CZ2022110A3 - Zařízení pro elektrickou stimulaci organismu snižující stimulační artefakt - Google Patents

Abstract

Způsob snížení stimulačního artefaktu při provádění elektrické stimulace, při které se generuje elektrickým stimulátorem, spojeným se stimulační elektrodou, stimulační impuls. Kolem elektrického stimulátoru se vytvoří uzavřená ekvipotenciální plocha kompletním elektrickým odstíněním elektrického stimulátoru od zbytku elektrického stimulátoru i od okolí, zajistí se nízká kapacitní vazba mezi vlastním elektrickým stimulátorem a zbytkem konstrukce přístroje, k uzavřené ekvipotenciální ploše elektrického stimulátoru se připojí stínění stimulační elektrody a k uzavřené ekvipotenciální ploše elektrického stimulátoru a/nebo ke stínění stimulační elektrody se připojí sběrná elektroda vytvořená pro umístění na pacienta. Zařízení pro elektrickou stimulaci snižující stimulační artefakt obsahuje elektrický stimulátor vytvořený pro spojení se stimulační elektrodou. Elektrický stimulátor je opatřen stíněním s elektricky stínícím povrchem pro odstínění elektrického stimulátoru vytvořením ekvipotenciální vodivé plochy obklopující tento elektrický stimulátor, přičemž stínění je opatřeno připojovacím konektorem pro spojení se stíněním stimulační elektrody nebo je s tímto stíněním přímo spojeno, a že stínění elektrického stimulátoru a/nebo ke stínění stimulační elektrody je vytvořeno pro připojení ke sběrné elektrodě nebo je se sběrnou elektrodou spojeno, a tím, že alespoň mezi elektrickým stimulátorem a zbylými částmi zařízení je vytvořena nízká kapacitní vazba.

Description

Zařízení pro elektrickou stimulaci organismu snižující stimulační artefakt

Oblast vynálezu

Vynález se týká zařízení pro elektrickou stimulaci při provádění neurofyziologických vyšetření, kde toto zařízení snižuje stimulační artefakt, který by jinak zkreslil výsledek prováděného vyšetření.

Dosavadní stav techniky

Stimulačním artefaktem se nazývá rušivý jev v elektrofyziologickém signálu, objevující se při neurofyziologických měřeních téměř všude, kde se používá elektrická stimulace. Je způsoben pronikáním rušivých napětí a proudů uniklých z elektrického stimulátoru, stimulační elektrody a ze stimulovaných částí pacienta do tkání, ze kterých jsou měřeny elektrofyziologické odpovědi, resp. pronikáním přímo do měřicích obvodů.

V neurofyziologii se využívají různé metody elektrofyziologického vyšetření, které používají elektrické stimulátory ke stimulaci organismu a registrační část k zjištění reakce organismu na tuto elektrickou stimulaci, přičemž se jedná převážně o následující obory: elektromyografie (EMG), elektrokortikografie (ECoG), transkraniální elektrická stimulace (TES), intraoperativní monitoring (IOM), hluboká mozková stimulace se zpětnou vazbou (close loop VNS) a další.

Nejčastější využití elektrických stimulátorů je v současné době v elektromyografii, kde přístroje pro tento typ neurofyziologického vyšetření tvoří v současnosti většinu použití elektrických stimulátorů. K vyvolání elektrofyziologické odpovědi se v naprosté většině volí proudové typy, u kterých je během celého průběhu stimulace udržována konstantní velikost stimulačního proudu nezávisle na výstupní zatěžovací impedanci. V naprosté většině se takovéto stimulátory používají pro transkutánní (přes neporušenou pokožku) stimulaci, lze je ale za omezujících podmínek použít i spolu s jehlovými elektrodami pro přímou stimulaci nervů nebo svalů.

Přístroje používané v elektromyografii, dále jen EMG přístroje, ale i přístroje používané v dalších výše uvedených metodách elektrofyziologických vyšetřeních, obsahují elektrický stimulátor provádějící elektrickou stimulaci a registrační část provádějící vyhodnocení odezvy organismu na tuto elektrickou stimulaci. Elektrický stimulátor vytvářející elektrický stimulační signál slouží např. v EMG ke stimulaci nervové tkáně, popř. přímo svalu. Registrační část potom sleduje fyziologickou reakci organismu na tento stimul a je tvořena zejména zesilovačem signálu, přičemž k tomuto zesilovači signálu jsou připojeny registrační elektrody. Elektrické stimulátory při těchto metodách generují krátké a poměrně intenzivní elektrické proudové stimulační impulsy volitelné polarity, přičemž se registruje elektrofyziologická odpověď nervu, resp. svalu, popř. vyvolání mechanického pohybu svalu, který se ale měří jiným způsobem. Šířka elektrických stimulačních impulsů se pohybuje od cca 20 μs do cca 1 ms. Opakování těchto impulsů pak dosahuje frekvence až 300 Hz, v tomto případě se ale používá jen krátká sekvence jednotlivých impulsů, přibližně do deseti impulsů. Závislost intenzity podrážení jednotlivého neuronu není lineárně závislá na intenzitě stimulace, ale má prahový charakter. K vyvolání plného podráždění je tedy potřeba, aby přibližně došlo k vyrovnání prahové polarizace jeho buněčně membrány, která činí řádově desítky milivolt. Pokud by měl stimulační impuls nižší intenzitu, k podráždění by nedošlo. Po vytvoření stimulačního signálu je v registrační části zaznamenávána reakce organismu na podráždění. Tato reakce má charakter elektrofyziologické odpovědi neuronů, které jsou se stimulovanými neurony propojeny, popř. i přímo stimulovaných neuronů, anebo též odpovědi příslušného svalu, který je vzruchem vedoucími neurony inervován.

Elektrické proudové stimulátory používané při výše uvedených diagnostických metodách elektrofyziologických vyšetření, zejména pak v elektromyografii, obsahují zejména:

- 1 CZ 2022 - 110 A3

- vysokonapěťové zesilovače s proudovým výstupem zajišťující konstantní velikost stimulačního proudu nezávisle na zatěžovací impedanci,

- zásobník energie, nejčastěji kapacitory, poskytující dostatek energie i výkonu pro krátkou intenzivní stimulaci, takže není zapotřebí výkonný zdroj, který by zbytečně zvětšoval a prodražoval konstrukci stimulátoru, přičemž omezený výkon dobíjecího zdroje též přispívá ke zvýšení bezpečnosti přístroje,

- zesilovač s proudovým výstupem s maximální amplitudou výstupního proudu od cca ±15 mA. až pro cca ±1 A, typicky 100 mA, přičemž velikost napětí se pohybuje v rozmezí od cca 30 V do cca 1000 V, v závislosti na velikosti zatěžovací impedance, typicky se pohybuje na hodnotě kolem 400 V;

- obvod pro detekci napěťové limitace proudového výstupu při vysoké impedanci zátěže, kdy již další zvýšení napětí nestačí na dodání nastavené velikosti stimulačního proudu.

Tyto elektrické stimulátory jsou napojeny na řídicí obvody ovládající jednak spuštění elektrické stimulace a jednak ovládající registrační část pro sledování elektrofyziologické odpovědi na elektrickou stimulaci.

