Путь к сердцу человека лежит через… электроды?

Привет, Хабр! В этой статье пойдёт речь о медицинских электродах, а точнее, о разъёмах, которыми эти электроды подключаются.

Введение

Полгода назад всерьёз заинтересовался темой биопотенциалов человека и способами их регистрации.

Самым простыми в реализации являются неинвазивные методы исследования, когда в субъект ничего не «втыкается» и не вводится — регистрация происходит непосредственно с поверхности кожи.

К подобным методам относятся:

• Электрокардиография (ЭКГ) — исследование потенциалов сердца;

• Электроэнцефалография (ЭЭГ) — исследование мозговых потенциалов;

• Электромиография (ЭМГ) — исследование мышечных потенциалов;

• Электронейромиография (ЭНМГ) — исследование реакции мышц и нервной системы на воздействие электрическими сигналами;

• Электроокулография (ЭОГ) — исследование глазных мышц и наружного слоя сетчатки и т.д.

Для реализации этих методов прежде всего необходимо как-то снять сигнал с поверхности кожи, для этого применяются специальные электроды во всём своём многообразии форм, размеров и способов крепления к коже.

Электроды

После сёрфинга в Интернете выделил несколько видов электродов.

Многоразовые электроды

Одноразовые электроды

Самыми доступными и простыми в использовании являются электроды с гелевым проводящим слоем. Их можно купить на маркетплейсах по цене ~750 у.е. за 50 штук. В ассортименте приличный набор форм и размеров для различных задач. При желании, их всегда можно обрезать до нужного размера. Далее речь пойдёт именно об этих электродах.

Как подключить провода к электроду?

После достаточно объемного введения мы приблизились к основной проблеме. Тут, как ни странно, есть несколько вариантов решения. На схеме выше можно увидеть, что у электрода есть единственный металлический контакт, обозначенный, как «коннектор кнопка».

Первое, что пришло на ум

При первом взгляде на него в голове вспыхивает мысль: «Припаяй или прикрути провод к этой «пипке» и не тревожь серое вещество по пустякам!». Да, мысль дельная, если речь идёт об одноразовом использовании электрода, который, со словами «Шалость удалась!», можно будет выкинуть вместе с обрезком провода, но это не мой случай.

Скажу честно, не пытался паять этот коннектор, но, сдаётся мне, что паяется он только с активным флюсом, вроде кислоты, которую В ОБЯЗАТЕЛЬНОМ ПОРЯДКЕ нужно отмывать после пайки. К тому же, не думаю, что нагревание до столь высоких температур положительно влияет на проводящие свойства контакта из хлорида серебра (AgCl) и гелевого проводника. Да и купание сначала в растворе, нейтрализующем кислоту, а затем ещё и отмывке для флюса тоже ни к чему хорошему не приведёт.

В случае «прикрутки» проблема состоит в дребезге, возникающем при скольжении неплотно прилегающих друг к другу провода (пусть даже одножильной проволоки) и коннектора‑кнопки. Да и каждый раз прикручивать провод к электроду — не хватит никакого терпения, особенной, когда расположение электродов на теле меняется раз в несколько минут — об этом в другой раз, в другой статье.

С пайкой и «прикруткой» разобрались — рассмотрим другие варианты.

Просто и дорого

Одним из самых простых и дорогих вариантов является покупка «настоящего» кабеля для ЭКГ, который, в случае надобности, можно раздербанить на отдельные проводники.

Но это, во-первых, не интересно, во-вторых, дорого, в третьих, всё ещё дорого. Конечно, когда прибор собирается «на продажу», или когда бюджет, заложенный на свои хотелки, не ограничен этот вариант является самым предпочтительным, но не в моём случае. Для домашних исследований и настольных лабораторий вполне подойдут варианты, описанные ниже.

Просто, но чуть дешевле

Вторым по дороговизне вариантом является покупка вот такого модуля ЭКГ для Arduino-совместимых платформ.

В комплекте с ним вы получите нужный кабель и три дополнительных электрода на тканевой основе. Этот вариант рентабелен, если вам нужно снимать потенциалы не больше, чем с трёх точек. Вдобавок, вы получаете ещё одну электронную штуковину в свою коллекцию.

(На самом деле, этот провод можно найти в отдельной продаже. Но стоимость тех вариантов, что мне попадались, была сравнима со стоимостью полного комплекта с модулем и электродами.)

