Сварочные электроды лб 52у: характеристики, описание, плюсы

Сварочные электроды являются неотъемлемой атрибутикой сварки металлов и сплавов. Огромного внимания заслуживают качественные электроды лб 52у, применение которых стало широко распространено в кругу профессиональных сварщиков.

Электроды данной японской марки производятся различных диаметров и характеристик, с помощью чего их применение способно удовлетворить самые разнообразные технологические требования на производственной и строительной площадках, и не только. Так как электроды lb 52 завоевали доверие десятков тысяч профессиональных сварщиков по всему миру, к ним стоит присмотреться поближе, затронуть характеристики, параметры, области применения и другую полезную информацию.

Описание японских катодов

Производит электроды марки b японская компания, которая носит имя Kobelco. Современные электроды лб 52 эксплуатируются во время производства соединений и швов углеродистых сталей, а также сталей с невысоким показателем легирующих присадок.

Электроды данной марки позволяют производить качественные, надежные и долговечные швы в условиях постоянного и переменного тока. Обработка металлов катодами lb 52 u возможна по системе ElectrodePositivе.

Электроды популярной японской марки lb 52 u по своему устройству аналогичны отечественным катодам марки УОНИ, поскольку так же имеют основное покрытие, соединения фтора, при этом основное покрытие состоит из углекислых соединений магния и кальция. При существенных температурных режимах электрической дуги карбонаты распадаются на окислы магния и кальция. Современные электроды lb 52 заслуживают пристального внимания и последующего выбора.

На протяжении температурного распада происходит активное выделение двуокиси и окиси углерода, в то время как водород не выделяется. Рассматриваемые товары марки lb 52 u именуются еще низко водородными катодами. Огромного внимания заслуживают катоды марки lb 52 u по причине многочисленных преимуществ и высоких технических показателей, которыми располагают электроды рассматриваемой японской марки.

Характеристики и преимущества японских катодов

Электроды марки lb 52 u выпускаются в трёх вариантах диаметров: 2,6 мм, 3,2 мм, 4,0 мм. Разумеется, технические характеристики катодов и тонкости их применения меняются в зависимости от их толщины.

Технические характеристики:

• Марка — lb 52 u;
• Род применяемого тока – постоянный, переменный;
• Диаметр – 2,6 миллиметра;
• Масса пачки катодов – 5 килограмма;
• Показатель напряжения холостого хода – В;
• Предел текучести – 530 МПа;
• Редел прочности, который имеют электроды lb 52, – 588 МПа;
• Классификация сварочного атрибута — Е7016-1/AWS A5.1.

После того как с основными техническими параметрами катодов lb 52 u удалось ознакомиться, следует приступать к информированию, касающемуся преимущественных сторон, присущих lb 52 u. Ниже приведены основные достоинства, выгодно отличающие электроды рассматриваемой марки от аналогов.

Преимущества:

• Электроды lb 52 экономичны;
• Высокая плотность соединения;
• Пониженная степень содержания водорода в металле;
• Незначительное разбрызгивание металла во время производства соединений и швов;
• Значительная глубина проплавления обрабатываемого металла;
• Шлаковая корка достаточно легко отделяется;
• Стойкость к абразивным трещинам;
• Высокая пластичность сварочного соединения, шва;
• Отличная ударная вязкость, с помощью которой становится возможна эксплуатация получаемых изделий при незначительных температурах.

По окончании сварочного процесса катодом марки lb 52 u в шве остается не более 0,06 % углерода, 00,51% кремния, 1,00% марганца, а также 0,005% серы.

Относительно применения

Катоды марки lb 52 u применяются при необходимости увеличить обратную сторону шва. Это становится возможно благодаря большой глубине проплавки данного атрибута. Стоит обратить внимание на то, что электроды японской марки практически являются незаменимыми при невозможности проварки шва с обратной стороны по комплексу технологических причин.

Достаточно часто электроды данного бренда используются в газовой и нефтяной промышленности. Для недопущения утечки газов и нефтепродуктов, качество, а также надежность шва – области концентрации особого внимания, которые ставятся в приоритет. Очень важен качественный показатель на магистральных трубопроводах значительной протяженности. Полезно знать, что катоды lb 52 u обладают высокой эластичностью, за счет чего можно производить сварочные работы на магистральных трубопроводах, в самых различных климатических условиях.

