EKG-ELEKTRODER, användning och teknik Augusti 2005 EKG-ELEKTRODER, användning och teknik Mats Olsson, sektionschef MTA-fysiologisektionen, Karolinska Universitetssjukhuser Mats Olsson, sektionschef Medicinsk Teknik-Fysiologi Användning och teknik

EKG-upptagning inom sjukvården Övervakning av hjärtarytmier och hjärtfrekvens, 3 – 8 elektroder applicerade på t ex thorax Hjärtintensivvård (Ischemiövervakning) Allmän intensivvård för vuxna Anestesi- och operationssjukvård Neonatal- och barnintensivvård Akutsjukvård på mottagningar Ambulanssjukvård Vårdavdelningar för barn och vuxna 2 EKG elektroder

Diagnostiskt EKG (vilo-EKG) 10 elektroder placerade enligt ett std avledningssystem med patienten liggande. Rapporten innehåller 6 extremitetsavdningar och 6 bröstavledningar. Utföres framförallt på fysiologiska kliniker men även inom de tidigare uppräknade verksamhetsområdena 3 EKG elektroder

Utföres på fysiologiska kliniker framförallt Arbetsprov med ergometercykel för ben eller armar alternativt på gångmatta 10 elektroder placerade enligt standardavledningssystemet för vilo-EKG men med patienten i sittande eller gående position (gångmatta) Utföres på fysiologiska kliniker framförallt 4 EKG elektroder

(HIA=hjärtintensivvårdsavd) Telemetri Trådlös överföring av EKG inom ett sjukhus. Patienterna som ofta är inlagda med infarktdiagnos är uppegående och kopplade med 3 – 5 elektroder till ett övervakningssystem via en bärbar sändare. Signalen överförs till centralen på HIA där olika arytmier och hjärtfrekvens övervakas. (HIA=hjärtintensivvårdsavd) 5 EKG elektroder

Holter – EKG Långtidsregistrering av ett 3 – 5 elektroders arytmiövervaknings-EKG med flera avledningar med hjälp av en speciell bärbar elektronisk minnesdosa. Övervakning 24 – 48 tim. Datoriserad efteranalys sker senare på sjukhuset. (Hjärtpatienter med oklar diagnos utskrivna från sjukhus eller i övrigt friska personer med misstanke om arytmi) 6 EKG elektroder

Används inom klinisk fysiologi samt hjärtintensvvård Sena potentialer (Late potentials) Bygger på en teknik att registrera mycket små signaler i EKG-et (R-taggens bakre flank), under 40 µV. Avsikten är att detektera syrebrist i hjärtmuskeln. Kräver goda registreringsbetingelser med låg och stabil impedans samt standardavledningar, dvs 10 elektroder. Används inom klinisk fysiologi samt hjärtintensvvård 7 EKG elektroder

Användning i förhållande till patientkategorier prematurer barn vuxna vilo holter telemetri arbetsprov över- vakning korttid långtid kort- och långtid korttid kort- och långtid 8 EKG elektroder

Elektrodmaterial Silver/Silverklorid (Ag/AgCl) har visat sig vara ett lämpligt elektrodmaterial med låga och stabila polarisationsspänningar och impedanser På senare år har även kolfiber använts och uppvisat mycket goda egenskaper som elektrodmaterial för EKG-elektroder, bl a med mycket låg polarisation 9 EKG elektroder

Signalvariationer och elektrodteknik Storleksordningen av de signalvariationer som kan uppmätas på kroppsytan vid EKG-registrering är ca 1mV. Frekvensinnehållet är ungefär 0.1 – 100 Hz, där P- och T-vågorna svarar för de långsamma variationerna och QRS-komplexet de snabba. Amplituder med frekvenser upp till 150 Hz kan dock urskiljas (AHA-standard för barn). EKG-signalerna avleds från kroppen med engångselektroder för olika ändamål, dvs vilo-EKG, arbetsprov, övervakning etc. 10 EKG elektroder