Просто, дёшево, быстро, но есть одно НО

Да, крокодильчики являются хорошим вариантом, если нужно снимать сигналы с неподвижного человека, или, если используемый электрод имеет большую площадь основания. Это связано с тем, что, при активном шевелении, крокодильчики имеют свойство отстегиваться в самый неподходящий момент. Плюс, чтобы крокодильчик надёжно держался, с него нужно стянуть изоляцию и закреплять в районе выемки. Поэтому, при использовании электродов с малой площадью основания, эти коннекторы задевают кожу, что вызывает дополнительные помехи.

Предлагаемый вариант

Наконец, мы перешли к моей «разработке». Давайте ещё раз взглянем на электрод.

Форма контакта вам ничего не напоминает? Дам время подумать…

Да это же кнопка! Звучит банально, но так и есть. Универсальным электрическим разъемом в сфере медицинских исследований является… КУРТОЧНАЯ КНОПКА! Аплодирую стоя…

Если без шуток, то это вполне оправданный выбор:

• Разъем компактный: типоразмер кнопки -12,5 мм, если быть точным;

• Может вращаться без существенного дребезга;

• Прост в изготовлении;

• Практически неубиваемый (вспомните, когда вы последний раз меняли кнопку на своей куртке);

• Его просто прикреплять и откреплять.

Где взять нужные кнопки?

Быстрое гугление в Яндексе показало, что можно купить именно медицинские версии ответных частей этих кнопок, которые, по сути, не отличаются от выбранных мной «бытовых», но только в Китае и только большими партиями >100 штук. В таком количестве мне это добро не нужно — по крайней мере сейчас. Поэтому, я решил изготовить себе провода с кнопками самостоятельно.

В ближайшем магазине «Всё для кройки и шитья» были куплены блестящие НИКЕЛИРОВАННЫЕ кнопки. Стоит отметить, что «настоящие» кнопки тоже покрыты никелем. Первый раз всё покупалось по факту, по принципу: «туфелька для Золушки». Так я и выяснил нужный типоразмер кнопок: 12,5 мм.

Сборка кнопки

Кнопки продаются в разобранном виде:

Следовательно, их нужно как-то собрать. В соседней мастерской по ремонту одежды мне любезно обжали все мои кнопки на станке, естественно, не бесплатно. «Не царское это дело — за каждую кнопку платить», — подумал я. После непродолжительного поиска на маркетплейсах я нашёл то, что нужно.

За ~500 у.е. я приобрёл вот такой набор. Для нас в этом наборе важны две вещи: боёк и прямоугольная наковальня. На бойках выбиты номера. Для данного размера кнопок нужно использовать боёк №655.

Механизм обжима кажется простым, но нужно приноровиться, чтобы не гнуть тонкостенную втулку и обжимать ровно.

Если просто, то процесс обжимки состоит из двух этапов:

1. Вложить деталь с блестящей «крышкой» и втулкой в соответствующее место на наковальне — втулкой вверх. Сверху нужно положить деталь со сквозным отверстием и пружинным механизмом — теснением вверх;

2. Наставить нужный боёк на втулку полусферической частью строго вертикально (важный момент!) и, в несколько ударов молотком, увеличивая силу с каждым новым ударом, прижать втулкой вторую часть кнопки.

У меня стало нормально получаться после пятой испорченной кнопки.

Давайте посмотрим на результат обжимки.

Думаю, что, даже с моей подсказкой, разница незаметна.

Пайка

В конце остаётся только припаять провод к обжатой кнопке. Поскольку они покрыты никелем, паять их нужно активными флюсами. Я выбрал паяльную кислоту. Как я уже говорил, кислоту ОБЯЗАТЕЛЬНО нужно нейтрализовать. Для этих целей я выбрал раствор соды в пропорции: 1 столовая ложка на 100 мл воды. После купания в растворе соды я дополнительно почистил готовые разъемы отмывкой для флюса и насухо вытер бумажными салфетками.

В разультате получились вот такие разъёмы:

Результатом очень доволен — разъёмы отлично выполняют свою функцию! В качестве доказательства, прикрепляю график ЭКГ, снятый с их помощью.

Буду рад, если вы нашли в этой статье что-то полезное для себя.