针电极、体表电极、微电极.

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1、 针电极、体表电极、微电极生物电极是一种常用的医用传感器件。在检测生物电或行电刺激时，生物电极是仪器系统与生物体连接或耦合的环节。电极的用途是从生物体中直接取出电信号。应用电极在生物体上获取电信号时，被测对象的特点不同，采用的电极结构也不一样。在探测单个细胞或组织深部的电位时，采用微电极；测量组织局部区域的电活动时，采用针电极；测量生物体表的电位时，可采用体表电极。抗氧化不腐蚀组织具有生物惰性电极电位小 宏电极 微电极 针电极 体表电极 针针 电电 极极针电极是在使用时需要穿透皮肤直接与细胞外液接触的电极，能形成良好的电极-电解质溶液界面。针电极和其他形式电极在皮下形成的界面同体表电极相比，能

2、降低界面阻抗和移动的伪迹。由电化学知识可知，当金属放入含该金属离子的电解质溶液时，在金属和溶液的界面发生化学反应产生电极电位。针电极的等效电路下图所示：针电极一般由银、铂、镍、不锈钢或钨制成，其电阻很小，制作也简单。针电极的尺寸一般为毫米级。单极针电极同心圆针电极双极同心圆针电极单纤维针电极多级针电极单极针电极以不锈钢制成，针尖锐利，在尖端处裸露0.20.4mm，其他部分用绝缘膜覆盖。单极针电极一般用于测定感觉神经动作电位。测定时，将一单极针电极作为参考电极置于皮下。另一单极针电极作为记录电极接近神经干，此时可记录到清晰、波幅大而稳定的电位。单极针电极在使用前置于生理盐水中可减少其电阻。单极针

3、电极还可用于记录骨骼肌兴奋的电变化。将电极按上下方向插入已经分离好的蛙类或蟾蜍的腓肠肌中，利用RM6240B生理实验系统便可实现骨骼肌静息电位与动作电位的记录。在针管中心穿一根绝缘金属细丝，针管内充填满绝缘材料(如环氧树脂)，再用锉刀锉针的顶部，以使中心金属丝露出作为触点。内丝一般由镍铬合金、银或白金组成，直径约0.1mm。针尖为椭圆形，面积为150m600m。细丝另一端接同轴电缆的芯线，针身接到同轴电缆的屏蔽线上。这种电极具有屏蔽作用，亦称之为屏蔽针电极。同心圆针电极最主要的应用在于肌电图的检测。在活体内，当肌肉收缩时，动作电位可从肌纤维经组织的导电作用反映至皮肤表面。经针电极直接插入肌肉内

4、，可记录到肌肉活动时的动作电位。这种记录叫做肌电图（EMG）。在临床上，肌电图可用来判定神经、肌肉所处的功能状态，也就是骨骼肌纤维受神经支配的状况，以及神经肌纤维本身的状态，这有助于对运动神经、肌肉疾患的诊断。在科学研究上，肌电图也是一种有用的观察指标。A 单相；B 双相；C 三相同心圆针电极刺入肌肉内可接触110条肌纤维，可引导邻近针尖的几千条肌纤维的电活动。然而，实际上由于一个运动单位通常包含几百条肌纤维，其直径可达几个mm，而针电极只能接触少数肌纤维，引导0.5mm范围内的电活动，所以利用针电极测得的电位也仅是运动单位中的小部分肌纤维电活动的总和。与同心圆针电极类似的电极是双极同心圆针电

5、极。不过与同心圆针电极不同的是，双极同心圆针电极的针管内有两条细金属丝，且两条之间相互绝缘。双极同心圆针电极所测定的范围较小而局限，只能测到少数的肌纤维，又不易了解运动单元电位的全貌，因此临床上只在特殊选择的分析时才使用。双极同心圆针电极应用的一个典型例子就是腕管综合症（亦称腕正中神经卡压症）治疗手术前，利用双极同心圆针电极检查患侧拇短展肌、拇对掌肌在静息时自发电位情况，以及轻、重收缩时运动单位电位。单纤维针电极由一个旁开小孔的针管和直径25m的绝缘金属细丝组成。除侧孔外其余部分均绝缘，以使所记录的信号具有高度的选择性，其收集面积为离针大约300 m 的范围，仅可记录到12条肌纤维的信息。一个

