Как просушить электроды в домашних условиях: Сушка электродов в домашних условиях своими руками

Содержание

Сушка электродов в домашних условиях своими руками

Сушка электродов в домашних условиях

Содержание статьи:

Любой более менее толковый сварщик знает, насколько важна сушка электродов и их прокалка. Отсыревшими электродами не получиться нормально варить, они прилипают к металлу, швы получаются неровными, а о герметичности трубопровода придётся забыть.

Именно по этой причине, очень важно чтобы электроды оставались всегда сухими, неважно в какое время года и в каком месте их хранения. Ну а о том, как просушить электроды и какие для этого способы наиболее всего подходят, можно прочесть ниже.

Сушка электродов

На сегодняшнее время существуют различные способы сушки электродов, как на специальном оборудовании, предназначенном именно для этих целей, так и в домашних условиях. В заводских условиях, просушка электродов производится в специальных печах, ну а если необходимо просушить электроды дома, то вполне подойдет для этих целей обычные духовка.

Тем не менее, при сушке электродов есть свои специфические факторы, которые не следует упускать из виду.

Заводское оборудование для прокалки и сушки электродов

Как было сказано выше, сушка электродов производится различными способами. На заводах для этого используются:

Специальные печи — сушка электродов в них происходит при температуре до + 400 градусов. Основными элементами нагрева являются тэны, а за температурой следит самая простая автоматика.

Электропечи для сушки и прокалки электродов — оборудованы уже сложным микропроцессорным программатором. В качестве элементов нагрева выступают тепловые экраны, поэтому прокалка и сушка электродов выполняется более равномерно и качественно.

Термопенал для сушки электродов — выглядит как герметично закупоренный металлический короб, внутри которого располагаются нагревательные элементы, работающие от сети 220 Вольт. Что немаловажно, просушка электродов в термопеналах происходит быстро, кроме этого, термопенал может работать и от сварочного аппарата, что очень удобно.

Сушка электродов в домашних условиях

Сушка электродов в домашних условиях производится в духовом шкафу при температуре не менее 250 градусов с плюсом. При этом стоит знать, что для прокалки электродов абсолютно не подходит открытый огонь, а количество прокалки электродов ограничено — тремя.

Время сушки электродов в домашних условиях приблизительно два часа. При этом очень важно чтобы температура в духовом шкафу не поднималась выше 250-300 градусов. Для этого потребуется использовать духовку с автоматическим регулятором температуры.

Следует также знать и то, что сушка электродов абсолютно не нужна, если они изготовлены на основе низколегированных материалов и тем более, если электроды всё время хранились в запечатанном виде, то есть в герметично закрытой упаковке.

Поэтому, чтобы не возникало необходимости в просушке электродов в домашних условиях, очень важно выдержать правильное хранение электродов, когда они не используются. Это будет самым верным залогом того, что электроды не отсыреют и не испортятся, а сварочные работы будут выполнены максимально качественно.

Оценить статью и поделиться ссылкой:

Как сушить электроды в печи для прокалки электродов

Без согласования с проектной организаций не возможно заменить электрод, обеспечивающий при использовании которых получается шов высокой прочности, на электроды, вследствие использования которых будет меньшая прочность металла. Но электроды с фтористо-кальциевым покрытием (основного типа) Э42А-Ф-Э55-Ф невозможно заменить ни при каких условиях.

И использовать электроды с рутиловым или рудно-кислым покрытием (относящихся к кислому типу) Э-42А-Ф-Э55-Ф, их использование может осуществляться лишь при сварке на предельно короткой дуге. Если электроды хранились на складе более 3-х месяцев,

нужно подвергать прокалке, даже если при визуальном осмотре не обнаружено явных признаков влажности покрытия, также нужно поступать с электродами, пролежавшими более пяти дней на месте работы.

Ни в коем случае нельзя прокалывать электроды в пламенных печах. Для разных типов электродов нужны разные температурные условия прокаливания. Так электроды с маркировкой Э42-Т прокаливают, используя температуру 180С в течение часа, а электроды с маркировкой Э42А-Ф-Э55-Ф, подвергают прокаливанию при температуре 400-450С на протяжении 1-2-х часов.

Естественно, что процесс прокаливания электродов должен проводиться исключительно в электрических печах

. Печи для этих целей должны обладать следующими характеристиками: мощность-10 кет; напряжение -36 Вольт.

В домашних условиях можно осуществить прокаливание электродов в электрическом духовом шкафу при температуре 250С в течение двух часов (так советуют опытные сварщики). В настоящий момент стали выпускать специальные короба для хранения электродов, в них поддерживается определенная температура, что позволяет электродам оставаться в сухом состоянии на протяжении длительного количества времени. Следует отметить, что прокалку электродов не разрешается проводить более трех раз, не считая заводскую прокалку. В случае, когда после трех прокаливаний электрод не показывает достаточную работоспособность, его более не применяют в работе. Отклонение от положенной продолжительности прокалки не должно составлять более 0,5ч. Использование всех рекомендаций и учет нюансов поможет выполнять качественные сварные работы и получать надежные сварочные швы на трубах.

Как просушить электроды в домашних условиях? Технология выполнения работы.

Как прокалить электроды в домашних условиях? Этот вопрос возникает у многих пользователей. Обмазка электродов отличается пористой структурой, функционирует она как губка, постоянно впитывает влагу. Во избежание этих неприятных последствий, современные производители помещают электроды в герметичную полиэтиленовую упаковку. Однако, если изделия слишком долго хранить и не использовать, то вы увидите, что они просто отсырели. Для того, чтобы вернуть им первоначальное состояние, нужно знать как высушить электроды. В статье мы расскажем, что такое прокаливание электродов в домашних условиях и какие способы сушки электродов существуют.

Что представляет собой прокалка электродов перед сваркой?

Прокалка электродов в домашних условия – это термическая обработка, которая позволяет избавиться от влаги в их покрытии. Лишнее количество влаги приводит к тому, что электрод сложно поджигать и его покрытие начинает осыпаться. Все это самым непосредственным образом сказывается на качестве работы. Именно поэтому, прежде чем сваривать что-то электродом, нужно их тщательно проверить и произвести их подготовку.

Многие пользователи задаются вопросом: с какой целью производят прокалку?

Выполнять ее нужно в таких ситуациях:

материалы хранились длительный период времени,
электроды находились в местах, где слишком большой уровень влажности,
на изделия попала влага.
в процессе работы вы заметили, что на них слишком много влаги.

Обратите внимание! Прокалка электродов перед сваркой – важнейший процесс, без которого просто невозможно получить хороший результат работы. Но, выполнять процедуру более двух раз нельзя, т.к. существует высокая вероятность того, что все покрытие может отколоться от стержня.

контейнер для хранения электродов

Прокаливать электроды нужно еще и в тех случаях, когда необходимо повысить температурный режим расхода материалов перед работой. Не со всеми из них можно работать без предварительного разогрева, поскольку из-за слишком большого перепада температур можно изувечить сварочную ванну, и в конченом итоге вы будете иметь некачественный шов.

Когда нужна прокалка электродов

Прокаливание электродов целесообразно выполнять в ряде таких случаев:

Когда электроды долго не использовались или хранились в ненадлежащих условиях, например, при повышенной влажности в месте хранения;
В том случае, если варить электродами трудно, и они все время прилипают к металлу;
При визуальном осмотре электродов видно, что их обмазка оказалась сырой.

Во всех вышеперечисленных случаях, осуществлять сушку и прокалку электродов просто необходимо, для того, чтобы получить качественный сварочный шов.

Разновидности оборудования для прокалки

Сушка электродов в домашних условиях производится в специальных приспособлениях. Для этого вы можете использовать:

Виды оборудования для прокалки

Прокалка электродов перед сваркой делается с целью уменьшения влаги в их покрытии. Ее наличие приводит к проблемам с поджигом электрода, его залипанию и обсыпанию покрытия. В результате качество работы может значительно ухудшаться.

Следует отличать между собой два таких процесса, как сушка и прокалка. Несмотря на то, что они во многом схожи, в первом случае обработка осуществляется с использованием менее высоких температур.

Следует сразу заметить, что увлекаться данными операциями не стоит. Дело в том, что после двух прокалок покрытие может отслоиться от электрода. В связи с этим необходимо заранее рассчитывать их необходимо количество.

Конструкция печи для прокалки электродов.

Если после работы останутся неиспользованные стержни, в следующий раз они должны быть использованы в первую очередь.

Иногда просушить электроды необходимо, чтобы поднять температуру расходных материалов. Большой перепад температур может негативно сказаться на конечных характеристиках шва.

Осуществлять прокалку и сушку необходимо в специализированном оборудовании. В этих целях используют электронагревательные печи. В их камере создается необходимая температура, которая варьируется от 100 до 400°С в зависимости от решаемой задачи.

Главным достоинством электропечей является высокий ресурс работы. В них используются ТЭН, рассчитанные на длительную эксплуатацию. Кроме того в случае поломки они могут быть с легкостью заменены.

Если во время прокалки необходимо защитить стержни от воздействия окружающей среды, следует использовать термопеналы. Установленный уровень температуры в таких устройствах поддерживается автоматически.

Работаю данные агрегаты от сети с напряжением 36-60 В. Камера, которая находится внутри корпуса термопенала оснащается терморегулятором и нагревательным элементом. Между камерой и корпусом устройства выполнена качественная теплоизоляция.

Хранить просушенные и прокаленные горячие стержни следует в пеналах-термосах. Их конструкция представляет собой герметично закрываемые емкости на подобии термосов. Их камера отделена от корпуса слоем теплоизоляционного материала.

Технология сушки электродов

Для различных электродов температура и временной период выдержки – разные. Именно поэтому, перед тем как прокаливать их, нужно хорошо ознакомиться с инструкцией, имеющейся в упаковке, чтобы понять как сушить электроды того или иного производителя. Зарубежные производители не всегда указывают условия и параметры сушки на упаковке. Поэтому придется зайти на их сайт и найти интересующую вас информацию.

На заметку! Целлюлозные электроды должны иметь минимальное содержание влаги в покрытии, в связи с этим, они выпускаются в металлических банках и специалисты не советуют прокаливать такой вид электродов.

Как показывает практика, температура прокалки электродов этого типа должна быть не более 70°С, иначе их покрытие будет повреждено.

Журнал прокалки электродов

Журнал прокалки является официальным нормативным документом, в котором фиксируются все процессы подготовки сварочных материалов.
Сведения оформлены в виде таблицы, которая включает несколько разделов: дата прокалки; порядковый номер прокалки; тип электродов; масса прокаленного материала, кг; температура прокалки; время обработки; ответственный за прокалку; лицо, выполняющее контроль.

Журнал ведется в одном экземпляре, прошнуровывается, пронумеровывается, скрепляется печатью и заверяется подписью ответственного за делопроизводство на объекте лица.

Журнал можно приобрести в типографии на платной основе или ознакомиться с образцом документа в Интернете.

Как просушить электроды в домашних условиях

Как уже отмечалось, основная цель прокалки – это снижение количества влаги, содержащегося в покрытии электродов. Процедура эта — достаточно простая и нетрудоемкая. Вам необходимо изучить упаковку и найти параметры температуры и времени, в соответствии с которыми должна выполняться работа. В среднем, прокалка занимает полтора-два часа при температуре 200-250°С. Использовать вы можете любой нагревательный прибор, который у вас имеется. Лучше всего выполнять процесс сушки в духовке. Безусловно качество такой процедуры будет ниже, чем при использовании электропечи или термопенала, но все же лучше, чем ничего.

Оборудование для прокалки электродов

Выделяют несколько видов оборудования для прокаливания.

Печи

1. Стационарная печь представляет собой металлический шкаф со специальными лотками под электроды. Для поддержания необходимой температуры стенки отделаны теплоизолирующими материалами. Она снабжена термостатом с границей температур от 60 до 500 градусов. Это гарантирует равномерный нагрев и сохранение заданной температуры на протяжении всей обработки материалов.

Примеры бюджетных моделей печей для прокаливания: ЭПСЭ-10/400 “НОВЭЛ”, ПСПЭ-40/400 ЗСО “Тэн и К плюс”.

Видео

Небольшой ролик, который наглядно демонстрирует печь ПСПЭ-40/400.

Больше о печах на этой странице.

Пеналы

2. Часто сварочные работы проводятся на открытом воздухе. Для прогревания электродов на улице созданы пеналы: они герметичны, имеют термоизоляцию, способствуют долгому хранению электродов в сухом состоянии. Различают два вида пеналов, в зависимости от типа конструкции: пеналы-термосы и термопеналы. Они не прокаливают, а только поддерживают в сухом и, если нужно, подогретом состоянии. [ads-pc-3][ads-mob-3]

Термопеналы

Пеналы-термосы обладают компактными размерами, имеют теплоизолирующее внутреннее покрытие, оснащены нагревательными элементами и термостатом. Все эти преимущества позволяют производить прокаливание прямо на месте.

Примеры наиболее востребованных моделей пенал-термосов: П-5 “BRIMA”, ПТ-5 “БАРС”.

Термопеналы осуществляют две функции:

– создание определенного уровня температура для хранения электродов;
– прогревание материалов.

Термопенал представляет собой конструкцию в виде небольшого ящика с дверцей, средний вес равен примерно трем килограммам. Внутри расположено специальное термоустройство, которое отделано слоем изоляции. Температура, которую способен выдавать термопенал, варьируется в диапазоне от 0 до 120 градусов.

Прокалка электродов уони

печь для прокалки электродов
Наиболее популярными и востребованными считаются электроды уони 13/55. Для примера мы рассмотрим технологию их прокалки. Прокаливание сварочных электродов уони 13 55 должно производиться перед их применением. Так вы сможете обеспечить стабильное горение сварочной дуги и высокое качество образуемого шва. Температура, при которой производится процедура, должна быть 250-300°С, время – 1 час. Лучше всего прокаливать электроды в специальной печи, поместив их в специальные коробки.

