БИОМЕДИЦИНСКИЙ ЭЛЕКТРОД

Полезная модель относится к медицине и может быть использована для съема биоэлектрических сигналов без нарушения кожного покрова пациента при проведении электрофизиологических исследований, таких как электрокардиография, электромиография, электроэнцефалография и др.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известны различные типы электродов для съема биопотенциалов. В частности, известен плоский электрод, описанный в заявке US 2009/0076583, опубликованной 19.03.2009. Недостатком данного электрода является необходимость обязательного применения, при его использовании, специальных токопроводящих паст или гелей для уменьшения переходного сопротивления между кожей пациента и электродом.
Из уровня техники известны также различные игольчатые электроды, в частности биомедицинский многоигольчатый электрод по патенту RU 2056789, опубликованному 27.03.1996 г., содержащий общее токопроводное основание, с которым связаны равномерно расположенные игольчатые контактные элементы. Недостатком данного электрода является повышенная травматичность кожного покрова пациента и наличие болевого эффекта при съеме биомедицинских сигналов, что делает невозможным его использование для длительного, непрерывного наблюдения биоэлектрических сигналов (в условиях палат реанимации, интенсивной терапии, при исследовании состояния человека в процессе трудовой деятельности), а также использование для динамических наблюдений (при наличии интенсивных мышечных помех в условиях физических нагрузок, в спортивной медицине и палатах реабилитации).
Наиболее близким к заявленному техническому решению является электрод по авторскому свидетельству SU 1326242, опубликованному 30.07.1987, выполненный в виде расположенных на общем основании штырьковых контактных элементов, суммарная площадь которых составляет 0,4 от площади общего основания. Недостатком данного электрода является низкое соотношение суммарной площади штырьковых контактных элементов к площади общего основания, в результате чего для обеспечения оптимального размера площади контакта электрода с телом пациента требуется увеличение площади общего основания и, соответственно, увеличение габаритных размеров электрода. Однако при значительном увеличении размеров электрода возрастает погрешность усреднения, а следовательно, уменьшается диагностическая ценность измеряемого биопотенциала как сигнала о локальных изменениях электрической активности.
Раскрытие полезной модели
Заявленное техническое решение направлено на повышение эксплуатационных возможностей биомедицинского электрода при увеличении его высокой электропроводности и прочности.
При решении данной задачи достигается технический результат, заключающийся в том, что при съеме биомедицинских сигналов повышается диагностическая достоверность измеряемого биопотенциала при исключении возможности болевого эффекта и травмирования кожного покрова пациента, а также при сохранении простоты его эксплуатации за счет исключения предварительной подготовки участка наложения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в биомедицинском электроде со штырьковыми контактными элементами, расположенными на общем основании, основание и штырьковые контактные элементы выполнены цельнолитыми, штырьковые контактные элементы выполнены диаметром от 2 до 3 мм с торцевыми поверхностями в виде полусферы или ее сегмента. При этом биомедицинский электрод дополнительно может включать отводы, выполненные цельнолитыми с общим основанием и расположенные на оппозитной штырьковым контактным элементам стороне общего основания. Расстояние между ближайшими друг к другу штырьковыми контактными элементами может быть более 1,5 мм, а количество штырьковых контактных элементов выбирается таким образом, чтобы суммарная площадь их контактной поверхности элементов составляла более 40% от площади общего основания.
Выполнение штырьковых контактных элементов цельнолитыми с основанием позволяет обеспечить высокую однородность зернистой структуры электрода по сравнению с известными сборными конструкциями металлических электродов, в результате чего уменьшается погрешность искажения электрического поля проводящими элементами электрода за счет исключения мест контакта штырьковых элементов и основания, а также значительно уменьшаются электрохимические шумы, обусловленные интенсификацией локальных электрохимических процессов. Таким образом, диагностическая достоверность измеряемого биопотенциала существенно увеличивается.
На достижение аналогичного технического результата направлено выполнение общего основания и отводов, расположенных на оппозитной штырьковым контактным элементам стороне общего основания, цельнолитыми, поскольку при съеме и регистрации биопотенциалов отведение выступает в качестве источника полезного сигнала. В результате сложной структуры последнего и специфики взаимодействия электрода с телом пациента отведение является источником шумовых помех, таких как тепловые шумы, интенсивность которых пропорциональна активному сопротивлению электродов и абсолютной температуре, шумовые процессы, обусловленные, в частности, взаимным перемещением электродов и кожи, на которую они накладываются, и т.д. Цельнолитая конструкция электрода позволяет значительно снизить тепловые шумы за счет исключения поверхности контакта между отводом и общим основанием.
