頭部電阻抗斷層成像電極帶（帽）的制作及臨床試驗研究

孟 曉，尹繼云，段 峰，楊潤楠，施金英，李文靜，萬 軻

頭部電阻抗斷層成像電極帶（帽）的制作及臨床試驗研究

孟 曉，尹繼云，段 峰，楊潤楠，施金英，李文靜，萬 軻

目的：研制一種能夠適用于頭部電阻抗斷層成像監(jiān)護，并能滿足長期監(jiān)護需要的電極帶（帽）。方法：選擇松緊帶作為適合臨床應(yīng)用的電極帶材料，通過電極性能實驗和顱內(nèi)血液分布變化成像監(jiān)護實驗，制作適宜人頭部佩戴并能應(yīng)用于電阻抗斷層成像監(jiān)護的松緊帶式電極帶（帽）。結(jié)果：在監(jiān)護實驗過程中（約3 h），人體佩戴電極帽無不舒適感,電極帽位置沒有發(fā)生改變，松緊帶式電極帶（帽）能夠應(yīng)用于電阻抗斷層成像監(jiān)護。結(jié)論：松緊帶式電極帶（帽）基本能夠適用于頭部電阻抗斷層成像監(jiān)護。

頭部電阻抗斷層成像監(jiān)護；電極帶（帽）；松緊帶式電極帶（帽）

0 引言

電阻抗斷層成像是一種根據(jù)生物組織的電阻抗特性來形成人體內(nèi)電阻抗斷層圖的技術(shù)，與傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)相比，首先它可以實現(xiàn)功能成像，其次不使用核素或射線，對人體無害，可以重復(fù)使用。目前，這一新型技術(shù)受到國內(nèi)外臨床醫(yī)學(xué)與生物醫(yī)學(xué)界的廣泛重視，成為研究的熱點之一。

電極帶是電極系統(tǒng)的支撐部分，起到固定電極、保護導(dǎo)線、屏蔽干擾等作用，是電極系統(tǒng)中必不可少的組成部分之一，在長期監(jiān)護中起到重要作用[1]。為了能滿足長期監(jiān)護的需要，電極帶應(yīng)滿足如下要求：用于人體腦部出血監(jiān)護；采用16個電極，電極帶能使電極均勻地分布；確保電極與人體皮膚接觸良好，長時間保持不松動；電極帶應(yīng)與電極可靠連接，使用方便、耐用、美觀；電極帶引出線應(yīng)與系統(tǒng)主機快速、方便、可靠地連接；系統(tǒng)與人體接觸的部件應(yīng)為一次性使用；可以盡可能多地適應(yīng)不同頭圍的人。

1 頭部電阻抗斷層成像電極帶（帽）的設(shè)計與制作

1.1 電極帶材料的選擇

為了選擇更適合臨床應(yīng)用的電極帶，與西安紡織工程學(xué)院（西安工程大學(xué)）開展合作，由紡織工程學(xué)院提供材料，對2種彈性斜紋布（1型，2型）和松緊帶在相同尺寸（長500 mm，寬28 mm）的情況下進行彈性參數(shù)比較，并且研究松緊帶電極的伸縮比與拉力之間的對應(yīng)關(guān)系。結(jié)果如圖1、2所示。

圖1 不同材料拉力大小和伸縮比的關(guān)系

通過實驗可以得出如下初步結(jié)論：

（1）在相同拉力下，各種材料的伸縮比大小分別是：斜紋布1型＜斜紋布2型＜松緊帶，松緊帶的彈性要優(yōu)于斜紋布1型和斜紋布2型。

（2）斜紋布1型、2型、松緊帶的厚度分別為0.4、0.4、1 mm。三者加上電極扣之后，斜紋布1型、2型由于厚度較薄，對電極不能較好地支撐，松緊帶對電極支撐效果良好。

（3）通過圖2可以看出，電極帶伸縮比的大小與拉力的大小成正比，伸縮比越大，拉力也越大。

圖2 電極帶伸縮比與拉力比較

因此，綜上所述，松緊帶更適合充當(dāng)電極帶材料。

1.2 松緊帶式電極性能實驗

1.2.1 實驗?zāi)康?/p>

制作不同尺寸的松緊帶式頭電極帶（帽），對比其松緊度、舒適度及拉力大小，考慮如何制作適宜人頭部佩戴的松緊帶式電極帶（帽）。

1.2.2 實驗材料、對象和方法

（1）實驗材料。根據(jù)人的頭圍大小，分別制作周長為46、50、51、53、55、56 cm的6種松緊帶式電極帶。

（2）實驗對象。相同頭圍大?。ㄖ荛L56 cm）共4人。

（3）實驗方法。加上電極后每種電極帶每人佩戴約1 h，感受其松緊度、舒適度。假設(shè)頭圍為56 cm，加上電極后佩戴時，電極帶周長拉伸至約為58 cm。測量6種不同電極帶伸展至58 cm后的拉力大小，測量工具為彈簧秤。比較松緊帶式電極帶的伸縮比和拉力之間的關(guān)系。

1.2.3 實驗結(jié)果與討論

通過表1可以看出：當(dāng)松緊帶拉力小于5.15N時，人佩戴時基本感到舒適；當(dāng)電極帶拉力小于3.43N時，電極帶有可能會滑落。

表1 6種不同長度松緊帶式頭電極帶（帽）比較

在設(shè)計松緊帶式電極時需要考慮，人佩戴松緊帶電極后松緊帶的拉力大小盡量為3.43～5.15 N[2]。如圖3所示，由于不同人之間頭圍差別較大，因此在設(shè)計制作松緊帶式電極帶（帽）時設(shè)計了幾種不同規(guī)格的電極帶滿足不同頭圍的人。

