ДЕПОЛЯРИЗОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОДНЫЙ УЗЕЛ Российский патент 1997 года по МПК A61B5/04 

Изобретение относится в основном к электродам для обнаружения электрического поля на ткани или коже живого организма и в частности к устройствам, обеспечивающим сохранение электродов в деполяризованном состоянии перед применением.

Недавние успехи в медицинской технологии часто связаны с измерением или регистрацией электрической активности как функции, заложенной в ее основе биологической активности. Это в свою очередь привело к важным исследованиям и разработкам в области чувствительных электродов, приспособленных для измерения биопотенциалов на коже или ткани живого организма. Установлено, что электроды серебро-хлористое серебро в сочетании с электропроводящей пастой или гелем особенно пригодны для измерений биопотенциала, что иллюстрируется патентом США N 4328809 (B.H. Hirschowitz) и N 4270543 (Tabuchi K.).

Электроды такого типа, первоначально собранные в матрицах, использовались для картографирования и проецирования на экран биополей, что иллюстрируется патентами США N 4416288 (Freeman), N 4486835 (Bai) и N 4628937 (Hess).

Большинство электродов пакетируется в предварительно желированном состоянии, а электролитическая паста или гель являются частью электрода. Гель может находиться в центральном резервуаре для геля, представляющим собой отформованную литую чашку или он может содержаться в отверстии, вытравленном в пенопласте, который герметизирует открытую колонку с сжимаемым пенопластом, описанную в патенте США N 3868946.

В большинстве случаев предварительно желированные электроды продаются в готовом для использования виде с электропроводящим материалом, таким как металл или хлористый металл, находящимся в контакте с гелеобразным электролитом.

Предварительно желированная электродная система сама по себе как правило не является батареей, но является частью батарейной системы, состоящей из двух или более электродов, размещенных на теле. В такой системе сложная батарея образуется состоящей из многих взаимоактивных компонентов, включающих материал электрода (чисто серебро-хлористое серебро), электродный гель, химию внутренних органов тела, наружное состояние кожи, подготовку кожи, температуру, воздушную среду и химию и т.д. Очевидно, что большая часть этих факторов не подвергается контролю, но для того, чтобы получить возможно лучшие данные, особенно в случаях когда биопотенциалы постоянного тока представляют интерес, ложные показания должны быть сведены к минимуму. Совершенно ясно, что предварительно желированные электроды могут представлять такое нежелательное ложное напряжение постоянного тока, которое должно быть сведено к минимально низким значениям идеально к нулю. Большинство предварительно желированных электродов, введенных в батарею, описанную выше, способствует появлению некоторого нежелательного напряжения постоянного тока (поляризованный эффект) в биопотенциальных измерениях. Очень важно по возможности снизить такие ложные показания до степени, достаточной для того, чтобы иметь по существу обратный эффект на биопотенциальные измерения.

Невозможно на месте измерять только постоянный ток, обусловленный предварительно желированными электродами, когда они собраны в батарею.

Вместо этого изготовителями и исследователями предпринята попытка установить величину этих потенциалов путем установки двух испытуемых предварительно желированных электродов в положении "спина к спине", электролиты которых соприкасаются друг с другом, а выводы от электродов присоединены к вольтметру. Действительно, это дает чистое измерение, поскольку такая методика создает батарею из двух электродов и исключает тело. При испытании предварительно желированных электродов таким образом с использованием цифрового вольтметра с высоким импедансом установлено, что напряжение постоянного тока составляет порядка 10 милливольт.

Много попыток было сделано с целью снижения поляризационного эффекта биопотенциальных электродов. Впервые это было сделано модификацией структуры электрода как попытка устранения эффектов, обусловленных соединением разнородных материалов, что показано в патенте США F.J. Dominques N 3496929. Впоследствии в электролитической гель был введен окислитель для снижения соотношения металла на поверхности чувствительного элемента электрода к металлу, который взаимодействует с анионом электролита с образованием нерастворимого соединения, осаждающегося на чувствительный элемент, чтобы сделать его неполяризующимся. Такой способ получения неполяризующегося электрода приведен в патенте США Н.М. Carim N 4377170.

