2020-09-24
476
При отведении суммарных биопотенциалов от нервных стволов, мышц, головного мозга, сердца и других органов применяют поверхностные макроэлектроды. В некоторых случаях используют внутриполостные электроды или вводимые непосредственно в ткань (например, игольчатые). Для регистрации и измерения биопотенциалов отдельных клеток чаще всего пользуются внутриклеточными и точечно-внеклеточными микроэлектродами. Электроды соединяют с усилителями переменного или постоянного тока, входящими в комплект серийно выпускаемых медицинских приборов. Усилитель может быть связан с устройством автоматизированной обработки биоэлектрических сигналов.
В зависимости от того, каким образом осуществляется контакт с биологической тканью, электроды можно разделить на две основные группы:
- накожные, при установке которых целостность кожного покрова не нарушается;
- погружные, которые вводятся в организм с нарушением целостности кожного покрова.
Какие бы электроды ни использовались, количество их не может быть менее двух. Как уже отмечалось, оценивается обычно или разность потенциалов, имеющаяся между зонами, на которые установлены электроды, или электрический ток между ними.
При электрофизиологических исследованиях пытаются или оценить электрический параметр (потенциал или ток) относительно зоны, где потенциал исследуемого очага биоэлектрической активности стремится к нулю, или разность электрических параметров между двумя зонами вблизи источника биоэлектрической активности.
Рисунок 3.7 - Типы ЭМГ электродов (схематически):
а - концентрический; б - биполярный; в - монополярный; г - мультиэлектрод; д - накожный; е - концентрический электрод в мышце; 1 - корпус иглы; 2 - контактные поверхности электрода; 3 - проводник; 4 - изоляция; 5 - металл, 6 - пластик; 7 - кожа; 8 - подкожная клетчатка; 9 - апоневроз; 10 - мышца
Соответственно применяют два способа размещения электродов:
1) однополюсный (униполярный): - один электрод на интересующей зоне, другой - на зоне с нулевой биоэлектрической активностью;
2) двухполюсный (дифференциальный) - оба электрода на "активной" части биоткани.
В медицине о размещении электрода на теле говорят, используя термин "отведение". При однополюсном отведении основной проблемой является нахождение зоны с нулевой биоэлектрической активностью относительно определяемого параметра или характеристики. Если ориентироваться на теорию диполей, то один из электродов следует размещать на середине линии, соединяющей разнородные электрические заряды.
Присасывающийся электрод Накладной электрод
Рисунок 3.8 – Электроды для съема ЭКГ
Но так как на практике это сделать достаточно тяжело, то в качестве "нулевой" точки выбираются участки, наиболее удаленные от объекта. Так, например, при записи электрокардиограммы нулевой (индифферентный) электрод устанавливают на нижние и верхние конечности, при записи электроэнцефалограмм его иногда укрепляют на мочке уха, на носу и т.д.
В связи со сложностью нахождения точки с нулевой биоэлектрической активностью ее часто получают искусственно, путем усреднения сигналов, получаемых с электродов, расположенных на различных частях объекта. Теоретической предпосылкой, положенной в основу этого способа, является предположение о том, что точки, расположенные симметрично относительно диполя, имеют равные, но разные по знаку потенциалы. Поэтому алгебраическая сумма электрических сигналов, снимаемых с большого числа электродов, расположенных на разных участках тела, будет стремиться к нулевому значению.
|
Для того чтобы короткое замыкание не влияло существенным образом на распределение электрического поля внутри и на поверхности объекта, соединение электродов проводится через большие сопротивления R. Их часто берут одинаковыми и имеющими номиналы в сотни кОм - один-два мегаома.
Если, например, потенциал одного из электродов на одной руке изменится на ∆U а потенциал на другой руке - на - ∆U, то потенциал общего электрода останется неизменным. Поэтому при большом количестве электродов, потенциалы которых изменяются, колебания потенциала после выполнения операции усреднения будут небольшими.
Рисунок 3.10 - Три способа отведений при съеме ЭЭГ: униполярный с опорной точкой (а); униполярный с опорной точкой, образованной соединением всех отведений (б); биполярный (в).
