Колебания биопотенциалов мозга очень малы и для их записи требуются сложные электронные усиливающие и регистрирующие аппараты-электроэнцефалографы. Два электрода, отводящие электрические потенциалы, блок усиления и записывающего устройства называют каналом регистрации.
В современных электроэнцефалографах предусмотрено 4,8, 16 и более каналов регистрации, что обеспечивает одновременную запись изменений биопотенциалов ряда участков мозга, а также имеются каналы, фиксирующие отметку времени, ЭКГ, реограмму, пульсограмму и т. д. В этих случаях прибор является полиграфом, что важно для комплексной оценки ряда функциональных нарушений.
Электроэнцефалографы по методу записи делят на чернильно-перьевые и приборы с копировальным методом, когда запись ведется при помощи одновременно движущихся бумажной и копировальной ленты. Реже пользуются струйными самописцами и электронно-лучевым осциллографом.
Звукоизолированная и хорошо экранированная камера, удобная кушетка или кресло для обследуемого являются необходимым условием для проведения полноценного исследования. Предусмотрена возможность подключить к аппарату анализатор, интегратор, которые служат для регистрации выделенных из общей кривой ЭЭГ отдельных ее параметров (амплитуды, частота и др.).
Для проведения ЭЭГ электроды располагают на голове, пользуясь рядом специальных схем. По так называемой схеме 10—20 применяют более 20 электродов, расположенных на голове в три ряда. В зависимости от цели исследования применяются разные схемы отведения электрических потенциалов от симметричных точек обоих полушарий мозга.
Пользуются моно- и биполярными отведениями. При монополярном отведении один из электродов общий, чаще его располагают на мочке уха, условно допуская, что здесь расположена индифферентная точка, второй находится над активной тканью. При биполярном отведении соединяют попарно электроды, расположенные на одной стороне или в симметричных точках черепа В этих случаях при анализе ЭЭГ следует учитывать величину межэлектродного расстояния; при большем расстоянии амплитуда волн будет выше, чем при меньшем
Для записи биопотенциалов непосредственно с поверхности (ЭКоГ) мозга во время операций применяются прилипающие электроды, в частности графитовые диски, смонтированные на эластичном резиновом, капроновом или полиэтиленовом листке, серебряные проволочки, оканчивающиеся «пуговкой», покрытой ватой Запись ведется во время операции, иногда электроды остаются в полости черепа для длительной регистрации биопотенциалов.
На показателях ЭЭГ больного, которому проводят исследование, может отразиться волнение, ориентировочный рефлекс на необычную обстановку, аппаратуру и т. д. В связи с этим следует повторить исследование, объяснить больному его необходимость и безвредность.
ЭСКоГ представляет собой запись потенциалов глубоких отелов мозга, проводимую во время трепанации черепа или после введения игольчатых электродов, оставляемых на длительное время в мозгу с диагностической целью Эти электроды изготовляются из золота, нержавеющей стали или другого материала и вводятся в мозг с использованием стереотаксических атласов.
Для так называемых базальных отведений применяются специальные электроды. Назофарингеальный электрод представляет собой слегка изогнутый зонд длиной около 10 см, изолированный на всем протяжении, кроме концевого утолщения, который соприкасается со слизистой оболочкой носа. Он позволяет фиксировать потенциалы верхнего отдела ствола мозга либо базального отдела мозга и подбугорной области.
Тимпанический электрод состоит из эластичного проводника длиной 3 см, не изолированного в конце, где происходит соприкосновение его с барабанной перепонкой, он служит для отведения потенциалов от наружно-нижних отделов височной доли. Сфеноидаль-ный электрод — это игла длиной около 6 см с мандреном, который вводится под местным обезболиванием до кости около овального отверстия или в области крыловидной ямки. Предполагается, что этим путем удается фиксировать биоэлектрическую активность передних базальных отделов височной доли.
