头部电阻抗断层成像电极带（帽）的制作及临床试验研究

孟 晓，尹继云，段 峰，杨润楠，施金英，李文静，万 轲

头部电阻抗断层成像电极带（帽）的制作及临床试验研究

孟 晓，尹继云，段 峰，杨润楠，施金英，李文静，万 轲

目的：研制一种能够适用于头部电阻抗断层成像监护，并能满足长期监护需要的电极带（帽）。方法：选择松紧带作为适合临床应用的电极带材料，通过电极性能实验和颅内血液分布变化成像监护实验，制作适宜人头部佩戴并能应用于电阻抗断层成像监护的松紧带式电极带（帽）。结果：在监护实验过程中（约3 h），人体佩戴电极帽无不舒适感,电极帽位置没有发生改变，松紧带式电极带（帽）能够应用于电阻抗断层成像监护。结论：松紧带式电极带（帽）基本能够适用于头部电阻抗断层成像监护。

头部电阻抗断层成像监护；电极带（帽）；松紧带式电极带（帽）

0 引言

电阻抗断层成像是一种根据生物组织的电阻抗特性来形成人体内电阻抗断层图的技术，与传统医学成像技术相比，首先它可以实现功能成像，其次不使用核素或射线，对人体无害，可以重复使用。目前，这一新型技术受到国内外临床医学与生物医学界的广泛重视，成为研究的热点之一。

电极带是电极系统的支撑部分，起到固定电极、保护导线、屏蔽干扰等作用，是电极系统中必不可少的组成部分之一，在长期监护中起到重要作用[1]。为了能满足长期监护的需要，电极带应满足如下要求：用于人体脑部出血监护；采用16个电极，电极带能使电极均匀地分布；确保电极与人体皮肤接触良好，长时间保持不松动；电极带应与电极可靠连接，使用方便、耐用、美观；电极带引出线应与系统主机快速、方便、可靠地连接；系统与人体接触的部件应为一次性使用；可以尽可能多地适应不同头围的人。

1 头部电阻抗断层成像电极带（帽）的设计与制作

1.1 电极带材料的选择

为了选择更适合临床应用的电极带，与西安纺织工程学院（西安工程大学）开展合作，由纺织工程学院提供材料，对2种弹性斜纹布（1型，2型）和松紧带在相同尺寸（长500 mm，宽28 mm）的情况下进行弹性参数比较，并且研究松紧带电极的伸缩比与拉力之间的对应关系。结果如图1、2所示。

图1 不同材料拉力大小和伸缩比的关系

通过实验可以得出如下初步结论：

（1）在相同拉力下，各种材料的伸缩比大小分别是：斜纹布1型＜斜纹布2型＜松紧带，松紧带的弹性要优于斜纹布1型和斜纹布2型。

（2）斜纹布1型、2型、松紧带的厚度分别为0.4、0.4、1 mm。三者加上电极扣之后，斜纹布1型、2型由于厚度较薄，对电极不能较好地支撑，松紧带对电极支撑效果良好。

（3）通过图2可以看出，电极带伸缩比的大小与拉力的大小成正比，伸缩比越大，拉力也越大。

图2 电极带伸缩比与拉力比较

因此，综上所述，松紧带更适合充当电极带材料。

1.2 松紧带式电极性能实验

1.2.1 实验目的

制作不同尺寸的松紧带式头电极带（帽），对比其松紧度、舒适度及拉力大小，考虑如何制作适宜人头部佩戴的松紧带式电极带（帽）。

1.2.2 实验材料、对象和方法

（1）实验材料。根据人的头围大小，分别制作周长为46、50、51、53、55、56 cm的6种松紧带式电极带。

（2）实验对象。相同头围大小（周长56 cm）共4人。

（3）实验方法。加上电极后每种电极带每人佩戴约1 h，感受其松紧度、舒适度。假设头围为56 cm，加上电极后佩戴时，电极带周长拉伸至约为58 cm。测量6种不同电极带伸展至58 cm后的拉力大小，测量工具为弹簧秤。比较松紧带式电极带的伸缩比和拉力之间的关系。

