CZ308124B6

CZ308124B6 - Registrační elektroda pro měření elektrofyziologického signálu

Info

Publication number: CZ308124B6
Application number: CZ2018-339A
Authority: CZ
Inventors: Miroslav MORAVEC
Original assignee: Deymed Diagnostic S.R.O.
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2020-01-15
Also published as: CA3104576A1; DK3820362T3; CZ2018339A3; FI3820362T3; EP3820362B1; WO2020011290A1; EP3820362A1

Abstract

Registrační elektroda (1) pro měření elektrofyziologického signálu z biologické tkáně je zvláště vhodná pro použití při magnetické stimulaci. Tato registrační elektroda je opatřena stykovou plochou (2) vytvořenou pro styk s biologickou tkání přímým stykem nebo přes elektrovodivý gel pro usnadňující snímání elektrofyziologického signálu z biologické tkáně do stykové plochy (2), kde styková plocha (2) je elektricky spojena s výstupem z registrační elektrody (1) pro vyvedení elektrofyziologického signálu k dalšímu zpracování. Styková plocha (2) registrační elektrody (1) je rozdělena do alespoň dvou oddělených stykových ploch (3), elektricky od sebe vzájemně oddělených, z nichž každá tato oddělená styková plocha (3) je k výstupu z registrační elektrody (1) připojena přes svůj vlastní rezistor (4), jehož velikost elektrického odporu je alespoň 100 Ω, zatímco výsledný odpor všech rezistorů spojujících jednotlivé oddělené stykové plochy (3) s výstupem z registrační elektrody (1), měřeno mezi biologickou tkání a výstupem z registrační elektrody (1) je alespoň 50 Ω, což odpovídá alespoň poloviční velikosti impedance biologické tkáně při magnetické stimulaci.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká registrační elektrody vhodné pro měření elektrofyziologického signálu při aplikaci magnetické stimulace, například při měření elektrické aktivity mozku snímané povrchovými elektrodami na povrchu hlavy (EEG). Zvláště výhodně je pak registrační elektroda podle tohoto vynálezu vhodná pro měření signálu u transkraniální magnetické stimulace TM5 (transcranial magnetic stimulation), neboť tato registrační elektroda je zvláště vhodná k měření elektrofyziologického signálu v místech, která se nacházejí v těsné blízkosti místa transkraniální magnetické stimulace.

Dosavadní stav techniky

V současné době existuje řada registračních elektrod používaných pro měření elektrofyziologického signálu. Registrační elektrodou se pro účely tohoto vynálezu rozumí elektroda určená pro připojení vstupních obvodů zesilovače k elektrickému potenciálu biologické tkáně.

V současné době nabývá na významu transkraniální magnetická stimulace, zkráceně TMS, což je stimulace prováděná skrz lebku nebo páteř působením indukovaného elektrického napětí, které je vyvolané rychlou časovou změnou magnetické indukce. Indukované elektrické napětí v biologické tkáni při TMS se primárně používá pro stimulaci mozku nebo míchy, protože jejich přímá elektrická stimulace je komplikovaná a velmi bolestivá. Transkraniální magnetická stimulace se provádí krátkým impulsem magnetického pole o intenzitě řádově jednotek tesla a o trvání řádově několik stovek mikrosekund, přičemž místo registrace evokovaných elektrofyziologických signálů v biologické tkáni se často nachází v bezprostřední blízkosti místa stimulace. Měření elektrofyziologických signálů během transkraniální magnetické stimulace provázejí typicky 3 základní druhy technických artefaktů související přímo s registračními elektrodami, přičemž technickým artefaktem se rozumí část záznamu elektrofyziologického signálu snímaného při takové stimulaci, která nemá fyziologický původ a tím zkresluje výsledné měření. Pro účely této přihlášky se elektrofyziologickým signálem rozumí signál zobrazující elektrickou aktivitu buněk. Evokovanou odpovědí se pro účely této přihlášky rozumí elektrofyziologická aktivita nervových buněk vyvolaná působením stimulačního signálu.

Základními druhy technických artefaktů, doprovázejících měření elektrofyziologických signálů při TMS jsou:

A) Vlastní magneticky indukovaný artefakt, který svým tvarem přesně kopíruje průběh změny magnetického pole v čase. Má vždy nulovou stejnosměrnou složku indukovaného napětí. Tento technický artefakt má natolik vysokou složku elektrického i magnetického pole, že je ho prakticky nemožné potlačit do té míry, aby neovlivnil elektrofyziologický signál. Trvá však velmi krátce. Při snímání kontinuálního záznamu je ho možné poměrně snadno vymaskovat, při měření evokovaných odpovědí, tj vyvolaných odpovědí, při vhodném zpracování signálu nenarušuje tuto odpověď, neboť se s ní časově nekryje.

