Kopf eines Menschen gesetzt ist, und das zentrale Halteelement zur Befestigung einer Elektrode ausgebildet ist. Damit erhält das zentrale Halteelement neben der definierten Anordnung der Haltearme die zusätzliche Funktion der exakten Positionierung einer Elektrode an der Position Cz.
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In vorteilhaften Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Elektrodenhalterung kann weiterhin vorgesehen sein, dass ein durch die freien zweiten Enden der Haltearme definierter Umfang durch elastische Verformung der Elektrodenhalterung variabel ist. Mit anderen Worten ist die Anordnung von zentralem Halteelement und Haltearmen so flexibel, dass sie sich beim Aufsetzen auf einen Schädel zunächst aufweitet, um über den größten Schädelumfang zu passen, und sich anschließend wieder verengt, um die Elektroden an ihre vorbestimmten Positionen zu bringen und gleichzeitig an diesen Positionen mit dem gewünschten Anpressdruck auf die Schädeloberfläche zu pressen.
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Die oben beschriebene Flexibilität der Elektrodenhalterung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das zentrale Halteelement elastisch verformbar ist. Das zentrale Halteelement kann dazu beispielsweise aus einem gummielastischen Material gefertigt sein, das individuelle Bewegungen jedes Haltearms ermöglicht, ohne dass die anderen Haltearme dadurch beeinflusst werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Haltearme elastisch verformbar sind. Beispielsweise können die Haltearme aus einem thermoplastischen Kunststoff bestehen, der relativ große elastische Verformungen zulässt, ohne dass nennenswerte plastische Verformungen zurückbleiben. Wenn das zentrale Halteelement in diesem Fall starr ist, erfolgt die Aufweitung der Elektrodenhalterung beim Aufsetzen auf den Schädel allein durch Verformung der Haltearme. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann demzufolge vorgesehen sein, dass das zentrale Halteelement und die Haltearme aus unterschiedlichem Material gefertigt sind. Möglich sind jedoch auch Ausgestaltungen, bei denen eine gleichzeitige elastische Verformung des zentralen Halteelements und der Haltearme erlauben, wobei entweder das zentrale Halteelement und die Haltearme aus dem gleichen Werkstoff oder aus verschiedenen Werkstoffen mit ähnlichen Festigkeitskennwerten bestehen können.
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In einer weiteren Ausgestaltung der vorgeschlagenen Elektrodenhalterung können die Haltearme jeweils einzeln durch eine lösbare mechanische Verbindung mit dem zentralen Halteelement verbunden sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Steckverbindung handeln. Eine solche Steckverbindung kann einen Rastmechanismus umfassen, der dafür sorgt, dass der jeweilige Haltearm mit seinem ersten Ende in eine dafür vorgesehene Aufnahme des zentralen Halteelements einrastet und daher nur mit erhöhter Krafteinwirkung aus der Aufnahme gelöst werden kann. Die Verbindung zwischen dem zentralen Halteelement und dem Haltearm kann dabei weiterhin so gestaltet sein, dass eine Relativverdrehung zwischen beiden verhindert wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der vorgeschlagenen Halteeinrichtung kann vorgesehen sein, dass an den Haltearmen Markierungen für die Positionierung und Anbringung von Elektroden angeordnet sind. Derartige Markierungen sind hilfreich, um Elektroden an der Halteeinrichtung so zu positionieren, dass sie beim Aufsetzen auf den Kopf eines Patienten an den gewünschten Stellen des Schädels anliegen.
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Solche Markierungen können rein optischer Natur sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Markierungen, an denen Elektroden anzubringen sind, Farbmarkierungen umfassen. In diesem Fall kann eine Elektrode mit geeigneten Mitteln, beispielsweise einer Klemmeinrichtung, im Bereich einer Farbmarkierung an einem Haltearm befestigt werden.
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Alternativ oder zusätzlich können solche Markierungen taktil erkennbar sein oder/und physische Ausprägungen aufweisen, die gleichzeitig an der Befestigung einer Elektrode an einem Haltearm mitzuwirken geeignet sind. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Markierungen lokale Verdickungen der Haltearme oder/und Vertiefungen oder Bohrungen in den Haltearmen umfassen.
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Schließlich kann bei der vorgeschlagenen Halteeinrichtung vorgesehen sein, dass am zentralen Halteelement ein Griffelement angeordnet ist. Ein derartiges Griffelement erleichtert die Handhabung der Halteeinrichtung, insbesondere die korrekte Positionierung der daran befestigten Elektrodenanordnung relativ zum Schädel, durch den Patienten selbst.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
- 3 eine beispielhafte Ausgestaltung der Elektrodenhalterung mit Verdickungen an den Haltearmen,
- 4 die Elektrodenhalterung aus 3 mit daran befestigten Elektroden,
- 5 eine beispielhafte Ausgestaltung eines zentralen Halteelements in Form eines elastischen Rings, und
- 6 eine beispielhafte Ausgestaltung eines Haltearms zur mechanischen Verbindung mit dem zentralen Halteelements aus 5.
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Die 3 und 4 zeigen eine Elektrodenhalterung mit einem zentralen Halteelement 1 und daran umlaufend angebrachten Haltearmen 2. Die Haltearme 2 weisen Markierungen 21 in Form lokaler Verdickungen auf, die zur Positionierung und Aufnahme von je einer Elektrode 3 vorgesehen sind, wie beispielhaft für zwei Elektroden 3 in 3 gezeigt ist. Diese Markierungen 21 befinden sich an den Haltearmen 2 an solchen Stellen, die den Positionen nach dem 10-20-System entsprechen (vgl. 2). Eine solche Aufteilung lässt sich besonders günstig bei einer Anordnung von insgesamt acht Haltearmen 2 erreichen.