1.3 顱內(nèi)血液分布變化成像監(jiān)護實驗

1.3.1 實驗?zāi)康?/p>

通過監(jiān)護人顱內(nèi)血液變化，驗證松緊帶式電極帶（帽）是否能夠應(yīng)用于電阻抗成像監(jiān)護[3]。

圖3 頭部電阻抗成像電極帽

1.3.2 實驗對象及準(zhǔn)備

實驗對象：健康人10名，年齡25～45歲；測量儀器為課題組提供的頭部電阻抗實驗監(jiān)護系統(tǒng)。實驗前先給實驗對象理發(fā)，以保證貼電極位置的皮膚上發(fā)根不超過3 mm，用酒精清潔皮膚。

1.3.3 電極放置及監(jiān)護

如圖4所示，實驗對象（人）保持正常坐姿，兩眼平視前方，將人頭部沿額骨中部和枕外隆突上2 cm處一周分16個點，逆時針在每一點上貼上心電電極，然后，用頭部電極帽（帶）對心電電極進行連接固定。為防止電極線拉扯電極帽使得電極位置發(fā)生改變，電極線在人衣領(lǐng)處用夾子固定，電極帽與頭部阻抗監(jiān)護系統(tǒng)連接。實驗（如圖5所示）采用電流驅(qū)動電壓測量的方式，驅(qū)動電流為1 250 μA，頻率50 kHz，測量室溫為25℃。當(dāng)人靜息時，成像并記錄數(shù)據(jù)；按壓頸動脈[4-5]，成像并記錄數(shù)據(jù)。

圖4 電極放置示意

圖5 腦部電阻抗成像監(jiān)護實驗

1.3.4 實驗結(jié)果及討論

實驗對象由靜止?fàn)顟B(tài)到按壓頸動脈，使得顱內(nèi)血液分布發(fā)生變化。10例實驗對象在頭部電阻抗成像系統(tǒng)監(jiān)護中均可較明顯地探測出顱內(nèi)出血的變化情況[6-8]。實驗顯示，按壓后隨著時間的推移圖像動態(tài)變化量在不斷變大。成像結(jié)果如圖6所示。

可以看出，在按壓頸動脈時，顱內(nèi)血液分布發(fā)生改變，在頭部電阻抗監(jiān)護圖像對應(yīng)位置可以反映出相應(yīng)變化。如圖7所示，在0-1電極邊界電壓量也有相應(yīng)變化（驅(qū)動電極分別為0-8，1-9，…，15-7電極）。在監(jiān)護實驗過程中（約3 h），人體佩戴電極帽無不舒適感，電極帽位置沒有發(fā)生改變。

圖6 按壓頸動脈成像結(jié)果

圖7 按壓左側(cè)頸動脈時（驅(qū)動電極分別為0-8，1-9，…，15-7電極）0-1電極邊界電壓變化

2 結(jié)語

頭部電阻抗斷層成像主要應(yīng)用于長期監(jiān)護，電極移動會引起偽差，影響成像結(jié)果。在電阻抗斷層成像實驗中，對于電極位置的穩(wěn)定性要求較高[9-11]。電極帶是電極系統(tǒng)的支撐部分[12-15]，起到固定電極、保護導(dǎo)線、傳導(dǎo)信號等作用，是電極系統(tǒng)中必不可少的組成部分之一，在長期監(jiān)護中起到重要作用[16]。本文通過材料實驗選取松緊帶作為制作頭部電阻抗斷層成像監(jiān)護的電極帽材料，并通過按壓人頸動脈實驗驗證電極帽的可靠性。在按壓左、右側(cè)頸動脈時，造成大腦內(nèi)血液分布發(fā)生改變，在頭部電阻抗斷層成像監(jiān)護可以反映出變化[17]。在監(jiān)護實驗過程中（約3 h），人體佩戴電極帽無不舒適感，電極帽位置沒有發(fā)生改變。由此可以證明，松緊帶式電極帶（帽）能夠應(yīng)用于頭部電阻抗斷層成像監(jiān)護。

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（收稿：2014-01-29 修回：2014-04-05）

Preparation and clinical trial of electrode/cap for head electrical impedance tomography

MENG Xiao,YIN Ji-yun,DUAN Feng,YANG Run-nan,SHI Jin-ying,LI Wen-jing,WAN Ke
（Henan Corps Hospital of CAPF,Zhengzhou 450052,China）

ObjectiveTo develop an electrode/cap for long-term monitoring of head electrical impedance tomography (EIT).MethodsThe electrode/cap was made of elastic tape with electrode performance test and intracranial blood distribution monitoring.ResultsThere was no discomfort and displacement during 3-h trial.ConclusionThe electrode can be used to monitor head EIT.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（1）：26-28]

monitoring of head electrical impedance tomography;electrode/cap;elastic electrode/cap

R197.39；R318.6

A

1003-8868（2015）01-0026-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.01.026

國家自然科學(xué)基金重點項目（50937005）；國家科技支撐計劃項目（2012BA119B01，2011BA108 B13）；國家自然科學(xué)基金面上項目（61071033）

孟 曉（1965—），男，副院長，主任醫(yī)師，主要從事電阻抗斷層成像方面的研究工作，E-mail：ke-email-wang@163.com。

450052鄭州，武警河南總隊醫(yī)院（孟 曉，尹繼云，段 峰，楊潤楠，施金英，李文靜，萬 軻）