Elektriska krav hud – elektrod kontakten Polarisationsspänning Mellan kroppsytan och elektroden uppstår ett galvaniskt element som genererar en likspänning, en s k polarisationsspänning. Denna, som är oönskad, adderar sig till EKG-potentialen och kan ställa till stora problem under registreringen om den är för stor och instabil (krav < 100 mV enl ANSI/AAMI)). Baslinjepositionen för en avledning kan hastigt ändra läge och därmed försvåra tolkningen. 11 EKG elektroder

Polarisationsspänning Galvanisk spänning elektrod 1 = U1 Us + (U1 –U2) EKG-signal = Us Galvanisk spänning elektrod 2 = U2 12 EKG elektroder

Hud-elektrodimpedans På grund av hud-elektrod impedansen får man ett spänningsfall som yttrar sig som en försvagning (dämpning) av EKG-signalen. Impedansen måste därför vara tillräckligt låg och stabil för att EKG-signalen skall överföras med rätt amplitud (< 2 k enl ANSI/AAMI). Ett sätt att lösa problemet med hög impedans är att använda elektroder med elektrodgel som är förapplicerad. Gelen kommer att tränga in i hudens porer och på kort tid därigenom sänka impedansen. Om detta sker i lika grad på samtliga anslutna elektroder fås en optimal registrering. 13 EKG elektroder

Hud - elektrodimpedans R-elektrod = 10 k  0.01 mV R-först. = 1 M  EKG-amplitud = 1 mV 0.99 mV 14 EKG elektroder

Applicering Placering En bra placering syftar till att presentera tydliga komplex samt att förhindra muskelstörning, minimera impedansen och ge elektroden ett stabilt läge. -Vid ett vilo-EKG med std avledningar är elektrodpositionerna viktiga , speciellt vad avser bröstelektroderna, medan ett övervaknings-EKG med t ex 3 elektroder mera syftar till att visa tydliga komplex med hög R-tagg! 15 EKG elektroder

-Före applicering bör huden tvättas med tvål och vatten och därefter torkas med en kompress eller dylikt så att hornlagrets yttersta skikt avlägsnas. Denna åtgärd minimerar hud-eletrodimpedansen och därmed även nätstörningar, dvs 50 Hz! Applicera ej på stora muskelgrupper! -För att stabilisera impedans och polarisationsspänning är det lämpligt med någon form av kabelavlastning så att EKG-kabeln ej rycker i elektroden! 16 EKG elektroder

Störningar pga störström is = störström stör-spänning = Us skärm ZE = elektrodimpedans Problem: Störspänning pga störström från omgivningen, huvudsakligen 50 Hz Us = is x ZE 17 EKG elektroder

Störspänning pga varierande elektrodimpedans if Uf +  Uf ZE +  ZE  Uf = if x  ZE if = förstärkarström  ZE = ändring i elektrodimpedans  Uf = störspänning Problem: Störspänning pga varierande elektrodimpedans resulterar i baslinjevandring 18 EKG elektroder

Hudegenskaper hos nyfödda Prematurer Underutvecklad epidermis (överhud) Tunn och genomskinlig epidermis pga vätskebrist Väl synliga blodkärl Lite eller inget keratin (hornämne) Fullgångna Välutvecklad epidermis Tillräckligt med keratin På grund av ovanstående kan epidermis lätt skadas hos prematurer. Olämpliga elektroder kan ”rycka bort” ytskiktet av epidermis. Höga krav måste ställas på EKG-elektroder i detta sammanhang, kan t ex vara tillverkade av s k hydrogel. 19 EKG elektroder

Kliniska risker för hudskador hos prematurer Trauma, t ex sårskador Transdermal infektion Vätskeförlust Absorbtion av toxiska ämnen 20 EKG elektroder