Хотя предыдущие структуры до некоторой степени снижали поляризационный эффект биопотенциальных электродов, они требуют замены основного химического материала для электродов и не исключают эффективно сдвига потенциалов, которые вызывают значительную ошибку при измерении биопотенциала, производимого этим электродов. Предыдущие структуры не обеспечивают простой способ деполяризации различных типов предварительно желированных электродов. Эти структуры также не обеспечивают эффективного или эффективного с точки зрения стоимости метода деполяризации большого количества электродов, соединенных в электродную матрицу для картографирования или проецирования на экран.

Цель изобретения новое и улучшенное устройство для эффективной деполяризации одного или нескольких предварительно желированных электродов.

Другая цель изобретения новая и улучшенная подвижная система закорачивания электрической цепи, которая эффективно деполяризует один или более предварительно желированных электродов во время транспортировки и хранения без ухудшения качества геля.

Кроме того, другой целью изобретения является новая и улучшенная подвижная система электрического закорачивания цепи, которая эффективно деполяризует один или более предварительно желированных биопотенциальных электродов, приводя каждый электрод в стабильное почти нулевое значение постоянного тока перед использованием. Это выполняется при условии, что во время транспортировки и хранения электродная система находится в закороченном состоянии.

Еще целью изобретения является новый и улучшенный предварительно желированный биопотенциальный электрод или электроды, имеющие подвижную систему замыкания контактов: электролитический гель и вывод электрода или вводы. Деполяризующее устройство действует, чтобы деполяризовать единичные электроды, группу спаренных электродов и многочисленные электроды, которые встроены в электродную матрицу.

Кроме того, целью изобретения является новый и улучшенный собранный узел, отличающийся тем, что единичный или множество предварительно желированных биопотенциальных электродов оформлены в виде пакета с подвижным закорачивающим элементом, который эффективно деполяризует электрод или электроды во время транспортировки и хранения и до использования.

Далее другой целью изобретения является новое и улучшенное электродное матричное устройство, образуемое из подвижного деполяризованного слоя, перемыкающего поверхность между электродными вводами для устройства и электролитическим гелем. Этот деполяризующий слой замыкает открытый конец изоляционной чашки, содержащей гель, и затем входит в контакт с электродными вводами или выводами.

Эти и другие предметы изобретения завершаются формированием единичного биопотенциального электрода или матрицы электродов, которые предназначены для хранения и транспортировки в предварительно желированном состоянии в электролитом. Электрод или электродная матрица формируется способом, отличающимся тем, что электролитический гель и контакт или контакты электрода могут быть закорочены элементом, который удаляют перед использованием электрода или электродной матрицы. Предпочтительно, чтобы закорачивающий элемент состоял из электропроводящего материала провода или полосы или электропроводящего пакетирующего материала, удаляемого перед использованием электрода. Этот закорачивающий элемент может замыкать открытый конец отверстия, содержащего гель, для электрода или множество отверстий, содержащих гель, в изолирующем наружном листе электродной матрицы.

На фиг. 1 показана электродная матрица, оформленная в соответствии с изобретением, разрез; на фиг. 2 поперечный разрез электродной матрицы, показанной на фиг. 1 в сборе, снабженной электролитом; на фиг.3 поперечное сечение электрода в сборе для электродной матрицы, показанной на фиг.2; на фиг.4 поперечное сечение второго варианта деполяризованного электрода в сборе в соответствии с изобретением; на фиг.5- поперечное сечение третьего варианта деполяризованного электрода в сборке в соответствии с изобретением.

Наилучший способ реализации изобретения заключается в следующем.