B) Artefakt způsobený zahřátím registračních elektrod, který je způsoben vyvolán tepelnou ztrátou vyvolanou vířivými proudy ve velkých souvisle elektricky vodivých plochách elektrody. Tento artefakt může způsobit popálení pokožky nebo jiné biologické tkáně. V elektrofyziologickém signálu se projevuje relativně nízkou amplitudou, avšak s velmi dlouhou dobou doznívání (řádově stovky ms až sekundy). Tvar tohoto artefaktu kopíruje teplotní změny v elektrodě, resp. v jejím okolí. Tento artefakt se v současnosti řeší rozdělením plochy registrační elektrody tak, aby neobsahovala velkou souvisle elektricky dobře vodivou uzavřenou smyčku.

- 1 CZ 308124 B6

C) Relaxační artefakt, který je způsoben vyrovnáváním elektrochemických změn v biologické tkáni nebo v elektrovodivém gelu po odeznění stimulu. Tyto změny vznikly během krátkého TMS stimulu vlivem průchodu elektrického proudu, který byl vyvolán indukovaným elektrickým napětím. Jejich návrat k původním rovnovážným hodnotám trvá typicky desítky až stovky ms a zasahuje tak do evokovaných odpovědí, resp. do kontinuálního záznamu. V elektrofýziologickém signálu se projevuje exponenciálně klesajícím tvarem s počátkem v okamžiku stimulace. Časová konstanta jeho doznívání se pohybuje v řádech desítek ms. Tohoto artefaktu je velmi obtížné se zbavit, bývá velmi proměnlivý a dosahuje vysokých amplitud. V anglické literatuře bývá nazýván „decay“, většinou bez vysvětlení příčin jeho vzniku. V současné době se odstraňuje softwarově převážně využitím algoritmu analýzy nezávislé komponenty (ICA).

Registrační elektrody vhodné pro TMS dle současného stavu techniky dokáží dokonale eliminovat artefakty způsobené zahříváním působením vířivých proudů (B), neřeší ovšem žádným způsobem relaxační artefakty (C). Naopak mohou svým tvarem vytváření relaxačních artefaktů (C) napomáhat koncentrováním indukovaného napětí do podstatně menší části biologické tkáně nebo elektrovodivého gelu viz např. obr. 1.

Elektrody podle současného stavu techniky se používají převážně v kombinaci s osmičkovými stimulačními cívkami (viz obr. 2), kdy v ose těchto cívek je přibližně laminámí rozložení siločar magnetického pole. V této ose potom téměř nevzniká relaxační artefakt (C). Relaxační artefakt (C) se začíná projevovat v ostatních bodech mimo osu osmičkové stimulační cívky a zásadním problémem se stává zejména v bodech blízkých místu magnetické stimulace M.

Obr. 1 představuje ukázku řešení registračních elektrod vhodných pro TMS podle současného stavu techniky, které zabraňují tvoření artefaktů B tím, že zabrání vytváření vířivých proudů ve vlastní registrační elektrodě. V tomto případě je tvarem registrační elektrody zabráněno vytvoření dlouhé a uzavřené elektricky vodivé smyčky. Tento i další typy tvarů registrační elektrody jsou sice rozděleny na více částí, které však dohromady tvoří souvisle elektricky vodivý celek. Nevýhodou těchto známých registračních elektrod je, že napomáhají vytváření relaxačních artefaktů v důsledku usnadnění vytváření proudů pod elektrodou, přičemž v místě přerušení zmíněné uzavřené elektricky vodivé smyčky se elektrické namáhání biologické tkáně nebo elektrovodivého gelu koncentruje právě do tohoto místa a vlivem nelineárních elektrických vlastností biologické tkáně, resp. elektrovodivého gelu je efekt tvoření proudů mimo elektrodu znásoben. Šipky z plných čar ukazují indukováni elektrického napětí do kovové částí elektrody. Šipky z přerušovaných čar potom naznačují místo vytváření proudů pod danou elektrodou. Tyto proudy potom způsobují rušení snímaného signálu vzniklými výše popsanými artefakty, jejichž doznívání má tvar exponenciální křivky s dobou v řádu desítek až stovek ms.

