Биомедицинский многоигольчатый электрод

 

Использование: в медицине и биологии для регистрации биомедицинских сигналов и в электротерапии. Сущность изобретения: электрод содержит группу прикладываемых к исследуемой поверхности игольчатых контактных элементов, занимающих суммарной площадью своего поперечного сечения приблизительно 19% от площади основания при соотношении диаметра элементов к их высоте, равном 1:8, и соединенных электропроводным кабелем с электронным устройством. 2 ил.

Изобретение относится к медицине и биологии, в частности к регистрации биоэлектрических сигналов и к электротерапии.

Известны электроды для контактной регистрации электропотенциалов и(или) подведения электрических импульсов к телу человека, состоящие из электропроводного материала либо накладываемого на поверхностные покровы организма (неинвазивный путь регистрации), либо вводимого непосредственно в ткани тела (инвазивный путь регистрации) [1 и 2] В связи со своей атравматичностью неинвазивный путь предпочтительнее инвазивного. Для этой цели обычно используют плоские ровные электроды [1 и 2] или электроды, содержащие группу штырьковых контактных элементов различной формы [3 и 4] Однако такие электроды не всегда обеспечивают надежный электрический контакт, зачастую требуют применения дополнительных электронных устройств, как правило используются только при определенных медицинских методиках.

Известный вариант электрода, выбранный в качестве прототипа и используемый в устройстве для рефлексотерапии с целью создания электрического контакта с поверхностью тела человека, применяется в спортивной медицине для снятия болевого синдрома [4] Устройство содержит блок питания и электрод, состоящий из двух оснований из гибкого диэлектрика, двух токопроводящих пластин в виде сеток и группы игл, прикладываемой к поверхности тела.

Недостаток известного варианта электрода заключается в том, что он рассчитан на использование в конкретном устройстве для рефлексотерапии и имеет достаточно сложную конструкцию. Электрод не предназначен для длительного нахождения на коже и регистрации электрических потенциалов организма. При чрезмерно редком расположении игл на основании они могут вызывать раздражение и повреждение кожи.

Повреждение кожи вследствие прокола эпидермиса наблюдается также при применении электрода, подобного известному и содержащего несколько небольших игл [2] Все это существенно снижает область применения известного электрода.

Целью настоящего изобретения является расширение области его применения путем обеспечения возможности его использования для регистрации потенциалов организма, упрощения конструкции электрода, ликвидации вероятности травматизации покровов тела при его размещении на них.

Сущность изобретения заключается в том, что на общем токопроводном основании игольчатые контактные элементы располагаются таким образом, что суммарная площадь их поперечных сечений составляет приблизительно 19% от площади основания при соотношении диаметра к высоте, равном 1:8.

На фиг.1 и 2 показан электрод.

Электрод содержит группу игольчатых контактных элементов 1, соединенных параллельно и располагающихся на общей опорной площадке 2. Электропроводный кабель 3 осуществляет соединение группы контактных элементов с электрическими устройствами. Электрод прикладывается игольчатыми элементами к поверхности тела 4 и фиксируется в таком положении любым способом (клейкой лентой, вакуум-присоской, наружным прижимным приспособлением и др.). Игольчатые элементы содержатся на опорной площадке в таком количестве, что суммарная площадь их поперечного сечения составляет приблизительно 19% от площади основания при соотношении диаметра элементов к их высоте, равном 1:8. Это обеспечивает общую площадь поверхности электрода, достаточную для нетравматического удельного давления на исследуемую поверхность, предохранения тканей тела от повреждения и создания устойчивого контакта с ними. Опорная площадка, выполненная из токопроводного материала, обеспечивает параллельное соединение игольчатых элементов. Она может быть жесткой или эластичной для обеспечения лучшего прилегания электрода к исследуемой поверхности. Игольчатые элементы выполняются из слабополяризующегося токопроводного материала, например серебра, или имеют покрытие из него.

Преимущество предлагаемого электрода заключается в том, что при его наложении на исследуемую поверхность игольчатые элементы 1 заглубляются острыми концами в верхние слои покровных тканей 4 организма, в то же время не травмируя их (фиг.2). При этом каждый игольчатый элемент в отдельности обеспечивает вполне надежный электрический контакт. Так как подобных элементов на опорной площадке достаточно много, то даже при некоторых смещениях электрода электрический контакт всегда существует и высоконадежен при минимальной нестабильности электросоединения с телом. Высокий коэффициент трения между электродом и исследуемой поверхностью препятствует его смещению в процессе эксплуатации даже при значительных усилиях сдвига. Общая площадь контактной поверхности электрода за счет множества игольчатых токопроводных элементов значительно больше, чем у плоского и известного игольчатого электродов с основанием тех же размеров. Это улучшает электропроводность контакта с телом, особенно при использовании электропроводных буферных сред (растворов, паст, гелей и т.п.). При необходимости заглубление игл в верхние слои покровных тканей можно обходиться без специальных сред.