На фиг. 1 и 2 показана матрица предварительно желированного биопотенциального электрода, указанная под номером 10, специально приспособленная для использования в качестве электродного деполяризованного устройства, оформленного в соответствии с изобретением. Электродная матрица 10 состоит из центральной подложки 12, из листа Mylar или другого гибкого электроизоляционного материала, электродов 14 и электрических проводников 16 для каждого электрода, наложенных в виде слоев с одной стороны подложки. Электроды 14 могут быть расположены на подложке в любом количестве и любой формы, необходимой для специфического биопотенциального картографирования или проецирования на экран. Эти электроды могут быть изготовлены из любого проводящего металла, обычно используемого для биопотенциальных электродов, но для целей, описанных здесь, электроды будут серебро-хлористое серебро. Электроды 14 образуются первым слоем серебра, наносимого на подложку 12, и в то же время наносятся вводы 16, каждый из которых находится в контакте с одним из этих серебряных слоев. Эти вводы также могут быть изготовлены из серебра, хотя другие электропроводящие материалы, например медь, могут быть использованы. Поверх слоя серебра наносят слой хлористого серебра в каждом месте расположения электрода, чтобы образовались основные слои из серебро-хлористого серебра для электрода.

Несмотря на то, что гальванический способ или осаждение является способом для образования электродов 14 и вводов 16 на подложке 12 другие способы, известные из технологии печатных плат, могут быть также использованы. Например необходимые составы для образования электродов и вводов могут быть нанесены на подложку 12 кистью или способом печатного монтажа как альтернатива осаждению. Во всех случаях результатом будет множество биопотенциальных электродов, расположенных по шаблону на гибкой изоляционной подложке с проводящими вводами, протянутыми снаружи к одному краю подложки.

Для поддержки подложки 12, а также для транспортировки и хранения электродной матрицы в состоянии предварительного желирования подложку монтируют между двумя тонкими листами пенопласта или другого изоляционного материала 18 и 20. Лист 20 твердый подкладочный лист, а 18 наружный лист, в котором пробито или вырублено множество сквозных отверстий 22. Отверстия 22 расположены соответственно электродам 14, когда наружный лист 18 накладывается на подложку 12. Следует отметить, что подкладочный и наружный листы 18 и 20 по раз- меру короче подложки 12 для того, чтобы конец подложки 24, где находятся электрические концы вводов 16, выступал наружу из листов 18 и 20, как показано на фиг. 2. В некоторых случаях возможно, чтобы один из листов был короче подложки и в этом случае таким листом должен быть лист 18.

Как только листы 18 и 20 будут установлены, в отверстия 22 заливают электролит гель 26, чтобы образовалась электродная матрица. Таким образом слой из хлорида серебра каждого из электродов 14 находится в контакте с электролитом, и прибор находится в состоянии, готовом для деполяризации.

Для деполяризации электродной матрицы 10 в соответствии с изобретением электрический ввод 16 для каждого электрода должен быть электрически соединен с электролитом 26, который покрывает этот специфический электрод. Это может быть выполнено посредством отдельных электропроводящих полос, проложенных между каждым индивидуальным электродным вводом и гелем, покрывающим электрод, но в идеальном варианте все электроды в матрице могут быть деполяризованы одним проводящим листом, например листом 28 на фиг. 3, который находится в контакте со всеми вводами 16 и затем входит в контакт с электролитом, покрывающим каждый электрод. Для проводящего деполяризованного элемента весьма важно является ли проводящий лист или полоса инертным по отношению к электролиту и не вызывает ли он деградацию электролита. Это особенно справедливо, когда деполяризованный элемент представляет собой лист, который составляет часть собранного пакета, показанного на фиг. 3, поскольку в таком виде деполяризованный элемент может быть в контакте с гелем в течение продолжительных периодов времени, когда осуществляются транспортировка и хранение электродной матрицы 10.

При образовании пакета, показанного на фиг. 3, электропроводящий лист 28 занят поверхностью наружного листа 18 таким образом, чтобы закрыть все отверстия 22 и находиться в контакте с гелем 26 в каждом из этих отверстий. Тот же самый проводящий лист протягивается над концом листа 18 из пенопласта и затем внизу входит в контакт с выступающими концами электрических вводов 16 на конце 24 подложки. Таким образом электролитический гель непосредственно электрически подсоединен к вводам 16 таким образом, чтобы обеспечить прямое короткое замыкание потенциалов, генерируемых за счет эффекта батареи, обеспечиваемого конструкцией предварительно желированного электрода.