В случае двухполюсного отведения оба отводящих электрода располагают вблизи источника электрической активности. По существу, в этом случае целесообразно применять измерительные устройства с дифференциальным входом. Тогда общая шина соединяется с кожным покровом, а дифференциальные входы подключаются к электродам, установленным в точках отведений.
Рисунок 3.11 - Расположение электродов ЭЭГ (а) слева и (б) сверху, согласно международной системе 10-20; (в) 75-электродная схема, расширяющая стандарт 10-20 и обеспечивающая более высокое пространственное разрешение. Буквы F, T, C, P и О обозначают соответственно лобную, височную, центральную, теменную и затылочную доли. Четные и нечетные числа обозначают электроды соответственно на правом и левом полушариях, а буква Z — электроды, размещенные посередине.
Измеренная величина пропорциональна проекции вектора, имеющейся внутри ЭДС, на линию отведений. Поэтому полученный сигнал характеризует и величины зарядов внутри организма и его геометрическое расположение относительно поверхности (линии), на которой проводятся измерения.
Используя группу электродов, между которыми измеряется разность электрических сигналов, можно, в принципе, ориентировочно установить место расположения источника биоэлектрической энергии.
В электрофизиологии имеется не являющееся абсолютно справедливым, но иногда используемое "правило обратных фаз". Оно гласит, что признаком близости очага электрической активности является разница полярности напряжения под электродами, расположенными по разные стороны от очага. Иногда встречается утверждение, что признаком близости очага патологической активности является "отрицательный потенциал под электродом". Обсуждение справедливости этих утверждений выходит за рамки рассматриваемых вопросов, но у специалистов в области измерений они вызывают определенные вопросы.
Двухполюсное отведение с малым межэлектродным расстоянием является наиболее эффективным способом определения пространственной ориентировки вектора электродвижущей силы при расположении источника биоэлектрической активности близко к поверхности кожного покрова. В противном случае необходимо применять погружные электроды.
Биоэлектрические процессы характеризуются колебаниями, спектр которых находится в полосе частот 0-40 кГц, хотя, как указывалось выше, в большинстве случаев спектр ограничен частотой 1 кГц. Значения напряжений колебаний находятся в диапазоне 10÷10000 мкВ. Генераторы биоэлектрических сигналов имеют малую мощность и относительно большое собственное внутреннее сопротивление.
Любая измерительная операция сопровождается обменом энергией между объектом и чувствительным элементом технического устройства. Так, при измерении электрических параметров объект измерений можно представить источником ЭДС, имеющим внутреннее сопротивление ZВН. Величина ZВН зависит:
1) от размеров и качества поверхности электродов;
2) электрического сопротивления тканей биологического организма;
3) переходного сопротивления между биотканью и электродом;
4) силы прижатия электрода;
5) контактной разности потенциалов между электродами и тканью;
6) поляризационных явлений, наблюдающихся при протекании электрического тока;
7) от наличия или отсутствия смачивающей жидкости или специальной электропроводной пасты; температуры окружающей среды и температуры тела и пр.
Напряжение, создаваемое мышечной или нервной тканью, меньше напряжения, создаваемого отдельным волокном, вследствие шунтирующего действия внеклеточных жидкостей или соединительных оболочек. При регистрации биопотенциалов между электродами, отводящими потенциал, обычно находится не одно волокно, а целая система мышечных или нервных волокон. Измеряемая величина ЭДС при этом остается примерно той же, что и у одиночного волокна, но сопротивление источника ЭДС (сопротивление ткани) уменьшается. Так, сопротивление одного сантиметра одиночного нервного волокна составляет несколько десятков МОм, а сопротивление одного сантиметра нервного ствола — десятки кОм.
На практике придерживаются правила, что входное сопротивление технического средства для электрофизиологических исследований должно в 10-20 раз превышать наибольшее возможное внутреннее сопротивление объекта на постоянном токе, т.е. должно иметь значение от 0,2 до 20 МОм и более.
Более подробно процесс съема биопотенциалов в каждом из методов функциональной диагностики будет рассмотрен в соответствующих разделах.