Регистрация биопотенциалов тканей органов
Новости
Технические и методические аспекты регистрации биопотенциалов:
выбор электродов
На качество регистрации биосигналов в функциональной диагностике оказывают влияние множество факторов, среди которых немаловажную роль играют свойства электродов. Данная статья посвящена обсуждению влияния электродов на качество регистрации сигналов. Необходимо отметить, что обсуждаемые в статье вопросы в равной степени касаются всех методов исследований, при которых происходит съём биопотенциалов как с поверхности тела, так и с электродов, погруженных в биологические структуры.
Читайте также: Зомби своими руками из ткани
Отведение биопотенциалов предполагает преобразование токов, обусловленных движением ионов в биологических жидкостях, в ток, обусловленный движением электронов в металле электрода и соединительных проводниках регистратора. Уже это очевидное положение определяет сложность и многообразие происходящих в месте контакта биологической структуры и электрода процессов.
Рассмотрим простую модель, в которой металлический электрод контактирует с электролитом. При прохождении электрического тока, пусть и минимальной величины, характерной для биообъектов, через границу электролит-металл происходят химические реакции окисления и восстановления металла электрода. Эти реакции протекают даже и при отсутствии внешнего электрического тока. При протекании реакций окисления и восстановления локальная концентрация ионов в непосредственной близости от электрода изменяется относительно средней концентрации ионов в растворе в целом. Это приводит к возникновению разности потенциалов между раствором электролита в целом и части раствора, непосредственно прилегающей к электроду. Данное явление называется электродным потенциалом.
Очевидно, что электродный потенциал зависит как от материала электрода, так и от состава электролита. Оба этих фактора, а также температура, концентрация ионов в растворе и др, определяют характеристики протекающих химических реакций в непосредственной близости от электрода, которые и создают электродный потенциал.
В качестве эталона для измерения электродных потенциалов используют потенциал химической реакции Н2 → 2Н + + 2е — (так называемый водородный электрод). По отношению к потенциалу водородного электрода все электроды могут быть разделены на поляризуемые и неполяризуемые. Естественно, идеальных поляризуемых или неполяризуемых электродов не существует, однако с определенной долей приближения те или иные конструкции электродов можно отнести к одному из классов.
Необходимо учитывать, что регистрация биопотенциалов всегда ведется между парой (или большим числом) электродов, поэтому свойства всех электродов, участвующих в формировании измерительной электрической цепи, должны рассматриваться в совокупности. При различных свойствах электродов одной измерительной цепи вследствие разной поляризации возможно возникновение разности межэлектродных потенциалов (РМЭП). Усилители биопотенциалов проектируются таким образом, чтобы было можно без существенных искажений сигнала компенсировать РМЭП. Однако, при превышении РМЭП допустимого для данного усилителя значения возможно искажение регистрируемого сигнала или даже переход усилителя в состояние «насыщения», когда регистрация сигнала вообще становится невозможной.
Величина РМЭП может быть относительно стабильной, но при определенных условиях она может изменятся с течением времени. Такое явление носит название дрейфа РМЭП. С практической точки зрения дрейф РЭМП должен рассматриваться отдельно для случаев кратковременной и продолжительной регистрации биосигналов. При значительном изменении РМЭП во время регистрации будет наблюдаться дрейф изоэлектрической линии, а при длительной регистрации возможно насыщение усилителей с неизбежными искажениями сигнала.
Если поверхность электрода электрически неоднородна, то могут возникать области с локальными изменениями концентраций ионов. Поскольку электрохимическая система электрода постоянно находится в динамическом равновесии (т.е. химические реакции в ней протекают постоянно, но уравновешивают друг друга), то такие локальные изменения концентрации ионов приведут к возникновению локальных токов, часть которых может оказаться в полосе частот полезного сигнала. Эта часть токов будет обуславливать т.н. электродный шум. Важно отметить, что электрическая неоднородность поверхности электрода может возникнуть из-за банального загрязнения поверхности электрода.
При смещении электрода может происходить перераспределение зарядов вблизи его поверхности. Результатом является кратковременное изменение электродного потенциала, которое продолжается до тех пор, пока равновесие в электрохимической системе электрода не установится вновь. Этот эффект носит название электромеханического шума движения.