В действительности электропроводящий лист 28 закорачивает противоположные выводы батареи, в результате чего деполяризуется электродная матрица. Электропроводящий лист изготовляют из листа Mylar или любого другого электропроводящего материала, который будет непосредственным проводником от электролита к электрическим вводам 16 и не будет ухудшать качества электролита. Поэтому лист 28 предпочтительно изготавливать из инертного проводящего материала, например углерода, пропитанного Mylar, который не будет вызывать ни химической, ни электрической деградации геля. По установлению проводящего листа может быть осуществлена упаковка электрода в любую соответствующую непроводящую обертку или упаковочную форму 30 для защиты матрицы при хранении и транспортировке.

Электродный матричный пакет, показанный на фиг. 3, эффективно деполяризует биопотенциальные электроды в матрице, так что матрица всегда готова к использованию. Упаковочный материал 30 и электропроводящий лист 28 удаляют и электрод должен быть незамедлительно использован.

Как показано на фиг.4, изобретение может быть использовано с соответствующими предварительно желированными биопотенциальными электродами либо в единичной, либо в матричной форме, чтобы деполяризовать электрод перед использованием. Изобретение не ограничивается сочетанием деполяризующего элемента с пакетной сборкой, хотя последняя является весьма эффективным способом конструирования элемента. На фиг. 4 один электрод 32 устанавливается на опору 34 в форме кольца из пенопласта или другого материала, образующего изоляционную чашку. Электрод, состоящий из слоев серебра 36 и хлорида серебра 38, устанавливают в изоляционной чашке 40, образуемой опорой 34. Электролитический гель 42 помещают в контакте со слоем хлорида серебра 38, чтобы получить предварительно желированный электрод.

На электроде 32 имеется кнопочный защелкивающий выключатель 44, который находится в электрическом контакте со слоем серебра 36 и является клеммой для электрического ввода к измерительному и индикаторному прибору.

Вполне очевидно, что вышеописанное традиционный предварительно желированный электрод, который используется как иллюстрация для ряда серийных биопотенциальных электродов, которые могут быть успешно деполяризованы в соответствии с изобретением. Чтобы деполяризовать один биопотенциальный электрод, показанный на фиг.4, электропроводящий материал 46 достаточного размера накладывается так, чтобы быть в контакте с соединительным зажимом или выводом 44 и затем проходить вокруг одного конца опорного элемента 34 поперек противоположной стороны и жидкость в контакт с электролитическим гелем 42. Этот проводящий материал может быть точно таким же, как материал листа 28 на фиг. 3, обеспечивающий короткое замыкание между выводом 44 и электролитическим гелем биопотенциального электрода.

Например, проводящий материал 46 может быть образован наружным слоем из Mylar 48, на который нанесено инертное проводящее покрытие 50. Между слоем 50 и несущим элементом 34 наносится слой адгезива, обеспечивающий сцепление проводящего материала 46 и отсоединение его под нажимом посредством петельки 52.

На фиг. 4 электрический контакт между выводом 44 и проводящим материалов 50 образуется через отверстие 54 в проводящем материале 46, которое защелкивается и принимает вывод. По наложении проводящего материала прибор должен быть упакован в соответствующий упаковочный материал, подобный 30. Упаковочный материал не должен быть электропроводящим материалом.

В случае единичного электрода проводящий материал 46 может иметь форму удлиненной полосы, расположенной между электролитом и выводом. Предпочтительно, чтобы полоса была достаточной ширины, чтобы закрыть чашку 40 и содержащийся в ней гель и обеспечить максимальный контакт. В качестве иллюстрации электроды в данном случае, те же, что описаны ранее, т.е. серебро/хлорид серебра, а в качестве электролита может быть использован хлористый натрий и калий. Однако подходящие комбинации металла и электролита могут быть использованы для образования биопотенциальных электродов в соответствии с изобретением.

