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医用电极_图文_百度文库
发布时间:2020-07-28 04:50    文章作者:365平台

  医用电极_工学_高等教育_教育专区。第六节 一、概述 医用电极分两类 医用电极 ◆生物电检测电极 ◆刺激电极 1. 生物电检测电极(引导电极) 生物电检测电极(引导电极) 生物电的变化反应生物体的复杂生命 现象,比如人体心血管

  第六节 一、概述 医用电极分两类 医用电极 ◆生物电检测电极 ◆刺激电极 1. 生物电检测电极(引导电极) 生物电检测电极(引导电极) 生物电的变化反应生物体的复杂生命 现象,比如人体心血管的疾患, 现象,比如人体心血管的疾患,通常可以从 心脏各部分的电活动反映出来。 心脏各部分的电活动反映出来。临床医生可 以从病人身上记录的心电图的细节进行分析 诊断; 诊断;人的神经系统及脑部的疾患在脑电图 上必有所表现。 上必有所表现。 临床上研究人的各种脏器的功能状态、 临床上研究人的各种脏器的功能状态、 疾病的发生与发展, 疾病的发生与发展,需要有效地把生物体内 细胞、离子分布电位导出。 细胞、离子分布电位导出。 通过与生物体的接触耦合,将生 通过与生物体的接触耦合, 物体内的电位和生物电流有效地导出 的敏感元件称为检测电极( 的敏感元件称为检测电极(Detecting electrode) electrode)。 生物电测量的难点: 生物电测量的难点: ①生物电信号弱,心电信号只有 生物电信号弱, 0.5~4mv(皮肤电极)、脑电信号则 0.5~4mv(皮肤电极)、脑电信号则 )、 只有5 300μv(头皮电极)。 只有5~300μv(头皮电极)。 信号源阻抗高, ②信号源阻抗高,生物体与电极间 的界面现象复杂。极化、漂移、 的界面现象复杂。极化、漂移、噪声 和干扰等不稳定因素不易控制。 和干扰等不稳定因素不易控制。 电极在生物体内离子导 电和金属的电子导电体 系之间形成一个电化学 界面, 界面,能实现离子流与 电子流的互相转换, 电子流的互相转换,从 而使生物体和测量仪器 间构成了电流回路。 间构成了电流回路。 电极 机体外 + + + + + + + + + + + + 机体内 + + + + + + + + + + + + - + + + + - 生物电检测电极示意图 2.刺激电极 2.刺激电极 Stimulating electrode 临床医学根据生物体的电生理活 动原理, 动原理,对生物体导入各种不同的电 信号,以调节和治疗疾病, 信号,以调节和治疗疾病,使肌体获 得康复。这一类电极称为刺激电极。 得康复。这一类电极称为刺激电极。 电刺激的主要用途: 电刺激的主要用途: ①研究可兴奋组织的传导和反应的 规律 如对神经, 如对神经,肌肉等组织产生人为的 兴奋(物理刺激) 兴奋(物理刺激)以便了解其传导和 反应的规律。 反应的规律。 ②电治疗 如治疗神经麻痹症, 如治疗神经麻痹症,可采用扎针 通电的方法,达到刺激激活的目的; 通电的方法,达到刺激激活的目的; 对各种因风湿炎症引起的慢性疼痛, 对各种因风湿炎症引起的慢性疼痛, 施以适量的电刺激可使疼痛减轻; 施以适量的电刺激可使疼痛减轻;如 临床上使用的去颤器是对处于纤维性 颤动而杂乱兴奋的心肌细胞给予瞬间 高能量电刺激, 高能量电刺激,强使心肌兴奋相位变 为一致的除颤作用; 为一致的除颤作用;另外还有其它的 电治疗机。 电治疗机。 电刺激治疗: 电刺激治疗: 低频脉冲电疗法——应用频率低于 低频脉冲电疗法——应用频率低于1KHz 应用频率低于1KHz 的脉冲电流治疗疾病的方法。 