1.2.3 实验结果与讨论

通过表1可以看出：当松紧带拉力小于5.15N时，人佩戴时基本感到舒适；当电极带拉力小于3.43N时，电极带有可能会滑落。

表1 6种不同长度松紧带式头电极带（帽）比较

在设计松紧带式电极时需要考虑，人佩戴松紧带电极后松紧带的拉力大小尽量为3.43～5.15 N[2]。如图3所示，由于不同人之间头围差别较大，因此在设计制作松紧带式电极带（帽）时设计了几种不同规格的电极带满足不同头围的人。

1.3 颅内血液分布变化成像监护实验

1.3.1 实验目的

通过监护人颅内血液变化，验证松紧带式电极带（帽）是否能够应用于电阻抗成像监护[3]。

图3 头部电阻抗成像电极帽

1.3.2 实验对象及准备

实验对象：健康人10名，年龄25～45岁；测量仪器为课题组提供的头部电阻抗实验监护系统。实验前先给实验对象理发，以保证贴电极位置的皮肤上发根不超过3 mm，用酒精清洁皮肤。

1.3.3 电极放置及监护

如图4所示，实验对象（人）保持正常坐姿，两眼平视前方，将人头部沿额骨中部和枕外隆突上2 cm处一周分16个点，逆时针在每一点上贴上心电电极，然后，用头部电极帽（带）对心电电极进行连接固定。为防止电极线拉扯电极帽使得电极位置发生改变，电极线在人衣领处用夹子固定，电极帽与头部阻抗监护系统连接。实验（如图5所示）采用电流驱动电压测量的方式，驱动电流为1 250 μA，频率50 kHz，测量室温为25℃。当人静息时，成像并记录数据；按压颈动脉[4-5]，成像并记录数据。

图4 电极放置示意

图5 脑部电阻抗成像监护实验

1.3.4 实验结果及讨论

实验对象由静止状态到按压颈动脉，使得颅内血液分布发生变化。10例实验对象在头部电阻抗成像系统监护中均可较明显地探测出颅内出血的变化情况[6-8]。实验显示，按压后随着时间的推移图像动态变化量在不断变大。成像结果如图6所示。

可以看出，在按压颈动脉时，颅内血液分布发生改变，在头部电阻抗监护图像对应位置可以反映出相应变化。如图7所示，在0-1电极边界电压量也有相应变化（驱动电极分别为0-8，1-9，…，15-7电极）。在监护实验过程中（约3 h），人体佩戴电极帽无不舒适感，电极帽位置没有发生改变。

图6 按压颈动脉成像结果

图7 按压左侧颈动脉时（驱动电极分别为0-8，1-9，…，15-7电极）0-1电极边界电压变化

2 结语

头部电阻抗断层成像主要应用于长期监护，电极移动会引起伪差，影响成像结果。在电阻抗断层成像实验中，对于电极位置的稳定性要求较高[9-11]。电极带是电极系统的支撑部分[12-15]，起到固定电极、保护导线、传导信号等作用，是电极系统中必不可少的组成部分之一，在长期监护中起到重要作用[16]。本文通过材料实验选取松紧带作为制作头部电阻抗断层成像监护的电极帽材料，并通过按压人颈动脉实验验证电极帽的可靠性。在按压左、右侧颈动脉时，造成大脑内血液分布发生改变，在头部电阻抗断层成像监护可以反映出变化[17]。在监护实验过程中（约3 h），人体佩戴电极帽无不舒适感，电极帽位置没有发生改变。由此可以证明，松紧带式电极带（帽）能够应用于头部电阻抗断层成像监护。

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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

国家自然科学基金重点项目（50937005）；国家科技支撑计划项目（2012BA119B01，2011BA108 B13）；国家自然科学基金面上项目（61071033）

孟 晓（1965—），男，副院长，主任医师，主要从事电阻抗断层成像方面的研究工作，E-mail：ke-email-wang@163.com。

450052郑州，武警河南总队医院（孟 晓，尹继云，段 峰，杨润楠，施金英，李文静，万 轲）