Подводя итог всего вышеописанного понятно, что сушка электродов для сварки — процедура не сложная, но обязательная. Лучше всего использовать печь для прокалки электродов. Зная как просушить электроды в домашних условиях, вы значительно облегчите сварочные работы.

Агрегаты для прокаливания

Просушка сварочных стержней в домашней среде возможно при наличии специальных приспособлений.

Рекомендуем применять:

Электрическую печь с регулятором температур. Агрегату характерны небольшие размеры, его можно легко перемещать с одного места в другое. В основе работы лежат ТЭНы управляемые автоматически с помощью регуляторов. Работает такая печь в обычной сети дести двадцать вольт. Мощность такого вида механизма лежит в пределах от одного до трех киловатт. Максимальная нагрузка составляет пятьдесят килограммов.
Электрическую печь с функцией осушения. В современных моделях встроен микропроцессор, с помощью которого возможно осуществлять регулировку всей работы. Характерным свойством для данного агрегата является теплоизоляция. Равномерное прогревание сварочных стержней достигается с помощью встроенных теплоэкранах. Обычная сеть не подходит, для такой аппаратуры необходимо иметь три фазы на 380 Вт. Максимальные мощность 8,5 кВт и нагрузка до 160 кг.
Термопенал. Так называемая «сушилка» для сварочных стержней. Герметичная теплоизолированная конструкция, которую можно использовать как тару для сохранения. Устройство оптимальных габаритов, что позволяет хранить на рабочем месте сварщиков. Основной способностью данной техники – возможность прогреть сварочные стержни от трансформатора или обычной сети 220. Вместимость таких пеналов 10 кг стержней.

Что делать если сварочные электроды промокли? | Едем в Крым!

Все новости

04.02.2019 06:56

Влажные электроды ведут к бракованным сварочным швам и плохому качеству работы. Большинство сварщиков промокшие электроды выбрасывает, а зря. При определенном подходе сырье можно реанимировать и использовать в дело.
Что делать если электроды промокли? Как исправить?
Не спешите выбрасывать промокшие электроды, им можно вернуть качество двумя этапами:
• Сушка при температуре 100 градусов. Поднимать температуру нельзя, потому как произойдёт отслаивание обмазки. Сушатся их примерно 3 часа;
• Обработка температурой в 270 градусов. Температуру повышаете постепенно, и продержать сырье в этой среде нужно не меньше 1,5 часа.

Обычно этого достаточно, чтобы вернуть электродам качество и использовать их в работу. В случае, когда они промокли сильно, и не получилось достаточно их просушить, нет гарантии, что при сварочных работах не будет трещин в швах и неровностей.
Используйте материал в тех местах, где качество швов не критично. Таким образом, получится выполнить работу и сэкономить на материалах.
Безотходное производство, без ущерба качеству работы можно организовать в случае, если грамотно подойти к хранению сырья и знать, что делать, когда что-то пошло не так.
Чего нельзя делать с электродами в домашних условиях?
Если вы думаете реанимировать промокшие электроды дома, то не используйте для этого:
• Микроволновку;
• Электрическую духовку с отсутствием вентиляции;
• Печку с открытым огнем.

Это может быть опасно для вашего здоровья и создает угрозу возникновения пожара. При какой температуре и как прокалывать электроды указано на упаковке.
Инструкция поможет правильно использовать сырье, чтобы получать максимально качественные швы при сварке. Учитывайте момент, что любые электроды нельзя прокаливать больше 3-х раз, они станут непригодными для использования.
Когда рекомендуется прокаливать электроды высокой температурой?
Существует несколько случаев, когда рекомендуется прокалывать электроды перед работой. К таким случаям относится:
• Электроды лежали на складе больше 90 дней и непонятно, какие были условия хранения;
• Электроды провели на месте сварки больше 5 дней.
Для обеспечения максимального качества сварочного шва, рекомендуется обработка электродов высокой температурой.
Где взять эффективные электроды?
Сырье для сварки выбирается в зависимости от материала, с которым предстоит работать и типа сварки.

Компания Виаторг-Юг в Краснодаре предлагает расходные материалы для любого типа сварки по выгодным ценам.
Для вас бесплатные консультации по восстановлению, хранению электродов, выбору и использованию материалов. Выгодные цены и доставка, куда вам удобно. Оптовые и розничные партии. Виаторг-Юг имеет всё, что вам нужно для комфортной работы. Выбирайте качественные электроды уже сегодня.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДАРСОНВАЛЬНОЙ ТЕРАПИИ GEZATONE МОДЕЛЬ BIOLIFT 4 118

Оборудование для дарсонвальной терапии «Гезатон» (Gezatone), модель Biolift4 118 (далее – изделие, аппарат, прибор) предназначено для воздействия на ткани кожи и мышц слабыми импульсными токами высокой частоты и напряжения (метод дарсонвализации).

Область применения – кабинеты физиотерапии больниц и клиник, косметологиче-ские кабинеты клиник, а также для применения в домашних условиях. Оборудование для дарсонвальной терапии «Гезатон» (Gezatone), модель Biolift4 118 обеспечивает качественный уход за кожей, предотвращает появление и развитие многих косметических проблем.

С помощью этого аппарата Вы сможете в домашних условиях обеспечить себе и Вашим близким качественный уход за кожей, закрепить результаты, полученные после посещения кабинета косметолога.

Благодаря легкости и простоте управления аппаратом Вы можете проводить высокоэффективные косметические процедуры. Проведение процедур не требует применения дорогостоящих компонентов. Импульсный массажер помогает решить не только проблемы кожи, но и помогает в борьбе с облысением и другими проблемами волос. Поэтому процедуры с использованием оборудования для дарсонвальной терапии «Гезатон» (Gezatone), модель Biolift4 118 органично войдут в комплексный курс процедур, улучшающих внешний вид и состояние кожи.

Принцип действия оборудования для дарсонвальной терапии «Гезатон» (Gezatone), модель Biolift4 118 основан на широко известной и часто используемой методике местной дарсонвализации (воздействие на ткани слабыми импульсными токами высокой частоты и напряжения).

При дарсонвализации импульсные токи передаются на кожу через герметичный пустотелый стеклянный электрод, наполненный воздухом или инертным газом (неон) под низким давлением.

Стеклянные электроды выпускаются различной формы в зависимости от специфики воздействия. Наибольшую популярность приобрели электроды в форме грибка (наиболее универсальное применение), капли (для воздействия на локальные проблемы кожи), расчески (для воздействия на волосистую поверхность головы) и лепестка (для борьбы с проблемной кожей и устранения морщин).

При подаче на газонаполненный электрод импульсов высокого напряжения в заполняющем их воздухе (или инертном газе) возникает так называемый «тлеющий разряд», выполняющий функцию ограничения силы тока до безопасного и комфортного значения. Электроды, наполненные воздухом, имеют голубое свечение разряда, а электроды с неоном – красное свечение.

В зависимости от положения рабочей части электрода относительно поверхности кожи при дарсонвализации различают два режима воздействия:

– контактная методика или «тихий разряд» – рабочая часть стеклянного электрода плотно касается кожи.

Воздействие в режиме «тихого разряда» повышает тонус кожи, ее эластичность, препятствует развитию морщин, нормализует секрецию сальных желез, улучшает кровообращение. Данная методика также способствует укреплению волосяных луковиц (активизация «спящих» луковиц), стимулирует рост волос, помогает при всех видах выпадения волос.

– дистанционная методика или «искровой разряд» – между электродом и поверхностью кожи поддерживается воздушный зазор около 1-3 мм. Методика «искровой разряд» применяется для борьбы с угревой сыпью, расширенными порами и гнойничковыми прыщами.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Таблица 1.

Частота следования пачек импульсов, Гц 100 ± 10

Форма выходного сигнала Синусоидальные быстрозатухающие импульсы

Длительность импульсов, мкс 50

Частота высокочастотного заполнения, кГц 110 ± 10

Максимальная сила тока, не более, мА 0,2

Выходное напряжение, не более, кВ 45

Напряжение и частота питающей сети 220-230 В, 50 Гц

Потребляемая мощность, не более, Вт 10

Вес изделия в упаковке, не более, кг 0,9

Размеры упаковки, мм 325 х 210 х 56 ± 2 (ДхШхВ)

Размеры аппарата, мм 245 х 48 ± 2 (ДхШ)

Масса аппарата, не более, кг 0,405

Масса рукояти, не более, г 264

Размер рукояти, мм 180 х 40 ± 2 (ДхШ)

Длина шнура рукояти, не более, мм 1770

Масса шнура рукояти, не более, г 186

МАССА И РАЗМЕРЫ ЭЛЕКТРОДОВ Biolift4 118

• «Грибок»: вес 17 г, размер 550х30х11.2 ± 1 мм

• «Расческа»: вес 24 г, размер 160х37х11.2 ± 1 мм

• «Лепесток»: вес 12 г, размер 150х18х11.2 ± 1 мм

• «Капля»: вес 9 г, размер 150х35х11.2 ± 1 мм

Электроды по алюминию – особенности сварки, фото, видео

Электроды по алюминию очень удобны в применении. С их помощью можно достаточно легко выполнять сварку деталей, изготовленных из алюминиевых сплавов. Осуществлять такие технологические операции стало возможным потому, что использование таких электродов позволяет разрушить прочную оксидную пленку, покрывающую поверхность изделий из алюминия и его сплавов.

Алюминиевые прутки для сварки

Выполнение сварки алюминия

Наличие таких электродов — не единственное условие, которое необходимо соблюсти, чтобы получить качественное сварное соединение деталей, изготовленных из этого распространенного металла. Прежде всего, чтобы варить такие изделия, необходимо тщательно очистить их поверхности от различных загрязнений и окислов, а также подготовить их кромки: придать им оптимальный профиль.

Для очистки алюминиевых деталей и удаления с их поверхности жира используются органические растворители, а в производственных условиях для этого делают щелочные ванны. Из наиболее распространенных растворителей, которые для этого применяются, можно выделить «Уайт-спирит», технический ацетон, составы «РС-1» и «РС-2». Такие растворители несложно приобрести в специализированных точках продаж.

Если есть необходимость в использовании щелочной ванны, то приготовить ее своими руками можно и в домашних условиях. Для этого необходимо смешать следующие компоненты:

1000 мл воды;
50 г кальцинированной соды;
50 г технического тринатрийфосфата;
30 г жидкого стекла.

Электроды для ручной сварки алюминия Kjellberg Finsterwalde CMA 512

Для того чтобы обработать алюминиевую деталь, полученный состав необходимо предварительно нагреть до температуры 65 градусов. Важно и время выдержки изделия из алюминия в таком растворе, которое составляет 5 минут.

Следующая операция, которую необходимо будет выполнить, — это очистка алюминия от оксидной пленки. Выполняется такая процедура при помощи специальных щеток, щетина которых состоит из тонкой (диаметр до 0,1 мм) стальной проволоки. После очистки такой щеткой поверхность алюминия необходимо еще раз обработать растворителем, чтобы обезжирить.

В предварительной подготовке нуждаются и электроды для сварки алюминия. Чтобы сварное соединение получилось более качественным, специалисты рекомендуют просушивать электроды перед использованием при температуре 200 градусов, для чего используются специальные печи. Такую просушку необходимо выполнять в течение 2 часов. После выполнения всех вышеуказанных процедур можно начинать варить алюминиевые детали, для чего может быть использован обычный инвертор.

Принцип сварки вольфрамовым электродом в среде защитного газа

Режимы для сварки выбирают следующие: постоянный ток, подключаемый с обратной полярностью, сила которого должна составлять 25–30 ампер на один миллиметр диаметра используемого электрода. Если к качеству и надежности получаемого соединения предъявляются повышенные требования, то детали лучше всего нагреть предварительно до 250–400 градусов. Важно, что чем больше толщина алюминиевых деталей, тем до более высокой температуры их необходимо нагревать.

Детали из алюминия нагревают перед сваркой для того, чтобы обеспечить хорошую проплавляемость зоны соединения и, соответственно, хорошее качество шва. Чтобы минимизировать риск коробления деталей из алюминия после сварки и избежать кристаллизационных дефектов готового соединения, необходимо обеспечить их медленное остывание после окончания процесса.

Если варить предполагается крупногабаритные детали, то их нагревают не целиком, а только те участки, которые находятся в зоне будущего сварного соединения. Когда сварка алюминиевых деталей завершена, выполняются следующие технологические операции:

сварной шов очищается от образовавшейся корки шлака;
не успевший остыть шов поливается горячей водой;
выполняется обработка шва при помощи щетки с металлической щетиной.

Сварочный шов при использование электродов ОЗАНА-2

Способы сварки алюминия

Варить детали, изготовленные из алюминия и его сплавов, можно различными способами. Наиболее распространенными из них являются следующие.

Ручная сварка при помощи электрической дуги

В качестве электродов при выполнении такой сварки могут использоваться металлические или угольные стержни, которые и обеспечивают горение электрической дуги, нагрев и плавление кромок соединяемых частей. За счет введения в зону сварки алюминиевого прутка, поверхность которого покрыта специальным флюсом, обеспечивается формирование шва. При помощи такой дуговой сварки можно соединять детали небольшой толщины, а также устранять небольшой брак в алюминиевых отливках.

Автоматическая электродуговая сварка, выполняемая при помощи специального оборудования

Таким методом можно варить встык алюминиевые детали, толщина которых превышает 4 мм. Для получения соединения данным методом применяются плавящиеся электроды и ток с обратной полярностью. Формирование сварного шва происходит под слоем специального флюса, который предварительно замешивают, перетирают через сито и прокаливают при температуре 300 градусов.