的脉冲电流治疗疾病的方法。 中频脉冲治疗法——应用频率为 应用频率为1 中频脉冲治疗法——应用频率为1~ 100KHz的脉冲电流治疗疾病的方法 的脉冲电流治疗疾病的方法。 100KHz的脉冲电流治疗疾病的方法。 高频脉冲治疗法——应用频率为大于 高频脉冲治疗法——应用频率为大于 100KHz的脉冲电流治疗疾病的方法 的脉冲电流治疗疾病的方法。 100KHz的脉冲电流治疗疾病的方法。 频率大于100KHz的电流为高频电流, 100KHz的电流为高频电流 频率大于100KHz的电流为高频电流,它 分为长波、中波、短波、超短波、 分为长波、中波、短波、超短波、微波五个 波段。 波段。 高频电与低中频电对人体作用的区别 项 目 低频电 1KHz 高 中频电 1~100 KHz 中 高频电 100KHz 低 电极不接触皮肤, 电极不接触皮肤,以 电容法或辐射法治疗 无 无,过热导致皮肤烫 伤 例子高速振荡产生传 导电流, 导电流,偶极子高速 旋转产生位移电流 降低神经兴奋性, 降低神经兴奋性,缓 解肌肉痉挛 温热效应明显 电流频率 组织电阻率 治疗方式 电解作用 对皮肤的刺激 作用机制 电极接触皮肤 电极接触皮肤 明显 常有 不明显 不明显 电介质电离为 例子在正负半 离子, 离子,向异名 周内作不同方 向移动 极移动 每一周期引起 多个周期产生 一次兴奋 一次兴奋 无 无 对神经肌肉的作 用 温热效应 高频电作用于人体主要是产生热与其它 效应。温热效应可以改善血液循环。 效应。温热效应可以改善血液循环。中等剂 量高频电可使局部血管扩张,血流加速, 量高频电可使局部血管扩张,血流加速,改 善血液循环。其机制为血管内血液温度升高, 善血液循环。其机制为血管内血液温度升高, 通过血管壁的神经末梢使血管扩张, 通过血管壁的神经末梢使血管扩张,通过轴 突反射使血管扩张, 突反射使血管扩张,热引起组织蛋白微量变 形成血管扩张物质。 性,形成血管扩张物质。 此外还有镇痛、消炎、 此外还有镇痛、消炎、加速组织生长修 提高免疫力和治疗癌症等作用。 复,提高免疫力和治疗癌症等作用。但大剂 量高频电则会使血管麻痹,出现淤血, 量高频电则会使血管麻痹,出现淤血,毛细 血管内拴塞,血管周围出血。 血管内拴塞,血管周围出血。 ③控制和替代生物体的某些功能。 控制和替代生物体的某些功能。 植于体内的心脏起搏器 心脏起搏器是用于替 植于体内的心脏起搏器是用于替 代心脏某种缺陷的。控制监测心脏节 代心脏某种缺陷的。 率并在搏动失常时给予适当的电刺激 维持心肌的搏动等。 维持心肌的搏动等。 有时同一个电极既是检测电极, 有时同一个电极既是检测电极, 又是刺激电极,兼有双重功能。 又是刺激电极,兼有双重功能。 如心脏起博器中的电极就属于此 种电极。 种电极。 3. 生物电电极的分类 体表电极 宏电极 生 物 电 电 极 金属微电极 微电极 玻璃微电极 体内电极 宏电极和微电极 宏电极——用于检测和记录机体器官、 用于检测和记录机体器官、 宏电极 用于检测和记录机体器官 组织整体放电水平的电极。 组织整体放电水平的电极。按记录部位的 不同,分为体表电极和体内电极。 不同,分为体表电极和体内电极。 体表电极 微电极——用于测量细胞内外的电位 微电极 用于测量细胞内外的电位 改变的电极, 改变的电极,其尖端直径一般直径小于细 且电极较坚硬, 胞,且电极较坚硬,可刺入细胞膜并保持 机械性能稳定。微电极直径大约在0.05 0.05到 机械性能稳定。微电极直径大约在0.05到 10μm之间 按制作材料的不同可分为金属 之间。 