المحاضرة السادسة


0034

0035 0036 0037 0038 0039

المحاضرة السادسة

الأربعاء, تشرين الثاني 12, 2014

9:38 AM

34

مراجعة عن المحاضرة السابقة:

تسجل ERG الفرق بين جهد الشبكية والقرنية، عن طريق الكترود على عدسة العين للقرنية والكترود جانبي لقياس إشارة الشبكية.

EEG يتم قياسها عن طريق نظام الاقتباس 10 20. والذي يعني تباعد 10 بالمية أو 20 بالمية، ثم نختار الالكترود حسب الموجة المراد مراقبتها.

كل إشارة دماغية لها مركز فعالية في فص معين، فنستخدم الالكترود عند هذا الفص.

وبذلك نكون تعرفنا على معظم الإشارات الحيوية لجسم الإنسان.

المحاضرة الجديدة:

الالكترودات، هي الأدوات التي يتم بواسطتها اقتباس الإشارات الحيوية، وتكون عبارة عن معدن كهروكيميائي ينقل الإشارة إلى أجهزة القياس والمضخمات اللازمة.

الـ base line تعني أن جميع الإشارات يتم قياسها بالنسبة لنقطة مرجعية، وجميع الإشارات قد يكون هناك خطأ في قياسها اسمه base line drift.

الالكترود هو محول كهروكيميائي فيهمنا أن تحدث التفاعلات الكيميائية عند سطح التماس بين الالكترود وسطح منطقة التسجيل. يتم وضع الالكترودات في كهروليت (التعرق مثلا) فينحل المعدن ضمن هذا الكهروليت فنحصل على محلول مليء بالشوارد المشحونة.

يكون معدن الالكترود بشحنة سالبة، وتتحرر الكترونات تنحل في المحلول الكهروليتي، بالنتيجة سيتولد حقل كهربائي يعاكس حركة حوامل الشحنة ويسعى لإعادة الأيونات المعدنية الموجبة لمادة المعدن، لكنها تبقى على سطح المعدن وذلك لأن العودة الكاملة تحتاج إلى طاقة أكبر لتعود إلى داخل المعدن، فيتشكل ما يسمى بـ طبقة الشحنات المضاعفة (Double Layer).

مداخلة: لتسجيل الإشارة الحيوية نستخدم الكترودين (أحدهما للتسجيل والآخر مرجعي).

الكترود -> محلول كهروليتي -> طبقة الشحنات المضاعفة -> فصل الأيونات المشحونة.

35

كمون نصف الخلية للالكترود هو كمون خاص بكل معدن، وهو يتداخل مع الإشارة الحيوية التي يتم قياسها، فهو يعتبر إشارة غير مرغوب بها. نظريا، لكي نتخلص منه نعتمد الكترودين من نفس النوع، حيث أن فرق الكمون بينهما يفترض أن يكون صفر، لكن فعليا يكون هناك انزياح يجب أخذه بعين الاعتبار.

لكل معدن كمون نصف خلية خاص به كما يوضح الجدول. الكترود الهيدروجين مثلا، كمون نصف الخلية له صفر. عادة يتم استخدام 0.223 ميللي فولت (الكترود AgCl). تم اعتبار الكترود الهيدروجين على أنه يعطي كمون مرجعي معياري يساوي الصفر.

يتم الحصول على كمون نصف الخلية من خلال التفاعل التالي، ذرة هيدروجين تنفصل إلى شاردتين هيدروجين مع الكترونين. بتكثيف ذرات الهيدروجين على صفيحة من البلاتينيوم، نحصل بالنتيجة على جزيئات الهيدروجين تحت ضغط جوي 1 جو.

نظريا، يمكن التخلص من كمون نصف الخلية باستخدام نفس المعدن، لكن فعليا سيكون هناك كمون انزياح وكمون نصف خلية قد يصل إلى عشرات الميلي فولت في حال استخدام الفضة، أو مئات في حال استخدام الفولاذ المضاد للصدأ، فهي قيم معتبرة وتؤدي إلى انزياح في مطال الإشارة المقاسة. هذا الانزياح متغير مع الزمن (طول الاستخدام) وهذا يعتبر عامل مؤثر يسبب تغيرات بطيئة في الإشارات الحيوية.

الجدول السابق يكون فقط في حالة التماس، الالكترود بتماس مع الالكتروليت، لكن دون تمرير تيار، أي لا توجد دارة مغلقة، لكن في حال قياس الإشارة الحيوية سيظهر فرق في الكمون يسمى بـ حالة استقطاب، سببها أن الالكترودات تكون مصنوعة من مواد تمرر الإشارة باتجاه وتمانعه بالاتجاه الآخر، لذلك يهمنا أن يمرر الالكترود الإشارة بالاتجاهين، وهي إحدى مشاكل الالكترودات. أي أن زيادة ممانعة الالكترود تسبب عدم الاستقرار.

يهمنا كثيرا أن يكون معدن الالكترود عكوس من الناحية الكيميائية بحيث نتخلص من حالة الاستقطاب بالنسبة للالكترود.

36

عادة ما يسمى بـ الكمون الزائد في المراجع، ويتكون من ثلاث مركّبات أساسية:

  1. الأومية: ممانعة منطقة التماس مع الالكتروليت، ينتج عنها هبوط جهد غير مرغوب به.
  2. تركيز الأيونات (حوامل الشحنة): ينشأ عن توزع هذه الشحنات كمون غير مرغوب به.
  3. الفعالية (التنشيط): تتعلق بفعالية شوارد الالكترود ضمن المحلول الكهروليتي المستخدم، اختلاف الطاقات بينها ينتج عنه فرق كمون.
  • مركبات الالكترود:

ممانعة الالكترود: عملية نقل غلفاني للإشارة الحيوية، يتم نقل الإشارة بتفاعلات كيميائية، منطقة التماس منطقة تفاعلات كيميائية تعبر تغيرات الإشارة الحيوية. وتؤدي إلى مرور تيار كهربائي

منطقة التماس يعبر عنها بمقاومة 100 أوم تقريبا، تختلف بحسب نوع الالكترود المستخدم وقد تصل إلى الميغا أوم.

طاقة الطبقة المضاعفة: يمكن مكافأتها بمكثفة، أو سعة، تعبر عن هذه المنطقة قيمتها عالية نسبيا 10 لـ 100 ميكرو فاراد للـ cm المربع.

كمون نصف الخلية: يعبر عن الالكترود بمنبع جهد (كمون نصف الخلية).

37

هذه المركبات ليس ثابتة وإنما تتغير مع جذر الإشارة، كلما كان تردد الإشارة أعلى تصغر r و c فتكون جودة الإشارة أعلى، بسبب انخفاض تأثير السعة والممانعة (الطبقة المضاعفة سعة، منطقة التماس مقاومة). بالتالي سيتم تمرير وتسجيل الإشارات بالترددات العالية بجودة مرتفعة لكن معظم الإشارات الحيوية تكون تردداتها منخفضة وتسجيلها ليس عملية سهلة. يجب مراعاة هذه المركبات في الالكترودات الدقيقة (Microelectrodes) التي تتمتع بممانعة عالية.

تختلف أشكال الالكترودات، وتصنف بعدة طرق:

  • حسب السطح:
    • الالكترودات السطحية.
    • الالكترودات الداخلية.
    • الالكترودات الدقيقة.
    • الالكترودات الالكترونية الدقيقة. (لأنها تصنع بتقنيات الكترونية تسمح بتوضع مصفوفات من الالكترودات ضمن الكترود دقيق.)
  1. الالكترودات السطحية: يتم وضعها على السطح لتسجيل الإشارات الحيوية، يكون استخدامها إما قصير الأمد أو طويل الأمد. (مداخلة، نحن لا نسجل الإشارات الثابتة وإنما نسجل التغيرات في الإشارات.) يوجد أيضا لها أنواع:

الكترودات الصفيحة المعدنية.
الالكترودات الماصة.
الالكترودات العائمة.
(الكترودات القبعة، والكترودات الإسفنجية)
الالكترودات المرنة.
الالكترودات الجافة.