Режимы аргонодуговой сварки алюминия вольфрамовым электродом

Сварка, осуществляемая в среде газов — гелия и аргона, которые выполняют защитную функцию

Такой технологический процесс, в котором также используется дуговой разряд, выполняется при помощи неплавящегося электрода, изготовленного из вольфрама. Благодаря использованию защитного газа дуга при такой сварке отличается исключительной стабильностью горения, поэтому применять данную технологию можно для соединения даже очень тонких деталей. Чтобы варить таким способом, могут использоваться автоматические или ручные аппараты. В первом случае применяется сварочная проволока, которая в зону сварки подается автоматически, во втором — неплавящиеся электроды для формирования дуги и присадочный материал из алюминия. Сварка по данной технологии может выполняться и на трехфазном токе, для этого должна использоваться погружаемая и импульсная дуга.

Сварка алюминия, при которой применяется плазменная дуга, питаемая переменным током

В аппаратах, работающих по данной технологии, применяются вольфрамовые электроды (диаметр 0,8–1,5 мм), а защита дуги обеспечивается гелием или азотом.

Виды электродов

Для сварки алюминия, а также сплавов на его основе применяется несколько видов электродов. В частности, к ним относятся следующие.

Электроды щелочно-солевой группы (ОК: 96.10, 96.20, 96.50)

Оптимальнее всего использовать такие электроды, чтобы варить сплавы, основу которых составляет алюминий, магний и марганец, а также детали из технического алюминия. Такие электроды очень критично относятся к условиям хранения по причине высокой гигроскопичности, поэтому они нуждаются в надежной защите от повышенной влажности.

Электроды ОК 96.20

Электроды по алюминию популярной торговой марки «ОЗАНА»

Существует две модификации электродов данной марки, одна из которых («ОЗАНА-1») применяется для соединения или наплавки деталей, изготовленных из сплавов марки А0-А3, а вторая («ОЗАНА-2») — для работы с марками АЛ4, АЛ9, АЛ11 и др. Отличительными характеристиками таких электродов является не только их способность обеспечивать стабильность дуги и высокое качество формируемого шва, но также то, что с их помощью можно варить как горизонтальные, так и вертикальные швы.

Электроды торговой марки «ОЗА», которые изготавливаются из алюминиевой сварочной проволоки: СвА1, СвА3, СвА5, СвА10

Такими электродами сваривают детали из чистого алюминия, а также изделия из сплава на основе алюминия с кремнием.

Электроды марки «УАНА»

Эти электроды используют для соединения деталей из сплавов алюминия, относящихся к литейной и деформируемой группе.

Электроды, изготавливаемые из вольфрама, которыми оснащают аппараты для сварки в среде защитных газов.

Несмотря на все свои преимущества, такие электроды обладают одним значительным недостатком — зажигать дугу с ними достаточно сложно.

Вольфрамовые электроды Elitech WP

Электроды для сваривания алюминия выпускаются современной промышленностью в большом ассортименте и в достаточном количестве, но их стоимость находится на высоком уровне. Однако можно серьезно сэкономить на их приобретении, если изготовить такие электроды своими руками. Сделать это совсем несложно, если придерживаться следующего алгоритма действий:

алюминиевую проволоку диаметром 3–4 мм порезать на куски длиной 250–350 мм;
подготовить обмазку для электродов, в которую войдет сильно измельченный мел, смешанный с силикатным клеем;
доведенную до пастообразного состояния смесь следует равномерным слоем (1–2 мм) нанести на подготовленную проволоку и просушить готовые электроды до полного затвердевания их обмазки.

С помощью электродов легко выполнять сварку деталей из алюминия. Значительно сэкономить на этом технологическом процессе позволит изготовление электродов своими руками.

Сварка сплавов алюминия

Сваривание алюминия и его сплавов осложняется тем, что в сварочном процессе на поверхности метла появляется тугоплавкая пленка окиси алюминия. Данная пленка создает препятствия для проплавки отдельных частей металла.

Окись алюминия плавится при температуре 2050 градусов по Цельсию, а для плавления алюминия требуется всего лишь 658. Для преодоления данной технологической трудности, используются некоторые способы.

Первым и самым важным условием является подготовка к сварочному процессу. Свариваемые детали нужно обязательно обезжирить и в таком случае оксидная пленка, которая уже имеется на поверхности металла, успешно удаляется. Присадочную проволоку обрабатывают с помощью такого же способа.

Электроды тоже стоит очищать перед нанесением покрытия на них. Свариваемые металл на ширине 80 – 100 миллиметров от кромки обезжирить растворителем и с помощью механических способов зачистки очистить металл от загрязнений, удаляя оксидную пленку.

Непосредственно перед свариванием стоит просушить сварочные электроды для алюминия при температуре 200 градусов по Цельсию на протяжении двух часов. Алюминиевые электроды плавятся в 2 – 3 раза быстрее, чем у обычного стального, поэтому скорость сваривания алюминия должна быть значительно выше.

Сваривание рекомендуется производить без перерыва в пределах одного электрода, потому что пленка из шлака на кратере и в конце сварочного электрода будут препятствовать успешному зажиганию дуги. Для того чтобы обеспечить устойчивый процесс при самых минимальных потерях на разбрызгивание металла, следует устанавливать сварочный ток из расчета не более 60 Ампер на 1 миллиметр диаметра сварочного электрода.

Сваривание металла толщиной до 2 миллиметров следует осуществлять без присадки и разделки кромок. Металл, имеющий толщину более 2 миллиметров, сваривается с зазором 0,5 – 0,7 толщины свариваемого листа или производится предварительная подготовка к свариванию – разделка кромок. Оксидная пленка удаляется с использованием таких флюсов, как АФ-4А.

Ручное сваривание покрытыми электродами используется для сварки слабонагруженных конструкций из алюминия, а также сплавов типа АМц и АМг, в том числе и силумина. Используя постоянный ток обратной полярности, обеспечивается требуемое проплавление металла при умеренном сварочном токе.

Ручное дуговое сваривание изделий из технически чистого алюминия производится сварочными электродами ОЗА-1, а для сваривания силуминовых изделий – ОЗА-2. Разработанные новые электроды ОЗАНА по технологическим характеристикам существенным образом превосходят своих предшественников – электроды серии ОЗА.

Применяя данный вид сварочных электродов, Вы обеспечиваете мелкокапельный перенос металла электрода, а также, формируете качественный сварочный шов в любом пространственном положении, а шлаковая корка будет прекрасно отделяться от сварочного шва.

С советами для домашних сварщиков

При хранении электродов для стержневой сварки правильные методы могут иметь большое значение в том, как долго они остаются в надежном состоянии и в качестве выполняемых сварных швов.

В этой статье я пишу об их хранении и предлагаю советы о том, как можно хранить электроды, если вы свариваете дома.

Содержание

Могут ли испортиться прилипшие сварочные электроды?

Электроды для стержневой сварки могут выйти из строя, если вы не соблюдаете надлежащие условия хранения или не будете обращаться с электродом без осторожности.Срок службы электродов может сократиться быстрее, чем ожидалось, и стать непригодными для использования, если флюсовое покрытие обнаружит признаки разрушения.

Электроды (или стержни) для сварки штангой имеют чувствительное и хрупкое флюсовое покрытие. Материал флюса выполняет множество функций, таких как:

Образует защитные газы, защищая расплавленные металлы от воздуха.
Образует шлак, который очищает и изолирует металл сварного шва.
Стабилизируйте дугу и направьте ее по желаемой траектории.
Содержит дополнительные элементы для улучшения качества металла шва.

При плохом обращении вы можете растрескать флюс и в результате получить дефектные сварные швы. Кроме того, если повреждение слишком велико и мелкие кусочки отломятся, стержни придут в негодность, и вы их выбросите.

Кроме того, флюс чувствителен к влаге. Открытые стержни будут поглощать влагу из воздуха. В зависимости от типа флюса поглощение влаги может снизить качество стержней до непригодного для использования уровня.

Влажность – не единственный загрязнитель, который может поглощать флюсовый материал. Пыль, масло и жир также не должны контактировать с флюсом. Эти загрязнители будут влиять на защитные газы и попадать в металл сварного шва.

В результате вы получите несколько дефектов сварки, таких как пористость или водородное охрупчивание.

Электрод с ржавчиной
Электрод с обесцвечиванием

Я смочил стержень E6013 в воде, чтобы опубликовать результаты.

Каков срок хранения упаковки сварочных электродов?

Срок службы пакета сварочных электродов – это период хранения от даты изготовления до момента, когда электроды обеспечат высококачественные профессиональные сварные швы.

Срок службы упаковок зависит от их типа упаковки, условий хранения и степени чувствительности электродов к потоку.

Типы упаковок стержневых электродов:

Бумажные упаковки , которые плохо защищают стержни от влаги или механических повреждений.
Пластиковые упаковки имеют гораздо меньшее влагопоглощение, чем бумажные.
Герметичные герметичные канистры и вакуумные пакеты являются лучшими типами. Эти герметичные типы – единственные подходящие упаковки для правильного хранения чувствительных к водороду стержней, таких как E7018.

Какие сварочные электроды чувствительны к влаге?

Самыми чувствительными к влаге сварочными электродами являются электроды с низким содержанием водорода, такие как E7018.Если эти электроды впитывают влагу из воздуха, даже на короткое время, они не будут обеспечивать безопасные сварные швы для ответственных работ.

Производители проектируют стержни с низким содержанием водорода для сварки стали, чувствительной к водородной хрупкости. Например, из среднеуглеродистой, низколегированной и уже закаленной стали.

Водородное охрупчивание означает, что водород, захваченный сварным швом и окружающей средой, может привести к растрескиванию. Но только в том случае, если металл подвергается напряжению, внутреннему из-за усадки или внешнему из-за условий эксплуатации сварного изделия.

Это происходит потому, что из-за сильного нагрева дуги поглощенная влага преобразуется в водород и кислород, которые попадают в сварной шов.

В то время как водородная хрупкость является самым серьезным сварочным дефектом, другие дефекты и плохие характеристики дуги, вызванные плохим хранением электродов, следующие:

Зажигание твердой дуги.
Нестабильная дуга.
Частая или даже постоянная пористость.
Неметаллические включения, вызванные избытком кислорода.
Более обширное разбрызгивание.
Затруднение при удалении шлакового покрытия на валике.
Неравномерный расход (ноготь) стержня при неравномерном концентрировании влаги во флюсе. Нажатие пальцем заставит дугу указывать на более слабую сторону.

Стержни с низким содержанием водорода должны использоваться в течение короткого промежутка времени после вскрытия упаковки. Открытые стержни с низким содержанием водорода должны быть перепечены в печах для сварки электродов.

Эти чувствительные к влаге стержни и периоды их использования для критических работ показаны в следующей таблице.

9018 E10018, E11018

Электрод с низким содержанием водорода	часов
E7018	4
E7018R	9
E8018 2		1/2

Период времени, в течение которого можно использовать электроды с низким содержанием водорода для ответственных работ, когда их уровень влажности флюса и правильный.

Другие электроды, чувствительные к влаге

Все сварочные электроды, которые не сваривают низкоуглеродистую сталь, имеют флюсовое покрытие, чувствительное к влаге.Например:

Стержни из нержавеющей стали должны обрабатываться как стержни с низким содержанием водорода, особенно со стержнями типа EXXX-15.
Стержни из чугуна чувствительны к влаге, и их следует хранить вдали от нее.
Алюминиевые стержни даже более чувствительны, чем предыдущие стержни. Их флюс будет быстро впитывать влагу и образовывать гидратированные оксиды. В результате алюминиевые стержни дают ужасные сварные швы с экстремальной пористостью.

Если вы оставите эти стержни без защиты, их поток будет быстро затухать, и вы не сможете восстановить их до исходного состояния.

В качестве крайнего примера приведу следующий алюминиевый стержень E4043, который я оставил снаружи и нашел много дней спустя.

Алюминиевый стержневой сварочный электрод, разрушенный влагой.

Производители всегда поставляют эти чувствительные к влаге стержни в герметичных герметичных контейнерах или сверхмощных вакуумных пакетах, которые обеспечивают отличную защиту.

Как хранить чувствительные к влаге электроды?

После вскрытия упаковки единственный правильный способ хранения чувствительных к влаге электродов – это поместить их в печь для сварочных электродов.Никакое другое решение не является достаточно безопасным для ответственной или профессиональной работы с использованием этих удилищ.

Переносная печь для сварочных стержней

Когда вы открываете упаковку со стержнями с низким содержанием водорода, вы должны использовать стержни в течение определенного периода времени или хранить их в печи для удерживающих стержней, чтобы предотвратить поглощение влаги. Таким образом, вам не придется их перепрошивать. Для повторного обжига стержней требуются сверхмощные стержневые печи.

Температуры для хранения стержней в печах являются точными. Если температура ниже, стержни не будут на 100% защищены от поглощения влаги.Храните стержни при более высоких температурах, флюс испортится, и вы не сможете выполнять с ними какую-либо критическую работу.

Следующая таблица представляет собой общий пример температуры хранения стержней, чувствительных к влаге, в стержневой печи. Каждый производитель указывает свою точную температуру для каждой производимой удочки.

Тип электрода	Температура в печи для хранения
С низким содержанием водорода Exx15, Exx16, Exx18	250 ° F-300 ° F (120 ° до 150 ° C)
Нержавеющая сталь EXXX-15	225–260 ° F (105–125 ° C)
Чугун	215–230 ° F (100–110 ° C)

Температура хранения водорода в печи чувствительные стержни.