Výstup elektrického stimulátoru je připojen ke stimulační elektrodě. Stimulační elektrodou je pro účely tohoto vynálezu nazývána dvojice stimulačních pólů, anody a katody, které se připojují k pacientovi. Tato dvojice stimulačních pólů je nejčastěji pevně propojena, díky čemuž je zajištěna definovaná vzdálenost mezi anodou a katodou. Je známo, že rozteč anody a katody u stimulační elektrody je zjednodušeně kompromisem mezi přesností a hloubkou stimulace. Při velké rozteči anody a katody je možné, že stimulace bude provedena i ve vzdálených strukturách od katody, naopak, při malé rozteči anody a katody by nemuselo dojít ke stimulaci nervové tkáně v potřebné hloubce, protože by elektrický proud vyvolaný stimulační elektrodou nedosáhl spolehlivě potřebné intenzity. Rozteč katody a anody stimulační elektrody se v humánní medicíně zpravidla pohybuje od 20 mm do 40 mm, u dětí i jen 10 mm, např. v elektromyografii se nejčastěji používají elektrody s roztečí středů katody a anody 23 mm.

Registrační elektrody jsou spojeny s registrační částí, takže jsou v podstatě její součástí, a slouží ke snímání odpovědi na elektrický impuls na požadovaném místě těla pacienta. Registrační elektrody se umisťují na pacienta v potřebné vzdálenosti od stimulační elektrody. Například v elektromyografii se výše popsaná elektrická stimulace používá nejčastěji tak, že se stimulační elektroda se umisťuje například na prstu ruky, přičemž registrační elektrody se umístí například na zápěstí, v lokti, rameni, páteři anebo na skalpu hlavy, dále se může stimulační elektroda umístit například na kotníku nohy, přičemž registrační elektrody se umístí například pod kolenem, na páteři anebo na skalpu hlavy.

Jak již bylo uvedeno, při elektrické stimulaci vznikají tzv. stimulační artefakty, které ztěžují a negativně ovlivňují vyhodnocování změřené elektrofyziologické odpovědi např. tím, že ztěžují např. odhad počátku odpovědi. Pro kvalitu vyhodnocení elektrofyziologické odpovědi na elektrický stimul není tolik rozhodující amplituda počátečního stimulačního artefaktu, ale zejména amplituda a doba trvání tzv. decay artefaktu, který po něm následuje a časově zasahuje až do samotné odpovědi, která je měřena.

Jsou známy různé metody odstraňující stimulační artefakty způsobené repetitivní elektrickou stimulací z nativního elektrofyziologického signálu, které jsou založeny na nalezení pravidelně se opakujícího vzorce artefaktu, z principu jejich funkce ale odstraní i vlastní evokovanou odpověď a používají se pro aplikace, které jsou určeny pro vyhodnocování nativní aktivity bez analýzy vlastní evokované odpovědi. Dále jsou známé například metody založené na bázi modelování artefaktu při podprahové stimulaci využívající silnou nelinearitu elektrofyziologické odpovědi na intenzitě

- 2 CZ 2022 - 110 A3 stimulu. Analyzují proto zejména signál při jedné nebo několika podprahových stimulací různé intenzity, kdy není přítomna vlastní elektrofyziologická odpověď anebo je zde přítomna jen ve velmi malé amplitudě. Následně se pak vytvoří model stimulačního artefaktu, který je následně odečten z evokované odpovědi. Dále jsou známy metody využívající modelování nepřímého stimulačního artefaktu na základě jeho přibližně známých parametrů a řada dalších. Žádná ze známých softwarových metod však neřeší spolehlivé a dostatečné odstranění stimulačních artefaktů.

Podstata vynálezu

Výše uvedené komplikace způsobené působením stimulačních artefaktů jsou odstraněny nebo alespoň podstatně omezeny zařízením pro elektrickou stimulaci se sníženým stimulačním artefaktem podle tohoto vynálezu. Elektrickou stimulací se pro účely tohoto vynálezu rozumí vytvoření elektrického impulsu elektrickým stimulátorem tohoto zařízení pro elektrickou stimulaci, jeho aplikaci na tělo organismu, resp. na pacienta, a následné měření reakce na tento stimulační impuls na patřičném místě těla organismu, resp. pacientovi, umístěnými registračními elektrodami, napojenými na registrační část zařízení pro elektrickou stimulaci.

V souvislosti se zařízením pro elektrickou stimulaci se sníženým stimulačním artefaktem je předložena metoda snižující stimulační artefakt při provádění elektrické stimulace tímto zařízením, která ale není předmětem tohoto vynálezu. V zařízení pro elektrickou stimulaci je elektrickým stimulátorem, spojeným se stimulační elektrodou, generován stimulační impuls, který je následně měřen v registrační části zařízení pro provádění elektrické stimulace spojené s registrační elektrodou:

a) je elektrický stimulátor opatřen elektrickým stíněním pro vytvoření uzavřené ekvipotenciální plocha kolem elektrického stimulátoru,

b) mezi elektrickým stimulátorem a zbylými částmi zařízení pro provádění elektrické stimulace je vytvořena nízká kapacitní vazba,

c) k uzavřené ekvipotenciální ploše elektrického stimulátoru je připojena stíněná stimulační elektroda, přičemž její stínění je elektricky spojeno s elektrickým stíněním elektrického stimulátoru;

d) uzavřená ekvipotenciální plocha elektrického stimulátoru a/nebo stínění stimulační elektrody je elektricky připojeno ke sběrné elektrodě vytvořené pro umístění na pacienta, přičemž sběrná elektroda se na pacientovi umístí mezi stimulační elektrodou a registrační elektrodou, a to ve vzdálenosti nejvýše odpovídající ½ vzdálenosti mezi registrační elektrodou a stimulační elektrodou.

Nízkou kapacitní vazbou se pro účely tohoto vynálezu nazývá vazba v řádu jednotek pF. Nízká kapacitní vazba mezi elektrickým stimulátorem a zbylými částmi zařízení pro elektrickou stimulaci je důležitá pro vytvoření izolovaného poloostrova, který bude popsán dále. Zbylými částmi zařízení pro provádění elektrické stimulace se rozumí zejména registrační část s registrační elektrodou, zvláště výhodně pak i řídicí část, napájecí část, komunikační část a případné další části tohoto zařízení.

Nízká kapacitní vazba se dosáhne zejména využitím bateriového napájení elektrického stimulátoru nebo použitím napájecího zdroje elektrického stimulátoru s nízkou vazební kapacitou vůči okolí.

Je zvláště výhodné, pokud se při provádění stimulace zamezí vytvoření proudové smyčky v pacientovi obcházející místo připojení sběrné elektrody. Pokud by došlo k vytvoření takové proudové smyčky, například dotykem konce stimulované končetiny s tělem pacienta za místem

- 3 CZ 2022 - 110 A3 připojení sběrné elektrody na pacientovi, vzniklé vyrovnávací proudy by mohly ovlivnit výsledný signál snímaný registrační elektrodou spojenou s registrační částí. Podobně je zvláště vhodné zamezit vytvoření proudové smyčky při implantování celého stimulátoru do pacienta.

Kolem elektrického stimulátoru je vytvořena uzavřená ekvipotenciální plocha díky elektrickému stínění tohoto elektrického stimulátoru. Elektrickým stíněním elektrického stimulátoru se pak rozumí zajištění elektrického odstínění elektrického stimulátoru vůči zbytku zařízení pro elektrickou stimulaci, zejména vůči jeho registrační části s registračními elektrodami. Toto elektrické stínění elektrického stimulátoru může být provedeno mnoha způsoby, např. uzavřením elektrického stimulátoru do krytu z elektricky vodivého materiálu (např. hliník, plech atd.), uzavřením elektrického stimulátoru do krytu z elektricky nevodivého materiálu opatřeného z vnější a/nebo vnitřní strany elektricky vodivým materiálem, například celkovým polepem z elektricky vodivé fólie nebo nástřikem elektricky vodivého laku apod. Odpor tohoto elektricky vodivého materiálu by měl být nejvýše cca 100 Ohm na čtverec, výhodněji 10 Ohm na čtverec a nejvýhodněji 1 Ohm na čtverec. Pro zajištění uzavřené ekvipotenciální plochy jsou veškeré přívody elektrického stimulátoru, např. ke stimulační elektrodě, provedeny izolovaně od elektricky vodivého povrchu, pokud spojení s ním není vyžadováno, jako např. u sběrné elektrody nebo u stínění stimulační elektrody. Vzhledem k požadavku na vytvoření nízké kapacitní vazby elektrického stimulátoru vůči zbytku zařízení pro elektrickou stimulaci je napájení elektrického stimulátoru provedeno zvláště výhodně bateriovým napájením nebo napájecím zdrojem s velmi nízkou vazební elektrickou kapacitou mezi elektrickým stimulátorem a napájecím obvodem, přičemž vazební kapacita je nejvýše jednotky pF. Podle zvláště výhodného uskutečnění zařízení pro provádění elektrické stimulace podle vynálezu tento požadavek na nízkou vazební kapacitu platí i pro spojení elektrického stimulátoru s řídicím prvkem a veškeré případné komunikační prvky. Pro spojení stimulační elektrody postačuje použití stíněného vodiče s běžnou kvalitou stínění, provedeného případně pomocí stínicího nástřiku nebo elektrovodivou fólií, s výše uvedeným elektrickým odporem. Jako sběrná elektroda je výhodně použita běžná elektroda s jedním pólem, typově shodná se zemnicí elektrodou. Výhodnější je použití sběrné elektrody s větší aktivní plochou, a to z důvodu dosažení nižší přechodové impedance a tím i vyššího potlačení stimulačního artefaktu.

Podle tohoto vynálezu je tedy navrženo zařízení pro elektrickou stimulaci snižující stimulační artefakt, obsahující zejména elektrický stimulátor a registrační část, kde tento elektrický stimulátor je opatřen elektricky stíněnou stimulační elektrodou pro provádění elektrické stimulace, přičemž tento elektrický stimulátor je dále opatřen elektrickým stíněním pro jeho kompletní elektrické odstínění a má spojené, elektrické stínění stimulační elektrody s elektrickým stíněním elektrického stimulátoru, resp. je vytvořen pro jejich spojení, přičemž elektrický stimulátor je dále opatřen sběrnou elektrodou, kde tato sběrná elektroda je připojena, resp. vytvořena pro připojení, k elektrickému stínění elektrického stimulátoru a/nebo elektrického stínění stimulační elektrody pro minimalizování elektrické kapacity mezi elektrickým stimulátorem a pacientem.

Podle zvláště výhodného uskutečnění zařízení podle vynálezu má alespoň elektrický stimulátor, případně i registrační část co nejmenší rozměry, protože se tím snižuje jejich vzájemná elektrická kapacita i kapacita elektrického stimulátoru vůči místnosti, ve které je přístroj umístěn. Platí totiž, že pro objekty podobné tvaru kvádru s nevelkým poměrem stran je jejich elektrická kapacita v pF vůči místnosti přibližně polovinou velikosti největšího rozměru tohoto objektu v cm.

Vynálezeckou myšlenkou vedoucí k současnému vynálezu je úvaha, že pokud se odstraní vliv relativně vysoké paralelně připojené elektrické kapacity kabelu stimulační elektrody a dosáhne se nízké elektrické kapacity elektrického stimulátoru vůči pacientovi tím, že se kolem elektrického stimulátoru, stimulační elektrody a stimulované části těla pacienta vytvoří v podstatě izolovaný poloostrov, vzniklý spojením elektrického stínění elektrického stimulátoru přes sběrnou elektrodu se stimulovanou částí pacienta, je možné zamezit pronikání stimulačního artefaktu do místa registrace, jak bude popsáno dále. Vytvořením tohoto „izolovaného poloostrova“ je totiž snížena kapacitní vazba mezi stimulační elektrodou elektrického stimulátoru a nestimulovanými

- 4 CZ 2022 - 110 A3 biologickými tkáněmi, na kterých jsou upevněny registrační elektrody, přes které jsou ale prováděna potřebná měření. Tento izolovaný poloostrov je možno vytvořit, např. na stimulovaném prstu nebo celé končetině. Znaky zařízení pro elektrickou simulaci podle vynálezu tak zajistí, že se svede většina elektrického náboje, který vznikl při elektrické stimulaci, zpět do sběrné elektrody, čímž je zabráněno dalšímu šíření většiny elektrického náboje do místa registrace. Určitý zbytek náboje se sice šíří dále, má ale podstatně nižší velikost a významně již neovlivňuje měřenou odpověď. Na tento vynález je možno nahlížet i tak, že se díky němu vytvoří T článek rozdělující vazební kapacitu na dvě oddělené kapacity a uzemňující její dělicí linii, čímž se přenos pomocí vazební kapacity přeruší.

Pro zajištění spolehlivého odstranění nežádoucích artefaktů by mělo být při provádění vlastní stimulace zabráněno kontaktu konce končetiny s tělem pacienta, protože by končetinou začal téct vyrovnávací proud, což by negativně ovlivnilo správnou funkci navrhovaného řešení.

Objasnění výkresů

Vynález bude snadněji a jasněji pochopen z následujících příkladů uskutečnění a z připojených výkresů, kde na:

obr. 1 je vyobrazeno porovnání stimulačního artefaktu u zařízení podle stavu techniky se stimulačním artefaktem u zařízení podle předmětu vynálezu, obr. 2a je znázorněn zjednodušený model zapojení zařízení dle stavu techniky, obr. 2b schematický nákres zobrazující šíření přímého stimulačního artefaktu vyvolaného elektrickým stimulátorem, obr. 3 a je vyobrazeno schematicky znázorněno připojení zařízení podle vynálezu k pacientovi, obr. 3b je znázorněn zjednodušený model zapojení zařízení dle stavu techniky, obr. 4a je schematicky vyobrazeno připojení elektrického stimulátoru zařízení podle vynálezu k prstu pacienta, obr. 4b vyobrazeno schematicky znázorněno připojení elektrického stimulátoru zařízení podle vynálezu ke končetině pacienta, obr. 5 a vyobrazena závislost tvaru stimulačního artefaktu na vzdálenosti od místa stimulace u zařízení podle stavu techniky, obr. 5b vyobrazena závislost tvaru stimulačního artefaktu na vzdálenosti od místa stimulace u zařízení podle vynálezu, obr. 6 je vyobrazen výsledek vyšetření somatosenzorických evokovaných potenciálů na zařízení podle vynálezu, obr. 7a jsou vyobrazeno porovnání výsledků vyšetření senzorického nervu na zařízení dle vynálezu se výsledky vyšetření na zařízení podle stavu techniky, obr. 7b odpovídá vyobrazení z obr. 7a při snížené citlivosti, obr. 8a a 8b představují závislost velikosti stimulačního artefaktu pro několik vzdáleností místa připojení sběrné elektrody od místa stimulace,

- 5 CZ 2022 - 110 A3 obr. 9 je vyobrazeno zařízení podle vynálezu připojené k horní končetině pacienta včetně registrační části.