Další variantou TMS kompatibilních registračních elektrod je použití materiálu s vysokou měrnou rezistivitou (např. grafit nebo velmi tenká vrstva kovu nanesená na elektricky nevodivý podklad). Nevýhodou těchto TMS kompatibilních elektrod je nutnost kompromisně volit hodnotu rezistivity tak, aby bylo na jedné straně dosaženo vysoké hodnoty elektrického odporu ve směru roviny elektrody a na druhé straně bylo dosaženo přijatelné velikosti výsledného virtuálního přídavného přechodového odporu. Toto je způsobeno izotropní vodivostí téměř každého běžně používaného materiálu elektrody. Kompromis je proto velmi nedokonalý, není dosaženo plného potlačení relaxačních artefaktů anebo je přídavná velikost impedance příliš vysoká. Existuje tedy potřeba registrační elektrody, která by minimalizovala rušivé signály/artefakty jak těsně po stimulaci (jednotky ms), tak v dlouhodobém horizontu (stovky ms až sekundy).

Shora uvedené nevýhody odstraňuje registrační elektroda podle tohoto vynálezu, která řeší kromě eliminace vzniku artefaktů (B) vířivými proudy rovněž potlačení relaxačních artefaktů typu (C).

-2CZ 308124 B6

Podstata vynálezu

Podle tohoto vynálezu je předložena registrační elektroda pro měření elektrofyziologického signálu, která v podstatě zamezuje průchodu proudů vlivem koncentrace elektrického napětí do malé části látky pod registrační elektrodou, tedy do elektrovodivého gelu, respektive do biologické tkáně. Registrační elektroda podle vynálezu svou přítomností eliminuje zcela nebo alespoň podstatně omezuje ovlivnění snímaného elektrofyziologického potenciálu na povrchu biologické tkáně, s kterou je registrační elektroda v přímém kontaktu nebo se kterou je v kontaktu prostřednictvím elektrovodivého gelu.

Registrační elektroda podle vynálezu může být s výhodou použita pro vyšetření v magnetické rezonanci, kde se do registračních elektrod, resp. do látky, které je s nimi v kontaktu, indukují rušivá napětí podobným způsobem. Registrační elektrodu podle současného vynálezu je dále možno použít i ke snímání elektrofyziologických potenciálů během magnetické stimulace periferních nervů nebo svalů a v dalších aplikacích. Podle vynálezecké myšlenky doprovázející podstatu této registrační elektrody nemusejí mít indukované proudy nutně charakter pouze vířivých proudů, často naopak bývají díky tvarům dosavadních typů elektrod doprovázeny dalšími proudy, které jsou přibližně laminámí a vedou od jedné části registrační elektrody ke druhé, procházejí ale látkou, s kterou je elektroda v přímém kontaktu. Jelikož je tato látka v podstatě plným nebo částečným elektrolytem, ať již naneseným (např. elektrovodivý gel) nebo biologickým, dojde vlivem průchodů těchto proudů k porušení jeho elektrochemické rovnováhy a tím k jeho „nabití“. Po ukončení stimulačního impulsu dochází k vyrovnávání těchto nábojů, nicméně toto postupné vyrovnávání vytvoří exponenciálně doznívající relaxační artefakt v měřeném elektrofyziologickém signálu.

Pro spolehlivé snímání elektrofyziologických potenciálů z biologické tkáně je zapotřebí, aby se registrační elektroda podle vynálezu připojila k biologické tkáni přes určitou styčnou plochu, určenou dle předem definovaných standardů. Velikost styčné plochy je výhodně volena jako kompromis mezi možností dosáhnout co nejnižší velikosti přechodové impedance mezi registrační elektrodou a biologickou tkání a možností dosáhnout co nej lepšího prostorového rozlišení, které je v anglické literatuře nazýváno „spatial resolution.