10μm之间。按制作材料的不同可分为金属 微电极和充填电解液的玻璃微电极。 和充填电解液的玻璃微电极 微电极和充填电解液的玻璃微电极。 体表电极——放在皮肤表面进行电位测 放在皮肤表面进行电位测 体表电极 量或电刺激的电极。 量或电刺激的电极。测定或刺激时对人体 没有损伤性。 没有损伤性。 体内电极——使用时需穿透皮肤的电极 使用时需穿透皮肤的电极 体内电极 对人体具有损伤性)。 (对人体具有损伤性)。 体表电极 体表电极是用于在 身体表面记录生物电信 ECG、EEG、EMG) 号(如ECG、EEG、EMG) 的电极。 的电极。 体表电极应满足如下要求: 体表电极应满足如下要求: 电极电位稳定;阻抗小;不易产生运动伪迹 运动伪迹; 电极电位稳定;阻抗小;不易产生运动伪迹; 安放容易且不易脱落; 安放容易且不易脱落; 可长期监测;无毒安全、 可长期监测;无毒安全、 当电极相对于电 解液运动时, 解液运动时,使 对人体刺激要小。 对人体刺激要小。 界面处电荷分布 打乱, 打乱,会产生运 动伪迹。 动伪迹。 皮肤的角质层虽然极薄( 皮肤的角质层虽然极薄(约 40?m),但具有很高的电阻 ),但具有很高的电阻 ), 率。一般在电极表面涂上一 层含有Cl 离子的导电膏, 层含有 -离子的导电膏,以 保持良好接触, 保持良好接触,并且在此之 前用砂纸摩擦去除部分皮肤 角质层, 角质层,可以显著减小表皮 电阻。 电阻。 二、极化现象及对生物电检测 和电刺激的影响 1.极化现象 1.极化现象 极化现象产生在电极/电解液的接界处。 极化现象产生在电极/电解液的接界处。 生物电检测或电刺激时,电极与皮肤( 生物电检测或电刺激时,电极与皮肤(组 之间导电膏的存在,构成电极/ 织)之间导电膏的存在,构成电极/电解液 接界,于是产生极化现象。 接界,于是产生极化现象。 电极的极化 电极与电解液处于静态平衡时, 电极与电解液处于静态平衡时,电极 与电解液间没有电流流过。 与电解液间没有电流流过。当接上仪器的 电路时,就有电流流过这个界面。 电路时,就有电流流过这个界面。原有的 平衡被打破, 平衡被打破,电极的半电池电位与无电流 时不同。 时不同。 所谓极化就是当电流通过电极界面时 电极电位偏离平衡电位的现象。 电极电位偏离平衡电位的现象。 在有和无 电流通过两种情况下电极的半电池电位的 差值称为极化电压(超电压)。 差值称为极化电压(超电压)。 超电压(Over-voltage) 超电压(Over-voltage)——极化 (Over 极化 现象的定量量度。 现象的定量量度。 所谓超电压是指电解时实际电极 电位与平衡电极电位之差 2.极化现象对检测生物电 2.极化现象对检测生物电 和电刺激的影响 (1)对电刺激的影响 (1)对电刺激的影响 电刺激时,要通过电极把电流送到生 电刺激时, 物体某一组织,由于电极的极化而不能在 物体某一组织,由于电极的极化而不能在 指定电压下, 指定电压下,将所要求的电流送入生物体 内。 2.对检测生物电位的影响 2.对检测生物电位的影响 检测生物电位时, 检测生物电位时,要通过电极把待测 部位的电位引导出来加以测定的, 部位的电位引导出来加以测定的,但因电 极极化而使其不能将电位准确地引导出来。 极极化而使其不能将电位准确地引导出来。 电极的极化, 电极的极化,导致不能将所需电流送 进生物体内,直接影响电刺激的效果; 进生物体内,直接影响电刺激的效果;同 时不能准确地测定生物电位, 时不能准确地测定生物电位,直接影响生 物电检测诊断的结果。 物电检测诊断的结果。 