Електроди для реєстрації біомедичних сигналів

Складність реєстрації біоелектричних сигналів визначається малими амплітудами корисного сигналу, великим рівнем перешкод, частотний діапазон яких іноді перекриває частотний діапазон досліджуваних сигналів. Для біомедичних досліджень від характеристик електродів залежить достовірність отриманої інформації.

Біоелектричний електрод ‒ пристрій, що має поверхню, яка безпосередньо або за допомогою контактної речовини контактує з біооб'єктами і забезпечує реєстрацію біопотенціалів, а також вихідні елементи. За допомогою електродів відбувається перетворення іонних потенціалів в електронні.

Між тканиною і електродом розміщений тонкий шар електроліту, що виникає природно (слизові оболонки, виділення потових залоз) або вноситься при накладанні електрода (струмопровідні пасти, фізіологічний розчин). Електричні властивості контакту електрод-біооб'єкт визначаються поляризаційними властивостями поверхонь розділу з різними типами провідності: перехід тканини тіла - електроліт і перехід електроліт - електрод.

Поляризація електродів може сильно спотворювати форму зареєстрованого сигналу, тому вона вкрай небажана.

Як матеріали для виготовлення металевих електродів застосовується срібло, золото, платина, паладій та сплави (платино-іридієвий, срібно-нікелевий, нержавіюча сталь).

Забезпечення надійного електричного контакту шкірних електродів з біооб'єктами досягається використанням електродної контактної речовини з низьким електричним опором.

В залежності від задач існують різні види електродів для відведення біопотенціалів: поверхневі нашкірні електроди, внутрішньотканинні електроди, електродні матриці, стимулюючі електроди.

1) Поверхневі нашкірні електроди ‒ електроди для вимірювання біопотенціалів на поверхні тіла пацієнта (виготовляються з металу, наприклад, сплаву срібла і нікелю). Кріпляться за допомогою прищіпок, присосок або смужкою лейкопластиру при тривалому моніторингу (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Приклади поверхневих нашкірних електродів

Надійне електричне з'єднання електрода з біооб'єктами здійснюється в конструкції «плаваючого» електрода. Електрод закріплюється на шкірі за допомогою склеювальних поверхонь, контактна речовина вводиться в порожнину електрода крізь верхній отвір. Оскільки електричний контакт між металевим електродом і шкірою здійснюється крізь рідку фазу, випадкові відносні зміщення електрода і шкіри не призводять до появи артефактів руху.

Гнучкі електроди виконуються з міцної і тонкої металізованої полімерної плівки, металевої фольги або сітки. Їх застосування зменшує артефакти руху, а наявність еластичної основи з полімерного матеріалу дозволяє використовувати такі електроди при складному рельєфі поверхні.

2) Внутрішньотканинні електроди ‒ електроди для вимірювання біопотенціалів всередині організму. Існують підшкірні або внутрішні електроди, які приєднуються до імплантованої електронної схеми.

Внутрішньотканинні електроди підрозділяються на голчасті, стрижневі (що мають форму стрижня з тупим кінцем), спіральні (у вигляді спіралі, що вводяться в тканини шляхом вкручування електроду), дротяні (у вигляді тонкого ізольованого або неізольованого прямого або свитого в спіраль дроту). Найбільш поширеними внутрішньотканинними електродами є голчасті (рис.2.4, 2.5).

Рис. 2.4. Голчасті внутрішньотканинні електроди

Рис. 2.5. Електроди для реєстрації ЕКГ плоду під час пологів за допомогою внутрішньошкірних голок

3) Електродні матриці (наприклад, матриця електродів для картування електричних потенціалів на поверхні серця). Імплантована електродна матриця виготовляється методами мікро- або нано-технологій (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Електродні матриці

4) Мікроелектроди, що використовуються при електрофізіологічних дослідженнях для виміру різниці потенціалів на клітинній мембрані (діаметр 0,05-10 мкм).

5) Стимулюючі електроди, які призначені для електричної стимуляції тканин (через межу розділу електрод-електроліт може протікати струм).