Podstata registrační elektrody podle vynálezu spočívá v rozdělení celkové stykové plochy registrační elektrody, kterou je tato registrační elektroda v kontaktu s látkou umístěnou pod touto registrační elektrodou, do nejméně dvou elektricky oddělených stykových ploch a vyvedení každé této oddělené stykové plochy přes samostatný rezistor na výstup registrační elektrody, přičemž velikost elektrického odporu každého z uvedených rezistorů je alespoň 100 Ω, zatímco výsledná hodnota odporu všech rezistorů spojujících jednotlivé oddělené stykové plochy s výstupem z registrační elektrody, měřeno mezi látkou, se kterou j e styková plocha registrační elektrody v kontaktu a výstupem z elektrody, je alespoň 50 Ω, což odpovídá alespoň poloviční velikosti impedance biologické tkáně při magnetické stimulaci. Impedance biologické tkáně bez stimulace pro běžné registrační elektrody se sice běžně pohybuje okolo 1 až 10 kΩ, přičemž velmi záleží na stavu biologické tkáně, její přípravě, použití či nepoužití elektrovodivého gelu a také na ploše, tvaru a konstrukci elektrody. Látkou, se kterou je styková plocha registrační elektrody v kontaktu je pro účely této přihlášky myšlena biologická tkáň, respektive elektrovodivý gel, který zajišťuje spolehlivý kontakt stykové plochy s biologickou tkání. Při magnetické stimulaci biologické tkáně však způsobí indukovaný proud lavinovité snížení impedance biologické tkáně. Podle tohoto vynálezu bylo zjištěno, že velikost impedance biologické tkáně při magnetické stimulaci je cca 100 Ω. Na základě tohoto zjištění byla u registrační elektrody podle tohoto vynálezu s alespoň dvěma elektricky oddělenými stykovými plochami zvolena hodnota odporu jednoho rezistorů alespoň cca 100 Ω. Je-li tato hodnota alespoň 100 Ω, pak odpovídá velikost elektrického odporu každého rezistorů alespoň zhruba velikosti impedance biologické tkáně mezi jednotlivými místy styku jednotlivých oddělených ploch kontaktní plochy s biologickou tkání při magnetické stimulaci. Výsledná hodnota odporu

-3CZ 308124 B6 mezi dvěma snímacími plochami navzájem pak odpovídá alespoň dvojnásobku impedance pokožky, což je v podstatě mezní hodnota, od níž se znatelně projeví efekt potlačení artefaktu typu C. Velikost odporu jednotlivých rezistorů však dále závisí na počtu oddělených stykových ploch, kdy vzhledem k v podstatě paralelnímu zapojení všech odporů vůči sobě je zapotřebí zajistit, aby výsledný odpor všech rezistorů byl alespoň 50 Ω. Podle výhodného provedení může být velikost odporu jednotlivých rezistorů v rozmezí do 10 000 Ω.

Každá oddělená styková plocha registrační elektrody podle vynálezu je samostatně vyvedena přes rezistory o takové velikosti odporů, aby výsledná hodnota jejich odporu (měřeno mezi biologickou tkání a výstupem z registrační elektrody) byla alespoň 100 Ω proto, aby vzájemná impedance mezi libovolným dvěma stykovými plochami byla co nejvyšší při zachování co nejnižší výsledné impedance na výstupu z registrační elektrody, čímž se zabrání ovlivňování měření. V závislosti na počtu oddělených stykových ploch spojených přes jednotlivé rezistory s výstupem z registrační elektrody by velikost odporu jednotlivých rezistorů, přes které jsou jednotlivé oddělené stykové plochy spojeny s výstupem z registrační elektrody, tak podle tohoto vynálezu v podstatě měla představovat kompromis, kdy by měla být natolik vysoká, že zabrání vzniku proudů pod registrační elektrodou a zároveň natolik nízká, aby nezvyšovala efektivní přechodovou impedanci pokožky - výstup z registrační elektrody. Vyšší počet elektricky oddělených snímacích ploch tak umožní snížit výslednou impedanci snímacích ploch, měřeno mezi látkou, se kterou je styková plocha v kontaktu, a výstupem z registrační elektrody, při zachování relativně vysoké impedance mezi kterýmikoliv dvěma snímacími plochami registrační elektrody.