Читайте также: Названия изделия назначение ткань
Изучение сигналов артефактов движения показало, что их спектр в основном лежит в той же области, что и основные биологические сигналы. Этот факт делает использование фильтрации не самым эффективным методом уменьшения влияния шума движения на качество сигнала. Более эффективны для борьбы с электромеханическим шумом движения неполяризующиеся электроды, снижение сопротивления эпидермиса, предотвращение прямого контакта электрода с кожей, стабилизация положения электрода относительно биообъекта и расслабление мышц в процессе регистрации. Наибольшую проблему электромеханический шум представляет при длительном мониторировании биосигналов.
Немаловажной характеристикой электродов, обусловленной перераспределением ионов вблизи электрода, является устойчить к длительному малому постоянному току. Во входных цепях усилителей биосигналов могут возникать очень небольшие по величине постоянные токи (стандарты нормируют предельные величины этих токов на уровнях единиц наноампер). Любой постоянный ток будет приводить к перераспределению ионов в растворе электролита, что в свою очередь приведет к изменению электродного потенциала. Наибольшую проблему представляет данный эффект при длительной регистрации биосигнала. Неполяризуемые электроды, как правило, имеют более высокую устойчивость к этому негативному эффекту.
Для электрокардиографической практики также важно восстановление свойств электродов и всей регистрирующей системы после разряда дефибриллятора. При протекании через электродные цепи значительных по величине токов возникает существенное перераспределение концентраций ионов вблизи электродов. Не рассматривая детально происходящие при этом процессы, отметим при сочетании неблагоприятных факторов возможно заметное увеличение РМЭП с последующей стабилизацией потенциалов. Это может привести к невозможности регистрации ЭКГ в течение некоторого времени. Существенно, что возобновление отображения ЭКГ в течение установленного стандартом периода (5 с) возможно только с использованием неполяризуемых или малополяризуемых электродов при выполнении специальных требований к конструкции кабеля пациента и входным цепям электрокардиографического оборудования.
Наиболее распространёнными неполяризуемыми электродами в настоящее время являются хлорсеребряные ( Ag / AgCI ). Распространены две основных конструкции таких электродов. В первой серебряную (или, для снижения цены, посеребрённую) пластину покрывают электролитическим способом слоем хлорида серебра. В другой распространенной конструкции на проводящую подложку наносится смесь порошков серебра и хлорида серебра, которая спекаются с подложкой.
Работа хлорсеребряного электрода обусловлена протеканием двух химических реакций:
Первая реакция приводит к окислению серебра с выделением электрона. Вторая реакция начинается непосредственно после образования иона серебра и приводит к получению его хлорида.
Ион хлора для этой реакции должен поступить из окружающего электролита, поэтому достаточная концентрация ионов хлора в окружающем электролите является необходимым условием работы такого электрода. Для большинства биологических жидкостей и применяемых проводящих сред это условие выполняется.
Хлорид серебра не растворим в воде, поэтому электрод не сильно разрушается в процессе эксплуатации. Однако, хлорид серебра плохо проводит электрический ток, поэтому его слой не должен быть слишком толстым. С другой стороны, повреждение поверхностного слоя электрода может привести к нарушению работы хлорсеребряного электрода.
Подчеркнем, что условием нормального функционирования хлорсеребряного электрода является достаточная концентрация ионов хлора в контактной проводящей среде. Однако в последние годы появились разработки электродов, не требующих
обязательного использования электродного геля. Поверхность таких электродов имеет специально выполненные микронеровности с регулярной или нерегулярной структурой, которые позволяют добиться хороших свойств электродов без нанесения проводящего геля. Между тем, в некоторых случаях может быть необходимо на несение на кожу маловязкой проводящей среды.
Кроме низкого потенциала поляризации относительно биологических жидкостей, положительными качествами хлорсеребряных электродов являются низкий уровень собственных шумов и стабильность импеданса (полного сопротивления) в зависимости от частоты. Хлорсеребряные электроды хорошего качества также достаточно быстро восстанавливают потенциал после внешних электрических воздействий, что может произойти, во время дефибрилляции.