Кроме того, Weldpundit предлагает более подробную статью о печах для сварки прутков, повторной обжиге и температурах.

Как хранить электроды, нечувствительные к влаге?

При хранении сварочных электродов с низким содержанием водорода все намного проще.

Целлюлозные стержни

Целлюлозные стержни, такие как E6010 и E6011, являются наиболее удобными для хранения. Содержание влаги в целлюлозном флюсе не менее 4% является нормальным явлением.

Если вы храните стержни из целлюлозы при высоких температурах, их поток ухудшится, в точности противоположно стержням с низким содержанием водорода.

В оригинальной упаковке целлюлозные стержни хранятся при температуре 40–120 ° F (4–48 ° C) и влажности 50–70%.

После вскрытия упаковки храните стержни в закрытых пластиковых тубах. Они достаточно защитят стержни от физических повреждений и потери или впитывания влаги.

Рутиловые стержни

Рутиловые стержни, такие как E6013 и E7014, могут поглощать влагу из воздуха, если оставить их на открытом воздухе в течение длительного времени.

Однако рутиловые стержни не так чувствительны, как стержни с низким содержанием водорода.Они отлично работают, за исключением случаев, когда они предназначены для критической работы, что бывает редко.

В оригинальной упаковке рутиловые стержни хранятся при температуре 40–120 ° F (4–48 ° C) и влажности 50–70%.

После вскрытия упаковки храните рутиловые стержни в стержневых печах, если они будут сваривать что-либо в сложных условиях эксплуатации. Температура в печи для рутиловых стержней относительно невысока и составляет 100–130 ° F (от 38 до 55 ° C). В противном случае храните рутиловые стержни, такие как стержни из целлюлозы, в их собственных запечатанных контейнерах.

Как хранить сварочные электроды дома?

При домашней сварке хранение электродов не является строгим, за исключением случаев, когда вы свариваете что-то важное, например, прицеп.Убедитесь, что вы храните сварочные электроды в помещении при стабильной температуре, низкой влажности и вдали от воды.

Если стержни поставляются в жестяной упаковке, вы можете восстановить их в упаковке. Это достаточно надежно, чтобы сохранить их в безопасности. Если упаковка была из бумаги или пластика, вы можете использовать контейнеры для сварочной проволоки или запечатать их в собственных вакуумных пакетах.

Что такое контейнер для хранения сварочного электрода?

Контейнер для хранения сварочных электродов – это простое и достаточное решение для хранения электродов.Они доступны по цене, и вы можете купить пару штук в местном хозяйственном магазине. Однако вы можете сделать контейнеры для электродов из пластиковых трубок своими руками.

Контейнер для хранения стержневых электродов

Контейнеры для электродов легко сделать из дешевых трубок из ПВХ или сварить металлические контейнеры в домашних условиях. Убедитесь, что они герметичны.

Кроме того, если у вас есть герметичный бокс, достаточно большой для размещения стержней, вы можете использовать его как сварочный контейнер.

Если вы поместите несколько мешков с кремнеземом в контейнеры для стержней с рутиловыми стержнями, они будут держать их в сухом состоянии.

Можно ли использовать вакуумный упаковщик для хранения электродов?

Вы можете использовать вакуумный упаковщик для хранения сварочных электродов, и это отличное решение, если вы хотите хранить их в течение длительного времени во влажных средах.

Вакуумный упаковщик

Вы можете поместить стержни в пластиковый или, что еще лучше, алюминизированный пакет и запечатать их с помощью домашнего вакуумного упаковщика. Герметик впитает весь воздух из мешка, гарантируя, что влага не повлияет на стержни.

Обратной стороной является то, что при случайном ударе по этим пакетам флюс стержня не будет защищен.

Помните, что нельзя хранить стержни разных типов в одном контейнере или сумке. Например, стержни E7018 со стержнями E6010. Все они обязательно испортятся.

Если вы хотите сваривать в домашних условиях прутки с низким содержанием водорода для ответственных работ, вам нужна соответствующая печь для прутка.

Если вы используете стержни с низким содержанием водорода для некритичной сварки, их можно хранить как рутиловые стержни, но в отдельном контейнере.

Конечно, нет смысла покупать эти прутки для обычной сварки.Существуют эффективные, дешевые и простые в использовании стержни для домашней сварки.

Заключение

Сварочные стержни могут выйти из строя. Правильное хранение и обращение крайне важны для сохранения ожидаемого срока службы и производительности.

Стержни с низким содержанием водорода очень чувствительны к влаге, и вы должны хранить их в стержневых печах вне коробки. Стержневые печи – единственный правильный способ избежать печально известного дефекта холодного растрескивания при выполнении ответственной работы.

Хранить стержни дома легко, если вы не собираетесь использовать стержни, чувствительные к влаге.Благодаря базовому хранению удочек вы можете хранить обычные удилища в течение многих лет, не выходя из строя, и с хорошими результатами для домашних проектов.

Другие статьи Weldpundit

Выбор электродов для сварки штангой для начинающих: тип, размер и сила тока.

Вы тянете или толкаете сварочным аппаратом? Руководство для начинающих.

Можно ли держать электрод во время сварки электродом? Когда и как.

Сварка палкой – легко или сложно научиться? И сколько времени это займет.

Руководство по сварочным магнитам: использование, типы и что следует учитывать.

Руководство по горячему запуску, дуге и предотвращению прилипания при сварке стержнем.

Как сушить сварочные стержни?

Fast Fill – чрезмерная влажность обозначается шумной или «копающей» дугой, большим разбрызгиванием, плотным шлаком или поднутрением. Предварительно сушка необычно влажные электроды в течение 30-45 минут при температуре от 200 ° F до 230 ° F (90-110 ° C) перед окончательной сушкой , чтобы минимизировать растрескивание покрытия.

Щелкните, чтобы увидеть полный ответ

Люди спрашивают также, можно ли сушить сварочные стержни в духовке?

Если кто-то сказал вам , что , вы можете высушить мокрые сварочные стержни в своей печи или положить стержней в морозильную камеру , если они старые, вы слышали две сварки мифов.Вдобавок ко всему, лампочка не будет выделять достаточно тепла, чтобы поддерживать нужную температуру сварочных электродов . Другой неблагоразумный выбор – использовать домашнюю печь для ремонта сварочных стержней .

Кроме того, как долго вы можете хранить сварочные стержни? Как долго прослужит на хранении, от недели до 25 лет, в зависимости от того, кто хранит и как они это делают ,,,, на сварочных стержнях нет даты BBF ,,, бумага стержней как 6010 ,, 6011 ,, следует хранить при комнатной температуре в течение много лет и по-прежнему работать нормально, другие стержни нуждаются в более высоких температурах, если упаковка открыта на

Аналогично Вы спросите, могут ли сварочные стержни намокнуть?

При длительном воздействии влажного воздуха приклеенные электроды из открытых контейнеров могут собирать достаточно влаги, чтобы повлиять на рабочие характеристики или качество сварки .Некоторые электроды из влажных контейнеров или длительного воздействия высокой влажности можно повторно высушить .

Как определить, что сварочный стержень плохой?

Если есть какая-либо ржавчина на стержне , , если , флюс образовал сухое порошкообразное покрытие, или , если флюс размягчился, стержень имеет плохой и не должен использоваться для чего-либо, кроме некритичной сварки мягкой стали. Если сварочные электроды впитывают влагу на флюсе, это может вызвать образование пузырьков в сварном шве .

EEG Hacker: самодельные пассивные электроды

После проблемы приобретения приличной электроники для ЭЭГ следующей самой сложной задачей является приобретение приличных электродов для ЭЭГ. Конечно, есть много, что можно купить, но некоторые люди не заинтересованы в том, чтобы платить 8-20 долларов за электрод (плюс доставка), потому что они знают, что им нужно купить 6-10 таких электродов и, ну, что ж, становится много денег.Итак, я решил попробовать сделать самодельные электроды ЭЭГ. Вот моя история … (а для вас, нетерпеливые люди … да, это довольно счастливый конец)

Я ношу самодельные пассивные электроды ЭЭГ.
(Остерегайтесь дешевых фотоаппаратов и люминесцентных ламп)

Идея: используйте дешевые биты из аппаратного ящика

Когда я смотрю на пассивные электроды ЭЭГ, я просто вижу кусок плоского металла с прикрепленным к нему проводом.Конечно, я вижу использование необычных металлов (золото, серебро / хлорид серебра), но действительно ли это необходимо? Для исследования ЭЭГ или лечения ЭЭГ необходимы качество и повторяемость, обеспечиваемые модными металлами. Для взлома ЭЭГ? Я не совсем уверен. Итак, если электрод – это просто кусок плоского металла с прикрепленной к нему проволокой, мне кажется, что я смогу построить его сам.

Я начал с поиска в своем ящике с оборудованием, чтобы найти подходящий кусок металла, маленький и плоский. Я нашел несколько стопорных шайб с выступом под пайку (см. Рисунок внизу слева).Это очень простой и недорогой компонент. Я почти уверен, что мои принадлежат Mouser и стоят 0,24 доллара за штуку. Вы, вероятно, сможете купить их дешевле.

Затем я схватил кусок проволоки, зачистил конец и вставил его в язычок на шайбе. Похоже, подойдет (см. Рисунок вверху справа). Чтобы припаять провод к шайбе, я просто поместил его в тиски с пластиковыми зажимами и применил тепло и припой (фото ниже). Если у вас нет тисков, сработало бы и традиционное приспособление для пайки «третьими руками».Мы здесь не занимаемся фантастической работой.
Как только провод был припаян к шайбе, я понял, что мне нужно было добавить кусок термоусадочной трубки поверх провода, чтобы закрыть паяное соединение. Но после того, как все было спаяно, было слишком поздно добавлять термоусадочную трубку (на другом конце моего провода уже был разъем). Черт! Когда я сделал второй электрод, я не забыл добавить к нему термоусадочную трубку. Как вы можете видеть ниже, из-за черной термоусадочной трубки второй электрод выглядит намного лучше, чем первый.

Мои первый и второй самодельные пассивные электроды. На втором я не забыл добавить кусок термоусадочной трубки, чтобы закрыть паяное соединение. Выглядит намного лучше.

Когда рабочий конец электрода готов, я мог бы рассмотреть другой конец провода … конец, на котором обычно можно было бы добавить разъем для подключения к электронике ЭЭГ. Поскольку я украл провод из старого провода отведений ЭКГ, у меня на концах электродов есть разъемы с защитой от прикосновения.Но вам не нужно ничего особенного, если вы хотите тратить меньше денег.

Самым дешевым подходом для «соединителей» будет припайка штыревого или гнездового штыря, что стоит всего около 0,04 доллара за соединение. Этот тип соединения идеально подходит для подключения к OpenBCI, который построен на традиционных штыревых разъемах с шагом 0,1 дюйма. Таким образом, если вы поместите сопряженный пол штыревого разъема на свои самодельные электроды, они могут подключиться прямо к плате OpenBCI. Отлично! В качестве альтернативы , если вы используете OpenEEG, вы захотите завершить провод вашего электрода с помощью 3.Стереофонический штекер 5 мм. Это то, на чем построен OpenEEG. Эти штуки примерно по 0,50 доллара каждая.

Итак, в целом, я оцениваю, что стоимость каждого из этих электродов составляет: 0,24 доллара за шайбу, около 0,36 доллара за метр многожильного провода (он более гибкий, чем сплошной провод) и 0,50 доллара за разъем 3,5 мм. Это 1,10 доллара по частям, что является хорошей скидкой по сравнению с коммерчески доступными электродами, указанными в верхней части этого поста.

Но работают ли мои самодельные электроды?

Самодельные электроды для ЭКГ

Как уже говорилось в моем предыдущем посте, мне всегда нравится начинать тестирование с измерения ЭКГ.Поскольку сигналы сердца очень сильны, это простой способ подтвердить, что ваша система ЭЭГ (и электроды ЭЭГ) в какой-то степени работают. Итак, я достал трубку с проводящей пастой Ten20 и прикрепил электрод к запястью. Я прикрепил один электрод к своему левому запястью, а другой электрод к правому запястью.

Прикрепление самодельных электродов к запястьям для измерения ЭКГ.
Блестящий материал на моей коже – это проводящая паста Ten20

Насколько хорошо они держались? Что ж, не так хорошо, как одноразовые самоклеящиеся электроды ЭКГ.Но площадь поверхности этих липких электродов ЭКГ ОГРОМНА, поэтому, конечно, мои маленькие электроды тоже не прилипнут. Однако, учитывая, насколько маленькими были мои электроды, я думаю, что они прилегали достаточно хорошо. Думаю, что большое отверстие посередине шайбы не поможет. Если бы он был твердым, думаю, эти электроды лучше прилипали бы. Я запомню это, когда пойду делать свой следующий набор самодельных электродов.

Как только я прикрепил электроды к моим запястьям, я подключил их к своей плате OpenBCI и, как обычно, приказал Arduino передать данные на мой компьютер.Пример данных ЭКГ от этих электродов показан ниже. Я показываю 6 ударов сердца. Как видите, острые зубцы R и широкие зубцы T очень четкие. Амплитуда ЭКГ аналогична той, что я показал вчера в моем посте, когда я использовал настоящие электроды ЭКГ. Итак, хотя мой сигнал выглядит немного шумнее, чем вчера, я бы сказал, что это успешный тест!

Моя ЭКГ, записанная через OpenBCI с использованием моих самодельных электродов

Самодельные электроды для ЭЭГ

Поскольку мне удалось получить ЭКГ, я сделал следующий шаг и использовал свои самодельные электроды для регистрации некоторых сигналов ЭЭГ.Я все еще довольно зациклен на своих волнах Mu, поэтому решил использовать электроды, чтобы посмотреть, смогу ли я уловить свои волны Mu.

