Eletrodos Externos para Biopotenciais

© From J. G. Webster (ed.), Medical instrumentation: application and design. 3rd_{ed. New York: John Wiley & Sons, 1998.}

Eletrodos Externos

para Biopotenciais

Prof. Sérgio F. Pichorim

Figure 5.1 Electrode-electrolyte interface The current crosses it from left to

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• C ÍÎ C+ +

• A- ÍÎ A +

e-• Metal Î Solução : Predomina a Oxidação

• Solução Î Metal : Predomina a Redução

• Interface Metal-Solução : Gradiente de

Potencial de Meia-célula

• Uma meia-célula é uma estrutura que

contém um eletrodo condutor rodeado de

um eletrólito condutivo. Reações químicas

nesta interface bombeiam cargas elétricas

entre o eletrodo e o eletrólito, resultando

em uma d.d.p.

• Este potencial não pode ser medido

diretamente: Faz-se referência com o gás

hidrogênio.

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• Exemplo: Zn

2+

_{= -0,76V e Cu}

+

_{= +0,52V}

Eletrodo com Corrente Elétrica

• Surgimento de Sobre potencial (Vsp)

• Vsp = Vohm + Vcon + Vativ + Vjunc

• Efeito ôhmico : resistência não-linear do eletrólito

• Variação da Concentração

• Atividade iônica: diferença de energia entre a

redução e a oxidação

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• Eletrodo perfeitamente polarizável Î não

há transferência de carga (totalmente

capacitivo) Î Metais nobres são

polarizáveis (difícil oxidação e redução)

• Eletrodo perfeitamente não-polarizável Î

as cargas fluem livremente (totalmente

resistivo ou curto-circuito). Um bom

eletrodo não-polarizável Î Ag/AgCl

Figure 5.4 Equivalent circuit.

CdÎ Cargas entre Eletrodo e Eletrólito

RdÎ Fuga destas Cargas

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Figure 5.6 Experimentally determined magnitude of impedance as a function

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• AgCl é pouco solúvel em água

• Ag ÅÆ Ag+ +

e-• Ag+ + Cl- ÅÆ AgCl

(deposita-se no eletrodo)

• A atividade do Ag+ e Cl- é baixa

• Vativ = 0

1 - Eletrodo sintetizado de Ag/AgCl. Pó comprimido e aquecido.

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2 - Camada de AgCl depositado eletroliticamente.

Espessura depende da corrente e do tempo.

Resistência depende da espessura.

Construção:

Ag AgCl

Cl-Figure 5.5 Impedance as a function of frequency for Ag electrodes coated with an

electrolytically deposited AgCl layer. The electrode area is 0.25 cm

_{. Numbers attached to}

curves indicate the number of mA⋅s for each deposit. (From L. A. Gedders, L. E. Baker, and

A. G. Moore, "Optimum Electrolytic Chloriding of Silver Electrodes," Medical and

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Figure 10.2 pH electrode (From R. Hicks, J. R. Schenken, and M. A. Steinrauf,

Laboratory Instrumentation. Hagerstown, MD: Harper & Row, 1974. Used with

permission of C. A. McWhorter.)

Figure 5.7 Magnified section of skin, showing the various layers (Copyright ©

1977 by The Institute of Electrical and Electronics Engineers. Reprinted with

permission, from IEEE Trans. Biomed. Eng., March 1977, vol. BME-24, no. 2, pp.

Queratina

Células mortas

Novas células

Eletricamente

similar ao resto

do corpo.

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Figure 5.8 A body-surface electrode is placed against skin, showing the total

electrical equivalent circuit obtained in this situation. Each circuit element on the

right is at approximately the same level at which the physical process that it

represents would be in the left-hand diagram.

Sweat glands

and ducts

Electrode

Epidermis

Dermis and

subcutaneous layer

_R

R

E

E

R

R

C

E

R

C

C

Gel

Z pele (1 cm

_):

200 k

Ω a 1 Hz

200

Ω a 1 MHz

• Artefato de Movimento Î Em eletrodos

polarizáveis, o movimento mecânico entre

eletrodo e eletrólito reorganiza as cargas

em Cd (gerando tensões Vcd).

• Mudanças nos potenciais e geração de

ruído de baixa freqüência.

• Aço inox, Platina, Liga de prata e níquel

(polarizáveis) necessitam boa aderência!

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Figure 5.9 Body-surface biopotential electrodes (a) Metal-plate electrode used

for application to limbs. (b) Metal-disk electrode applied with surgical tape. (c)

Disposable foam-pad electrodes, often used with electrocardiograph monitoring

apparatus.

Figure 5.10 A metallic suction electrode is often used as a precordial electrode on

clinical electrocardiographs.

Área de contato menor Î Maior Impedância!

Utilização por pouco tempo.

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Aplicação do Eletrodo

• Limpeza da pele

• Remoção de pelos

• Esfoliação

• Gel eletrólito

• Evitar curto (via gel) entre os eletrodos

próximos

Outros tipos de Eletrodos

• Eletrodo flutuante Î diminui artefatos

• Eletrodo flexível Î maior conforto

• Eletrodo para neonatos (pele sensível)

• Eletrodo não metálicos Î transparente ao

raio-X

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Figure 5.11 Examples of floating metal body-surface electrodes (a) Recessed electrode with

top-hat structure. (b) Cross-sectional view of the electrode in (a). (c) Cross-sectional view of a

disposable recessed electrode of the same general structure shown in Figure 5.9(c). The recess

in this electrode is formed from an open foam disk, saturated with electrolyte gel and placed

over the metal electrode.

Double-sided

Adhesive-tape

ring

Insulating

package

Metal disk

Electrolyte gel

in recess

(a)

(b)

(c)

Snap coated with Ag-AgCl

External snap

Plastic cup

Tack

Plastic disk

Foam pad

Capillary loops

Dead cellular material

Germinating layer

Figure 5.12 Flexible

body-surface electrodes

(a) Carbon-filled silicone

rubber electrode. (b)

Flexible thin-film

neonatal electrode (after

Neuman, 1973). (c)

Cross-sectional view of

the thin-film electrode in

(b). [Parts (b) and (c) are

from International

Federation for Medical

and Biological

Engineering. Digest of