Електроди. изисквания към електродите. Класификация на кожни и подкожни електроди: по предназначение, по електрически свойства, специфичност.
Изисквания към биомедицинските електроди:
Към дизайна и материала на електродите се налагат редица изисквания, определени от специфичните условия на физиологичния експеримент и свойствата на биологичния обект:
1. добра електропроводимост;
2. биологична инертност (нетоксичност);
3. висока якост;
4. възможността за надеждно и удобно закрепване;
5. без поляризация, висока устойчивост на специфични смущения;
6. лекота и пластичност;
7. Физическа и химическа инертност;
8. стабилност на измерването;
9. малки размери и тегло;
10. простота и издръжливост.
Тъй като живата тъкан е присъща на реакцията към всяко чуждо тяло, с което влиза в контакт, материалът на електрода трябва да бъде биологично инертен (нетоксичен). Освен това електродът трябва да бъде възможно най-малък, тъй като тъканната реакция е по-изразена, колкото по-голямо е чуждото тяло. Размерът на електрода също трябва да бъде малък, тъй като с увеличаването на електрода се увеличава смущението от съседни тъканни области. От друга страна, пречка за намаляването на електрода е изискването за висока електропроводимост и якост. За да се избегне счупване при интензивна мускулна работа, електродите и подходящите за тях проводници трябва да са достатъчно меки и гъвкави. Конструкцията на електродите трябва да осигурява възможност за надеждно и удобно закрепване. Тези изисквания обясняват разнообразието от конструкции на електродите.
1.2.2 Класификация на биомедицинските електроди
Според особеностите на приложение могат да се разграничат четири групи електроди: 1) за краткотрайна употреба (главно в кабинети за функционална диагностика); 2) за дългосрочно, непрекъснато наблюдение на биоелектричествосигнали (в условията на отделения за реанимация, интензивно лечение, при изследване на състоянието на човек в процеса на трудова дейност); 3) за динамични наблюдения (при наличие на интензивни мускулни смущения при условия на физическо натоварване, в отделения по спортна медицина и рехабилитация); 4) за спешна употреба в линейка.
По функционално предназначение биомедицинските електроди се разграничават според вида на регистрираната електрофизиологична активност (електрокардиографски, електромиографски, електроенцефалографски, микроелектроди за вътреклетъчни изследвания и др.).
В зависимост от метода на контакт с биологичен обект се разграничават кожни (повърхностни) и подкожни (иглени) електроди. От своя страна, сред повърхностните електроди, в зависимост от естеството на съпротивлението на контакта кожа-електрод, могат да се разграничат следните групи: метални, капацитивни, резистивни и резистивно-капацитивни.
Според склонността към поляризация електродите се разделят на поляризуеми, слабо поляризуеми и неполяризуеми. Биомедицинските електроди също се класифицират по форма, материал на активния слой, метод на закрепване, поляризируемост и други характеристики. В допълнение към електрофизиологичните измервания, електродите се използват широко в медицинската практика за осигуряване на терапевтичен ефект върху тялото с електрически ток и други фактори. Най-пълната класификация на биомедицинските измервателни електроди е дадена в GOST 24878-81 (ST SEV 2483-80) "Електроди за запис на биоелектрични потенциали".
1.2.3 Устройство и особености на контакта "електрод-кожа".
Общото изискване за повърхностните електроди е изискването за намаляване на контактното съпротивление между електрод и кожа, което изцяло определягрешка на импеданса. Стойността на това съпротивление зависи от вида на електродния материал, свойствата на кожата, площта на нейния контакт с електрода и свойствата на междуконтактния слой между електрода и кожата. В общия случай структурата на зоната на контакт между електрода и кожата може да бъде представена, както е показано на фигура 1.1. Между кожата и електрода се поставя тънък слой електролит, който се получава естествено (секреция на потните жлези) или се въвежда при поставянето на електрода (проводими пасти, физиологичен разтвор).
Тъканите на тялото са проводник от втори вид, чийто импеданс съдържа активни и реактивни компоненти. Капацитетът на тъканите се създава от мембраните на клетките, които образуват тъканите, и от многобройните повърхности, които разделят отделните органи и структури на тялото. Реактивният компонент на тока, протичащ през подкожните тъкани, е поне с един порядък по-малък от активния компонент и може да бъде пренебрегнат. Капацитетът на кожните тъкани достига 0,1 μF / cm 2 и трябва да се вземе предвид,
Електрическите свойства на контакта "електрод-кожа" се определят основно от поляризационните свойства на интерфейси с различни видове проводимост - преход "телесна тъкан-електролит" и преход "електролит-електрод". Типична поляризационна криваE=f(j),къдетоE- потенциална разлика при прехода;j- плътност на тока, показана на фигура 1.2. Той е нелинеен, но при ниски плътности на тока (до 10-15 μA / cm 2) върху него може да се различи линеен начален участък. На практика, дори при максималните амплитуди на записаните биоелектрични сигнали, импедансът на кожата-електрод може да се счита за линеен.