Следуя упрощенной версии моей предыдущей процедуры, я поместил один электрод рядом с макушкой рядом с Cz, а другой – с левой стороны головы рядом с C3. Как видно на фото, точно разместить электроды на голове очень сложно. Оглядываясь назад, похоже, что тот, что на моей голове, был слишком далеко вперед для Cz, а тот, что сбоку от моей головы, был слишком далеко назад и немного слишком низок для C3.В любом случае, они должны быть достаточно хороши, чтобы записать * что-то *, так что давайте посмотрим, что у меня получилось.

Размещение моих самодельных электродов около
Cz (верхняя часть головы) и рядом с C3 (сторона головы).

Используя свою электронику OpenBCI, я начал записывать данные из своего мозга. Я провел некоторое время с закрытыми глазами, чтобы генерировать альфа-волны (задний доминантный ритм), я провел некоторое время с открытыми глазами и расслабленными правой рукой и кистью (чтобы, надеюсь, генерировать волны Mu), и я провел некоторое время с открытыми глазами. и моя правая рука сжимается и разжимается.Результаты представлены ниже в виде спектрограммы. К сожалению, не очень ясно, где были границы между этими различными видами деятельности, поэтому неясно, что мы * должны * видеть. Мы ясно видим альфа-волны, вызванные закрытыми глазами. В середине графика мы также можем увидеть несколько волн Mu, но они очень слабые. Я бы сказал, что эти результаты хороши для Альфы и плохи для Му.
Чтобы добиться лучших результатов, я передвинул самодельный электрод сбоку от головы.Я переместил его немного выше, чтобы он был ближе к тому месту, где должен быть C3. Затем я повторил свои записи. На этот раз я нажал кнопку на своем компьютере, чтобы отметить границу между каждым действием, чтобы упростить анализ после тестирования. Оказывается, простое нажатие кнопки заставило мои провода ЭЭГ дрожать, что проявляется в виде артефактов в данных. Это дает понять, когда я сменил свою деятельность. См. Результаты ниже.
Как и раньше, альфа-волны довольно четкие. На этот раз, однако, я действительно думаю, что вижу волны Му в те периоды, когда мои глаза были открыты, а рука и рука были расслаблены.Затем, когда я пошевелил рукой, мне показалось, что я вижу, что волны Му уходят. Так и должно быть! В конце, когда я снова расслабляюсь, я думаю, что интересно, что мои волны Mu вернулись через некоторое время. Ясно, что я не очень хорошо умею расслабляться. Для меня это не удивительно. Я могу быть довольно возбужденным … особенно когда я взламываю ЭЭГ!

Самодельные электроды вроде бы хороши!

Итак, во втором тесте я вполне доволен своими самодельными электродами.Сигналы, которые я записал, были довольно хорошими. Было много шума 60 Гц (не показано на этих графиках), но это могло быть из-за того, что я не использовал традиционное соединение 3-го электрода (по-разному называемое “смещение”, “управляемая земля” или “ведомая правая нога”) для этих записи. Я также почувствовал, что эти электроды не прилипают к моей голове так же надежно, как золотые электроды, которые я использовал ранее. Я думаю, что липкость можно улучшить, используя кусок металла с большей площадью поверхности … может быть, обычную плоскую шайбу вместо тонкой стопорной шайбы.Тем не менее, примерно по доллару за электрод, я думаю, что результаты чертовски хороши. Я рад.

Как насчет вас … вы сами делали электроды раньше? Как ты сделал это? Они работали?

Продолжение: больше графиков и обсуждение данных в этом посте
Последующее наблюдение: Хотите увидеть мои данные из этого эксперимента? Проверьте мой гитхаб!

Как выбрать гарнитуру для сухой ЭЭГ для исследовательских целей

Проф.Хавьер Мингес

Что такое гарнитура для сухой ЭЭГ?

Разница между системами электроэнцефалографии (ЭЭГ) заключается, прежде всего, в типе электролитического вещества, используемого для улучшения проводимости между электродом / датчиком ЭЭГ
и кожей (Liao 2012):

Dry-EEG : нет вещества
Полусухая ЭЭГ : влажность водопроводной воды
Физиологический раствор ЭЭГ : физиологический раствор
Гель ЭЭГ : электролитические гели

Полусухие, физиологические или гелевые ЭЭГ также называются влажными ЭЭГ .Тот факт, что требуется вещество для улучшения проводимости между датчиком и кожей головы , имеет очень важное влияние на удобство использования и комфорт гарнитуры и, таким образом, на конечный пользовательский опыт и возможные применения.

Электроды для сухой ЭЭГ не требуют использования каких-либо веществ, непосредственно контактирующих с кожей головы. Их главное преимущество заключается в том, что они быстро устанавливаются, не требуют дополнительных инструментов, таких как шприцы или баллончики с гелем, обычно удобны в носке, не требуют мытья головы после использования и не требуют тяжелых гигиенических процедур на оборудовании. потом.Их основным недостатком является высокий контактный импеданс между датчиком и кожей, что требует, чтобы слои сухого датчика и усилителя могли справляться с большим количеством артефактов и шума ЭЭГ. Эти слои должны компенсировать этот недостаток более высокими характеристиками и более сложными функциями, чем технологии с электродами, в которых используются электролитические вещества, чтобы достичь того же качества сигнала (более высокое входное сопротивление для предотвращения затухания сигнала и методы активного экранирования для минимизации связанных артефактов, см. Ли и др., 2018).

Соответственно, улучшенное удобство использования и комфорт систем сухой ЭЭГ может отрицательно повлиять как на надежность, так и на точность устройства – ключевые особенности, которые следует учитывать при выборе гарнитуры для ЭЭГ. Конструкция датчиков, усилителя и кабеля гарнитур для сухой ЭЭГ требует гораздо более высоких характеристик, чем устройства для влажной ЭЭГ, для получения высококачественного сигнала ЭЭГ.

Чем полезны сухие наушники для ЭЭГ?

Важная область исследований в области нейробиологии направлена на решение новой задачи: перевести понимание человеческого поведения от контролируемых сценариев в исследовательских лабораториях к реальным условиям. Кроме того, новое поколение нейротехнологий и интерфейсов мозг-компьютер начинает выходить на новые рынки. И исследования, и возможности для бизнеса создают потребность в новом поколении ЭЭГ с совершенно новыми требованиями: простота использования, удобство, мобильность и устойчивость к артефактам. Хорошо спроектированные системы сухой ЭЭГ напрямую обращаются ко всем этим функциям, обеспечивая соответствие новым сценариям использования и исследовательским сценариям, доступ к которым раньше был невозможен.

Например, эти технологии сухой ЭЭГ приближаются к исследовательским и бизнес-приложениям, которые позволяют пользователю самостоятельно размещать их, обеспечивая большую автономность в сценариях со здоровьем. Это нововведение выходит далеко за рамки того, что возможно с системами мокрой ЭЭГ.

Сравнение электродов для сухих ЭЭГ и мокрых электродов для ЭЭГ в приложении

Хотя гарнитуру для сухой ЭЭГ можно использовать для записи ЭЭГ практически в любой установке, основная цель этих технологий – работать с реальными средами или профессиональными продуктами или услугами.

Простой способ разместить ЭЭГ как с сухими, так и с влажными электродами в общей исследовательской сети:

Фаза 1 – Фаза исследовательских исследований: использует лабораторные исследовательские технологии для понимания поведения человека в контролируемых ситуациях. На этом этапе приоритетом является получение измерений с большим количеством датчиков, с большим охватом мозга и с очень высоким разрешением и точностью.
Фаза 2 – Оптимизация приложения: использует методы обработки сигналов ЭЭГ, чтобы понять, где и как можно измерить нейронные корреляции, лежащие в основе поведения.
Фаза 3 – Ориентированная на приложения фаза : использование внелабораторных исследований и прикладных технологий (гарнитуры с сухой ЭЭГ, ) для понимания поведения человека в естественных условиях. В этом случае приоритетом является наличие простых в использовании и удобных технологий ЭЭГ с датчиками только над соответствующими областями мозга (измерение только электрической активности мозга, которую нам нужно измерить), с подвижностью и сопротивлением артефактам (для обработки без движений. ).

Таким образом, основная сфера применения мокрой ЭЭГ обычно дополняет сухую ЭЭГ, поскольку они используются на разных этапах этого процесса исследований.См. Несколько примеров ниже.

Гарнитуры для сухой ЭЭГ высокой плотности и низкой плотности

Как упоминалось ранее, электроды для сухой ЭЭГ низкой плотности предназначены для более поздних стадий исследований и разработок (обычно, когда уже известны области мозга, которые необходимо измерить, на основе собственных или других исследований). Затем, уменьшив количество электродов, конструкция гарнитуры для сухой ЭЭГ может сосредоточиться на других аспектах, таких как удобство использования, эргономика, комфорт и мобильность. В этом главное преимущество этих технологий.

Тем не менее, с высокой плотностью сухих электродов (32 электрода или более) также могут быть разработаны для использования на той же стадии исследования, что и ЭЭГ-системы на влажной основе с дизайном насадок для душа. В этом случае технологии сухой ЭЭГ исследовательского уровня имеют то преимущество, что устраняют электролитические вещества (чистота оборудования, нет необходимости мыть голову после этого и т. Д.), Но обычно приносят в жертву удобство использования или эргономичность.

Важные особенности систем сухой ЭЭГ

Помимо датчиков сухой ЭЭГ, важно иметь систему сбора данных, которая была бы достаточно надежной и точной для конечного применения .Основная идея заключается в том, что чем ниже электролитические свойства, необходимые для датчика, тем выше производительность датчика, экранирования кабеля и усилителей (Li et al., 2018). Основываясь на наиболее общих характеристиках, приведенных в литературе (Gargiulo et. Al., 2010; Pinegger et. Al., 2016; Tallgren et. Al., 2005), мы предлагаем здесь полный список наиболее важных характеристик, влияющих на надежность и точность системы сухой ЭЭГ.

Обратите внимание, что даже несмотря на то, что усилители ЭЭГ, правильно спроектированные для сухих или полусухих датчиков ЭЭГ, могут идеально работать с датчиками ЭЭГ на основе физиологического раствора или геля, обратное может быть неверным, и мы можем ожидать более низкого SNR с очень высоким уровнем шума и артефактов. .

Реальные примеры использования систем сухой ЭЭГ

ИМК в домашних условиях для двигательной нейрореабилитации пациентов с травмой спинного мозга. Имплантация прошла благодаря проекту h3020 MoreGrasp EU. Подробности смотрите здесь:

Контроль за вождением и доработка. Имплантация находится в Nissan Group. Подробнее см. Здесь.

Выводы

ЭЭГ-гарнитуры с сухими электродами начинают открывать двери для применения нейробиологии в реальных условиях и на рынок нового поколения продуктов (исследовательские и медицинские устройства, коммерческие ЭЭГ-гарнитуры) и нейротехнологий на основе услуг.Однако выбор системы ЭЭГ – непростая задача. Эти два вопроса могут стать отправной точкой:

Где вы находитесь в процессе исследования?
1. Если вы находитесь на этапе исследования, где приоритетом является получение глубокого понимания измерений активности мозга, вы можете рассмотреть возможность начать с системы влажной ЭЭГ.
2. Если вы находитесь в прикладных фазах, когда вы знаете, что вам нужно измерить (подмножество датчиков), а приоритетом является удобство использования и комфорт, то вы можете рассмотреть возможность использования системы сухой ЭЭГ.
Речь идет только о датчиках сухой ЭЭГ? Речь идет о системах сухой ЭЭГ, включая датчики, кабели и слои усилителя. Выбор типа датчика определяет приложение из-за эргономичности и удобства использования, которые они обеспечивают, но этот выбор не может быть сделан без учета характеристик передачи сигнала, экранирования, и характеристик усилителя биосигнала.

Как только вы это узнаете, но по-прежнему думаете, что вам нужна гарнитура для сухой ЭЭГ, все дело в использовании этой информации для лучшего понимания функций и их важности в процессе выбора.

Об авторе

Хавьер Мингес, Ph.D. – Главный научный директор Bitbrain (Google Scholar, LinkedIn, Twitter)

Профессор кафедры информационных технологий и главный исследователь исследовательской группы нейротехнологий Университета Сарагосы (Испания). Профессор и приглашенный исследователь в более чем 10 академических учреждениях, таких как Стэнфордский университет (США), Тюбингенский университет (Германия) и IE Business School (Испания) и т. Д.

110+ исследовательских публикаций и 5+ патентов в области нейробиологии, нейронной инженерии, интерфейсов мозг-компьютер, взаимодействия человека и компьютера, когнитивной и моторной нейрореабилитации, интеллектуальной робототехники и маркетинговых исследований.

Достижения в области НИОКР: несколько пионерских прототипов роботов, управляемых с помощью интерфейсов мозг-компьютер (инвалидное кресло, робот телеприсутствия и роботизированная рука), первая нейротехнология для персонализированного когнитивного улучшения и первая нейротехнология для обнаружения эмоций.

Мингес получил более 25 международных наград, в том числе Иберо-американскую премию за инновации и предпринимательство, вторую премию Европейской комиссии – «Лучшая компания в сфере ИКТ и лучшая инвестиционная возможность», а также международную бизнес-премию фонда Everis.

Спикер более 300 мероприятий, связанных с исследованиями и инновациями, таких как Королевская медицинская академия Испании, конференция ЕС по ИКТ, несколько международных конференций IEEE и другие.

