Внутритканевые электроды

Для регистрации биопотенциалов можно использовать не только накожные, но и внутритканевые электроды, которые размещаются внутри организма. Такие электроды могут использоваться в виде подкожных электродов, у которых сам электрод или соединительный провод проходят через кожу, или в виде внутренних электродов, которые подсоединяются к имплантированной электронной схеме, например к радиотелеметрическому передатчику. Внутритканевые электроды отличаются от электродов, накладываемых на поверхности тела, поскольку для них нет необходимости бороться с эффектами, возникающими на поверхности электролит — кожа и с соответствующими артефактами. В противоположность этому, поведение внутритканевых электродов полностью определяется поверхностью раздела электролит — электрод. Для поддержания электрического контакта не требуется использование электролитного геля, поскольку они погружены в межклеточную жидкость.

Существует множество конструкций внутритканевых электродов. Некоторые исследователи, изучающие определённые биоэлектрические явления с помощью внутритканевых электродов, зачастую сами изготавливают электроды для своих специфических задач. В следующих параграфах описываются некоторые из наиболее распространённых типов таких электродов и примеры их использования.

На рисунке 9.10 показаны различные типы подкожных игольчатых и проволочных электродов. Типичный игольчатый электрод состоит из прочной острой иглы, которую обычно изготавливают из нержавеющей стали. Сама игла покрывается изолирующей оболочкой (например, лаком), так что открытым остаётся лишь самый кончик иглы. Соединительный провод прикрепляется к другому концу иглы, а место соединения закрывается пластмассовой втулкой для защиты. Такой электрод, часто применяемый для регистрации электромиограмм, показан на рисунке 9.10 а. Его устанавливают для регистрации ЭМГ определённой мышцы в остром эксперименте, после чего электрод удаляют.

Модификация такого электрода используется для непрерывной регистрации ЭКГ у пациентов во время операции. Эти электроды представляют собой подкожные иглы, сделанные из нержавеющей стали, которые устанавливают в каждой конечности под кожей. Электроды подсоединяются к кардиомонитору с помощью соединительных проводов со специальными разъёмами, которые вставляются во втулку иглы. Эти электроды остаются в теле пациента в течение всей хирургической операции. Места их расположения находятся далеко от хирургического поля. Для их установки не нужен электролитный гель.

Экранированный подкожный электрод может быть изготовлен в виде конструкции, показанной на рисунке 9.10 б. Он представляет собой тонкую подкожную иглу, в которую по центру канала вставлена тонкая изолированная проволока, а оставшаяся часть заполнена изолирующим материалом, например эпоксидной смолой. Во время изготовления игла заполняется эпоксидной смолой полностью, после чего делается косой срез центральной проволоки, которая служит активным электродом. Сама игла соединяется с землёй через оплётку коаксиального кабеля, так что коаксиальная структура сохраняется до самого кончика иглы.

Игольчатые и проволочные электроды для подкожных измерений биометрических потенциалов

Рис. 9.10. Игольчатые и проволочные электроды для подкожных измерений биометрических потенциалов:

а — изолированный игольчатый электрод; б — коаксиальный игольчатый электрод; в — биполярный коаксиальный электрод; г — электрод из тонкой проволоки, прикреплённый к игле для подкожных инъекций перед его установкой; д — поперечное сечение кожи и мышцы со схемой установки тонкого проволочного электрода; е — поперечное сечение кожи и мышцы со схемой установки проволочного электрода в форме спирали

В одной игле можно разместить несколько электродов, как показано на рисунке 9.10 в. В данном случае в канале иглы размещено две проволоки, которые можно подключить в дифференциальном режиме, что ограничивает область регистрируемой электрической активности до ближайшей окрестности острия электрода.

Вышеописанные игольчатые электроды предназначены для измерений в остром эксперименте или при операции, поскольку их размер и жёсткость делают их неудобными для длительной имплантации. Для хронических опытов более подходят подкожные проволочные электроды. Основные конструктивные особенности электродов можно понять при помощи рисунка 9.10 г. Тонкая проволока — обычно из нержавеющей стали толщиной от 25 до 125 мкм — полностью изолируется лаком за исключением нескольких миллиметров на конце. Этот неизолированный кончик изгибается в виде крючка (J-форма) и размещается в канале иглы, как показано на рисунке 9.10 г. Иглой прокалывают кожу и вводят её на необходимую глубину в нужном месте мышцы. Затем иглу медленно удаляют, оставляя электрод на месте (рис. 9.10 О). Изогнутый конец проволоки служит в качестве крючка, удерживающего электрод в мышце. Для того чтобы удалить проволоку, необходимо посильнее потянуть, крючок при этом разогнётся, после чего проволоку можно легко вытащить.

Проволочные электроды, хронически имплантированные в активную мышцу, подвергаются многократному изгибу, что иногда приводит к трению проволоки о кожу, увеличивая раздражение кожи и риск инфекции в этом месте, а также может привести к обрыву проволоки. Для исправления этих дефектов были разработаны электроды в виде винтовой спирали (рис. 9.10 е). Эти электроды изготавливаются из очень тонкой изолированной проволоки, изогнутой в форме плотной спирали диаметром приблизительно 150 мкм, которая размещается внутри канала иглы. Выступающий из иглы неизолированный конец проволоки перед установкой загибают назад вдоль поверхности иглы. Этот крючок удерживает проволоку в нужном месте ткани после того, как игла вынимается из мышцы. Конечно, внешний конец электрода проходит через иглу, которая должна быть удалена (или по крайней мере закреплена), прежде чем электрод будет присоединён к регистрирующему прибору.