Интерфейсите също се характеризират с равновесната потенциална разликаE0, която възниква на кръстовището при липса на ток, което се определя от природатаконтакт с медиите. В зависимост от материала на електрода, свойствата на електролита, температурата, метода за обработка на кожата, стойността наecварира в рамките на 0,1-50 mV. Поляризацията на електрода може силно да изкриви формата на записания сигнал, така че е крайно нежелателна. При регистриране на биопотенциали стойносттаE0трябва да остане постоянна, следователно за някои видове електроди е необходимо да се използват специални мерки за стабилизиране на стойносттаE0. Разработени са и неполяризиращи електроди. Регистрацията на биоелектрични сигнали, където е възможно, се извършва с помощта на усилватели на променлив ток, чиято долна гранична честота е части от херца, следователно при изчисленията стойносттаE0, ако е постоянна, може да бъде пренебрегната.
Най-разпространеният вид електроди за вземане на биопотенциали са металните електроди. Като материали за производството им се използват злато, сребро, платина, паладий, неръждаема стомана, иридиеви сплави и други метали, сплави и съединения, получени чрез пресоване, електролитно хромиране и др.
Изборът на материал и метод на повърхностна обработка значително влияе върху стойността на контактното съпротивление (кожно-електроден импеданс), нивото на шума и големината на артефактите, както и интензитета на поляризационните потенциали.
Преходното съпротивление между чистата, суха кожа и електрода може да достигне стотици килоома. За да се намали това съпротивление, при използване на метални електроди се използват марли, навлажнени с физиологичен разтвор, които се поставят между електрода и кожата, или специални проводими пасти. Това ви позволява да намалите преходното съпротивление до десетки килоома.
Контактното съпротивление също намалява с увеличаване на площтаконтактен електрод - кожа. Въпреки това, със значително увеличаване на размера на електрода, грешката на осредняване се увеличава и следователно диагностичната стойност на измерения биопотенциал като сигнал за локални промени в електрическата активност намалява.
Тъй като за метален електродRe= 0, еквивалентната верига на входната верига на биопотенциалния усилвател приема формата, показана на фигура 1.4.
Най-широко използваните метални електроди за вземане на биопотенциали от повърхността на тялото са кръгли или овални метални пластини от неръждаема стомана с площ до 20 cm2, неполяризуеми електроди от хлорирано сребро, вендузи, снабдени с гумен балон, който позволява лесно и надеждно фиксиране на електрода в желаната точка на тялото и редица специални електроди. Сред електродите със специален дизайн трябва да се отбележат повърхностните слабо поляризиращи електроди от типа EPSK (електрокардиографски), EPSM (електромиографски), EPSE (електроенцефалографски), които са предназначени за събиране на биоелектрични сигнали по време на дългосрочно наблюдение на състоянието на тежко болни пациенти и пациенти по време на операции, с биотелеметрия на труда и спортни натоварвания. Електродите от типа EPSK и EPSM се състоят от няколко електрода. Всеки такъв електрод се състои от работещ хлор-сребърен елемент, пресован в пластмасова кутия и полистирен клас PSM и има кухина за електродна паста (Фигура 1.5). Електроди тип EPSK и ShSM се фиксират към биологичния обект с помощта на залепващи пръстени. Дизайнът на електродите тип EPSE се отличава с наличието на жлеб, който служи за фиксиране на електродите с помощта на енцефалографски шлем в съответните области на главата (Фигура 1.6). За ЕМГ регистрация същоизползват се иглени електроди.
64. Системата за отстраняване на биопотенциали. Правила за прилагане на електроди.
Възможни клиенти
Всяка от измерените потенциални разлики в електрокардиографията се нарича отвеждане. Води I, II и III се наслагват върху крайниците: I - дясна ръка (-) - лява ръка (+),
II - дясна ръка (-) - ляв крак (+), I
II - лява ръка (-) - ляв крак (+).
От електрода на десния крак не се регистрират показания, потенциалът му е близък до условната нула и се използва само за заземяване на пациента.
Усилените отвеждания на крайниците също се записват: aVR, aVL, aVF са еднополярни отвеждания, те се измерват спрямо средния потенциал на всичките три електрода (система на Wilson) или спрямо средния потенциал на другите два електрода (системата на Goldberger, дава амплитуда с около 50% по-голяма).
С така наречения еднополюсен проводник записващият (или активният) електрод определя потенциалната разлика между точката на електрическото поле, към която е свързан, и условната електрическа нула (например според системата на Wilson). Униполярните гръдни проводници се обозначават с буквата V.