Библиография

Ляо, Лун-Де и Линь, Чин-Тенг и Макдауэлл, Калеб и Викенден, Альма и Граманн, Клаус и Юнг, Цзы-Пинг и Ко, Ли-Вэй и Чанг, Джих-Йонг. (2012). Биосенсорные технологии для расширенных интерфейсов мозг-компьютер в ближайшие десятилетия. Труды IEEE. 100. 10.1109 / JPROC.2012.2184829.
Аллен, Дж. Дж. Б., и Коэн, М. X. (2010). Деконструкция состояния «покоя»: изучение временной динамики фронтальной альфа-асимметрии как эндофенотипа депрессии.Frontiers in Human Neuroscience, 4 (декабрь), 232. https://doi.org/10.3389/fnhum.2010.00232
Ли, Г., Ван, С., и Дуань, Ю. Ю. (2018). На пути к электродам, не содержащим проводящего геля: понимание импеданса поверхности влажного электрода, полусухого электрода и сухого электрода-кожи с помощью приспособления для спектроскопии электрохимического импеданса. Датчики и исполнительные механизмы B: Химическая промышленность, 277, 250–260. DOI: 10.1016 / j.snb.2018.08.155
Гарджуло, Г., Кальво, Р. А., Бифулько, П., Чезарелли, М., Джин, К., Мохамед А. и Шайк А. В. (2010). Новая система регистрации ЭЭГ для пассивных сухих электродов. Клиническая нейрофизиология, 121 (5), 686–693. DOI: 10.1016 / j.clinph.2009.12.025
Пинеггер, А., Вриесснеггер, С. К., Фаллер, Дж., И Мюллер-Путц, Г. Р. (2016). Оценка различных систем регистрации ЭЭГ на предмет их пригодности для построения интерфейса мозг-компьютер: тематические исследования. Границы нейробиологии, 10. DOI: 10.3389 / fnins.2016.00441
Таллгрен, П., Ванхатало, С., Кайла, К., и Voipio, Дж. (2005). Оценка имеющихся в продаже электродов и гелей для регистрации медленных потенциалов ЭЭГ. Клиническая нейрофизиология, 116 (4), 799–806. DOI: 10.1016 / j.clinph.2004.10.001
Эсколано К., XXX (2020). В представленном Frontiers of Neuroscience.

Возможно, вас заинтересует:

Беспроводная гарнитура для ЭЭГ | Гарнитура для ЭЭГ с сухими электродами

Я занимаюсь частной практикой с июля 2006 г. в партнерстве с доктором.Акшай Шах, невролог и клинический нейрофизиолог Тихоокеанского неврологического центра Сан-Хосе. Мы получили систему Zeto в сентябре 2019 года, и с тех пор мы стали частью успешного пути к существующей системе Zeto. Настройка для рутинной ЭЭГ уменьшилась до 5-10 минут с прежних 30 минут до 1 часа. Снять электроды очень просто. Качество как ЭЭГ, так и видео сейчас очень впечатляет, со всеми обновлениями и улучшениями. Существует также инструмент уменьшения артефактов, который помогает интерпретировать ЭЭГ с движением и мышечными артефактами.Обычная ЭЭГ также интегрирована с фотостимулятором. Все ЭЭГ хранятся в облаке и могут быть просмотрены в режиме реального времени или в записи.

Система Zeto EEG оказалась чрезвычайно полезной во время пандемии covid, когда непосредственное воздействие технолога EEG на пациента было значительно сокращено. Это справедливо для настройки, записи и очистки устройства. С годами качество видео улучшилось, и теперь легко отличить эпилептические события от неэпилептических. Пациент также доволен тем, что количество времени, проводимого в офисе во время процедуры, сократилось как минимум на 50-60%.Благодаря Зето нам удалось провести ЭЭГ во время пика пандемии.

Еще одна вещь, которую я заметил, работая с Zeto, – это исключительное обслуживание клиентов. С того дня, как мы разместили заказ, мы получили личное внимание от Асвина Гунасекара, генерального директора. Будь то расходные материалы, качество видео, уменьшение артефактов, обучение технолога ЭЭГ или проблемы с сетью, помощь была на расстоянии всего лишь телефона или электронной почты. Я также очень впечатлен Джоном Кроуфордом, R.EEG.T / EPT, заместителем директора по работе с клиентами.Он обладает такими глубокими знаниями в области сбора и интерпретации ЭЭГ и дает множество практических советов по регистрации данных ЭЭГ без артефактов. Таким образом, приобретение системы Zeto EEG для нашей практики было одним из лучших решений, принятых в моей профессиональной жизни, и я очень доволен продуктом, а также обслуживанием клиентов.

Разработка печатных и гибких сухих электродов ЭКГ

https://doi.org/10.1016/j.sbsr.2018.05.001Получить права и содержание

Основные моменты

•: Гибкие и пригодные для носки сухие электроды с печатным рисунком были разработаны для контролировать сигналы ЭКГ.
•: Способность сухих электродов была исследована путем измерения сигналов ЭКГ.
•: Сухой электрод ЭКГ продемонстрировал лучшие характеристики, чем коммерческий мокрый электрод.
•: Сухие электроды обеспечивают лучший конформный контакт на границе раздела электрод-кожа.

Abstract

Разработаны гибкие носимые сухие электроды с печатью для мониторинга сигналов электрокардиограммы (ЭКГ) без подготовки кожи и использования влажного геля.Чернила в виде чешуек серебра (Ag) были отпечатаны трафаретной печатью на гибкой полиэтилентерефталатной (ПЭТ) подложке для изготовления сухого электрода ЭКГ. Композит многослойные углеродные нанотрубки (MWCNT) / полидиметилсилоксан (PDMS) в качестве проводящего полимера затем был нанесен на печатный Ag-электрод с использованием техники нанесения покрытия на стержень. Характеристики напечатанных электродов были исследованы путем тестирования проводимости композита MWCNT / PDMS и измерения импеданса электрод-кожа для радиусов электродов, изменяющихся от 8 мм до 16 мм.Было замечено, что сухой электрод ЭКГ с наибольшей площадью продемонстрировал лучшие характеристики с точки зрения проводимости композита MWCNT / PDMS, интенсивности сигнала ЭКГ и корреляции по сравнению с промышленным электродом из влажного серебра / хлорида серебра (Ag / AgCl). Кроме того, была исследована способность сухих электродов ЭКГ для мониторинга сигналов ЭКГ как в расслабленном сидячем положении, так и во время движения объекта, и результаты сравнивались с мокрым электродом ЭКГ из Ag / AgCl (T716).Пока объект находится в движении, отпечатанные сухие электроды были менее шумными и могли лучше определять типичные характеристики ЭКГ в сигналах благодаря лучшему конформному контакту на границе раздела электрод-кожа. Полученные результаты продемонстрировали возможность использования обычного процесса трафаретной печати для разработки гибких сухих электродов ЭКГ для приложений в биомедицинской промышленности.

Ключевые слова

Сухой электрод ЭКГ

Мониторинг ЭКГ

MWCNT

PDMS

Трафаретная печать

Носимые биомедицинские датчики

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Цитирующие статьи

Frontiers | Датчики ЭЭГ уха с гибкой печатью для определения стадии сна в домашних условиях

Введение

Для регистрации стадий сна значимым с медицинской точки зрения способом требуется инфраструктура лаборатории сна и размещение множества датчиков хорошо обученным персоналом. Сбор данных электроэнцефалограммы (ЭЭГ) является наиболее важной частью полисомнографии (ПСГ). Хотя ПСГ, вводимый в лаборатории сна в контролируемых условиях, продолжает играть важную роль в медицине сна, стало ясно, что необходимы дополнительные возможности для решения различных вопросов, касающихся сна и нарушений сна.Немецкое общество исследований сна и медицины сна (DGSM) уже давно обращает внимание на необходимость исследований в отношении упрощенных процедур для поддержки диагностики сна с возможными приложениями для домашних исследований (1), поскольку постоянно растет спрос на диагностика приводит к длинным листам ожидания в лаборатории сна. Кроме того, стандартный ПСГ в лаборатории сна навязчив и может привести к нетипичному режиму сна у пациента, что может усложнить диагностический процесс (2).

Потребительский рынок определил тех, кто испытывает проблемы со сном, как клиентов.Доступно множество гаджетов, устройств и приложений, которые обещают информацию о продолжительности сна, качестве сна или даже апноэ во сне. Тем не менее, исследователи сна и практикующие врачи ставят под сомнение пригодность устройств для отслеживания сна потребительского уровня (3, 4). Большинство решений не являются медицинскими приборами и не прошли проверку на соответствие стандартным процедурам. Тем не менее, маркетинговые заявления могут быть неоднозначными, и покупатели могут воспринимать продукты как научно подтвержденные из-за их внешнего вида. Однако неточная обратная связь о своем сне может исказить восприятие людьми качества сна, ухудшить симптомы и помешать правильной диагностике и лечению.Отрицательные отзывы о качестве сна могут нанести вред дневному функционированию и увеличить дневную усталость, как было проверено в фиктивном эксперименте с пациентами, страдающими бессонницей (5). Разработка точных решений для мониторинга сна с низким порогом, которые можно было бы применять самостоятельно и использовать дома, может помочь избежать этих проблем.

Несколько исследовательских групп и коммерческих компаний разработали компактные системы мониторинга сна ЭЭГ, которые могут помочь заново определить, как ЭЭГ во сне может быть снята с кожи головы таким образом, чтобы их можно было легко применять без подготовки и не мешать носить во время сна.Они различаются по расположению (лицо, ухо), а также по типу и количеству каналов, но их объединяет то, что они представляют идеи, выходящие за рамки стандартного PSG, а некоторые из них сообщают о многообещающих результатах. Недавние примеры решений для лица включают самонакладные электроды, разработанные для неотложной медицинской помощи (6, 7), печатную матрицу сухих электродов, наносимую на лицо (8), и самоклеящиеся электроды, прикрепленные с помощью оголовья (9). Устройства, ориентированные на ушной канал, включают в себя как сухие, так и влажные внутриушные электроды, которые подходят к индивидуальному наушнику (10, 11), а также внутриушные датчики, прикрепленные к ушным вкладышам из пеноматериала (12).На потребительском рынке несколько имеющихся в продаже устройств прошли научную оценку. Примеры включают сенсорные системы с одноразовыми электродами, приложенными ко лбу (13, 14) или сухими электродами в головной повязке, с кремниевыми электродами в виде щеточки на затылке и плоскими сухими электродами на лбу (15, 16). Эти системы объединяет то, что они предлагают все необходимое оборудование в компактной и простой в использовании установке. Однако во многих случаях анализ данных выполняется на серверах, принадлежащих компании, и в прямом доступе к необработанным данным отказывается, что несовместимо с попытками независимой научной оценки.

Помимо разработки новых устройств, подход к ЭЭГ «сверху вниз» может помочь определить простые комбинации электродов, дающие наилучшие результаты. Базы данных клинических данных ПСГ были проанализированы, чтобы найти наименьшую рабочую комбинацию датчиков, позволяющую определять стадию твердого сна. Примеры включают оценку стадий сна с помощью одного электрода (17, 18), а также использование подходов машинного обучения, которые используют наименьшее число, необходимое для правильной категоризации из большого количества доступных параметров и, таким образом, предоставляют информацию о возможных сокращенных совокупностях датчиков ( 19, 20).

В настоящее время мы не знаем ни одной миниатюрной системы мониторинга сна, которая была бы полностью самостоятельной для использования дома в том смысле, что все оборудование было бы легко доступно для непрофессионала. В этом исследовании мы сосредоточились на сочетании качества сигнала электродов для влажной кожи головы с удобством использования легко накладываемых сухих электродов путем нанесения влажных электродов с гибкой печатью на безволосую кожу вокруг уха. Поступая таким образом, мы опирались на существующие знания об ЭЭГ уха и на шаг приблизились к самостоятельному получению ЭЭГ во сне в домашних условиях.Мы протестировали подход к мониторингу сна в домашних условиях, применяя новое ненавязчивое оборудование и используя статистические средства для проверки качества данных и выбора датчиков. Мы сосредоточились на легко доступных деталях сенсора, чтобы создать сенсорную систему, которую можно легко адаптировать или воспроизвести. Для ЭЭГ использовали cEEGrid (21, 22). CEEGrid – это гибкая дискретная система влажной ЭЭГ, которая особенно подходит для измерения ЭЭГ в домашних условиях. Он состоит из печатной платы (PCB), включающей плоские серебряные электроды на гибком полимерном листе в форме буквы C.Он плотно прилегает к безволосой коже вокруг уха, самоклеится и легко наносится, что облегчает его использование для измерения сна в домашних условиях.

По сравнению с ушными электродами или одиночными электродами, cEEGrid имеет преимущество в виде больших межэлектродных расстояний, что позволяет регистрировать сигналы с большей амплитудой (23). В общей сложности cEEGrid предлагает восемь каналов на ухо, относящихся к сосцевидному отростку. Пригодность использования cEEGrid для измерений во время сна продолжительностью до 12 часов уже была эмпирически доказана (11, 24).Обе публикации ссылались на один и тот же набор данных, записанные в лаборатории сна, и использовали cEEGrids для двух ушей (24), обнаружив, что стадии сна трудно различать на основе каналов cEEGrid по сравнению с полным PSG, в то время как дифференциация между сном и бодрствованием была немного выше. Соглашение (25) обнаружило, что автоматическая оценка данных cEEGrid приводит к такой же точности, как и экспертная оценка стандартного PSG, что способствует дальнейшему изучению данных о сне cEEGrid. Более высокая точность, основанная на автоматической оценке по сравнению с ручной оценкой данных cEEGrid, была объяснена нестандартным расположением электродов cEEGrid и возможным отсутствием опыта ручной оценки таких данных.Был получен индекс корреляции между cEEGrid и отведениями кожи головы в определенных частотных диапазонах (альфа, бета, тета и дельта), что привело к хорошей корреляции с использованием средних значений электродов и больших расстояний между электродами.