Ещё одной группой подкожных электродов являются электроды, предназначенные для регистрации сердцебиений у плода (рис. 9.11). В этом случае желательно иметь возможность регистрации электрокардиограммы плода во время родов путём прямого подсоединения к показавшейся из шейки матки части тела (обычно это голова). Плод окружён амниотической жидкостью, которая содержит ионы и поэтому является проводником. Из-за шунтирующего действия этой жидкости трудно добиться удовлетворительной регистрации ЭКГ с помощью поверхностных электродов. По этой причине электроды для отведения ЭКГ плода должны проникать сквозь его кожу.

Образец присасывающегося электрода, который позволяет это сделать, показан на рисунке 9.11 а. Электрод, имеющий заострённый кончик в центре присасывающейся чашечки, можно наложить на показавшуюся часть плода (рис. 9.11 б). После того, как чашечку устанавливают на коже плода и создают в ней присасывающее разрежение воздуха, этот участок кожи засасывается в чашечку. Смещение кожи приводит к тому, что центральный электрод протыкает роговой слой и касается более глубоких слоёв эпидермиса. На тыльной стороне присасывающегося электрода находится референтный электрод, который соприкасается с жидкостью. Таким образом, сигнал, который регистрируется между этими двумя электродами, показывает падение напряжения на сопротивлении рогового слоя. Хотя амниотическая жидкость, покрывающая всё тело плода, уравнивает потенциалы всех участков на поверхности тела, потенциалы под роговым слоем различаются, что позволяет надёжно регистрировать ЭКГ плода, которая имеет амплитуду порядка 50...700 мкВ.

Электроды для регистрации электрокардиограммы у плода во время родов при помощи внутрикожных игл

Рис. 9.11. Электроды для регистрации электрокардиограммы у плода во время родов при помощи внутрикожных игл:

а — присасывающийся электрод; б — поперечное сечение присасывающегося электрода во время измерения. Можно видеть, что кончик электрода проник сквозь слой эпидермиса; в — спиральный электрод, который прикрепляется к коже плода подобно штопору

Другим типом внутрикожных электродов, широко использующимся для регистрации ЭКГ у плода во время родов, является спиральный электрод. Он представляет собой закреплённую на пластмассовой втулке иглу из нержавеющей стали, которой придана форма, напоминающая один виток спирали (рис. 9.11 в). На тыльной стороне втулки имеется дополнительный референтный электрод из нержавеющей стали. На определённой стадии родов такой электрод может быть прикреплён к показавшейся части плода путём простого вращения, при этом игла электрода проникает под кожу точно так же, как штопор входит в пробку. Такой электрод прочно закрепляется на теле, причём эта спиральная игла имеет довольно короткую длину, поэтому электрод не может проникнуть глубоко под кожу и не может вызвать серьёзного повреждения. Принципы работы этого электрода такие же, как у присасывающегося электрода.

Во многих случаях при использовании радиотелеметрических систем появляется необходимость имплантировать электроды в тело так, чтобы провода не выходили наружу. В этом случае в организм необходимо имплантировать также радиопередатчик. В таких системах можно использовать целый спектр различных электродов (рис. 9.12).

Вживляемые электроды для регистрации биопотенциалов

Рис. 9.12. Вживляемые электроды для регистрации биопотенциалов:

а — электрод из проволочной петли; б — серебряный шарик, используемый в качестве электрода для измерения потенциалов на поверхности коры; в — многоканальный погружной электрод, выполненный из жгута изолированных проводов с обнажёнными кончиками

Простейший электрод, предназначенный для этих целей, показан на рисунке. 9.12 а. Оголённый конец изолированного многожильного провода из нержавеющей стали, пригодной для имплантации, изгибают в форме петли. Это легко сделать, если изогнуть в виде петли каждую жилу проволоки и затем либо скрутить жилы вместе в точке, где заканчивается изоляция, либо приварить каждую жилу точечной сваркой к этому месту провода. Полученную таким образом петлю вшивают в том месте организма, где хотят установить электрический контакт.

На рисунке 9.12 б показан ещё один пример вживляемого электрода, предназначенного для измерения потенциала на поверхности коры головного мозга. Такие электроды использовались для радиоте- леметрической регистрации субдуральной ЭЭГ. Этот электрод состоит из серебряного шарика диаметром 2 мм, находящегося на острие цилиндрического тефлонового изолятора, внутри которого проходит соединительный провод. Свод черепа обнажают путём надреза кожи, после чего в нём сверлят отверстие. На доступном участке твёрдой мозговой оболочки делается небольшой разрез, через который вставляется серебряный шарик таким образом, чтобы он лежал на поверхности коры головного мозга. Вся конструкция закрепляется на своде черепа при помощи акрилового полимера, используемого в стоматологии.

Потенциалы в различных точках в глубине коры можно зарегистрировать с помощью методики, иллюстрируемой на рисунке 9.12 в. Этот тип электродов представляет собой пучок тонких изолированных проволок, скреплённых вместе при помощи лака. Каждая проволока срезана поперёк таким образом, что открывается её неизолированное поперечное сечение, которое и служит в качестве электрода. Расположив концы проволок в ступенчатом порядке, мы получаем набор электродов, заданным образом различающихся по глубине. Противоположные концы этих проволок можно подсоединить к соответствующему имплантированному электронному устройству или к закреплённому на черепе разъёму, который соединяется с внешним регистрирующим прибором.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >