Gestaltung und Charakterisierung textiler Elektroden zur Überwachung von Körperfunktionen

Ziel dieser Arbeit ist die Gestaltung und Charakterisierung textiler Elektroden zur Überwachung verschiedener Körperfunktionen. Dafür wird eine systematische Vorgehensweise entwickelt, die sich in 3 Stufen gliedert: die Definitionsphase, die Realisierungsphase und die Bewertungs- und Auswahlphase. Anschließend wird die 3-Stufen-Methode zur Gestaltung und Auswahl einer textilen Elektrode angewandt. Hierzu werden bestehende und neu entwickelte Messverfahren eingesetzt. In der ersten Stufe, der Definitionsphase, werden die drei Körperfunktionen ausgewählt, die mit Hilfe der textilen Elektroden überwacht werden sollen. Neben der Ermittlung der Körperzusammensetzung mittels Bioimpedanz-Spektroskopie (BIS) erfolgen die Aufnahme der Herzaktivität mit Hilfe des Elektrokardiogramms (EKG) sowie die Detektion von Augenbewegungen mittels Elektrookulographie (EOG). Nach einer kurzen Erläuterung der medizinischen Grundlagen werden die physikalischen Grundlagen sowie die relevanten Messgrößen anhand von Ersatzschaltbildern vorgestellt. Diese dienen als Grundlage für die Elektrodengestaltung. Die zweite Stufe, die Realisierungsphase, befasst sich mit der Gestaltung der textilen Elektroden. Zum einen erfolgt die Auswahl des leitfähigen Garns, welches als Ausgangsmaterial zur Herstellung der textilen Elektroden dient, zum anderen die Auswahl des Herstellungsverfahrens selbst. Die Auswahl des leitfähigen Garns basiert auf den im Pflichtenheft definierten Anforderungen. Hierfür werden diese hinsichtlich ihrer mechanischen und elektrischen Eigenschaften sowie ihrer Verarbeitbarkeit charakterisiert. Zur Beurteilung der Verarbeitbarkeit werden die Garne zu einer textilen Fläche verarbeitet. Dafür wird zunächst ein geeignetes Herstellungsverfahren ausgewählt, indem die zur Herstellung textiler Elektroden möglichen Verfahren Stricken, Weben und Sticken den im Pflichtenheft definierten Anforderungen gegenübergestellt werden. Die dritte Stufe, die Bewertungs- und Auswahlphase, befasst sich mit der Cha-rakterisierung der hergestellten Textilstrukturen. Diese werden hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften sowie ihrer Auflagefläche beurteilt. Zur Ermittlung der elektrischen Eigenschaften werden der innere Widerstand und der Übergangswiderstand aller Textilstrukturen bestimmt. Die Auflagefläche wird mit Hilfe des Farb-Druck-Versuchs bestimmt. Hierfür wird eine Prüfapparatur aufgebaut, die reproduzierbare Ergebnisse gewährleisten soll. Die prozentuale Auflagefläche wird anschließend in Abhängigkeit des Drucks dargestellt. Die Eignung textiler Elektroden zur Überwachung von Körperfunktionen wird abschließend an den drei definierten Anwendungen nachgewiesen. Die BIS-Messungen mit textilen Elektroden zeigen eine generelle Eignung. Bei gelbe-schichteten textilen Elektroden werden sogar zu konventionellen Elektroden vergleichbare Ergebnisse erzielt. Auch im trockenen Zustand bei erhöhtem Anpressdruck werden vergleichbare Ergebnisse erzielt. Die EKG-Messungen mit angefeuchteten textilen Elektroden ergeben ebenfalls Messergebnisse, die mit denen konventioneller Elektroden vergleichbar sind. Im trockenen Zustand konnten allerdings keine zufriedenstellenden Messergebnisse erzielt werden. Die EOG-Messungen zeigen, dass sich auch die Augenbewegung mittels textiler Elektroden detektieren lässt. Hier konnte allerdings nicht das Signal-Rauschverhalten konventioneller Elektroden erreicht werden.