УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ И ФИКСАЦИИ ЭЛЕКТРОДОВ ЭЭГ НА ГОЛОВЕ ЖИВОТНЫХ Российский патент 2010 года по МПК A61B5/478 

Настоящее изобретение относится к области электротехники и медицинского приборостроения. Оно может быть использовано для получения более качественной графической записи электроэнцефалограммы (ЭЭГ) с различных участков головного мозга животных и человека и упрощения манипуляций, связанных с проведением электрофизиологических и диагностических исследований.

Известными аналогами заявляемого изобретения являются такие медицинские устройства, как различные головные энцефалографические шлемы, устроенные в виде шапочки или корзинки из переплетенных резиновых поясков (ремней, эластичных лент, силиконовых трубок и т.п.) (патент США №5293867, приоритет от 15.03.1994, патент США №3998213, приоритет от 21.12.1976, патент ФРГ № DE 19516659 А1, приоритет от 07.11.1996), на которых закрепляются электроды ЭЭГ (патент СССР № SU 166446 А1, приоритет от 01.01.1964).

Данные устройства, однако, практически не пригодны для фиксации электродов ЭЭГ на поверхности скальпа животных, так как они максимально адаптированы к размерам и форме поверхности человеческой головы. При этом основной трудностью, с которой приходится сталкиваться при проведении электроэнцефалографических исследований в ветеринарии, является наличие значительных расхождений в формах и размерах черепных коробок животных, обусловленных их видовой принадлежностью, возрастом и породой.

К тому же необходимо учитывать тот факт, что поверхность коры больших полушарий головного мозга большинства теплокровных животных имеет значительно меньшие размеры и массу по сравнению с таковыми у человека и проецируется (топографо-анатомически) лишь на верхнюю, почти плоскую (или несколько выпуклую), часть их головы (скальп).

В этой связи сегодня для получения записи биопотенциалов мозга животных, в основном, используются игольчатые электроды, припаянные к концам кабельных отведений. Электроды-иглы вводятся субкутанно над соответствующим участком коры головного мозга и остаются под кожей на протяжении всего сеанса записи ЭЭГ. При этом получаемая кривая бывает часто искаженной в связи с наличием болевого раздражителя, особенно усиливающегося при совершении животным движений и поворотов головы.

Необходимость стерилизации игольчатых электродов и кожной поверхности скальпа перед каждым сеансом записи электрофизиологических показателей также усложняет проведение данных манипуляций.

Используемая в качестве альтернативы к игольчатым электродам широкая резиновая лента (с закрепленными на ее поверхности накладными электродами) имеет тот недостаток, что ее приходится удерживать руками на протяжении всего времени записи ЭЭГ, что возможно лишь при присутствии помощника-ассистента. К тому же животные часто проявляют беспокойство по поводу столь непривычной для них «фиксации за голову», а это сказывается на их психическом состоянии во время съемки показателей (а значит, и на форме получаемой кривой ЭЭГ). Помимо этого любые движения головой животного сопровождаются скольжением и смещением электродов по смоченной электролитным гелем кожно-шерстной поверхности, и соответственно возникают артефакты в получаемых графических отображениях.

Поэтому задачей заявляемого изобретения явилась разработка устройства, способного обеспечить при его использовании:

- быструю и качественную установку и фиксацию одновременно нескольких электродных пар на голове животного и их подключение к стандартизированному электрофизиологическому оборудованию;

- адаптивность в пределах достаточно широкого спектра вариабельности внешних размеров и форм поверхности свода черепа животных;

- хороший контакт с кожной поверхностью;

- максимальную редукцию нагрузки на психику животного во время проведения сеанса записи ЭЭГ;

- экономию рабочего времени и рабочей силы;

- надежность, долговечность, простоту в обращении и в обслуживании;

- качественную запись электроэнцефалограммы.

Поставленная задача и технический результат достигаются благодаря новой совокупности существенных конструктивных признаков заявленного устройства, представляющего собой разновидность электродной платы (фиг.1), выполненной в виде прозрачной (либо полупрозрачной), плоской (либо несколько куполообразной), полимерной пластины-держателя эллипсовидной (либо округлой, восьмиугольной) формы (1) с имеющимися в ней отверстиями (2), внутри которых установлены полые, цилиндрической формы электроды (3), выполненные из какого-либо коррозионно-устойчивого металла или сплава (меди, латуни, бронзы, нержавеющей стали, серебра, с нанесением хлорсеребряного покрытия, золотой амальгамы и т.д.). Данные электроды расположены симметрично, в шахматном порядке, по обе стороны от центральной оси пластины-держателя. Внешний диаметр каждого из электродов и внутреннее сечение соответствующих отверстий пластины-держателя должны находиться в зависимости, обеспечивающей свободное положение и перемещение средней части корпуса электрода перпендикулярно поверхности платы, при соблюдении условия минимальной возможности отклонения его центральной оси от вектора направления поступательного движения корпуса электрода. В зависимости от общих габаритов платы внешний диаметр электродного корпуса может варьироваться от 1 до 10 мм. Диаметр верхней части (шляпки) каждого электрода должен превышать диаметр соответствующих отверстий в пластине-держателе, что технически может быть достигнуто посредством развальцовки внешнего края цилиндрического корпуса электрода (3), пайкой, креплением стопорного кольца или шайбы. С противоположной стороны пластины-держателя электроды подвижно фиксируются посредством поджатых и закрепленных возвратных пружин (4), спиральные витки которых расположены вокруг выступающих поверхностей электродных корпусов. Верхние витки каждой пружины должны упираться в поверхность пластины-держателя (фиг.2), а ее нижняя часть должна быть зафиксированной посредством стопорного кольца (3б) или пайкой нижнего витка пружины (3в) в непосредственной близости от кромки электродного корпуса, образующей его контактную поверхность.

При оказании механического давления на поверхность пластины-держателя (при установке устройства на голове животного во время его подготовки к работе) происходит частичное ее смещение в направлении вниз (вдоль электродных корпусов), вызывающее сжатие пружин (4а) (фиг.2Б). Возникающее в пружинах упругие силы обеспечивают устойчивое механическое давление их верхних витков на нижнюю поверхность пластины-держателя, а нижних торцов электродов - на поверхность скальпа (7). При этом механическое давление и нагрузка на отдельные электроды (и соответствующие им пружины) будет распределяться неравномерно, что обусловлено особенностями поверхностного анатомического рельефа, образуемого сводом костей черепа и вышележащих тканей. Однако любой уровень степени деформации каждой отдельной пружины будет достаточен для обеспечения электрического контакта электрода с кожной поверхностью, т.к. основную роль при этом выполняет их дополнительное (предусмотренное стандартной методикой) смачивание раствором электролита или электролитного геля. Конструкция устройства предусматривает непосредственное введение такого специального электролитного геля (либо ватного тампона, пропитанного раствором NaCl) во внутреннюю полость электродной гильзы. В дальнейшем, при подключении (по принципу TOUCH PROOF «розетка») к электроду штекера разъемного контакта (8), внешний диаметр которого должен быть соответственно несколько меньше диаметра внутреннего сечения электродной гильзы, часть электролита будет вытесняться из ее внутренней полости (по принципу «поршень-цилиндр») со стороны нижнего торца электрода (Фото 1). При этом будет происходить дозированное смачивание поверхностей кожи и волосяного покрытия в местах их контакта с контактной поверхностью электродов, что обеспечивает возможность регистрации мозговых импульсов без выбривания волос и шерсти в местах электродной аппликации.

Прозрачность полимерного материала (плексиглас), из которого выполнена пластина-держатель, обеспечивает возможность дополнительного контроля над состоянием электродов перед и во время сеанса записи ЭЭГ, а выступающие над поверхностью платы верхние части их корпусов со шляпками (3) - возможность простого доступа к электродам для их подключения и ручной коррекции их положения с целью оптимальной адаптации установленной на голове электродной платы к форме внешней поверхности скальпа.

Фиксация приданной электродной плате рабочей позиции обеспечивается натяжением фиксирующего ремня или эластичной (резиновой) ленты (6), свободные концы которых закрепляются в специальных шлицах (5) (либо другим способом), находящихся на боковых частях пластины-держателя, а средняя часть - под подбородком животного.

В целях обеспечения дополнительной стабильности положения электродной платы на время сеанса записи ЭЭГ в центральной задней части пластины-держателя предусмотрено специальное отверстие (шлиц, крепеж и т.д.) (5а), посредством которого она может быть дополнительно зафиксирована с помощью эластичного шнура, закрепляемого другим, свободным концом на ошейнике (либо на захваченном зажимом пучке шерсти). Эта дополнительная мера фиксации направлена на противодействие смещению устройства в назальном направлении, вызываемому резкими наклонами головы животного вперед.

Размеры устройства и соответственно размеры всех составляющих его компонентов могут варьироваться, конгруэнтно изменяясь в пропорциях, в зависимости от назначения его применения касательно размеров головы исследуемого животного.

Однако одно и то же устройство может быть применено в пределах широкого спектра вариабельности внешних размеров и форм поверхности свода черепа животных. Это обеспечивается наличием на плате гораздо большего количества мест подключения электродных пар, чем каналов записи ЭЭГ, и соответственно контактов-разъемов на концах мишурных отводов кабеля, соединяющего устройство с электронным усилителем биотоков мозга. Это дает возможность оператору задействовать и подключать те электродные пары, которые оказываются над необходимым для исследования участком коры головного мозга, игнорируя остальные (оказавшиеся не на месте) электроды.

Оставшиеся не подключенными электродные гильзы продолжают, однако, выполнять функцию механической опоры и стабилизации положения установленного и зафиксированного на голове устройства.

На предлагаемых к описанию чертежах и фотоматериалах показаны предпочтительные варианты осуществления изобретения.

На фиг.1 схематично изображена электродная плата (вид сверху), эллипсовидная пластина-держатель (1) которой имеет множественные гнездовые отверстия (2), края которых прикрыты верхними, расширенными торцами (шляпками) трубчатых электродов ЭЭГ (3). На краях пластины-держателя изображены прорези-шлицы (5) с закрепленной в одной из них части ремня-фиксатора (6). В задней, центральной части пластины изображено отверстие (5а) для закрепления в нем дополнительного фиксирующего жгута.

Фиг.2 показывает боковое изображение электродной платы, благодаря которому становятся видны остальные и дополнительные элементы конструкции. При этом на части А фиг.2 отображен вид сбоку, а на части Б фиг.2 - вид сбоку в разрезе. Остальные обозначения на фиг.2 соответствуют обозначениям на фиг.1.

Внутри гнездовых отверстий (2) пластины-держателя (1) находятся корпуса трубчатых электродов со шляпками (3). В нижней части электродов закреплены возвратные пружины (4) посредством стопорного кольца (3б) или пайки их нижних витков к нижней поверхности корпусов электродов (3в). На краях пластины-держателя изображена пустая прорезь шлица (5) (фиг.2, сторона А) и прорезь шлица с закрепленным в нее ремнем-фиксатором (6) (фиг.2, часть Б). На стороне Б фиг.2 также изображен продольный разрез корпуса отдельного электрода (3а) с подключенным к нему штекером разъемного контакта (8), а также деформированная (сжатая), в результате механического давления со стороны поверхности скальпа (7), возвратная пружина (4а) (вид сбоку без разреза) со смещенным вверх корпусом электрода ЭЭГ (3).

На фото 1 показан прототип электродной платы, к одному из трубчатых электродов которой подключен штекер разъемного контакта. Видна часть электролитного геля, вытесненная в виде капли из внутренней полости (по принципу - «поршень-цилиндр») со стороны нижнего торца электрода.

На фото 2 запечатлено устройство во время записи 8-канальной ЭЭГ. Произведена фиксация с помощью основного фиксирующего ремня «под подбородок». Дополнительный, фиксирующий, эластичный шнур не задействован в связи со спокойным поведением собаки.

На фото 3 видно устройство «в сборе», непосредственно перед установкой и фиксацией на голове средней собаки с подключенными четырьмя парами электродов ЭЭГ. Хорошо виден фиксирующий ремень, выполненный в виде эластичной текстильно-резиновой ленты.

На фото 4 показан пример использования прототипа электродной платы ЭЭГ, предназначенной для работы с мелкими животными (в данном случае - кошка).

На фото 5 показан альтернативный способ подключения электродной платы посредством зажимных контактов (типа «крокодил») для осуществления четырехканальной записи ЭЭГ крупной собаки.

Прототипы заявленного устройства были предварительно экспериментально и практически опробованы в условиях электрофизиологической лаборатории и клиники на животных с различными размерами и формами голов. Были получены положительные результаты в соответствии с поставленными задачами.

Изобретение относится к области электротехники и медицинского приборостроения и может быть использовано для получения записи электроэнцефалограммы и упрощения манипуляций, связанных с установкой и фиксацией электродов ЭЭГ на голове животных. Устройство выполнено в виде единой электродной платы, основу которой составляет прозрачная полимерная пластина-держатель. Вся центральная поверхность платы занята множественными расположенными в шахматном порядке гнездовыми отверстиями, в которых находятся подвижные, полые, трубчатые, металлические электроды. Ограничение поступательного движения электродных корпусов относительно краев гнездовых отверстий с внешней стороны пластины-держателя обеспечивается конструктивным расширением верхней части трубчатого электродного корпуса в области подключения штекера разъемного контакта. С нижней стороны платы электроды подвижно зафиксированы надетыми на их корпуса возвратными пружинами. Пружины закреплены их нижним витком в области кожно-электродных контактных поверхностей и свободно упираются их верхними витками в нижнюю поверхность пластины-держателя. Внутренняя полость электрода предназначена для удобства подключения и для введения в нее контактного электролитного раствора или геля. На боковых краях пластины-держателя предусмотрены шлицы для крепежа фиксирующих ремней, а в задней части - отверстие для дополнительного крепления. Использование изобретения позволит получить качественную запись электроэнцефалограммы головного мозга животных. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для установки и фиксации электродов ЭЭГ на голове животных, отличающееся тем, что оно выполнено в виде единой электродной платы, состоящей из пластины-держателя с имеющимся на ее краях устройством для крепежа фиксирующих ремней и множественными гнездовыми отверстиями в ее центральной части, внутри которых расположены полые, трубчатые, металлические подвижные электроды, при этом ограничение их свободного хода относительно краев соответствующих гнездовых отверстий с внешней стороны пластины-держателя обеспечивается конструктивным расширением диаметра электродного корпуса в области подключения штекера разъемного контакта, а с обратной стороны - возвратными пружинами, обрамляющими электродные корпуса, и закрепленными на их нижней части нижними витками, при этом верхние витки пружин упираются в нижнюю поверхность пластины-держателя.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пластина-держатель электродов ЭЭГ выполнена в виде прозрачной или полупрозрачной, прочной полимерной из плексигласа детали эллипсовидной восьмиугольной, округлой формы, при этом внешние размеры пластины-держателя соизмеримы с размерами верхней поверхности скальпа исследуемого животного, и большая часть ее поверхности содержит сквозные гнездовые отверстия округлой формы, расположенные в шахматном порядке, симметрично, по обеим сторонам ее соответствующей сагиттальной линии черепа центральной оси, а боковые и задняя часть пластины-держателя оснащены специальными вырезами-шлицами либо дополнительными крепежными механизмами с аналогичной функцией, являющимися частью крепежного устройства.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что используемые в его конструкции электроды имеют форму пустотелого, металлического из нержавеющей стали, цветного металла или сплава, включая амальгамные покрытия цилиндра в виде трубки, гильзы диаметром от 1 до 10 мм с развальцованной либо расширенной путем крепления стопорного кольца шайбы, выступа верхней частью в виде шляпки, причем внешний диаметр расширения должен несколько превышать, а внешний диаметр корпуса электродной трубки быть, соответственно, несколько меньших размеров, чем диаметр сечения гнездового отверстия пластины-держателя, при этом в нижней части электрода должна закрепляться посредством подпайки нижнего витка, креплением стопорного кольца, выступа, шайбы возвратная пружина, расположенная вокруг выступающей части электродного корпуса со стороны нижней поверхности пластины-держателя, в которую она должна упираться верхними витками.

4. Устройство по п.1 или 3, отличающееся тем, что подключение электродной платы к электронной аппаратуре осуществляется посредством расположенных на концах проводов кабельной разводки штекерных разъемов-контактов по принципу TOUCH PROOF "розетка", причем внешний диаметр штекера должен быть, соответственно, настолько меньше диаметра внутреннего сечения электродной полости, чтобы обеспечить возможность его легкого подключения и последующего разъема при соблюдении условия обеспечения прочного электрического контакта их металлических поверхностей.

5. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что фиксация установленной на голове животного электродной платы осуществляется посредством крепежного устройства, выполненного в виде ремня-фиксатора в виде жгута, эластичной, резиновой ленты, закрепленного в специальных прорезях-шлицах в виде отверстий, дополнительно вмонтированных креплениях, расположенных на задней дополнительной и боковых основных частях пластины-держателя, причем основной ремень-фиксатор предназначен для натяжения и фиксации животного "под подбородок", а дополнительный - "за ошейник".