實驗室討論

腦電圖的幹濕電極

貼在2021年6月15日2021年6月15日作者:Narayan P Subramaniyam

腦電圖記錄技術自1923年首次使用以來，在原理上保持相似。然而，現在有大量的電極類型，包括濕電極和幹電極。關鍵的區別是什麼?

腦電圖電極的簡史

1923年，德國物理學家漢斯·伯傑(Hans Berger)首次記錄了人類大腦的腦電圖(EEG)。在這些最初的記錄中，伯格用銀線插入患者頭皮下作為腦電圖電極，後來改用銀箔電極，用繃帶貼在受試者的頭部。他使用了一個相當原始的串式檢流計來記錄這些電極的腦電圖，最終改用了一個雙圈西門子記錄檢流計，這使得他可以記錄小到0.1毫伏的腦電圖。這幾乎是一個世紀以前的事了。今天，盡管我們不再把單獨的電極“貼”在實驗對象的頭部，但我們現在有許多不同類型的電極可供選擇。另一方麵，臨床和研究中常規腦電圖的基本程序幾乎沒有改變。

現在使用的是哪種腦電圖電極?腦電圖作為一項技術是如何發展的?什麼是幹電極、濕電極、主動電極和被動電極?使用哪種類型的電極?

濕/凝膠電極

電極蒙皮阻抗是決定電極蒙皮界麵電學性能的一個重要因素。電極-蒙皮阻抗越低，腦電圖信號質量越好。此外，較低的電極皮膚阻抗有助於減少電力線幹擾，也使腦電圖信號更免疫運動偽影，包括電纜運動。今天，最常用的電極是銀/氯化銀(Ag/AgCl)電極。Ag/AgCl電極，也稱為濕電極，使用電解質凝膠在蒙皮與電極之間形成導電路徑，以降低電極-蒙皮阻抗。濕電極是目前臨床實踐中的黃金標準，但它們有幾個缺點，

將阻抗降低到可接受值(5-20 KΩ)可能需要很長時間。
一旦達到可接受的阻抗，凝膠可能在幾個小時內幹涸，再次增加阻抗。例如，觀察到濕電極的阻抗在凝膠應用後5小時內從5下降到15 KΩ。因此，濕電極不適用於長期腦電圖。
使用多個電極(例如，密集陣列腦電圖)也會有問題，因為電極之間的距離隨著電極數量的增加而減少。這可能導致電解質凝膠在兩個電極之間形成導電橋。
用濕電極建立腦電圖是耗時的(皮膚準備，等待阻抗達到可接受值等)，需要專業人員。
最後，使用研磨膏(作為頭皮準備的一部分)和電解質凝膠可能會給受試者帶來不便。

幹電極

幹電極(見圖1)被提議作為穩定的長期腦電圖記錄的替代解決方案，並克服上麵強調的濕電極的常見問題。幹電極的主要優點之一是，與濕電極不同，它們不需要費力的頭皮準備，因此更省時。幹電極大致可分為接觸電極、非接觸電極和絕緣電極。在接觸式幹電極中，頭皮與電極表麵直接接觸，電極表麵由金屬陣列的尖刺組成。在某些情況下，電極甚至可以刺入角質層(SC)，以達到機械穩定性和更好的電學性能。在非接觸式幹電極中，底板由金屬製成，通過絕緣體(如頭發或衣服)電容耦合。在絕緣電極的情況下，顧名思義，電極的底板是一種絕緣材料，也以電容耦合為基礎工作。在腦電圖應用中，幹接點電極比其他兩種電極具有較低的阻抗，因此更常用。

F圖1:接點、絕緣和非接點幹電極示例[1,2]。

電極-蒙皮界麵的電模型如下圖所示。可以看到，引入導電凝膠被建模為電阻-電容電路(阻抗< 1KΩ)，然而，幹電極與皮膚(SC -角質層)之間的電阻抗由於凝膠的缺乏而更高。

圖2:各種電極-蒙皮界麵的電模型[3.5]。

然而，幹電極也並非沒有問題。首先，由於缺乏導電層，阻抗增加(高達MΩ在50/60 Hz)，在腦電圖中觀察到大量的噪聲和幹擾，運動偽像更普遍。因此，幹電極需要屏蔽，以減少幹擾引起的噪聲。使用非屏蔽電纜將幹電極直接連接到腦電圖放大器(被動電極)並不能保證良好的信號質素。相反,活躍的電極，它可以放大頭皮的腦電圖，從而減少環境噪聲的影響。這也減少了對屏蔽電纜的需求，以保持信號質量，這是一個有吸引力的功能，緊湊的可穿戴設備。此外，帶刺的電極可能非常不舒服，不能長時間佩戴。

在下一篇博客中，我們將看到一些比較這兩種電極類型的腦電圖研究。使用哪一種可能主要取決於使用的目標和一個人願意做出的具體妥協。