В текущем исследовании мы использовали один cEEGrid, тем самым сократив время подготовки до нескольких минут, что является одной из важных особенностей при приближении к будущей системе самостоятельного применения. При ручной оценке данных использовались линейные комбинации каналов cEEGrid, которые были помечены соответствующим образом для экстраполяции на классические каналы PSG.Кроме того, участники спали дома и сами начинали и заканчивали запись. Поскольку домашнее приложение делает полную настройку ПСГ непрактичной, использовалось приближение к соответствующим каналам ЭЭГ и ЭОГ (электроокулограммы) ПСГ. Предыдущие исследования показали, что одного канала (Fpz) может быть достаточно для различения стадий быстрого сна и глубокого сна (17). Каналы EOG предоставляют дополнительную информацию о движениях глаз, которая облегчает определение стадии сна и предоставляет важную информацию для кодировщиков сна.Поэтому мы измерили полные ночи сна дома, используя один cEEGrid, один канал EEG (Fpz) и два канала EOG в легкой мобильной установке. Наша цель состояла в том, чтобы определить стадии сна с помощью этой простой настройки, задействовав обученного счетчика сна для ручного кодирования данных ЭЭГ.

Чтобы определить надежность эксперта по оценке сна, мы рассчитали надежность повторного тестирования гипнограмм, созданных в двух разных временных точках (2018, 2020), с использованием ЭЭГ Fpz, EOG_L и EOG_R. Результаты представляют собой наилучшую возможную оценку для дальнейших сравнений.Затем мы создали биполярные каналы на основе комбинаций каналов cEEGrid для аппроксимации каналов, традиционно используемых для ЭЭГ в PSG, поэтому с учетом качества пространственного фильтра каналов ЭЭГ. Затем мы определили данные cEEGrid как первый экспериментальный набор данных, а данные cEEGrid + EOG как второй экспериментальный набор данных. Оба набора данных были независимо закодированы экспертом по оценке сна в соответствии с критериями AASM для определения стадии сна. Гипнограммы сравнивали с гипнограммами фронтального канала + ЭОГ.Кроме того, мы проверили, как с помощью этой установки представлены аналогичные так называемые графоэлементы ЭЭГ сна по сравнению с сигналом Fpz. Мы определили К-комплексы и веретена сна, характерные для второй стадии сна, как подходящие графоэлементы для включения в анализ. Мы проверили, какие комбинации каналов cEEGrid дадут наилучшее представление аннотированных графоэлементов. Следовательно, K-комплексы и веретена сна, аннотированные экспертом по оценке в Fpz-EOG, были коррелированы с каждым каналом и всеми возможными комбинациями пар каналов cEEGrid-EEG.Этот корреляционный анализ исследовал, можно ли использовать комбинации ушных каналов ЭЭГ для имитации ЭЭГ, измеренной на более удаленном участке кожи головы, например, Fpz. Если такой подход будет поддержан, он будет стимулировать выбор комбинаций каналов cEEGrid, которые могут приблизительно представлять измеренную ЭЭГ классических электродов PSG для скальпа, таких как Fp2, F4, C4, P4 и O2.

Материалы и методы

Участников

Десять участников (8 женщин, 2 мужчины, средний возраст = 28 лет.4 ± 4,3 года) были набраны из числа сотрудников и друзей кафедры психологии Ольденбургского университета Карла фон Осецкого, Германия. Набор в эту группу был необходим, потому что экспериментатор посещал участников в их частном доме, и было предпочтительным, чтобы она была знакома участникам. Участники не сообщили о нарушениях сна. Каждый участник предоставил данные о сне за одну ночь, записанные во время сна дома. Исследование было одобрено местным советом по этике.

Сбор данных

Экспериментатор приходил вечером в дом участников, чтобы подготовить его или ее к ночной записи.Участников попросили носить ночное белье и не использовать макияж. Перед началом подготовки участники дали письменное информированное согласие на участие в исследовании. Схема эксперимента показана на рисунке 1. Один cEEGrid (21) был приготовлен с использованием геля с абразивным электролитом (ABRALYT HiCl, Easycap, Германия) и помещен вокруг правого уха с помощью самоклеющейся наклейки. Кроме того, на место Fpz помещали одиночный кольцевой электрод из спеченного Ag / AgCl. Для сигнала EOG два электрода Ag / AgCl были размещены по диагонали возле глаз в соответствии с руководством AASM (Американская академия медицины сна).Затем все кольцевые электроды были заполнены гелем электролита. Электроды подсоединяли к усилителю SMARTING SLEEP (mBrainTrain, Сербия), который включал встроенный гироскопический датчик, а затем прикрепляли к нагрудному ремню. Усилитель подключался через Bluetooth к имеющемуся в продаже смартфону (Sony Xperia Z1), который был помещен рядом с кроватью участника. Импедансы были проверены в приложении SMARTING, и запись началась, когда импедансы обычно были ниже 20 кОм. Чтобы закрепить кабели для сна, на голову участника и на соединитель, связывающий кабели, были наложены трубчатые повязки.Всего было записано 9 каналов ЭЭГ (правые каналы cEEGrid R1-8, Fpz), 2 канала ЭОГ (EOG_L и EOG_R) и 3 канала гироскопа с частотой дискретизации 250 Гц на время ночного сна (эталонный и заземляющий расположены в центре цЭЭГрид и размещается на правой части сосцевидного отростка, см. рисунок 1).

Рисунок 1 . Схематическое изображение экспериментального дизайна, использованного в этом исследовании, включая электродные метки.

Анализ данных

Предварительная обработка данных

Следующие шаги предварительной обработки были выполнены для подготовки записанных данных ЭЭГ для аннотации эксперта по оценке сна и корреляционного анализа.Для аннотации использовались три компоновки каналов ( Fpz + EOG, cEEGrid и cEEGrid + EOG) , как указано в Таблице 1. Каналы были выбраны и, при необходимости, переименованы и помечены.

Таблица 1 . Конфигурация канала трех разных наборов данных.

Набор данных Fpz + EOG используется в качестве эталона, с которым сравнивается первый набор экспериментальных данных cEEGrid и второй набор экспериментальных данных cEEGrid + EOG .Для макетов cEEGrid использовались линейные комбинации каналов cEEGrid, которые были мотивированы для приблизительного представления ЭЭГ, измеренной в классических PSG-релевантных положениях кожи головы Fp2, F4, C4, P4 и O2 по отношению к правому сосцевидному отростку M2 (как показано на рисунке 2). Комбинации каналов помечены в соответствии со стандартами PSG, чтобы обеспечить их знакомство с игроком (например, Fp2_M2, F4_M2,…). В наборе данных cEEGrid + EOG добавлены два канала EOG, которые повторно ссылаются на R6 в качестве эталона классического сосцевидного отростка.

Рисунок 2 . Комбинации каналов cEEGrid, используемые для схем расположения каналов cEEGrid и cEEGrid + EOG . Эти биполярные каналы экстраполируются к классическим позициям PSG скальпа (Fp2, F4, C4, P4, O2), как показано.

После этого шага данные ЭЭГ подвергались полосовой фильтрации с использованием фазового фильтра Баттерворта 4-го порядка с полосой пропускания от 0,5 до 40 Гц, чтобы уменьшить дрейф электродов и шум, содержащий высокочастотные компоненты.После этого шага данные были понижены до 125 Гц.

Аннотация к данным Sleep Expert

Эксперт-технолог полисомнографии с 14-летним опытом работы в области полисомнографии (MP, впоследствии называемый экспертным счетчиком) аннотировал данные ЭЭГ в последовательных 30-секундных сегментах, используя программное обеспечение для анализа сна с открытым исходным кодом (26). Постановка сна была сделана в соответствии с рекомендациями AASM для постановки сна в четырех условиях аннотации, описанных в таблице 2 [аннотированные стадии: бодрствование (W), N1, N2, N3 и REM (быстрое движение глаз)].Обратите внимание, что новизна установки означала, что технические и цифровые характеристики значительно отклонялись от рекомендаций AASM. Руководящие принципы определения стадии сна, включая пороговые значения амплитуды, соблюдались в меру своих возможностей. Кроме того, графоэлементы (К-комплексы и шпиндели сна) были аннотированы в условии Fpz + EOG 2 ^nd Рейтинг .

Таблица 2 . Описание четырех условий аннотации стадии сна.

Корреляционный анализ

событий К-комплекса и веретена сна, извлеченных путем разделения переходной ЭЭГ каналов cEEGrid (R1,…, R8) и Fpz на эпохи в соответствии с аннотациями графоэлементов эксперта по оценке в Fpz + EOG 2 ^nd Рейтинг . DC-смещения были оценены и уменьшены путем вычитания среднего по всем выборкам соответствующей эпохи. Наконец, были рассчитаны коэффициенты корреляции между эталонными графоэлементами (аннотированные эпохи в Fpz) и соответствующими переходными данными всех возможных одноканальных и биполярных комбинаций каналов электродов cEEGrid (всего 36), как показано ниже:

R1,

R1-R2, R2,

R1-R3, R2-R3, R3,

R1-R4, R2-R4, R3-R4, R4,

R1-R5, R2-R5, R3-R5, R4-R5, R5,

R1-R6, R2-R6, R3-R6, R4-R6, R5-R6, R6,

R1-R7, R2-R7, R3-R7, R4-R7, R5-R7, R6-R7, R7,

R1-R8, R2-R8, R3-R8, R4-R8, R5-R8, R6-R8, R7-R8, R8.

Для расчета среднего коэффициента корреляции по эпохам одного графоэлемента или дальнейшего усреднения по участникам, отдельные коэффициенты корреляции сначала преобразовывались по методу Фишера Z, а затем усреднялись, а на последнем этапе подвергались обратному преобразованию путем вычисления его гиперболического тангенса.

Статистический анализ гипнограмм

Для статистической оценки соответствия различных гипнограмм использовалась Каппа Коэна для определения соответствующей межэкспертной надежности в трех тестовых условиях, как описано в Таблице 3 [шкала согласия согласно (27)].Для расчета надежности участников были объединены соответствующие гипнограммы. Поэтому были рассчитаны матрицы неадекватности различных гипнограмм, которые в дальнейшем использовались для определения Каппы Коэна и ее стандартной ошибки. Каппа Коэна рассчитывалась для каждой отдельной стадии сна по сравнению с остальными и для всех стадий сна.

Таблица 3 . Описание всех статистических условий испытаний.

Результаты

Гипнограммы

Гипнограммы всех четырех условий аннотации показаны на рисунке 3 для репрезентативного участника.На рисунках 3A, B показаны результаты Fpz + EOG 1 ^st Рейтинг и Fpz + EOG 2 ^nd Рейтинг соответственно. Результаты соответствующих тестов надежности Fpz + EOG test-retest перечислены в левом столбце Таблицы 4. Следовательно, данные участника 5 не анализировались в Fpz + EOG 1 ^st Рейтинг , Для этого сравнения использовались гипнограммы только девяти участников.

Рисунок 3 . Гипнограммы, созданные экспертом по оценке, показаны для участника номер 4. (A) Гипнограмма Fpz + EOG 1 ^st Рейтинг с использованием данных ЭЭГ Fpz + EOG . (B) Гипнограмма Fpz + EOG 2 ^nd Рейтинг с использованием данных ЭЭГ Fpz + EOG . (C) Гипнограмма cEEGrid Rating с использованием данных ЭЭГ cEEGrid . (D) Гипнограмма cEEGrid + EOG Рейтинг с использованием данных ЭЭГ cEEGrid + EOG . Стадии сна определяются в соответствии с AASM как: искусство (артефакт), бодрствование (бодрствование), REM (быстрое движение глаз), N1 (не-REM1), N2 (не-REM2) и N3 (не-REM3).

Таблица 4 . Результаты теста статистической надежности и соответствующие стандартные ошибки для трех условий тестирования (первый: Fpz + тест EOG-повторный тест сравнение результатов Fpz + EOG 1 ^st Рейтинг и Fpz + EOG 2 ^nd Рейтинг ; второй: Fpz + EOG vs.cEEGrid сравнивает результаты Fpz + EOG 2 ^nd Рейтинг и Рейтинг cEEGrid ; третье: Fpz + EOG против cEEGrid + EOG , сравнивая результаты Fpz + EOG 2 ( ^nd Рейтинг и cEEGrid + EOG Рейтинг ).

Гипнограммы показали полное существенное согласие с надежностью повторного тестирования Коэна κ = 0,78 ± 0,0. Соответствующая матрица неточностей показана в Таблице 5A.W и N2 показали существенное совпадение в одноступенчатых условиях испытаний по сравнению с остальными. N1 получил умеренную оценку, а N3 и REM – почти идеальное соответствие. Значения κ, показанные в левом столбце таблицы 4, были взяты как представляющие наилучшие возможные баллы для условий испытаний Fpz + EOG по сравнению с cEEGrid и Fpz + EOG по сравнению с cEEGrid + EOG .

Таблица 5 . Полученные матрицы путаницы (A) условие Fpz + EOG test-retest (отсутствует участник номер 5, так как не включен в Fpz + EOG 1 ^st Рейтинг ), (B) условие Fpz + EOG против.cEEGrid и условие (C) Fpz + EOG по сравнению с cEEGrid + EOG .

На рисунках 3C, D результаты Fpz + EOG 2 ^nd Рейтинг и cEEGrid Rating в качестве примера показаны для участника номер 4. Результаты тестов надежности Fpz + EOG по сравнению с cEEGrid и Fpz + EOG по сравнению с cEEGrid + EOG перечислены в среднем и правом столбце таблицы 4 (соответствующие матрицы неточности показаны в таблицах 5B, C).В целом, существенное согласие получено в состоянии Fpz + EOG против cEEGrid (κ Коэна = 0,67 ± 0,01), а также в условии Fpz + EOG против cEEGrid + EOG (κ Коэна κ = 0,75 ± 0,01). Парный тест t (односторонний) значений κ по Коэну одного участника выявил значительную разницу в согласии ( p = 0,006).