Příklady uskutečnění vynálezu

Pro lepší pochopení zařízení pro elektrickou stimulaci podle tohoto vynálezu a budou nyní popsány příklady jejího možného uskutečnění. Současný vynález bude sice dále popsán pomocí konkrétních uskutečnění a s odkazem na určité výkresy, vynález ale není na popsaná uskutečnění omezen a je omezen pouze nároky. Připojené výkresy jsou pouze schematické a nejsou v žádném případě zamýšleny jako omezující vynález na vyobrazená provedení. Na výkresech může být z ilustrativních důvodů velikost některých prvků zveličena a tyto nemusí být nakresleny v měřítku. Rozměry a jejich vzájemné poměry nemusí odpovídat skutečným rozměrům. Navíc, i když některá zde popsaná uskutečnění vynálezu obsahují jen některé prvky, ale další prvky nikoliv, zatímco tyto jsou zahrnuty do jiných uskutečnění, jsou možné kombinace prvků z různých uskutečnění tak, že spadají do rozsahu vynálezu a tvoří jiná uskutečnění, než jsou zde popsaná, což bude plně pochopitelné pro osoby znalé oboru. Například, uskutečnění popsaná v příkladech uskutečnění mohou být použita v jakékoliv vhodné kombinaci. Obdobné části zařízení pro elektrickou stimulaci jsou na jednotlivých výkresech označeny stejnými vztahovými značkami. Dále je vhodné poznamenat, že znaky zařízení u provedení vynálezu na jednotlivých obrázcích lze jakkoliv kombinovat, pokud je to možné.

Na obr. 1 je znázorněno porovnání křivek signálů naměřených registračními elektrodami při stimulaci provedené zařízením podle stavu techniky a zařízením podle předmětu vynálezu proudem 6,5 mA. a trvání 200 ps, který byl dostatečně velký pro zajištění výbavnosti odpovědi. Jak je z obr. 1 patrné, v počáteční fázi cca do cca 0,2 ms je křivka ovlivněna vlastním stimulačním impulsem, po kterém následuje u stimulátoru podle stavu techniky decay artefakt, následovaný v čase cca 1,5 ms odpovědí organismu na stimulační impuls, který začíná v bodě, označeném indexem (markerem) I. Indexy (markery) A+, A- je potom označena amplituda odpovědi.

Následně bude popsán způsob a zařízení podle tohoto vynálezu, na kterém je způsob aplikován. Na obr. 1 je jsou znázorněny neurogramy senzitivního nervu snímané registračními elektrodami u zařízení dle stavu techniky a u zařízení, na kterém byl aplikován způsob snížení artefaktu podle vynálezu. Jak je z obr. 1 patrné, v počáteční fázi cca do cca 0,2 ms je křivka ovlivněna vlastním stimulačním impulsem, po kterém následuje u stimulátoru podle stavu techniky decay artefakt, následovaný v čase cca 1,5 ms odpovědí nervu na provedenou stimulaci, kde tato odpověď začíná v bodě označeném indexem (markerem) I. Indexy (markery) A+, A- je potom označen amplitudový rozsah odpovědi. Jak je z horního grafu patrné, u zařízení dle stavu techniky je obtížné zjistit, kde začíná vlastní odpověď, protože do bodu I, který označuje začátek odpovědi, křivka v důsledku artefaktu stoupá a bod I se na ní obtížně identifikuje. U spodní křivky naopak artefakt není a bod I označující začátek odpovědi se snadno nalezne. Z obr. 1 je zřejmé, že se stimulační artefakt sestává ze dvou částí, počátečního stimulačního artefaktu, označeného jako „stimulace“, a následného decay artefaktu, označeného jako decay. Počáteční stimulační artefakt není pro měření odpovědi tak závažný, jako decay artefakt, protože je jasně časově ohraničen a trvá velmi krátce, v podstatě jen po dobu stimulace, zatímco decay artefakt doznívá velmi dlouho, řádově až desítky ms, a jak je z obr. 1 zřejmé, je z něj obtížně rozeznatelné, kdy začíná odpověď nervu, v porovnání s dobře definovaným počátkem odpovědi u zařízení dle stavu techniky bez decay artefaktu). Pro kvalitu vyhodnocení elektrofyziologické odpovědi na elektrický stimul tedy není tolik rozhodující amplituda počátečního stimulačního artefaktu (označená na obr. 1 jako STIMULACE), ale zejména amplituda a doba trvání tzv. decay artefaktu (na obr. 1 označeného jako DECAY), který po něm následuje a časově zasahuje až do samotné odpovědi (označené jako ODPOVĚĎ), která je měřena.

Na obr. 2a je znázorněn zjednodušený model zapojení zařízení pro elektrickou stimulaci dle stavu techniky připojeného k pacientovi. Toto zařízení obsahuje elektrický stimulátor 1, řídicí jednotku

- 6 CZ 2022 - 110 A3

2, stimulační elektrodu s anodou 3 a katodou 4, registrační částí 7 s registračními elektrodami 8 a zemnicí elektrodou 9. Na obr. 2a jsou dále znázorněny následující veličiny:

Zc je přechodová impedance mezi katodou stimulační elektrody a pacientem,

Za je přechodová impedance mezi anodou stimulační elektrody a pacientem,

Cs-w je kapacita mezi stíněním přípojného kabelu stimulační elektrody a jedním vodičem k připojení anody, resp. katody,

Cw-wje kapacita mezi vodiči anody a katody přípojného kabelu stimulační elektrody,

Cs-Pje kapacita mezi elektrickým stimulátorem a pacientem,

Cs-u je kapacita mezi elektrickým stimulátorem a řídicí jednotkou,

Cb-u je kapacita mezi registrační částí a řídicí jednotkou,

Cs-b je kapacita mezi elektrickým stimulátorem a registrační částí.

Odborníkovi je zřejmé, že u výše uvedených kapacit jde vlastně o parazitní kapacity.

Istim je proud protékající pacientem, který generuje elektrický stimulátor,

UARTEFje napětí na stínění přípojného kabelu stimulační elektrody vůči pacientovi.

Obr. 2b schematický nákres zobrazující šíření přímého stimulačního artefaktu vyvolaného elektrickým stimulátorem na těle pacienta, ze kterého je patrné i jak zasahuje do oblasti registračních elektrod.