Výhodněji je podle tohoto vynálezu registrační elektroda pro měření elektrofyziologického signálu vytvořena s rozdělením plochy registrační elektrody do 3 až 12 oddělených stykových ploch. Tyto oddělené stykové plochy jsou k výstupu registrační elektrody připojeny každá přes samostatný rezistor o příslušné hodnotě odporu, výhodně alespoň 200 Ω a ještě výhodněji alespoň 1 kΩ. Výsledná hodnota odporu mezi kterýmikoliv dvěma oddělenými stykovými plochami registrační elektrody je tedy alespoň cca 100 Ω. Výhodněji je v řádu stovek Ω, tj. např. u 200 Ω rezistorů je to 400 Ω, a zvláště výhodně pak jednotek kΩ, např. u 11<Ω odporů je tato hodnota 2 kΩ. Podle teorie spojené s podstatou tohoto vynálezu se sice jeví jako zvláště výhodné, když je registrační elektroda tvořena co nejvyšším počtem vzájemně elektricky oddělených malých ploch, viz např. obr. 3, ale tento počet je v praxi omezen technologickými možnostmi a navíc se od určitého počtu oddělených ploch zvyšuje potlačení relaxačního artefaktu jen nepatrně. Právě z tohoto důvodu obsahuje registrační elektroda podle vynálezu ve svém nej výhodnějším provedení 12 elektricky oddělených malých ploch, které jsou spojeny s výstupem z elektrody přes rezistory o celkové velikosti odporu alespoň 50 Ω, výhodněji alespoň 100 Ω, přičemž jednotlivé velikosti odporů jsou výhodně alespoň 11<Ω a nejvýhodněji až 10 kΩ. Pokud je elektricky oddělených stykových ploch registrační elektrody méně, zbytečně se zvyšuje přechodová impedance mezi elektrodou a biologickou tkání. To je zbytečné, protože na elektrodu lze bez problémů umístit více oddělených stykových ploch. Při vyšším počtu stykových ploch než 12 naopak může být problém plošky rozumně prostorově uspořádat a přivést k nim rezistory. Tím se ale větší počet oddělených stykových ploch nevylučuje, pokud to umožní technologické možnosti nebo pokud to bude z nějakého důvodu zapotřebí. Při rozdělení registrační elektrody na 12 elektricky oddělených stykových ploch bylo shledáno jako zvláště výhodné, je-li velikost jednotlivých rezistorů, kterými jsou jednotlivé oddělené plochy spojeny s výstupem z registrační elektrody, cca 2 kΩ, díky čemuž se celková výstupní impedance registrační elektrody zvýší pouze o cca 200 Ω, což je vzhledem k elektrickému odporu biologické tkáně přijatelná hodnota, která nezkreslí výsledný elektrofýziologický signál. Přitom hodnota odporu mezi kterýmikoliv dvěma jednotlivými oddělenými stykovými plochami registrační elektrody je 4 kΩ, což zajistí jejich spolehlivé elektrické oddělení z hlediska vzniku artefaktů typu C. Takto vysoká hodnota je velmi dobrým kompromisem zajištujícím minimální nárůst impedance elektrody, a přitom velmi dobře eliminuje vznik relaxačních artefaktů.

Jak již bylo uvedeno, velikost jednotlivých oddělených ploch registrační elektrody napomáhá

-4CZ 308124 B6 zamezení vzniku artefaktů způsobených tepelným zahřátím elektrody v důsledku vířivých proudů. Výhodné jsou z tohoto aspektu hodnoty velikosti oddělených ploch do cca 15 mm2. Zvláště výhodně potom registrační elektroda obsahuje jednotlivé oddělené plochy s velikostí cca 1,5 mm x 1,5 mm, tedy s plochou cca 2 mm2.

Podle svého zvláště výhodného provedení je tedy registrační elektroda podle tohoto vynálezu rozdělena na 12 samostatných elektricky oddělených stykových ploch majících rozměr cca 1,5 x 1,5 mm2, které jsou s výstupem z registrační elektrody spojeny vždy přes příslušný rezistory o velikosti cca 2 kO.

Podle tohoto vynálezu se rovněž předpokládá možnost použití anizotropně vodivého materiálu registrační elektrody, který by umožňoval malý odpor ve směru plochy registrační elektrody vůči vývodu z elektrody, ale současně by zajišťoval dostatečné oddělení jednotlivých ploch registrační elektrody vůči sobě.

Registrační elektroda podle tohoto vynálezu je zvláště výhodná pro TMS aplikace, protože minimalizuje tvoření vířivých proudů ve vlastní elektrodě, ale zejména zamezuje nebo alespoň minimalizuje tvoření dalších proudů v látce nacházející se pod touto elektrodou a které je s registrační elektrodou v přímém kontaktu, přičemž zmíněnou látkou je biologická tkáň, na které je registrační elektroda přiložena, resp. elektrovodivý gel používaný pro zajištění spolehlivého elektrického spojení registrační elektrody s biologickou tkání.

Objasnění výkresů

Vynález bude jasněji pochopitelný z příkladů uskutečnění registrační elektrody a z připojených výkresů, na kterých:

Obr. 1 - Představuje příklad registrační elektrody dle stavu techniky,

Obr. 2 - Vyznačení magnetických siločar při použití osmičkové cívky,

Obr. 3 - Představuje ideální provedení TMS kompatibilní registrační elektrody podle vynálezu,

Obr. 4 - Představuje provedení čtyř porovnávaných TMS kompatibilních registračních elektrod,

Obr. 5 - Představuje elektrodu B dle stavu techniky z obr.4 a obdobnou elektrodou, upravenou podle tohoto vynálezu,