电极阻抗就是电流通过电极/ 电极阻抗就是电流通过电极/电解液 界面时所受到的阻力。 界面时所受到的阻力。 电极阻抗实际是指每个电极的阻抗, 电极阻抗实际是指每个电极的阻抗,它不 包括两个电极间生物组织的阻抗, 包括两个电极间生物组织的阻抗,但实际测量 电极总是与生物组织接触, 时,电极总是与生物组织接触,因此难以区分 电极阻抗和生物组织的阻抗,所以生物电极阻 电极阻抗和生物组织的阻抗, 抗泛指电极加在生物体时各种阻抗的总和。 抗泛指电极加在生物体时各种阻抗的总和。 影响电极阻抗的因素很多,其中包括有: 影响电极阻抗的因素很多,其中包括有: 金属/电解液接界 导电膏的性质; 电解液接界; 金属 电解液接界;导电膏的性质;皮肤或组织 的性质;温度;频率;电流密度; 的性质;温度;频率;电流密度;电极与皮肤 或组织的接触面积和接触时间等。 或组织的接触面积和接触时间等。 极化阻抗是指通电流时的电极阻抗。 极化阻抗是指通电流时的电极阻抗。 ?正弦小信号时的电极极化阻抗 ? 对应三种情况?正弦大信号时的电极极化阻抗 ?脉冲大信号时的电极极化阻抗 ? 五、电极的运动伪差及市电干扰 1.电极— 1.电极—皮肤接界的等效电路和运动伪差 电极 电极——皮肤接界的等效电路 皮肤接界的等效电路 电极 运动伪差 Movement artifact 运动伪差对所测定的生物电而言, 运动伪差对所测定的生物电而言,是一种 广义的干扰。它是指在测定生物电时, 广义的干扰。它是指在测定生物电时,由于生 物体运动产生的各种干扰信号而造成的测定误 差。 (1)电极放到皮肤上测定生物电时,若皮肤受到压 )电极放到皮肤上测定生物电时, 力或被拉伸发生形变,或电极移动时就会改变电极/电解 力或被拉伸发生形变,或电极移动时就会改变电极 电解 液接界的电荷分布, 改变, 液接界的电荷分布,导致 Ec改变,同时改变角质膜下的 改变 透明层和颗粒层的半透性,导致改变, 透明层和颗粒层的半透性,导致改变,这些信号将会迭 加在被测信号上进入检测仪器,使测量受到严重的干扰。 加在被测信号上进入检测仪器,使测量受到严重的干扰。 (2)对作激烈运动的受试者测心电时会产生强烈的 肌电干扰。 肌电干扰。 对于还能行走的患者长期监测其心电, (3)对于还能行走的患者长期监测其心电,表皮不 断更新也会导致的变化。 断更新也会导致的变化。 2、工频(市电)干扰 、工频(市电) 工频干扰有两种不同的形式:差模干扰、 工频干扰有两种不同的形式:差模干扰、共 模干扰。 模干扰。 工频干扰有三种来源和成分: 工频干扰有三种来源和成分: ◆ 经电极导线进入人体的干扰 ◆ 直接进入人体的干扰 ◆ 分压效应形成的干扰 临床上常用的体表电极 临床上常用的体表电极种类繁多、 临床上常用的体表电极种类繁多 、 形 金属板电极、 状多样,常见的有金属板电极 Ag/Agcl电 状多样,常见的有金属板电极、Ag/Agcl电 不锈钢、 铂或镀金( 极 等 。 不锈钢 、 铂或镀金 ( 银 ) 的圆盘电 极常用于肌电和脑电的记录。 极常用于肌电和脑电的记录。 柔性电极可适应体表外形的变化, 柔性电极可适应体表外形的变化, 可减少运动伪迹, 可减少运动伪迹,常用的是柔性银丝 电极,它的制作方法很简单:在橡皮 电极,它的制作方法很简单: 膏上敷一小块银丝网,焊上引线, 膏上敷一小块银丝网,焊上引线,涂 上导电膏即可,它适用于手、 上导电膏即可,它适用于手、足等部 位的测量, 位的测量,尤其是早产新生儿的心电 监测。 监测。 体表生物电检测中最常用的电极是Ag 体表生物电检测中最常用的电极是Ag AgCl电极 电极。 /AgCl电极。它的结构是在金属银的表面 覆盖一层难溶解的银的盐类AgCl AgCl, 覆盖一层难溶解的银的盐类AgCl,再浸入 含有氯离子的溶液中。 含有氯离子的溶液中。电极可以用下列符号 表示: 表示: Ag AgCl C1实际应用的Ag AgCl电极极化电压很 Ag/ 实际应用的Ag/AgCl电极极化电压很 一般在0.2mV左右。 0.2mV左右 低,一般在0.2mV左右。极化电压的随机变 化小于10mV 10mV, 化小于10mV,对生物电的检测几乎不产生 影响。在临床上得到广泛的应用。 影响。在临床上得到广泛的应用。 Ag- Agcl圆盘电极的导电膏充填在空腔内 圆盘电极的导电膏充填在空腔内, Ag - Agcl 圆盘电极的导电膏充填在空腔内 , 结构稳定, 结构稳定 , 并且对于生物组织具有非常小和稳 定的半电池电位, 而且是一种不可极化电极, 定的半电池电位 , 而且是一种不可极化电极 , 所以常被用作体表生物电测量电极。 所以常被用作体表生物电测量电极。 Ag-Agcl圆盘电极 Ag-Agcl圆盘电极 体内电极 体内电极——用在生物体内检测生 用在生物体内检测生 体内电极 物电势。 物电势。 因电极被插入体内, 因电极被插入体内,电极材料的安 全性很重要, Ag- Agcl电极和人体蛋 全性很重要 , 象 Ag - Agcl 电极和人体蛋 白质会发生化学反应, 不应选用。 白质会发生化学反应 , 不应选用 。 下面 介绍两种体内电极: 介绍两种体内电极 : 经皮注射式针电极 和丝电极。 和丝电极。 丝电极一般采用外面 涂有绝缘层, 涂有绝缘层,直径为 25~125μm的镍铬合 μ 的镍铬合 金丝做成, 金丝做成,用于肌电 的长期测量。 的长期测量。 针电极一般用不锈 钢材料制成, 钢材料制成,常用 于肌电的测量, 于肌电的测量,效 果较体表电极大5~7 果较体表电极大 倍。 经皮注射式针电极( 经皮注射式针电极(a)和丝电极(b) 和丝电极( 金属微电极 ● 金属微电极是在不锈钢、 钨 、 铂等金属上喷涂聚 金属微电极是在不锈钢、 是在不锈钢 合物、玻璃等绝缘材料制成,其尖端裸露。 合物 、 玻璃等绝缘材料制成 , 其尖端裸露 。 金属 微电极的极化特性使其不宜精确测量细胞的静止 电势,常用于活动电势的检测。 电势,常用于活动电势的检测。 金属微电极包括单点测量微电极和多重微电极, ● 金属微电极包括单点测量微电极和多重微电极, 后者由多根相互独立的电极组合而成, 后者由多根相互独立的电极组合而成 , 能同时测 量多点电位。 量多点电位 。 如测量神经纤维束中多根神经纤维 电位的多个单点电极。 电位的多个单点电极。 ● 目前已经出现用半导体材料制作的多重微电极和 经磁化处理的、合金线制作的、 经磁化处理的 、 合金线制作的 、 每个电极可独立 移动的多重电极。 移动的多重电极。 玻璃微电极 ●玻璃微电极一般用于细胞膜电势(如静息电位) 玻璃微电极一般用于细胞膜电势(如静息电位) 一般用于细胞膜电势 的测量。它是由毛细管热拉后, 的测量。它是由毛细管热拉后,内部充入电导 率溶液,再将电极丝放入制成, 率溶液,再将电极丝放入制成,电极尖端直径 一般小于1μm 1μm。 一般小于1μm。 玻璃微电极较金属电极来讲,存在阻抗高、 ●玻璃微电极较金属电极来讲,存在阻抗高、噪 声大等缺点。 声大等缺点。 玻璃微电极可以向检测部位注射微量药物。 ●玻璃微电极可以向检测部位注射微量药物。


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