Читайте также: Ткани шторные в уфе
Кроме электрических характеристик электродов их существенными для эксплуатации свойствами являются размеры, форма, способ крепления на поверхности биообъекта и другие механические характеристики. При выборе электродов надо обращать внимание на соответствие этих характеристик области применения электродов в конкретных условиях.
Таким образом, на электрические свойства электродов для регистрации биопотенциалов оказывают непосредственное влияние:
— материал и покрытие электрода;
— состояние и электрическая однородность поверхности электрода;
— свойства электродной проводящей среды, при использовании прокладок — толщина и свойства прокладки;
-электрические свойства тканей биообъекта, с которых осуществляется съём биопотенциалов;
— воздействие на биообъект электрических токов и полей, включая электростимуляцию, дефибрилляцию, исследование импеданса тканей и др, а также наводок от другого электрического оборудования.
При одновременном использовании нескольких электродов для синхронной регистрации нескольких биосигналов, что является самым частым случаем в современной диагностической практике, необходимо учитывать следующие требования:
— все электроды комплекта должны быть одной электрохимической системы;
— все электроды комплекта должны иметь приблизительно одинаковую степень износа (следствием является требование одновременной замены всех электродов комплекта);
— для всех электродов необходимо использовать качественную и одинаковую проводящую среду.
Несоблюдение этих требований может привести к возникновению различных потенциалов (природа которых рассмотрена выше) между электродами, что неизбежно снизит качество регистрации сигналов.
В таблице суммированы данные о влиянии различных потенциалов, возникающих на электродах, на качество регистрации биосигналов. Необходимо отметить, что помехи могут наблюдаться как изолированно, так и в совокупности, что затрудняет распознавание их природы. Понимание природы возникающих потенциалов важно для уменьшения их неблагоприятного влияния на качество регистрируемых сигналов.
Возможное негативное влияние
Разность межэлектродных потенциалов
Перегрузка усилителей, ограничения и другие искажения сигналов
Дрейф разности межэлектродных потенциалов
Появление на записи шумов в различных диапазонах частот (чаще всего, в
Электромеханический шум движения
Отдельные импульсные помехи
Высокочастотный постоянный и периодический шум
Поляризация электрода или границ тканей биообъекта (например, эпидермиса) вследствие протекания малого постоянного тока
Перегрузка усилителей, ограничения и другие искажения сигнала
Поляризация вследствие протекания значительных токов (например, при дефибрилляции)
Перегрузка усилителей, ограничения и другие искажения сигнала
В процессе эксплуатации следует своевременно производить очистку электродов. Очистка необходима не только для соблюдения требований санэпидрежима, но для сохранения приемлемого качества регистрации сигналов. Очистка должна производиться по инструкции производителя. Высыхание на поверхности электродов электродного геля или иных загрязнений часто приводит к деструкции покрытия электродов. Абсолютно недопустимо использовать для чистки поверхности электродов твердые и острые предметы, абразивы, жесткие мочалки, агрессивные жидкости и т.п. Механические или химические воздействия на поверхность электродов приведёт к порче и необратимому ухудшению электрохимических свойств электрода.
В завершении обзора проблем регистрации биосигналов, связанных с электродами, отметим, что любые многоразовые электроды имеют ограниченный деструкцией их поверхностного слоя срок службы. Проявлением деструкции покрытия может быть
изменение цвета, появление на поверхности электродов нехарактерных отложений, обнажение подложки и другие повреждение которые могут быть легко и своевременно выявлены осмотром. Наиболее вероятные места деструкции покрытия — углы и кромки электродов, где покрытие подвержено наиболее интенсивне му износу. При выявлении повреждений даже одного электрода необходимо заменять весь комплект или подбирать на замен) электрод с теми же характеристиками, что и заменяемый.
Таким образом, электроды оказывают существенное влияние на качество регистрации биосигналов. Несоответствие характеристик электродов требованиям регистрации конкретного сигнала может приводить к различным артефактам в записях или даже имитировать неисправности электродиагностической аппаратуры.
Журнал «Функциональная дигностика» №3 2010 г .
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом