Поверхностные электроды в электромиографии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  и НАУКИ РОССИЙСКОЙ федерации  федеральноЕ государственнОЕ автономноЕ образовательноЕ учреждениЕ

высшего профессионального образования

Южного федерального университета

в г.Таганроге

 

Не правильно

Факультет ЭП

Кафедра ЭГА и МТ

 

Курсовой проект

 

на тему: Поверхностные электроды в электромиографии

 

 

 

Выполнила:                                                Кузнецова А.А. гр. Э-129

Проверила:                                                                  Старченко И.Б.

 

 

 

Таганрог 2012 г.

Федеральное государственное автономное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Факультет ________ЭП________________________________

Кафедра ________ЭГА и МТ________________________________

Группа _____________Э-129___________________________

ТЕХНИЧЕСКОЕ З А Д  А Н И Е

по курсовому проектированию студенту

Кузнецовой Аси  Александровны

1. Тема:    «Проектирование поверхного электрода для электромиографии»

2. Срок сдачи студентом  законченного проекта _______________________________

3. Исходные данные к  проекту:

Рабочая частота Δf : 0,05 Гц - 40 Гц.

Диаметр электрода  D: 2 мм.

Толщина электрода h: 2 мм.

Материал: хлорид серебра.

Тип электрода: резистивно-емкостной.

Сопротивление электрода С_э: 0-10 Ом.

Емкость электрода  R_э: 0-5 пФ.

4. Содержание расчетно-пояснительной  записки (перечень подлежащих  разработке вопросов):

1. Рассчитать кожно-электродное сопротивление.

2. Рассчитать величину емкости контакта кожа – электрод.

3. Рассчитать диапазон  изменения кожно-электродного импеданса  при изменении частоты входного сигнала.       

4. Рассчитать поляризация  электрода.        

5. Построить и проанализировать частотную характеристику диапазона изменения кожно-электродного импеданса.

6. Рассчитать основные параметры электрической схемы сопряжения электрода с измерительным трактом.

7. Отобразить структуру электрода на сборочном чертеже.

 

5. Перечень графического  материала: 

1. Сборочный чертеж электрода.

2. Электрическая схема  сопряжения электрода с измерительным  трактом.

3. Спецификация к сборочному  чертежу.

4. Перечень элементов  к схеме электрической принципиальной

7. Дата выдачи задания ___________________________________

(подпись) 

Задание принял к исполнению (дата) ________________________

Подпись студента ______________________________

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ 6

2 ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДОВ 11

3 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТРОЙСТВА 14

4 ВЫБОР И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА……16

5 ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА 20

6     УСЛОВИЯ СОПРЯЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ С ВТОРИЧНЫМИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ……………………….…………...22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25

Список используемой литературы 26

ПРИЛОЖЕНИЕ 28

 

  

ВВЕДЕНИЕ

 

В процессе медицинских исследований информация обычно фиксируется через  специальные датчики, либо через  электроды (преобразователи). Они являются проводником между поверхностью тела и устройством измерения, фиксирующим  биопотенциалы человека. В современной  медицинской практике обычно применяются  электроды многоразовые или одноразовые. Необходимо учитывать, что применение многоразовых электродов несет потенциальную  угрозу переноса вредных микроорганизмов, тогда как одноразовые электроды  снижают эти риски и обеспечивают более четкую запись сигнала.

В медицинской практике одноразовые  электроды используются достаточно недавно. Но их популярность увеличивается  с каждым днем. Это обусловлено  тем, что одноразовые электроды  просты в использовании и комфортны  в применении. При использовании  одноразовых электродов подготовка пациента к записи биосигналов занимает минимум времени. Кроме того, одноразовые  электроды практически никогда  не оставляют следов раздражения  на коже пациента. Однако основной плюс одноразовых электродов заключается  в высокой точности регистрируемых сигналов. Одноразовые электроды  пригодны для различных условий  применения - для использования в  обычных условиях (для кратковременного мониторирования), при неотложной помощи, или в условиях сильного потоотделения (например, при эргометрии). Таким  образом, применяя оптимальные для  данного вида исследования одноразовые  электроды можно получить записи биопотенциалов наилучшего качества [1].

 

 

 

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

При проведении электрофизиологических исследований для съёма биоэлектрических сигналов используют биомедицинские электроды, от правильного выбора и применения которых зависят точность и объем  получаемой физиологической информации.

Электрофизиологические  параметры отводят с помощью  двух электродов монополярным и биполярным способами. При монополярном отведении  один электрод – сигнальный – располагается  в активной зоне, а другой – в  нулевой, где биологическая активность исследуемого органа или ткани пренебрежимо мала. При этом измеряется абсолютная величина биопотенциала. При биполярном отведении оба электрода располагаются  в активной области и измеряют разность потенциалов между двумя  точками.

По особенностям применения выделяют четыре группы электродов:

1) для одноразового использования  (в основном в кабинетах функциональной  диагностики);

2) для длительного, непрерывного  наблюдения биоэлектрических сигналов (в условиях палат реанимации, интенсивной терапии, при исследовании  состояния человека в процессе  трудовой деятельности);

3) для динамических наблюдений (при наличии интенсивных мышечных  помех в условиях физических  нагрузок, в спортивной медицине  и палатах реабилитации); 4) для  экстренного применения в условиях  скорой помощи.

По функциональному назначению биомедицинские электроды различают  в соответствии с видом регистрируемой электрофизиологической активности (электрокардиографические, электромиографические, электроэнцефалографические, микроэлектроды для внутриклеточного исследования и т.д.).