6、针管中也可安置多个绝缘细丝，以同时收集一系列的单纤维电位。但目前临床最常用的还是只安置一条细丝的电极。单纤维针电极最主要的应用在于单纤维肌电图的检测。单纤维肌电图(SFEMG)用于研究一个运动单位内不同肌纤维及其运动终板的电活动。由于单纤维肌电图需要用一收集范围非常小的针电极，以便个别地收集肌纤维电位，所以单纤维针电极的特点正好适用于单纤维肌电图的记录。单纤维肌电图在对重症肌无力（MG）、运动神经元病（MND）、周围神经病（如糖尿病性神经病、酒精中毒性神经病、尿毒症性神经病等）、肌病等都有很重要的检测及预防的意义。多级针电极是在针管内安置三条或更多的绝缘丝，每条细丝的直径为1mm，在针管的侧面

7、分别为每一条绝缘丝各自开口，开口的距离可以不同。多极针电极主要用于测定运动单位电位的范围。测定肌病时，常用开口间距为0.5mm的针电极，测定周围神经时，多用开口间距为1mm的针电极。多极电极的针较粗大，可能引起患者一定程度的不适。1791年，Galvaani的一次实验，产生了电生理学的技术和概念。1820年，丹麦的科学家发明了电流计以后，意大利的物理学家Matteucci.C开始利用针电极和体表电极进行电生理学的实验，发现肌肉的横断面与未损伤部位之间存在电流，而且这种电流是从未损伤部位流向横断面的。但是，此时的人们并不清楚这种电流产生的基础。经过80年的艰苦努力，人们终于发现活组织本身就存在生

8、物电，当肌肉被横切时在局部会产生损伤电位。另外，电流作用于组织时也会引起组织本身的兴奋与电位的变化。与此同时，电生理学技术也开始应用于临床，如对心脏的研究，记录出了心电图。肌电图、脑电图也在此时相继产生。20世纪60年代，随着计算机技术应用，电生理学的记录又得到了一次跨越式的发展。利用计算机技术，可做肌电图的自动分析，如解析肌电图、单纤维肌电图以及巨肌电图等，提高了诊断的阳性率。针电极由于其尺寸较大、制作简单、使用方便的特点，如今已鲜有人将针电极作为专门的研究课题。与针电极有关的研究，主要集中在对肌电图的研究上。如何将肌电图作为临床上确诊疾病的手段？虽然肌电图在脊髓前角细胞疾病、周围神经病、肌

9、源性疾病和锥体外系疾病的检测中有重要作用，但是想要利用肌电图确诊此类疾病还需要漫长的研究过程。虽然针电极使用起来很方便，但并不是所有的肌肉都适合使用针电极插入，或者有的肌肉插入方法并无标准，如何能让针电极按照标准插入所需检测的肌肉中，一直是人们研究的课题。一个典型例子就是，肛门外括约肌(EAS)肌电图检查方便而无太多不适,且易于寻找典型的运动单位动作电位(MUPs)。然而肛门外括约肌解剖很复杂，而针电极插入技术尚未标准化。如何使得针电极插入技术标准化以获得准确的肌电图，一直是研究的热点。 体体 表表 电电 极极在体表采用体表电极检测生物电位时，常采用两个电极安放在人体的表面，在电极与体表间加有

10、导电膏时，将有两个界面存在，如下图（a）所示。一个是电极与导电膏间的界面，另一个是导电膏与表皮间的界面：电极与导电膏界面存在半电池电位E，表皮的外层（角质层）可看作是对于离子的半透膜，膜两边若有离子浓度差别，则存在电位差E。表皮的阻抗以Re和Ce表示，表皮下面的真皮和皮下层则呈现纯电阻特性，因此上图（b）就反映了用一对电极检测生物电的实际电路模型。体表电极一般由银、铂、镍、不锈钢或钨制成，其电阻很小，制作也简单。体表电极的尺寸一般为毫米级。 金属盘电极 金属板电极 吸球电极 按扣电极脑电图与皮层电图脑电地形图肌电图心电图将体表引导电极放在头皮上，通过脑电图机可以记录出大脑皮层的自发电位，所记录

11、到的脑电活动的图形，称为脑电图（EEG）。在动物实验或在临床给病人做开颅手术时，为了诊断的目的，也可以把引导电极直接放在大脑皮层的表面来记录其自发电活动，所得图形称为皮层电图（ECoG）。脑电图的波形很不规则，但有些类似正弦波，可以作为以正弦波为主体的波动来进行分析。通常根据其频率和振幅不同，可以把正常的脑电图分为四种基本波形：波：频率813次/s，振幅20100V波：频率1430次/s，振幅520V波：频率47次/s，振幅约100150V波：频率13.5次/s，振幅20200V脑电地形图采集脑电波的方法与脑电图类似，都是将体表引导电极放在头皮上，通过特殊的仪器可以记录出大脑皮层的自发电位，不