Выполнение свободных торцевых поверхностей штырьковых контактных элементов в виде полусферы или ее сегмента позволяет без увеличения общих габаритов биомедицинского электрода увеличить площадь его контакта с телом пациента. Это дает возможность понизить погрешность усреднения, а следовательно, повысить диагностическую ценность измеряемого биопотенциала как сигнала о локальных изменениях электрической активности.
Кроме того, увеличение площади контакта достигается за счет определения количества штырьковых контактных элементов, которое выбирается таким образом, чтобы суммарная площадь контактных элементов составляла более 40% от площади общего основания. Результатом увеличения площади контакта является уменьшение переходного сопротивления между кожей пациента и электродом, что позволяет осуществлять съем биосигналов с сухой кожи без использования специальных токопроводящих паст, что значительно упрощает процедуру съема биосигнала.
Учитывая, что при наложении электрода контактные элементы углубляются на некоторую величину в наружный слой кожного покрова, выполнение свободных торцевых поверхностей штырьковых контактных элементов в виде полусферы или ее сегмента позволяет обеспечить стабильность электрического контакта электрода с телом пациента без каких-либо болевых ощущений и травмирования наружного слоя кожного покрова. Это дает возможность расширить эксплуатационные возможности биомедицинского электрода и применять его не только для кратковременного использования в кабинетах функциональной диагностики, но и позволяет использовать его при длительном, непрерывном наблюдении биоэлектрических сигналов в условиях палат реанимации, интенсивной терапии, при исследовании состояния человека в процессе трудовой деятельности, а также для динамических наблюдений при наличии интенсивных мышечных помех в условиях физических нагрузок, в спортивной медицине и палатах реабилитации.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 представлено аксонометрическое изображение биомедицинского электрода.
На Фиг.2 представлен вид сзади биомедицинского электрода в аксонометрии.
Осуществление полезной модели
Биомедицинский электрод представляет собой общее основание (1) со штырьковыми контактными элементами (2), расположенными перпендикулярно основанию. Каждый контактный элемент выполнен в виде цилиндра диаметром от 2 до 3 мм. Для увеличения площади контакта штырькового контактного элемента (2) с поверхностью тела пациента и исключения таких негативных явлений как болевой эффект и возможность травмирования кожного покрова торцевая поверхность на свободном конце штырькового контактного элемента (2) выполнена в виде полусферы или сегмента полусферы. Максимально возможная площадь контакта достигается при выполнении свободного конца штырькового контактного элемента (2) в виде полусферы. Общая высота контактного элемента, как правило, составляет 3-4 мм.
Для исключения возможности попадания волоса в место контакта штырькового элемента с кожей пациента минимальное расстояние между контактными элементами (2) определяется необходимостью обеспечить распределение волосяного покрова между штырьковыми элементами. Максимальное расстояние между контактными элементами и, соответственно, количество контактных элементов определяются оптимальным соотношением между суммарной площадью контакта штырьковых элементов и площадью общего основания. Эмпирическим путем определено, что погрешность усреднения существенно снижается, если это соотношение составляет более 40%.
Биомедицинский электрод может быть выполнен из меди и медных сплавов, золота, серебра, платины, палладия, иридиевых сплавов и других металлов, сплавов и соединений. Электрод выполняется литьем (под давлением, по выплавляемым моделям, центробежным и т.д.) с возможным дальнейшим хлорсеребряным покрытием, электролитическим хромированием и т.д.
Биомедицинский электрод выполнен с отводами (3), расположенными на оппозитной штырьковым контактным элементам стороне общего основания. Отводы (3) выполнены цельнолитыми с общим основанием.
При проведении электрофизиологических исследований для съема биоэлектрических сигналов биомедицинский электрод прикладывается штырьковыми контактными элементами к поверхности тела и фиксируется любым известным способом (различными прижимными приспособлениями, такими как ремни, пояса, жилеты, корсеты, шлемы, вакуумными присосками, клейкими лентами и др., в том числе рукой пациента). При этом предварительная подготовка места наложения электрода, в частности обезжиривание кожи, нанесение электродных паст, разборка волос, не требуется. При наложении на исследуемую поверхность штырьковые контактные элементы углубляются в верхний слой кожного покрова пациента, обеспечивая стабильность электрического контакта электрода с телом пациента.