Några viktiga krav engångselektroder för EKG Låg och stabil impedans och polarisationsspänning Liten spridning i ovanstående parametrar hos samma elektrodtyp Goda elektriska egenskaper i övrigt Snabb, enkel och stabil applicering För ändamålet lämplig storlek Säkra anslutningsdon (safety connector) Låg uttorkning av gel Låg toxicitets- och allergenitetsgrad Låg risk för smittspridning Obehindrad avdunstning från huden under fästanordningen Lagringsbeständighet Uppfyllande av aktuella standarder, ANSI/AAMI EC 12 : 2000 / (R) 2005 Konkurrenskraftigt pris 21 EKG elektroder

Gällande standard för engångs EKG-elektroder ANSI/AAMI EC 12 : 2000 / (R) 2005 är en amerikansk standard som gäller alla engångs EKG-elektroder, således ej enbart förgelade. Standarden omfattar: Krav på märkning av förpackningar Elektriska egenskaper Biokompatibilitet Säkerhet hos anslutningskablar Fästförmåga och användningstid 22 EKG elektroder

Märkning Skall finnas ”användes före”-datum och lot-nr eller tillverkningsdatum, lagringstid och batch-nr. Information om ”varningar” och olika risker, maximal övervakningstid för applikationen samt om produkten måste användas direkt efter det att förpackningen öppnats. Tillräckliga instruktioner för användning inkluderat hudpreparering innan applicering och preparering av elektroden om ej förgelad. Instruktioner om lagring Produkten skall vara tillverkad och förpackad så att alla krav i standarden uppfylles även efter angiven lagringstid. 23 EKG elektroder

Elektriska krav AC – impedans, < 2 kohm (3 kohm) vid en ström < 100 A peak-to-peak vid 10 Hz för 12 elektrodpar gel-to-gel DC-offset, < 100mV efter 1 min stabiliseringstid Återhämtningstid efter defibrillering, < 100 mV efter 5 sek och därefter var 10:e sekund i 30 sek. Värdena får ej skilja sig mer än ± 11 mV mellan 2 på varandra följande mätningar (± 1 mV/sek). Impedans därefter < 3 kohm. Offsetinstabilitet och internt brus, Efter 1 min stabiliseringstid, < 150 V under 5 min Tolerans mot ”bias”-ström, 200 nA DC-ström applicerad över ett elektrodpar under 8 tim får ej generera högre offset än 100 mV. 24 EKG elektroder

Biokompatibilitet Dessa bedömningar rekommenderas att utföras enligt ANSI/AAMI/ISO 10993, Biological evaluation of medical devices ”Cytotoxicity”, Bestämmes med odlingsteknik i en cellkultur. Elektroden får ej påverka förloppet i cellkulturen, t ex genom sjunkande temperatur eller påskynda cellökningstakten. ”Sensisitation”, Materialet får ej orsaka överkänslighets- eller allergiska reaktioner ”Irritation”, Materialet får ej orsaka onormal irritation på huden ”Intracutaneous reactivity”, Kontroll av vävnadsreaktion under huden. Ej applicerbart på flertalet engångselektroder 25 EKG elektroder

Säkerhet vid användning av fasta anslutningskablar Anslutningsanordningarna , som kan vara hylsor eller stift med fasta kablar, måste vara så konstruerade att de ej kan bli anslutna till jordpotential eller farliga spänningar, t ex nätspänning, 230 V, 50 Hz. Se även standarden ANSI/AAMI EC 53 1995 och 1998, ”ECG cables and leadwires” 26 EKG elektroder

Fästförmåga och användningstid Provas under den användningstid som tillverkaren har angett för den givna applikationen. 10 testpersoner, 5 kvinnor och 5 män, har 4 st elektroder applicerade i lämpliga positioner för ett t ex övervaknings-EKG. Ett sådant kopplas upp initialt och vid användningstidens slut eller om elektroden lossnar dessförinnan, varvid kvaliteten bedöms. Ett medelvärde i användningstid beräknas sedan för testpersonerna. OBS! Metoden är ej applicerbar för neonatalelektroder 27 EKG elektroder

28 EKG elektroder

29 EKG elektroder

Augusti 2005 30 EKG elektroder