Obr. 6 - Průběh signálu s elektrodou A z obr. 4,

Obr. 7 - Průběh signálu s elektrodou B z obr. 4,

Obr. 8 - Průběh signálu s elektrodou C z obr. 4,

Obr. 9 - Průběh signálu s elektrodou E z obr. 5,

Obr. 10 - Průběh signálu s elektrodou F z obr. 5,

Obr. 11 - Průběh signálu s elektrodou D z obr. 4 s odpory 0,1 kO,

Obr. 12 - Průběh signálu s elektrodou D z obr. 4 s odpory 1,5 kO,

Obr. 13 - lOOx zvětšený průběh signálu z obr. 12,

-5CZ 308124 B6

Obr. 14 - Průběh signálu s elektrodou D z obr. 4 s odpory 10 kO,

Obr. 15 - lOOx zvětšený průběh signálu z obr. 14.

Příklady uskutečnění vynálezu

Vynález bude ilustrován na následujících příkladech uskutečnění. Tyto příklady jsou pouze ilustrativní a slouží pro pochopení podstaty vynálezu. V žádném případě by neměly být chápany jako jediné možné příklady uskutečnění, které by omezovaly vynález na zde vyobrazené a popsané příklady uskutečnění.

V následujících příkladech uskutečnění budou pro pochopení výhod registrační elektrody podle vynálezu popsány jednak registrační elektrody ze stavu techniky a jednak různá provedení registrační elektrody podle tohoto vynálezu.

Obr. 1 slouží pro pochopení podstaty vynálezu a ukazuje příklad registrační elektrody 1 dle stavu techniky, kde je silnou čarou znázorněn průběh indukovaných proudů v materiálu elektrody, zatímco čárkovaně je zobrazen průběh indukovaných proudů v látce pod elektrodou, tedy v pokožce, případně v gelu. Obrázek zároveň znázorňuje průběh indukovaných proudů u provedení registrační elektrody 1 typu A z obr. 4 dle stavu techniky.

V tabulce 1 je uveden přehled všech registračních elektrod 1 z obr. 4 a 5, které jsou v příkladech provedení porovnávány. V tabulce 1 je rovněž uvedeno, na kterém obrázku jsou uvedeny výsledné křivky naměřené na výstupu z té které registrační elektrody E

Tabulka 1

Označení elektrody	Popis elektrody	Počet (oddělených) plošek	Použité rezistory	Velikost výsledného odporu	Průběh signálu zobrazen na
A na obr. 4	Kroužek s proříznutím	1	-	0Ω	Obr. 6
B na obr. 4	Kroužek s proříznutím a ploškami	1	-	0Ω	Obr. 7
C na obr. 4	3x větší ploška	3	10 kO	3,333 kO	Obr. 8
D na obr. 4	12x menší ploška	12	0,1 kO	0,00833 kO	Obr. 11
D na obr. 4	12x menší ploška	12	1,5 kO	0,125 kO	Obr. 12 Obr. 13
D na obr. 4	12x menší ploška	12	10 kO	0,833 kO	Obr. 14 Obr. 15
E na obr. 5	Nerozdělená elektroda	1	50 Ω	50 Ω	Obr. 9
F na obr. 5	Rozdělená elektroda	2	100 Ω	50 Ω	Obr. 10

Stimulace byla prováděna bifazickým magnetickým pulsem o amplitudě cca 2 T a dobou trvání cca 300 ps. Vektor změny magnetické indukce v čase vykazoval v místě měření nejvyšší možný vírový charakter. Tyto podmínky se jeví pro potlačení relaxačního artefaktu jako nejnáročnější v rámci běžně používaných parametrů TMS stimulace.

Pro zjištění nejvyšší akceptovatelné souvislé plochy a velikosti rezistorů registrační elektrody

-6CZ 308124 B6 bylo provedeno několik měření. Výsledky byly také porovnány s typy elektrod, které oddělovací rezistory nepoužívají.

Na obr. 3 je představena ideální registrační elektroda 1 rozdělená do n oddělených stykových ploch 3, přičemž každá oddělená styková plocha 3 je vyvedena přes svůj rezistor 4 do výstupu z registrační elektrody E Pro zjednodušené pochopení této registrační elektrody 1 jsou znázorněny pouze některé rezistory 4, přes které jsou oddělené stykové plochy 3 vyvedeny.

Příklad 1

Jako reference představující stav u známých registračních elektrod 1 byl konkrétně vybrán nej častěji používaný typ existujících TMS kompatibilních registračních elektrod 1 typu A, které jsou vyobrazeny na obr. 4 a též starší typ TMS kompatibilních registračních elektrod 1 typu B z obr. 4, který vyrábí přihlašovatel patentu, který ale není předmětem této patentové přihlášky. Výsledky obou dvou typů jsou velmi podobné. Na obr. 6 a obr. 7 je zobrazen průběh křivky snímané registračními elektrodami 1_ typu A a B, v obou případech převažuje dle očekávání relaxační artefakt. Relaxační artefakt má v těchto případech amplitudu řádově stovky pV a exponenciálně tlumené odeznívání s časovou konstantou cca až 4 ms.

Příklad 2

Jako další byla zkoušena registrační elektroda 1 typu C se třemi oddělnými stykovými plochami o velikostech cca 3 mm x 7 mm z obr. 4, které byly spojeny přes rezistory 4 o velikosti odporu 10 kQ. Takto vysoké velikosti odporu rezistorů 4 byly voleny proto, aby nemohlo dojít ke vzniku relaxačního artefaktu. Změřený relaxační artefakt vznikl tedy výhradně vlivem velikosti těchto plošek. Na obr. 8 je patrno zmenšení a zkrácení relaxačního artefaktu do 2 ms. Oproti předchozím typům elektrod je ale navíc přítomen artefakt způsobený zahříváním registrační elektrody, který se projevuje stejnosměrným posunem křivky odpovědi v důsledku relativně velkých elektricky oddělených stykových ploch 3.

Příklad 3

Aby byl lépe pochopen přínos registrační elektrody 1 podle tohoto vynálezu, bylo provedeno porovnání dvou v podstatě stejných registračních elektrod 1, přičemž jedna byla registrační elektroda 1 typu B podle stavu techniky z obr. 4 a druhá byla registrační elektroda 1 stejného typu B z obr. 4, ale upravená podle současného vynálezu, tj. byla rozdělena na dvě oddělené stykové plochy 3 a každá oddělená styková plocha 3 byla propojena s výstupem z registrační elektrody 1 přes rezistor 4 o odporu 100 Ω. Na obr. 5 je tedy vyobrazena jednak registrační elektroda 1 typu E podle stavu techniky zapojená k výstupu z registrační elektrody 1 přes rezistor o odporu 50 Ω, a jednak je na něm vyobrazena registrační elektroda 1 typu F, která jak bylo výš byla upravená podle tohoto vynálezu rozdělením stykové plochy 2 do dvou elektricky oddělených stykových ploch 3, které jsou každá spojeny s výstupem z registrační elektrody 1 přes odpor 100 Ω. Odborníkovi je zřejmé, že vzhledem k tomu, že obě plochy jsou vůči výstupu a měřené biologické tkáni zapojeny paralelně, výsledný odpor registračních elektrod 1 typu E i F je rovněž 50 Ω. Výsledky měření na obou registračních elektrodách 1_ jsou potom vyobrazeny na obr. 9 a 10, kde na obr. 9 je výsledek měření na registrační elektrodě 1. typu E z obr. 5 a na obr. 10 je výsledek měření registrační elektrody 1 typu F z obr. 5. Při porovnání obou výsledků měření je zřejmé, že registrační elektroda 1 typu F, tedy podle tohoto vynálezu, dosáhne nezkresleného výsledku cca po 2 ms, zatímco u registrační elektrody 1 typu E to bylo až po cca 5 ms. To je podstatný rozdíl.

Příklad 4

Dále bylo provedeno měření na registrační elektrodě 1 typu D z obr. 4, která je opatřena 12 oddělenými stykovými plochami 3 o rozměrech cca 1,5 mm x 1,5 mm s oddělovacími rezistory 4

-7CZ 308124 B6 o velikosti 1500 Ω každý, které dávají na výstupu z registrační elektrody 1 výsledný odpor 125 Ω. Každé dvě oddělené stykové plochy 3 jsou však vůči sobě odděleny rezistory 4 s celkovým odporem 3000 Ω. Na obr. 12, resp. na lOOx zvětšeném průběhu na obr. 13 je zřejmé, že nezkresleného výsledku se na výstupu dosáhlo za méně než 1 ms.

Příklad 5

Dále bylo provedeno měření na registrační elektrodě 1 typu D z obr. 4 s 12 oddělenými stykovými plochami 3 o rozměrech cca 1,5 mm x 1,5 mm s oddělovacími rezistory 4 o velikosti 10 kΩ každý, které dávají na výstupu z registrační elektrody 1 výsledný odpor 833 Ω. Na obr. 14, resp. na lOOx zvětšeném průběhu na obr. 15 je opět nezkresleného výsledku dosaženo do 1 ms. Při zvyšování velikosti odporu rezistorů 4 již nedochází k žádnému zlepšení potlačení artefaktů.

Aby bylo možné natočit elektrofyziologický signál bez přítomnosti relaxačních artefaktů, je pro odborníka zřejmé, že je zapotřebí použít na výstupu z registrační elektrody 1 TMS kompatibilní zesilovač. Navrhované řešení TMS kompatibilní registrační elektrody tedy popisuje zcela samostatný a nezávislý problém a není ovlivněno použitím nebo nepoužitím TMS kompatibilního zesilovače.

Odborníkovi je zřejmé, že uvedené příklady uskutečnění registrační elektrody, zejména co se týká přesné velikosti oddělených stykových ploch 3 registrační elektrody 1 a počtu těchto oddělených stykových ploch 3, stejně jako použité velikosti odporu rezistorů 4 jsou pouze ilustrativní a ukazují případně zvláště výhodná provedení registrační elektrody 1 podle tohoto vynálezu, pokud je to v popisu uvedeno, a podstata vynálezu je omezena pouze připojenými patentovými nároky.

Průmyslová využitelnost

Navrhovaný způsob řešení představuje nový stupeň TMS kompatibility registrační elektrody, kdy je možno snímat nezarušený elektrofýziologický signál bezprostředně po ukončení stimulační změny magnetické indukce v čase za libovolné orientace vektoru změny magnetické indukce (vektoru dB/dt) a prostorovém uspořádání siločar. Zabránění vytváření toho efektu není možno řešit pouhým rozdělením registrační elektrody na několik částí, které jsou poté navzájem elektricky spojeny nakrátko. Díky konstrukci registrační elektrody podle vynálezu dochází k omezení vytváření indukovaných proudů na nezbytné minimum plynoucí z fyzikální podstaty magnetické stimulace, bez jakéhokoli přídavného ovlivnění registrační elektrodou, díky čemuž tato registrační elektroda poskytuje kvalitní záznam elektrofyziologické aktivity těsně po TMS stimulaci.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Registrační elektroda (1) pro měření elektrofyziologického signálu z biologické tkáně, zvláště vhodná pro použití při magnetické stimulaci, je opatřena stykovou plochou (2) vytvořenou pro styk s biologickou tkání přímým stykem nebo přes elektrovodivý gel pro usnadňující snímání elektrofyziologického signálu z biologické tkáně do stykové plochy, kde styková plocha je elektricky spojena s výstupem z registrační elektrody pro vyvedení elektrofýziologického signálu k dalšímu zpracování, vyznačující se tím, že styková plocha (2) registrační elektrody (1) je rozdělena do alespoň dvou oddělených stykových ploch (3), elektricky od sebe vzájemně oddělených, z nichž každá tato oddělená styková plocha (3) je k výstupu z registrační elektrody (1) připojena přes svůj vlastní rezistor (4), jehož velikost elektrického odporuje alespoň 100 Ω, zatímco výsledný odpor všech rezistorů spojujících jednotlivé oddělené

-8CZ 308124 B6 stykové plochy (3) s výstupem z registrační elektrody (1), měřeno mezi biologickou tkání a výstupem z registrační elektrody (1) je alespoň 50 Ω, což odpovídá alespoň poloviční velikosti impedance biologické tkáně při magnetické stimulaci.

2. Registrační elektroda podle nároku 1, vyznačující se tím, že výsledná hodnota elektrického odporu rezistorů (4), přes které jsou oddělené stykové plochy (3) spojeny s výstupem z registrační elektrody (1), je alespoň 200 Ω.

3. Registrační elektroda podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že styková plocha (2) je rozdělena alespoň do 3 oddělených stykových ploch (3), přičemž hodnota elektrického odporu rezistorů (4), přes který je každá oddělená styková plocha (3) spojena s výstupem z registrační elektrody (1) je alespoň 1000 Ω.

4. Registrační elektroda podle nároku 1, vyznačující se tím, že styková plocha (2) je rozdělena do 12 oddělených stykových ploch (3), přičemž hodnota elektrického odporu rezistorů (4), přes který je každá oddělená styková plocha (3) spojena s výstupem z registrační elektrody (1), je alespoň 2000 Ω.

5. Registrační elektroda podle nároku 4, vyznačující se tím, že hodnota elektrického odporu rezistorů (4), přes který je každá oddělená styková plocha (3) spojena s výstupem z registrační elektrody (1), je 10000 Ω.

6. Registrační elektroda podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že velikost každé oddělené stykové plochy (3) je 1,5 mm x 1,5 mm.