Způsob snížení stimulačního artefaktu při provádění elektrické stimulace, při které se elektrickým stimulátorem, spojeným se stimulační elektrodou, generuje stimulační impuls, byl proveden následovně. Kolem elektrického stimulátoru se vytvořila uzavřená ekvipotenciální plocha kompletním elektrickým odstíněním elektrického stimulátoru od zbytku přístroje i od okolí aplikací elektricky vodivé fólie na kryt elektrického stimulátoru zevnitř, přičemž tato fólie měla elektrický odpor 100 Ohm na čtverec. Zajistila se nízká kapacitní vazba mezi vlastním elektrickým stimulátorem a zbytkem konstrukce přístroje, a to včetně místnosti díky bateriovému napájení elektrického stimulátoru a optického spojení výstupu řídicí jednotky se vstupem elektrického stimulátoru. K uzavřené ekvipotenciální ploše elektrického stimulátoru, vytvořené uvedeným stíněním se připojilo stínění stimulační elektrody a k tomuto stínění se připojila sběrná elektroda. Tato sběrná elektroda se umístila na pacienta ve vzdálenosti 15 cm od stimulační elektrody, přičemž registrační elektroda se umístila ve vzdálenosti 40 cm od stimulační elektrody.

Zařízení podle vynálezu je potom schematicky vyobrazeno na obr. 3 a, na kterém je elektrický stimulátor 1 kapacitně oddělen od řídicí jednotky 2 a od registrační části 7, označené zde jako box zesilovačů. Elektrický stimulátor 1 je opatřen stíněním 3 a je spojen se stimulační elektrodou s anodou 4 a katodou 5. Dále je opatřen sběrnou elektrodou 6. Jako elektrický stimulátor 1 byl použit jednokanálový elektrický proudový stimulátor elektromyografu TruTrace výrobce Deymed umístěný v plastovém krytu. Registrační část 7 byla tvořena jedním kanálem standardního čtyřkanálového boxu EMG zesilovačů téhož elektromyografu. Nízká kapacitní vazba byla zajištěna tím, že napájení elektrického stimulátoru 1 i boxu EMG zesilovačů registrační části 7 bylo provedeno přes izolační transformátorky s velmi nízkou kapacitní vazbou mezi vinutími, v řádech jednotek pikofarad. Elektrické stínění 3 elektrického stimulátoru 1 bylo provedeno vnitřním elektrovodivým nástřikem plastového krytu elektrického stimulátoru 1, kde tento nástřik má elektrický odpor v řádech jednotek Ohm na čtverec. Toto elektrické stínění 3 bylo externě vyvedeno

- 7 CZ 2022 - 110 A3 a vytvořeno pro umožnění připojení sběrné elektrody 6. Pro elektrickou stimulaci byla zvolena stíněná bipolární stimulační elektroda s anodou 4 a katodou 5 s délkou připojovacího kabelu 2 m a roztečí středů anody 4 a katody 5, které byly ve formě vlhčených plstí s průměrem 23 mm. Stínění této stimulační elektrody bylo elektricky propojeno s elektrickým stíněním 3 elektrického stimulátoru 1 a pomocí sběrné elektrody 6 připojeno k pacientovi v bezprostřední blízkosti místa stimulace, přičemž sběrná elektroda 6 byla umístěna mezi katodou 5 a anodou 4. Pro sběrnou elektrodu 6 byla použita standardní pásková zemnicí elektroda s délkou přípojného kabelu 2 m a šířkou pásku cca 1,5 cm. K registraci byl zvolen stíněný pár nalepovacích předgelovaných registračních elektrod široce používaný pro registraci elektrofyziologických odpovědí připojený pomocí stíněného kabelu o délce 2 m k jednomu kanálu v registrační části 7 zařízení. Všechen spotřební materiál představuje asi nejčastěji používaný standard používané běžně ve většině dobře vybavených klinických evropských pracovištích. Rozměry elektrického stimulátoru 1 i boxu zesilovačů tvořícího registrační část 7 činí cca 14 cm x 9 cm x 4 cm.

Proud tekoucí vlastní sběrnou elektrodou 6, který svádí zbytkový náboj ze stimulační elektrody, by teoreticky mohl ovlivnit parametry stimulace nebo vyvolat stimulaci na nechtěném místě kde je připojena sběrná elektroda 6, proto je provedena kalkulace jeho velikosti. Protože proud tekoucí sběrnou elektrodou 6 má pulzní charakter a teče pouze na začátku a konci stimulačního impulsu, je pro stanovení elektrofyziologické-ho efektu uvažován elektrický náboj tekoucí skrz tuto sběrnou elektrodu 6, protože ten je zodpovědný za výsledný elektrofyziologický efekt.

Pro vlastní stimulaci je uvažován nejvyšší možný stimulační proud 100 mA. a typicky používaná šířka stimulace je 200 ps, náboj vyvolávající stimulaci je potom 20 pC. Proud tekoucí sběrnou elektrodou by neměl mít možnost ani při takto silné stimulaci významně ovlivnit časové ani prostorové parametry stimulace, což lze ověřit i následným výpočtem.

Stíněné přívodní kabely používané k připojení stimulační elektrody měly elektrickou kapacitu jednotlivého vodiče vůči stínění cca 100 pF/m, kapacita spojených vodičů vůči stínění pak činila cca 200 pF/m, což vede při délce kabelu 2 m k výsledné elektrické kapacitě 400 pF. Takto vytvořený kondenzátor se za toho stavu nabije na napětí poloviny saturačního napětí. Protože saturační napětí dosahuje až 400 V, znamená to, že pro zamezení vzniku artefaktu, který by ovlivnil registraci, je třeba odčerpat náboj až 400 pF x 200 V = 80 nC. Odčerpání náboje bylo provedeno sběrnou elektrodou 6, která tento náboj svedla zpět do elektrického stínění 3 elektrického stimulátoru 1, takže nemohl ovlivnit místo registrace.

Náboj 80 nC pak odpovídá stimulačnímu proudu 0,4 mA. tekoucí po dobu 200 ps, což je 0,4 % stimulační intenzity. To znamená, že poměr náboje vyvolávající stimulaci, který je v tomto případě 20 pC a náboje 80 nC, svedeného sběrnou elektrodou, činí cca 1:250. Tato hodnota je kalkulována při uvažování nejhorších provozních podmínek, to znamená připojení anody 4 s nulovou velikostí přechodové impedance a připojení katody 5 s velikostí impedance těsně pod napěťovou saturací proudového výstupu elektrického stimulátoru 1, anebo přesně opačně, tj. ideálně připojená katoda 5 a velmi špatně připojená anoda 4. Takto nepříznivá kombinace podmínek v praxi nenastává, a to zejména proto, že je prakticky nedosažitelné dokonalé připojení anody nebo katody k pacientovi.