  1. الصفيحة المعدنية: نختار الالكترود حسب منطقة تسجيل الإشارة (قرص أو مقوس.) يتكون من ناقل معدني ثم طبقة رقيقة من الجل، أي المادة الكهروليتية، يتم تثبيت هذه الالكترودات برباط مطاطي أو طبقة لاصقة. غالبا يستخدم فضة مع الجرمانيوم، أو الفضة مع النيكل وغيرها، (مداخلة المحلول الكهروليتي يزيد من الناقلية الميكانيكية بين الالكترود وسطح الجلد ويقلل من الضجيج، ويقلل ظهور البكتيريا عند طبقة التماس ويمنع تشكل عفن.) تأتي هذه الالكترودات أحيانا بشكل قمم مخروطية وغالبا تستخدم في EEG، الالكترود المخروطي يحتوي على فتحة في قمة الالكترود يمكن من خلالها استبدال المحلول الكهروليتي بعد زمن من استخدامه مما يحسن نقل الإشارة.
38
  1. الالكترودات المرنة: تأخذ شكل المنطقة التي توضع عليها.

 

  1. الالكترودات الماصة: تعطي سهولة في تثبيت الالكترود لا يحتاج لمادة لاصقة.
    المشكلة الرئيسية في هذه الأنواع أنها غير مناسبة للاستخدام طويل الأمد.
    يتم استخدام الجل في تقليل الضجيج الميكانيكي، ويتم ذلك بعدة طرق أيضا منها استخدام الكترود القبعة، حيث يعوم الالكترود في بحيرة من الجل. يتم تثبيت المعدن في قمة الالكترود ويغمر بسائل أو جل ثم يوضع على منطقة القياس. حركة الجلد ممكن أن تؤثر فقط على المنطقة القريبة بين الجلد والكهروليت، لكن يقل تأثيرها على المعدن وبالتالي الإشارة المسجلة.
    الطريقة الثانية لتحقيق ثباتية ميكانيكية تكون باستخدام الالكترود الإسفنجي: يتم تصنيعه بطبقة اسفنجية مشبعة بالمحلول الكهروليتي، مرتبطة بشكل مباشر مع المعدن (فضة وكلور الفضة مثلا) يتم تثبيته بقرص لاصق.
    بالنسبة للمنطقة الإسفنجية من النوع الثاني يتم استبدالها بمادة ذات طبيعة اسفنجية دقيقة مشبعة بالمحلول الكهروليتي وتكون لزوجتها عالية جدا لا تحتاج لاصق لتثبيتها. ويعطي ذلك أقل ضجيج ميكانيكي ممكن.
    من السلبيات للطريقة الأخيرة هي ناقلية منخفضة وتراكيز منخفضة بالمقارنة مع الكأس والاسفنجي العادي، أي ممانعة أعلى، وبذلك نكون عالجنا ضجيج الحركة لكن ظهرت مشكلة الممانعة العالية.
    ميزة مهمة: إمكانية لصق دون مادة إضافية وبالتالي ضجيج حركة أقل ما يمكن بين سطح الجلد والكهروليت.

 

  1. الالكترودات المرنة: صفيحة معدنية رقيقة جدا أقل من 1 ميكرو متر، تحتاج لدعم بواسطة طبقة بلاستيكية كالبوليميد، تستخدم في الأشعة السينية حيث أن امتصاصها يكون صغير جدا.

 

  1. الالكترودات الجافة: لا يتم استخدام محلول كهروليتي، توضع مباشرة على سطح الجلد، يكون الكهروليت هو الجلد نفسه، تصنع من الغرافيت أو السيليكون، الجزيئات الناقلة هي بودرة دقيقة جدا بالإضافة إلى مادة مرنة هي السيليكون، يعطيان سوية معدن الالكترود، بالإضافة إلى خاصية المرونة. المحلول الكهروليتي فيها ينتج عن آلية التعرق، قد ننتظر نصف ساعة أو ساعة حتى يتشكل العرق لإتمام عملية القياس. قد يتم إضافة محلول فيزيولوجي ملحي على الجلد كبديل. البنية الحبيبية تعطي خاصية النقل للالكترود، والسيليكون خاصية المرونة.
39
Advertisements

اترك رد

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

WordPress.com Logo

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   / تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   / تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   / تغيير )

Google+ photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google+. تسجيل خروج   / تغيير )

Connecting to %s