На фиг. 5 показано наиболее подходящее устройство для закорачивания предварительно желированных электродов во время транспортировки и хранения и перед использованием. Устройство, обозначенное номером 56, включает два предварительно желированных электрода 58 а и 58, в установленных "спина к спине" и удерживаемых вместе на значительном расстоянии посредством поддерживающего устройства 60 из Mylar или подобного материала. Отверстия 61 позволяют обеспечить полный контакт между электролитом в электроде 58 а и гелем в противоположно расположенном электроде 58 в. Компоненты каждого электрода обозначены под одними и теми же номерами, но с буквенным обозначением "а" или "в".

Электроды включают опорный элемент 62, образующийся изоляционной чашкой 64, открытой с одного конца 66 для приема электролитического геля 68. Поддерживающее устройство 60, проходящее через открытые концы опорных элементов для каждого электрода, имеет отверстия 61, позволяющие гелю 68 каждого электрода входить в контакт с гелем противоположно расположенного электрода. Эти отверстия должны быть по возможности большими, чтобы обеспечивать полный контакт между гелями электродов 68а и 68в, а также удерживать электроды 58а и 58в на значительном расстоянии друг от друга.

В контакте с электролитическим гелем в каждой чашке находится электродный элемент 72, имеющий кнопочный защелкивающийся соединительный зажим или вывод 74 для подсоединения к наружному кабелю. Каждый электродный элемент 72 может иметь слой серебра 76 и слой хлорида серебра 78 или другие соответствующие материалы, образующие электрод.

Устройство 56 вследствие своей конфигурации составляет настоящую батарею, и эта батарея во время транспортировки и хранения закорочена проводом или полосой 80, соединяющей выводы 74а и 74в. Посредством этого проводника или полосы обеспечивается стабильный потенциал батареи и электродов, близкий к нулю.

Перед использованием проводник или полосу 80 удаляют и электроды 58 почти под нулевым потенциалом освобождаются из поддерживающего устройства 60 и сразу же накладываются на пациента для биоэлектрических измерений. После того как закорачивающий проводник удален, электроды должны быть быстро применены, поскольку в незакороченном состоянии в них снова происходит нежелательный сдвиг потенциалов постоянного тока.

Устройство для деполяризации электродов в соответствии с изобретением оперативно работает во время транспортировки и хранения биопотенциальных электродов и предварительно желированном состоянии, когда обеспечивается отрицательный эффект батареи, обычно присутствующий с такими электродами. Электроды эффективно закорачиваются проводником, который может составлять часть пакета в сборе и который легко удаляется перед применением электродов. Как только проводник удаляют, обеспечивается неполяризованная электродная конструкция, чувствительная к биопотенциалам.

Использование: изобретение относится к области медицинской техники, а именно к медицинским электродам. Сущность изобретения: электродный узел включает по крайней мере один биопотенциальный электрод с электролитическим гелем, находящимся в контакте с электродным элементом. Подвижный электропроводящий компонент монтируется для электрического соединения электролита с проводником электрода с образованием проводящего моста между ними. Проводящий элемент инертен по отношению к электролиту во избежание ухудшения качества электролита. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Деполяризованный электродный узел, содержащий по крайней мере один электрод, включающий средство для опоры, электролит и проводник, отличающийся тем, что узел содержит два электрода, разделенных установочным средством для монтажа электродов, и электропроводное средство, причем каждый электрод содержит по крайней мере один электродный элемент, закрепленный с помощью средства для опоры, при этом каждый электролит размещен на средстве для опоры в контакте с электродным элементом, каждый проводник размещен на некотором расстоянии от электролита и подсоединен для снятия потенциала с электродного элемента, установочное средство расположено так, чтобы электролиты обоих электродов находились в электрическом контакте, электропроводное средство смонтировано в контакте с проводниками обоих электродов и протянуто между ними для обеспечения короткого замыкания. 2. Узел по п. 1, отличающийся тем, что с помощью установочного средства первый и второй электроды с электролитами размещены в непосредственном физическом контакте. 3. Узел по п. 2, отличающийся тем, что установочное средство выполнено в виде разделительного листа с по крайней мере одним окном для контакта электролитов обоих электродов. 4. Узел по п. 1, отличающийся тем, что средство для опоры образует камеру для электролита с открытой стороной, причем с помощью установочного средства открытые стороны камер обоих электродов размещены рядом одна с другой.