В одноступенчатых условиях испытаний по сравнению с остальными тестами N3 показал почти идеальное совпадение в обоих сравнениях. Состояние REM показало существенное совпадение в Fpz + EOG vs.cEEGrid и почти идеальное согласие в Fpz + EOG против cEEGrid + EOG . Условия W и N2 показали существенное совпадение в обоих сравнениях. Fpz + EOG по сравнению с cEEGrid показывает удовлетворительное согласие в условии N1, тогда как Fpz + EOG против cEEGrid + EOG показывает умеренное согласие.

Графоэлементы

На рис. 4 показаны результаты корреляционного анализа, усредненные по эпохам, для событий К-комплекса и веретена сна, соответственно. Эффект одинаково заметен в среднем по участникам и в результатах для одного участника.R1 и R1-R4 получили самые высокие положительные оценки (K-комплекс: 0,68, веретено сна: 0,62), а R5-R8 получили самые высокие отрицательные средние коэффициенты корреляции (K-комплекс: -0,59, веретено сна: -0,52). Примечательно, что K-комплексы и веретена сна, аннотированные в ЭЭГ, записанной в Fpz, лучше всего представлены в ЭЭГ комбинаций каналов cEEGrid, которые указывают в направлении Fpz. Эта зависимость от направления в качестве примера показана на рисунке 5 для шести комбинаций каналов cEEGrid. В целом, эти результаты подтверждают предположение о том, что комбинации ушных каналов ЭЭГ могут использоваться для оценки ЭЭГ, измеренной на более удаленном участке кожи головы, и, следовательно, выбор комбинаций каналов, используемых для cEEGrid и cEEGrid + EOG , cf .Таблица 1.

Рисунок 4 . Результаты корреляционного анализа усреднены по эпохам для каждого отдельного участника и усреднены по участникам ( в среднем ). Коэффициенты корреляции между графоэлементами (K-комплексы и шпиндели сна, аннотированные на ЭЭГ Fpz) и соответствующей ЭЭГ каждого возможного отдельного канала и биполярных комбинаций каналов электродов cEEGrid вычисляются для каждой эпохи, с преобразованием Z Фишера, усредненным по эпохам (и участников за в среднем ) и преобразовал обратно.

Рисунок 5 . Примерная демонстрация шести комбинаций каналов cEEGrid. Цвета представляют величину корреляции. На основе корреляционного анализа комбинация каналов cEEGrid, указывающих в направлении Fpz, дает наивысшую абсолютную корреляцию и, следовательно, лучше всего подходит для представления графоэлементов (K-комплексов и шпинделей сна), аннотированных в ЭЭГ, записанных с Fpz. Комбинация R5-R8 указывает во фронтальном направлении из-за отрицательного значения корреляции.

Обсуждение

В настоящем исследовании изучалась возможность использования ушных ЭЭГ-датчиков с гибкой печатью для регистрации стадий сна по записям, выполненным с помощью беспроводного усилителя и стандартной технологии смартфона в домашних условиях. Подход корреляционного анализа свидетельствует о том, что комбинации ушных каналов ЭЭГ могут использоваться для экстраполяции информации, измеренной в традиционных местах на коже черепа, таких как Fpz. В целом, результаты подтверждают выбор тех комбинаций каналов cEEGrid, которые использовались для анализа cEEGrid и cEEGrid + EOG .Здесь каналы cEEGrid были объединены и переименованы для имитации сигналов ЭЭГ, которые могут быть записаны с традиционных электродов PSG для скальпа Fp2, F4, C4, P4 и O2. Качество гипнограмм по сравнению с гипнограммами Fpz + EOG отличалось в зависимости от включения в анализ дополнительных каналов EOG. Гипнограммы, основанные на cEEGrid , показали значительно меньшее согласие, чем гипнограммы cEEGrid + EOG . Сравнение значений κ Коэна в столбцах таблицы 4 показывает, что Fpz + EOG vs.cEEGrid + EOG показал сопоставимые результаты с надежностью тест-ретеста эксперта. Кроме того, заметно, что даже стадия сна N1 показала сопоставимую надежность. Исследование межэкспертной надежности гипнограмм, созданных в соответствии с AASM для семи различных тренированных счетчиков сна, дало сопоставимые значения [N1: κ Коэна = 0,46, REM: κ Коэна = 0,91; (28)]. Следовательно, хотя надежность оценок кажется низкой для некоторых стадий сна, она не ниже, чем типичная для гипнограмм с ручной оценкой.Мы ожидаем, что в ближайшем будущем автоматическая оценка может превзойти ручную оценку и дать лучшие результаты (29). Результаты корреляционного анализа также указывают на то, что аннотация графоэлементов, таких как K-комплексы и веретена сна, должна быть возможна в данных ЭЭГ уха.

В текущем исследовании мы обнаружили, что стандартной технологии смартфонов в сочетании с беспроводным усилителем и потенциально простым в использовании набором ушных ЭЭГ-электродов может быть достаточно для получения гипнограмм по данным домашнего сна.Однако обратите внимание, что ЭЭГ уха в сочетании с дополнительными электродами ЭОГ выполнялась лучше, чем сама по себе, в частности, при определении быстрого сна. Быстрый сон бывает сложно отличить от фаз бодрствования без ЭОГ, который предоставляет важную информацию о вертикальных и горизонтальных движениях глаз, которые указывают на быстрый сон. Точно так же медленные движения глаз, четко видимые в каналах EOG, могут указывать на переход от бодрствования к сну N1. Ввиду важности информации EOG для оценки сна, в будущих исследованиях было бы интересно проверить, возможна ли оценка с использованием только EOG (24), показавшая лишь умеренное согласие для всех стадий сна вместе (κ = 0.42 ± 0,21) между гипнограммами, основанными на cEEGrid, и гипнограммами, основанными на полном PSG, и объяснил отсутствие EOG как возможную причину несоответствия. Настоящее исследование основано на ручном подсчете гипнограмм. Использование комбинаций каналов, аппроксимирующих сигнал классических каналов PSG в сочетании с подходящими метками каналов, вместо прямых каналов cEEGrid, также может быть одной из причин для лучшего согласования, как предполагается в (25). В текущем исследовании оценка κ для сна N1 варьировалась от 0.От 37 до 0,46 во всех условиях, что отражает часто отмечаемую трудность определения перехода из состояния бодрствования в сон N1 даже в полностью оборудованных настройках PSG (28).

Сила этого исследования – сбор данных дома, когда участники спят в своих кроватях – также демонстрирует его пределы. Используя миниатюрное портативное оборудование, новая система сравнивалась не с полным PSG, а с его приближением с использованием только одного фронтального электрода на Fpz в дополнение к электродам EOG.Минимальная установка согласно AASM для определения стадий сна требует наличия трех электродов на скальпе в положениях F4, C4 и O2 относительно сосцевидного отростка (30). Положение Fpz было выбрано на основе исследований, показывающих, что этапы сна работают хорошо, когда они основаны на одноканальной записи лба (17, 18). Кроме того, мы стремились получить позиции ЭЭГ на безволосой коже. В будущих исследованиях потребуется проверка измененного макета положения в соответствии с золотым стандартом лаборатории PSG для сна, чтобы лучше представить его точность.В текущем исследовании мы использовали усилитель SMARTING без использования встроенного гироскопа. Для будущих приложений датчики движения, такие как акселерометры и гироскопы, включенные в аппаратное обеспечение, могут предоставить дополнительную информацию для анализа сна. Было бы целесообразно отслеживать положение тела и восстанавливать модели дыхания по движениям грудной клетки, не увеличивая громоздкость дополнительных датчиков.

Из важных характеристик, необходимых для оценки сна, большое значение имеют движения глаз и графоэлементы.Они, вероятно, будут продолжать играть важную роль в определении гипнограмм по мере того, как область движется к автоматическому определению стадии сна (31). Что касается движений глаз, cEEGrid оказался полезным приближением к релевантным положениям кожи головы, но он не смог предоставить достаточную информацию EOG, по крайней мере, при использовании только с одной стороны. Чтобы улучшить конструкцию, может быть полезным расширение массива электродов для включения положений около глаза или, возможно, имитация EOG с использованием двух cEEGrids (по одному на каждое ухо) и перекрестной ссылки между ними (22).Недавняя адаптация cEEGrid к ЭЭГ лба с гибкой печатью дала высококачественные сигналы ЭЭГ положения лба и лица с минимальным дискомфортом или неудобствами в течение 8 часов (32). Охватывая стандартные позиции EOG в сетке, этот электродный массив может обеспечивать сигнал, подходящий для обнаружения REM, хотя он не был протестирован на износ во время сна. Как отмечалось ранее (21), он доступен только в одном размере, что может затруднить установку, особенно у пожилых людей, у которых обычно большие уши.CEEGrid не является гибким и достаточно регулируемым, чтобы его было удобно носить каждому. В идеале решетки ушных ЭЭГ-электродов должны изготавливаться из более гибкого материала и иметь разные размеры, чтобы их было легче применять самостоятельно.

Что касается графоэлементов, мы обнаружили, что спящие веретена и K-комплексы лучше всего представлены в комбинациях каналов cEEGrid, которые указывают в направлении Fpz в подходе, управляемом данными. В будущем исследовании мы планируем напрямую сравнить комбинации каналов ушной ЭЭГ с ЭЭГ, измеренной в нескольких положениях кожи головы, для дальнейшей проверки решений ЭЭГ уха для получения ЭЭГ во сне.Недавно были сделаны предложения об источнике сонного веретена и генераторов К-комплекса (33, 34), которые могут способствовать идеальному расположению биполярных каналов на безволосой коже для наилучшего отражения характеристик сна. В будущем подход, управляемый генератором, может быть полезен для размещения биполярных каналов таким образом, чтобы в идеале улавливать источник характеристик стадии сна, таких как веретена сна и К-комплексы. Что касается ЭЭГ уха, связь источник-датчик недавно была оценена с помощью моделирования, чтобы сравнить ЭЭГ уха cEEGrid со 128-канальным cap-EEG (23).Используя тот же подход прямого моделирования, новое расположение электродов, то есть ориентированных на генератор K-комплекса, можно сравнить с полной ЭЭГ скальпа, чтобы обеспечить оценку чувствительности к рассматриваемым областям. Такой подход может помочь найти лучший компромисс между удобными, ненавязчивыми датчиками и качеством данных. Дальнейшая миниатюризация и оптимизация беспроводных систем ЭЭГ – это дополнительный вопрос, требующий решения в будущем. Современные мобильные системы ЭЭГ уже включают в себя датчики движения.В зависимости от размещения усилителя на теле в ночное время, датчики движения могут использоваться для получения дополнительной информации, такой как положение тела и характер дыхания.

Критерии AASM образуют полезный стандарт, который совершенствовался десятилетиями. Однако по мере того, как идея мониторинга сна переходит от ручного кодирования обученным персоналом к автоматическому декодированию с помощью методов машинного обучения, негибкие процедуры PSG могут ограничивать разработку новых стандартов для определения характеристик стадии сна.Для выявления нормальных и аномальных событий во время сна в экологически приемлемых условиях могут потребоваться прорывные технологии. Регистрация ушной ЭЭГ кажется подходящей для разработки удобной, дискретной и надежной системы ЭЭГ сна, которая работает дома, может управляться самостоятельно и незаметна во время ношения.

Заявление о доступности данных

Наборы данных, представленные в этой статье, недоступны, потому что совместное использование необработанных данных не было включено в заявление об этике.Запросы на доступ к наборам данных следует направлять Карлосу Ф. да Силва Соуто, [email protected].

Заявление об этике

Исследования с участием людей были рассмотрены и одобрены Комитетом по оценке воздействия и этике Университета Карла фон Осецкого в Ольденбурге. Участники предоставили письменное информированное согласие на участие в этом исследовании.

Авторские взносы

IM и SD разработали эксперимент.IM собрал данные. IM и MB проанализировали все данные за 2018 год. MP оценил все данные о сне и закодировал аннотации графоэлементов. Компания CS проанализировала все разработанные данные за 2020 год, выполнила корреляции и графоэлементный анализ. Рукопись написали WP, CS и KIW. SD, IM, MB и MP предлагали обратную связь в процессе написания. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Ольденбургское отделение слуховых, речевых и аудиотехнологий HSA финансируется в рамках программы «Vorab» Министерством науки и культуры Нижней Саксонии (MWK) и Фондом Volkswagen для его дальнейшего развития.Часть этого проекта финансировалась BMBF NeuroCommTrainer (16SV7790). Часть исследования проводилась как проект при частичном выполнении требований магистратуры по ID.

Конфликт интересов

MP было заказано SD для независимой оценки данных о сне в 2018 г., а в 2020 г. – KIW.

Остальные авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы выражают благодарность всем участникам исследования.

Список литературы

1. Майер Г., Фитце И., Фишер Дж., Пензель Т., Риман Д., Роденбек А. и др. S3 Leitlinie Nicht erholsamer Schlaf. Somnologie 13 (Приложение 1): 1–160.

Google Scholar

2. Фейге Б., Аль-Шаджлави ANAM, Ниссен С., Водерхольцер У., Хорняк М., Шпигельхалдер и др. Влияет ли быстрый сон на субъективное время бодрствования при первичной бессоннице? Сравнение полисомнографического и субъективного сна у 100 пациентов. J Sleep Res. (2008) 17: 180–90. DOI: 10.1111 / j.1365-2869.2008.00651.x