Přesuny nábojů odvádějící proud zpět do elektrického stínění 3 elektrického stimulátoru 1 tečou sběrnou elektrodou 6 dvakrát těsně po sobě, první na počátku impulsu, druhý na jeho konci, vždy vzájemně s opačnou polaritou, viz např. dolní dva grafy na obr. 5a. Jejich výsledný fyziologický efekt ale není nutno násobit dvěma, odpovídá přibližně jednotlivému pulsu jen jedné polarity. Tento fakt je ověřen experimentálně pomocí shodného fyziologického účinku elektrického bifazického impulsu s dvounásobnou dobou trvání oproti účinkům impulsu stejné intenzity a jedné polarity.

Na obr. 4a i 4b je čárkovaně označen obrys izolovaného poloostrova, který je vytvořen v podstatě od místa na těle pacienta, kde je připojena sběrná elektroda 6, k elektrickému stimulátoru, a který je zřetelně oddělen od místa připojení registračních elektrod. Na těle pacienta vznikl v tomto případě izolovaný poloostrov sahající v podstatě od místa připojení sběrné elektrody 6 ke

- 8 CZ 2022 - 110 A3 konečkům prstů dané končetiny. Efekt izolovaného poloostrova, vytvořeného při aplikaci způsobu podle tohoto vynálezu, resp. zařízení podle tohoto vynálezu, se uplatní zejména v případech, kdy je místo připojení registračních elektrod vzdáleno od místa připojení stimulační elektrody více než cca šestinásobek rozteče anody a katody stimulační elektrody. Přibližně do této vzdálenosti totiž převažuje přímý galvanický přenos stimulačního impulsu přes stimulovanou biologickou tkáň a efekt sběrné elektrody dle vynálezu ke snížení stimulačního artefaktu výrazně nepřispívá, jak je zřejmé rovněž z obr. 5a, na kterém je vyobrazen tvar stimulačního artefaktu u zařízení podle stavu techniky, který je měřen registračními elektrodami umístěným ve vzdálenosti 5 cm, 10 cm a 20 cm od místa stimulace. Je zřejmé, že do vzdálenosti cca 20 cm silně převažuje vliv přímého galvanického šíření stimulačního impulsu. Na obr. 5b je vyobrazena závislost tvaru stimulačního artefaktu u zařízení podle vynálezu na vzdálenosti místa připojení registračních elektrod od místa připojení stimulační elektrody. Z něj je zřejmé, že způsob odstranění artefaktu a zařízení podle vynálezu jsou zejména využitelné, pokud jsou registrační elektrody dostatečně vzdáleny od místa připojení stimulační elektrody, takže se odstraňuje již jen nepřímo šířený stimulační artefakt. Je důležité poznamenat, že spolehlivá vzdálenost připojení registrační elektrody 20 cm je platná pouze pro tento konkrétní případ, který slouží pouze pro informaci o využití způsobu a zařízení podle vynálezu. Uvedená spolehlivá vzdálenost místa připojení registračních elektrod od místa připojení stimulační elektrody je totiž závislá na více faktorech, zejména na velikosti stimulovaného objektu a vzdálenosti mezi anodou a katodou stimulační elektrody. Spolehlivou vzdálenost je tedy vhodné určit pro každou vyšetřovací metodu, při které je využívána elektrická stimulace, a pro každou použitou stimulační elektrodu.

Svedením většiny elektrického proudu, resp. elektrického náboje, který vznikl při elektrické stimulaci, zpět do sběrné elektrody 6 umístěné zvláště výhodně v blízkosti místa stimulace tak způsob a zařízení podle vynálezu zabraňuje ve velké míře jeho šíření do místa registrace.

Porovnání výsledků vyšetření při využití způsobu podle vynálezu, resp. při použití zařízení podle vynálezu, s výsledky na zařízení podle stavu techniky jsou vyobrazeny na obr. 7a a 7b, oba výsledky jsou měřeny při využití ortodromní techniky stimulace. Křivky označené ORTHO I u obr. 7a i 7b ukazují výsledek měření u zařízení podle vynálezu a křivky ORTHO II ukazují u obou obrázků měření získaná u zařízení podle stavu techniky. Obr. 7b potom vyobrazuje stejnou křivku jako obr. 7a, avšak při snížené citlivosti. Symbolem „I“ je označen počátek odpovědi nervu na provedenou stimulaci, symboly A- a A+ pak označují jeho amplitudový rozsah.

Na obr. 8a a 8b představují závislost velikosti stimulačního artefaktu měřená při stimulaci provedené na výše popsaném zařízení pro několik vzdáleností místa připojení sběrné elektrody od místa stimulace, přičemž vzdálenost stimulační elektrody a registračních elektrod byla v tomto případě cca 20 cm. Z obr. 8a i 8b je zřejmé, že díky vlivu způsobu podle vynálezu, resp. zařízení podle vynálezu je decay artefakt výrazně redukován, takže není problém určit počátek odpovědi. V důsledku zvětšování vzdálenosti místa připojení sběrné elektrody od místa připojení stimulační elektrody dochází k snížení efektu odstraňování decay artefaktu stimulačního artefaktu, ale jak je zřejmé, do vzdálenosti cca ½ vzdálenosti mezi stimulační elektrodou a registračními elektrodami je odstranění tohoto decay artefaktu stimulačního artefaktu spolehlivé.

Na obr. 6 je potom vyobrazen výsledek vyšetření somatosenzorických evokovaných potenciálů snímaných ve třech standardizovaných místech při použití zařízení z obr. 3 a. Při této stimulaci byla anoda 4 a katoda 5 stimulační elektrody elektrického stimulátoru 1 umístěna na zápěstí pacienta, sběrná elektroda 6 byla umístěna za zápěstím směrem k tělu ve vzdálenosti cca 3 cm, a registrační elektrody 8 byly umístěny v Erbově bodě, v oblasti pátého krčního obratle a na skalpu hlavy ve standardizovaných místech C3+ a C4+. Jak je z grafu zřejmé, došlo u všech tří snímaných křivek k podstatné eliminaci stimulačního artefaktu.

Matematicky tak lze určit poměr snížení stimulačního efektu následovně:

Pro stanovení amplitudy stimulačního artefaktu je možno uvažovat model podle obr. 3b. Jde o

- 9 CZ 2022 - 110 A3 model vycházející z obr. 3 a doplněný o impedanci Zg sběrné elektrody 6.

Základním předpokladem, který je velmi dobře splněn, je, že velikost impedance Zg sběrné elektrody 6 bude podstatně nižší než velikost impedancí parazitních kapacit Cs-p, Cs-p, Cs-w, Cs-u, Cs-b, a to v celém rozsahu měřených kmitočtů, tedy že |Zg| << |Zs-p|, |Zg| << |Zw-w|, |Zg| << |Zs-w | atd.

přičemž:

ZGje impedance mezi sběrnou elektrodou a tělem pacienta

Zs-p je impedance kapacity Cs-p

Zw-w je impedance kapacity Cw-w

Zs-w je impedance kapacity Cs-w

Zs-u je impedance kapacity Cs-u

Zs—Bje impedance kapacity Cs-b v celém rozsahu měřených kmitočtů, tedy |Zg| << |Zs-p|, |Zg| << |Zw-w|, |Zg| << |Zs-w| atd.

Odborníkovi je zřejmé, že výše uvedené impedance jsou vlastně přechodové impedance.