Данный электрод был проверен в лабораторных и клинических условиях. Он содержал (фиг. 1) на четырехугольной металлической площадке площадью 36 мм² 35 игольчатых стальных элементов, каждый длиной 4 мм и диаметром 0,5 мм. Рабочая сторона опорной площадки и элементы имели тонкий слой серебряного покрытия (порядка 0,05 мм), нанесенного электрохимическим способом. Оно обеспечивало необходимую химическую инертность, предотвращающую раздражение тканей пациента, и минимальную спонтанную поляризацию электрода. В качестве известного использовался электрод тех же размеров и из тех же материалов с 4 иглами того же диаметра. В лабораторных условиях прохождение электрических сигналов через контакт электрода с кожными покровами человека оценивалось при реографическом исследовании. Электрод использовали совместно с реографом Р4-02 Львовского завода радиоэлектронной аппаратуры. Величина зондирующего тока прямоугольной формы, протекающего через биологический объект, составляла 1,6-2,0 мА. Частоты зондирующего тока 40-100 кГц. Электрод применялся в двух вариантах. В первом варианте он являлся источником электрических сигналов, т. е. токовым электродом, во втором регистрирующим потенциал электродом. В обоих случаях исследовалась проводимость участка правого предплечья пациента. Оценивались: модуль регионарного межэлектродного импеданса тканей, его стабильность и регионарная реограмма. Испытание проводилось у 19 человек. Во всех случаях констатировано наличие устойчивого и надежного контакта, обеспечиваемого электродом, как в покое, так и при работе соответствующей конечностью, т.е. в условиях активной подвижности объекта. В последнем случае устойчивый электрический контакт при использовании стандартных плоских электродов достигался лишь у 11 пациентов. Известный игольчатый вариант электрода вызывал болевые ощущения в месте контакта, беспокойство у всех испытуемых. При тонком кожном покрове (6 чел.) при движении конечностью возникала травматизация кожи в местах прилегания игл с появлением капелек крови. У 12 человек зафиксировано в течение исследования изменение модуля межэлектродного импеданса и амплитуды реограммы, что отражало нестабильность электродного сопротивления в месте контакта известного электрода.

При клинических испытаниях электрод применен для регистрации электрокардиограммы человека в обычных условиях. Электрод был размещен в фиксирующей вакуум-присоске. Регистрировались грудные отведения по Вильсону. В этом случае буферное электродное средство не использовалось. Регистрация ЭКГ выполнена у 27 пациентов. Хорошее ее качество получено у 21 человека. При применении обычного плоского электрода без буферного электропроводного средства удовлетворительного качества ЭКГ не было ни в одном случае. Предлагаемый электрод использован также при суточном мониторировании ЭКГ на отечественных аппаратах "Лента МТ" и "Кардиотехника" у 16 человек. Дополнительно применялась буферная электродная паста Бакинского химфармзавода ПЭ-1. Электрод фиксировался липкой лентой на коже пациента. У всех обследованных получено высокое качество ЭКГ в течение всего периода наблюдения (24 ч). Нахождение электродов в течение суток на коже легко переносилось пациентами. Попытки применения в этом случае известных игольчатых электродов были безуспешными, так как возникающие при их наложении болевые ощущения и раздражение кожи в месте контакта вынуждали снимать такие электроды через 0,5-2,0 ч наблюдения. При использовании известных плоских электродов типа ЭПСК отечественного производства удовлетворительное качество ЭКГ получено только у 9 человек.

Лабораторные и клинические сравнительные испытания показали, что предлагаемый электрод в отличие от известного характеризуется многофункциональными возможностями, может использоваться в качестве регистрирующего биопотенциалы элемента и в качестве источника электрических импульсов. Он обеспечивает надежный нетравматический электрический контакт с исследуемой поверхностью.

Таким образом, предлагаемый электрод является более эффективным чем известный и может использоваться в биоэлектрических системах.

Формула изобретения

БИОМЕДИЦИНСКИЙ МНОГОИГОЛЬЧАТЫЙ ЭЛЕКТРОД, содержащий общее токопроводное основание, с которым связаны равномерно расположенные игольчатые контактные элементы, отличающийся тем, что суммарная площадь поперечных сечений игольчатых контактных элементов составляет приблизительно 19% от площади основания при соотношении диаметра и высоты 1 - 8.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2