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Die Elektroden 3 weisen jeweils eine Klemmeinrichtung 31 auf, die eine Markierung 21 formschlüssig umgreift und so die Elektrode 3 in einer definierten Position hält. Bei Einstellung einer geeigneten Klemmkraft kann außerdem erreicht werden, dass die Elektrode 3 zwar an ihrem Ort verbleibt, aber dennoch wie bei einer gelenkigen Lagerung beweglich bleibt, so dass sie sich ideal an den Schädel anschmiegen kann.
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Das zentrale Halteelement 1 ist in Form eines elastischen Rings mit Aufnahmeöffnungen 11 zur Anbringung je eines Haltearms 2 ausgeführt.
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Zur mechanischen Verbindung der ersten Enden 22 der Haltearme 2 mit den Aufnahmeöffnungen 11 weisen sowohl die ersten Enden 22 der Haltearme 2 als auch die Aufnahmeöffnungen 11 korrespondierend ausgeführte, d.h. ineinander steckbare, Kreuzprofile auf, die ein Verdrehen der Haltearme 2 relativ zum zentralen Halteelement 1 verhindern, wie insbesondere aus 5 und 6 ersichtlich ist. Außerdem weisen die an den ersten Enden 22 der Haltearme 2 angeordneten Kreuzprofile Verdickungen 22a auf, die im Zusammenwirken mit den Kreuzprofilen der Aufnahmeöffnungen 11 als Rastmechanismus zur mechanischen Verbindung der Haltearme 2 mit dem zentrale Halteelement 1 mittels Widerhakensicherung wirken.
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Der elastische Ring ist seinerseits hohl ausgeführt, wodurch die Aufnahmeöffnung 11 zwei gegenüberliegende Kreuzschlitze 11a, 11b umfasst. Die an den ersten Enden 22 der Haltearme 2 angeordneten Verdickungen 22a sind dabei größer als die an der inneren Oberfläche des elastischen Rings 1 angeordneten Kreuzschlitze 11b, so dass das erste Ende 22 des Haltearms 2 nur gegen den Verformungswiderstand des Kreuzschlitzes 11b durch diesen hindurch gesteckt werden kann. Durch diese Widerhakenkonstruktion am jeweiligen ersten Ende 22 jedes Haltearms 2 kann ein unbeabsichtigtes Lösen des Haltearms 2 vermieden werden. Ebenso kann durch entsprechende Gestaltung des Widerhakens ein beabsichtigtes Lösen des Haltearms 2, etwa für den Austausch einzelner Haltearme 2, ermöglicht werden.
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Die in den 3 und 4 dargestellte Elektrodenhalterung, die einen elastischen Ring als zentrales Halteelement 1 und einzelne selbsttragende, voneinander unabhängig gelagerte und nicht miteinander verbundene Haltearme 2 zur Befestigung der Elektroden 3 umfasst, umgrenzt im abgesetzten Zustand einen geringeren kugelförmigen Umfang, als im auf den Kopf eines Patienten aufgesetzten Zustand. Durch Biegung des elastischen Rings 1 und durch die Steifigkeit der Haltearme 2 wird die Anpress- und Haltefunktion der Elektrodenhalterung im aufgesetzten Zustand erreicht. Die Haltearme 2 zur Befestigung der Elektroden 3 sind dabei so gelagert, dass ihre durch Biegung verursachte Auslenkung beim Aufsetzen der Elektrodenhalterung auf den menschlichen Kopf vor allem in vertikale Richtung stattfindet und ein Verschieben der Positionen zur Elektrodenaufnahme in horizontale Richtung vermieden wird. Der Einfluss der Auslenkung eines Haltearms 2 auf die Auslenkung eines anderen Haltearms 2 wird durch die entsprechende Ausgestaltung des elastischen Rings 1 minimiert.
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Außerdem sind Verdickungen an den freien Enden der Haltearme 2 angeordnet. Das freie zweite Ende 23 des nach frontal ragenden Haltearms 2 der Elektrodenhalterung markiert die Position Nasion (N) (vgl. 1 und 2) am menschlichen Schädel. Das freie zweite Ende 23 des nach okzipital ragenden Haltearms 2 der Elektrodenhalterung markiert die Position Inion (I) am menschlichen Schädel. Die Haltearme 2 der Elektrodenhalterung sind dabei derart gestaltet, dass sich nach dem Aufsetzen der Elektrodenhalterung auf den menschlichen Schädel der Mittelpunkt des zentralen Halteelements 1 in der Elektrodenposition Cz nach dem 10-20-System befindet (vgl. 2). Außerdem markieren die freien zweiten Enden 23 der zu dem frontalen und okzipitalen Haltearm 2 lateral im rechten Winkel positionierten Haltearme 2 der Elektrodenhalterung bilateral die Position Porion.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zentrales Halteelement
- 11
- Aufnahmeöffnung
- 11a
- Kreuzschlitz
- 11b
- Kreuzschlitz
- 2
- Haltearm
- 21
- Markierung
- 22
- erstes Ende
- 22a
- Verdickung, Widerhaken
- 23
- zweites Ende
- 3
- Elektrode
- 31
- Klemmeinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4709702 A [0003]
- US 7551952 B2 [0003]
- US 3490439 A [0003]
- EP 2997995 A2 [0003]
- US 5800351 A [0003]