В зависимости от способа  контактирования с биообъектом  различают накожные (поверхностные) и подкожные (игольчатые) электроды. В свою очередь среди поверхностных электродов в зависимости от характера сопротивления кожно-электродного контакта можно выделить следующие группы: металлические, емкостные, резистивные и резистивно-емкостные. В зависимости от необходимости использования пасты или физиологического раствора электроды делят на влажные и сухие.

По склонности к поляризации  электроды делятся на поляризующиеся, слабополяризующиеся и неполяризующиеся. Биомедицинские электроды также  классифицируют по форме, материалу  активного слоя, способу крепления  и другим признакам. Кроме электрофизиологических измерений электроды применяются  для оказания терапевтического воздействия  на организм электрическим током  и другими факторами.

К конструкции и материалу  электродов предъявляется ряд требований, определяемых специфическими условиями  физиологического эксперимента и свойствами биообъекта:

1) хорошая электропроводность;

2) биологическая инертность (нетоксичность);

3) высокая прочность;

4) возможность надёжного  и удобного крепления;

5) отсутствие поляризации,  высокая помехоустойчивость к  специфическим помехам;

6) лёгкость и пластичность;

7) физико-химическая инертность;

8) стабильность измерений;

9) малые габариты и  вес;

10) простота и долговечность.

Так как живой ткани  присуща реакция на любое инородное  тело, с которым оно соприкасается, то материал электрода должен быть биологически инертным (нетоксичным). Кроме того, электрод должен иметь  по возможности минимальные размеры, так как тканевая реакция выражена тем сильнее, чем больше инородное  тело. Размер электрода должен быть небольшим еще и потому, что с увеличением электрода увеличиваются помехи от соседних участков ткани. С другой стороны, препятствием к уменьшению электрода является требование высокой электропроводности и прочности. Последнее имеет особенно большое, значение в динамической биотелеметрии, где электроды подвергаются разнообразной механической нагрузке: изгибанию, ударам, растяжению и т.д. Чтобы избежать поломки при интенсивной мышечной работе, электроды и подходящие к ним провода должны быть достаточно мягкими и гибкими. Конструкция электродов должна предусматривать возможность надёжного и удобного крепления. Этими требованиями объясняется разнообразие конструкций электродов.

Общим требованием, предъявляемым  к поверхностным электродам, является требование уменьшения переходного  сопротивления электрод-кожа, определяющего  погрешность импеданса. Значение этого  сопротивления зависит от типа материала  электрода, свойств кожи, площади  её соприкосновения с электродом, от свойств межконтактного слоя между  электродом и кожей. В общем случае структуру участка контакта электрода  с кожей можно представить  в виде, изображенном на рисунке 1:

 

Рисунок 1 – Структура  контакта «электрод-кожа»

 

Применяемые в клинической  практике электроды весьма разнообразны по конструкции в зависимости  от функционального назначения, места  установки, особенностей электрофизиологического  эксперимента и других факторов. Наибольшее распространение получили накожные электроды, что объясняется простотой их применения и отсутствием травмирующего действия.

Наиболее широко используемыми  металлическими электродами для  съёма биопотенциалов с поверхности  тела являются металлические пластинки  круглой или овальной формы площадью до 20 см², электроды-присоски, снабжённые резиновым баллончиком, который даёт возможность просто и достаточно надёжно укрепить электрод в нужной точке тела, и ряд специальных электродов.

Площадь электродов играет существенную роль, т. к. при её увеличении с одной стороны уменьшается переходное сопротивление контакта «электрод-кожа», а с другой стороны ухудшается локальность исследования биоэлектрической активности. Форма электродов существенной роли не играет.

В качестве материалов для  изготовления металлических накожных электродов применяются золото, серебро, платина, палладий, нержавеющая сталь, иридиевые сплавы и другие металлы, сплавы и соединения, полученные прессованием, электролитическим хромированием и т.д. Различны способы обработки поверхности плоского металлического электрода, прилегающего к коже.

Выбор материала и способа  обработки поверхности существенно  влияет на величину контактного сопротивления (кожно-электродный импеданс), уровень  шума и величину артефактов, а также  на интенсивность потенциалов поляризации. В последнее время всё шире применяются электроды из хлорированного серебра, которые отличаются слабой поляризацией в процессе эксплуатации.

Кардиографические электроды  разделяются на конечностные и грудные. Конечностные электроды выполняются  обычно прямоугольной формы, площадью 6–30 см² и более. Электрод прикрепляется к конечности с помощью резинового бинта с отверстиями, два из которых надеваются на штырь электрода. Конечности имеют поверхности равного потенциала, поэтому место наложения электрода некритично и он может иметь достаточно большую площадь, что позволяет снизить переходное сопротивление. Грудные электроды делают в форме диска площадью 1–7 см² и удерживаются на груди либо рукой, либо с помощью резиновой присоски. Присасывающиеся электроды удобны при кратковременных исследованиях. На груди эквипотенциальные линии электрической активности сердца расположены густо, поэтому для записи кардиограммы в грудных отведениях площадь электродов должна быть относительно не большой.

Электроды, применяемые при  длительных, непрерывных наблюдениях  электрической активности сердца тяжелобольного, а также электроды, используемые при регистрации ЭКГ и некоторых других видов электрограмм свободно перемещающегося человека (больного, спортсмена при выполнении упражнений или здорового человека при выполнении физической работы), обычно имеют вид чашечек, которые наклеиваются на кожу с помощью клеола или коллодия. Электродная паста накладывается на металлический диск этого электрода (например, из хлористого серебра) и при наложении на кожу заполняет пространство между нею и диском, обеспечивая надёжный электрический контакт. Диаметр диска обычно составляет 10–15 мм. Подобную конструкцию имеют, например, поверхностные слабополяризующиеся электроды типа ЭПСК (электрокардиографические), ЭПСМ (электромиографические), ЭПСЭ (электроэнцефалографические).