Potom je možné vyjádřit amplitudu rušivého napětí způsobujícího stimulační artefakt jako: U'artef = Zg * Istim *( Za - Zc)/ Zs-w

Pokud původní hodnota napětí již byla odhadnuta Uartef = Istim *( Za - Zc )/2, pak poměr snížení rušivých napětí a tím i stimulačních artefaktů je možno vyjádřit jako poměr hodnot Uartef a U'artef, přičemž

Uartef /U artef = 1/2 x Zs—w /Zg

Výsledky měření řádově odpovídají kalkulacím provedeným podle tohoto modelu:

Elektrická kapacita jednotlivého vodiče stíněného kabelu vůči jeho stínění se pohybuje u 1,5 m dlouhého vodiče kolem 150 pF, velikost přechodové impedance připojení sběrné elektrody s velkou plochou pak kolem 2 kOhm, což je reálně dosahovaná hodnota při běžných intenzitách stimulačního proudu. Na kmitočtu 10 kHz, což je typická horní mez měřeného pásma dosahuje poměr potlačení hodnoty cca 12. Se snižujícím se kmitočtem se nadále zvyšuje, protože kapacitní složka sběrné elektrody není vůči její celkové impedanci tak vysoká jako u impedance stínění vůči spojeným středům přípojného kabelu, která má téměř čistě kapacitní charakter.

Hlavním důkazem potlačení nepřímého stimulačního artefaktu jsou obrázky 5 a a 5b, na nichž je zobrazen stimulační artefakt. Pro zlepšení odstupu signálu od šumu byly na druhém a třetím grafu zprůměrněny výsledky deseti shodných stimulací. Též z důvodu lepší názornosti byla na obou dolních grafech zvýšena citlivost z 300 pV (mikrovolt) na dílek na 100 pV (mikrovolt) na dílek.

Na horním grafu obrázků 5a a 5b je znázorněn průběh stimulačního artefaktu. Oba dva průběhy jsou téměř identické, neboť v malé vzdálenosti od místa stimulace jednoznačně převažuje přímo šířený stimulační artefakt.

Na obr. 5a v prostředním grafu označeného 10 cm je patrné, že zde již nepřímý stimulační artefakt šířený kapacitními vazbami převažuje nad přímo šířeným artefaktem galvanickou cestou.

Na obr. 5a v prostředním grafu označeného 20 cm je patrný již jen nepřímo šířený stimulační artefakt.

- 10 CZ 2022 - 110 A3

Na obr. 5b v prostředním grafu označeného 10 cm jsou patrny pouze zbytky přímo šířeného stimulačního artefaktu, kapacitními vazbami nepřímo šířený artefakt je téměř celý sveden sběrnou elektrodou zpět do stínění elektrického stimulátoru.

Na obr. 5b v prostředním grafu označeného 20 cm jsou patrny již jen velmi malé zbytky nepřímo šířeného stimulační artefaktu, které se nepodařilo svést přes sběrnou elektrodu.

Důkazem z praxe je pak porovnání vyšetření senzitivního vedení n. medianus pomocí ortodromní techniky, přičemž byly porovnány výsledky u stimulace elektrickým stimulátorem podle stávajícího stavu techniky a stimulace elektrickým stimulátorem podle vynálezu pro potlačení stimulačního artefaktu. Při ověření funkčnosti vynálezu u ortodromní techniky stimulace byla stimulační elektroda umístěna proximálně od zápěstí, zatímco registrační elektrody byly umístěny mezi články ukazováčku. Sběrná elektroda byla v obou případech umístěna mezi anodou a katodou stimulační elektrody. Registrační část byla v tomto případě opatřena zemnicí elektrodou, která byla umístěna u registračních elektrod.

Na obr. 9 je znázorněno zařízení podle vynálezu připojené k pacientovi. Toto zařízení obsahuje elektrický stimulátor 1, řídicí jednotku 2, stimulační elektrodu s anodou 4 a katodou 5, registrační částí 7 s registračními elektrodami 8 a zemnicí elektrodou 9. Elektrický stimulátor 1 je opatřen elektrickým stíněním 3, které je spojeno se sběrnou elektrodou 6. Dále je na obr. 9 čarou 11 rušivého dotyku vyobrazeno propojení mezi prstem pacienta a místem na těle pacienta, které je za sběrnou elektrodou 6, dokonce v tomto případě i za registračními elektrodami 8. Jako elektrický stimulátor 1 byl použit jednokanálový elektrický proudový stimulátor elektromyografu TruTrace výrobce Deymed umístěný v plastovém krytu. Registrační část 7 byla vytvořena jedním kanálem standardního čtyřkanálového boxu EMG zesilovačů téhož elektromyografu. Nízká kapacitní vazba byla zajištěna tím, že napájení elektrického stimulátoru 1 i boxu EMG zesilovačů registrační části 7 bylo provedeno přes izolační transformátorky s velmi nízkou kapacitní vazbou mezi vinutími, v řádech jednotek pikofarad. Elektrické stínění 3 elektrického stimulátoru 1 bylo provedeno kovovým krytem tohoto elektrického stimulátoru 1, který má elektrický odpor v řádech desítek Ohm na čtverec. Toto elektrické stínění 3 bylo externě vyvedeno a vytvořeno pro umožnění připojení sběrné elektrody 6. Pro elektrickou stimulaci byla zvolena stíněná bipolární stimulační elektroda s anodou 4 a katodou 5 s délkou připojovacího kabelu 2 m a roztečí středů anody 4 a katody 5, které byly ve formě vlhčených plstí s průměrem 23 mm. Stínění této stimulační elektrody bylo elektricky propojeno s elektrickým stíněním 3 elektrického stimulátoru 1 a pomocí sběrné elektrody 6 připojeno k pacientovi v bezprostřední blízkosti místa stimulace, přičemž sběrná elektroda 6 byla umístěna mezi katodou 5 a anodou 4. Pro sběrnou elektrodu 6 byla použita standardní pásková zemnicí elektroda s délkou přípojného kabelu 2 m a šířkou pásku cca 1,5 cm. K registraci byl zvolen stíněný pár nalepovacích předgelovaných registračních elektrod široce používaný pro registraci elektrofyziologických odpovědí připojený pomocí stíněného kabelu o délce 2 m k jednomu kanálu v registrační části 7 zařízení, kterou zde byl box zesilovačů. Všechen spotřební materiál představuje asi nejčastěji používaný standard používané běžně ve většině dobře vybavených klinických evropských pracovištích.

Jak bylo uvedeno, sběrná elektroda 6 musí být umístěna na pacientovi ve vzdálenosti odpovídající nejvýše polovině vzdálenosti mezi stimulační elektrodou a registračními elektrodami 8, výhodněji nejvýše do vzdálenosti odpovídající čtvrtině této vzdálenosti a nejvýhodněji je sběrná elektroda umístěna co nejblíže k místu stimulace, zejména do vzdálenosti odpovídající 4násobku vzdálenosti mezi anodou 4 a katodou 5 stimulační elektrody. Tím se dosáhne toho, že vzdálenost, do které se může od stimulační elektrody elektrického stimulátoru 1 šířit kapacitní vazbou rušivý impuls, je co možná nejmenší. Zvláště výhodné je umístění sběrné elektrody 6 přímo v místě stimulace, například začleněním sběrné elektrody do stimulační elektrody. Závislost vzdálenosti umístění sběrné elektrody od místa, ve kterém je aplikována stimulační elektroda, je dokumentováno na obr. 8a a 8b. Vzdálenost mezi stimulační elektrodou a registrační elektrodou byla 40 cm. Vzdálenost anody a katody použité stimulační elektrody byla 23 mm. První stopa představuje situaci, kdy byla sběrná elektroda umístěna přímo na místě stimulace, tedy ve vzdálenosti 0 cm.

- 11 CZ 2022 - 110 A3

Na druhé stopě je sběrná elektroda posunuta do vzdálenosti 10 cm od stimulační elektrody směrem k místu registrace a na třetí stopě byla sběrná elektroda posunuta do vzdálenosti 20 cm od stimulační elektrody směrem k místu registrace. Je zde patrné postupné zvětšování nepřímého stimulačního artefaktu, patrného v úvodní části záznamu, tj. v první milisekundě po stimulaci. Zvětšování nepřímého stimulačního artefaktu je způsobeno vlivem čím dál tím větší elektrické kapacity u zvětšujícího se objemu poloostrova pacientova těla vůči okolí a tím i vůči registračním elektrodám.

Odborníkovi je zřejmé, že pro řádné fungování stimulačních metod je zapotřebí řádné připojení všech elektrod, a to včetně sběrné elektrody, aby se maximálně snížila přechodová impedance mezi elektrodou a tkání. Snížení přechodové impedance se zajišťuje za pomocí běžně známých metod, zejména pomocí elektrovodivých gelů apod.

Navrhované řešení potlačení stimulačního artefaktu má největší přínos v metodách, které se vyznačují nízkou amplitudou užitečného elektrofyziologického signálu a místo registrace se nenachází v bezprostřední blízkosti místa stimulace, tj. nejčastěji v metodách somatosenzorických evokovaných potenciálů (SSEP) a u měření senzitivního neurogramu, a to zejména při použití ortodromní techniky. Tedy v metodách, které mají velký klinický význam a které bývají poměrně často zarušeny zejména nepřímým stimulačním artefaktem, který ztěžuje jejich hodnocení anebo vyžaduje použití softwarových korekcí, u kterých ale není zajištěno, že obnoví elektrofyziologický signál do své vlastní původní podoby. Uplatnění najde i metodách, kde je užitečné minimalizovat amplitudu přímého i nepřímého stimulačního artefaktu při snímání kontinuálního záznamu, například při použití elektrické stimulace v elektrokortikografii.

Vzájemná kombinace stíněného elektrického stimulátoru s připojenou sběrnou elektrodou v blízkosti místa stimulace a použití stíněného boxu zesilovačů je obzvláště výhodná, pokud je zajištěna jejich nízká vzájemná kapacitní vazba. Nesmí zde však dojít ke kontaktu konce končetiny s tělem pacienta, protože by končetinou začal téct vyrovnávací proud a zamezil by správné funkci navrhovaného řešení. Pokud je toto pravidlo známo, je v praxi snadné zajistit jeho dodržení, viz obr. 10.

Zvláště výhodně je použít navrhované řešení při převažujícím nepřímém stimulačním artefaktu, to znamená, kdy místo registrace není v bezprostřední blízkosti místa stimulace, a to z důvodu, že navrhované řešení umožňuje potlačit stimulační artefakt šířený nepřímo.

Odborníkovi je zřejmé, že uvedené příklady uskutečnění zařízení a způsob podle vynálezu, zejména co se týká popsaného provedení zařízení podle vynálezu, zejména samotného elektrického stimulátoru a elektrod a dalších částí zařízení jsou pouze ilustrativní a ukazují případně zvláště výhodná provedení tohoto vynálezu a nejsou zamýšlena jako omezující na tato konkrétní provedení. Podstata vynálezu je vymezena pouze připojenými patentovými nároky.

Navrhované řešení způsobu potlačení stimulačního artefaktu při elektrické stimulaci i zařízení k potlačení stimulačního artefaktu má největší přínos pro takové neurofyziologické metody, které se vyznačují nízkou amplitudou užitečného elektrofyziologického signálu a místo registrace není v bezprostřední blízkosti místa stimulace, tedy v metodách, kdy se stimulační artefakt šíří z místa stimulace do místa registrace převážně nepřímo. Způsob podle vynálezu je zvláště výhodně použitelný pro metody somatosenzorických evokovaných potenciálů (SSEP) a u měření senzitivního neurogramu, a to zejména při použití ortodromní techniky. Tyto postupy se využívají nejčastěji v elektromyografii a intraoperativním monitoringu, případně též při elektrokortikografii využívající elektrickou stimulaci. Vynález je zvláště výhodný pro využití v metodách, které bývají poměrně často zarušeny zejména nepřímým stimulačním artefaktem, který ztěžuje jejich vyhodnocení registrovaného signálu, anebo často vyžadují použití softwarových korekcí. U takových dodatečných korekcí ale není vždy zajištěno, že obnoví elektrofyziologický signál do své vlastní původní podoby.

Claims (5)

1. Zařízení pro elektrickou stimulaci se sníženým stimulačním artefaktem obsahuje elektrický stimulátor (1) vytvořený pro spojení se stimulační elektrodou, stimulační elektrodu obsahující anodu (4) a katodu (5), registrační elektrody (8) obsahující aktivní elektrodu a referenční elektrodu, registrační část (7) vytvořenou pro spojení s registračními elektrodami, a řídicí jednotku vytvořenou alespoň pro ovládání elektrického stimulátoru, vyznačující se tím, že elektrický stimulátor (1) je opatřen elektrickým stíněním (3) elektrického stimulátoru pro vytvoření ekvipotenciální vodivé plochy obklopující tento elektrický stimulátor (1), přičemž stínění je opatřeno připojovacím konektorem pro spojení se stíněním stimulační elektrody nebo je s tímto stíněním přímo spojeno, a že stínění (3) elektrického stimulátoru (1) a/nebo ke stínění stimulační elektrody je vytvořeno pro připojení ke sběrné elektrodě (6) nebo je se sběrnou elektrodou (6) spojeno, a tím, že alespoň mezi elektrickým stimulátorem (1) a zbylými částmi zařízení je vytvořena nízká kapacitní vazba.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že elektrický stimulátor (1) je uspořádán v krytu z elektricky vodivého materiálu a/nebo v krytu z elektricky nevodivého materiálu opatřeného celkovým polepem z elektricky vodivé fólie a/nebo v krytu z elektricky nevodivého materiálu opatřeného nástřikem elektricky vodivého laku.

3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že polep z elektricky vodivé fólie a/nebo nástřik elektricky vodivého laku a/nebo kovový kryt má odpor nejvýše 100 Ohm na čtverec nebo výhodněji nejvýše 10 Ohm na čtverec nebo nejvýhodněji 1 Ohm na čtverec.

4. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že sběrná elektroda (6) je součástí stimulační elektrody, přičemž je spojena přímo se stíněním stimulační elektrody.

5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že sběrná elektroda (6) je umístěna mezi anodou (4) a katodou (5) stimulační elektrody.