Перед применением электроды рассматриваемой марки подвергаются термической обработке, либо прокаливанию в условиях воздействия высоких температур (пределы температур – 300-350 градусов Цельсия). Обработку производят на протяжении 30-60 минут. Этот шаг необходимо выполнять для того, чтобы удалить влагу из покрытия катода, поскольку наличие превышающего норму уровня влаги в данном сварочном атрибуте существенно снижает качественную сторону получаемого шва.

Электроды производства японской фирмы – возможность сваривания конструкционных элементов, производимых из различных марок сталей. Данные атрибуты способны обеспечивать стабильность горения электрической дуги, при этом стабильность горения будет намного выше, чем могут похвастать аналоги. Обработка металлов lb 52 uдолжна производиться на минимально допустимом токе с планомерным переходам к оптимальному показателю тока.

Профессиональные сварщики ценят в катодах качество , надежность, поскольку если не присматриваться к данным свойствам сварочных товаров, можно не получить желаемое качество, долговечность металлоконструкции, детали. При выборе электродов стоит уделять внимание всем параметрам и характеристикам.

Похожие статьи

Сварочные электроды АНО-36: технические характеристики

Электроды сварочные АНО — 36 являются сравнительно новым продуктом. Они предназначаются для дуговой ручной сварки любых конструкций, как не очень ответственных, так и ответственных. Материалом конструкций, для сваривания который предназначаются электроды АНО — 36, может быть низкоуглеродистая сталь марок: Ст0: Ст1: Ст2, всех групп ( А: Б: В), степеней раскисления сп; пс; кп, сталь углеродистая конструкционная (ГОСТ 1050-74) марок 05кп, 08, 08пс, 08кп, 10, 10пс, 10кп, 15, 15кп, 15пс, 20, 20кп, 20пс.

Электроды имеют покрытие  рутил-целлюлозного типа. Сварка электродами АНО-36 может осуществляться как переменным (номинальное напряжение холостого хода переменного тока должно составлять (50±5)В), так и постоянным током с обратной полярностью. Электроды АНО — 36 могут применяться для дуговой ручной сварки в  самых различных положениях, включая вертикальную плоскость (положение «сверху-вниз»).

Если сравнивать электроды АНО — 36  с другими электродами, имеющими, рутиловый тип покрытия — такими как  МР-3; АНО-2; АНО-21; АНО-4, то электроды АНО — 36 имеют более высокие сварочные свойства. Их  выгодно отличают следующие особенности:

— более легкое зажигание сварочной дуги.

— мягкое, стабильное горение сварочной дуги.

— хорошее повторное возбуждение дуги.

— равномерное плавление покрытия.

— отличное формирование шва.

— возможность использовать более низкое напряжение холостого хода и пониженный    сварочный ток.

— легкая отделимость шлака от шва.

— небольшие потери металла вследствие разбрызгивания.

Электроды АНО — 36 рекомендуется использовать при ремонте и сварке металлических конструкций из металла, имеющего максимальную толщину 20 мм. Они не требовательны к размерам и форме свариваемых кромок. Ими можно выполнять сварку с превышением зазора, а также в том случае, когда свариваемые кромки загрязнены ржавчиной, окалиной или другими видами загрязнений.

Основные характеристики:

 

Диаметр, мм	Длинна электрода, мм	Сварочный ток, А
		Нижнее	Вертикальное	Потолочное
2,0	250	50-90	50-70	50-70
2,5	300, 350	60-110	60-90	70-100
3,0	350	90-140	80-110	90-120
3,25	350,450	110-160	100-140	100-140
4,0	450	160-210	140-150	140-170
5,0	450	180-260	150-170	—

Механические свойства:

 

Металл шва			Сварное соединение
Предел прочности , МПа (кгс/мм2)	Относительное удлиннение %	Ударная вязкость, Дж/см2 (кгс*м/см2)	Предел прочности, Мпа (кгс/мм2)	Угол загиба, град.
450 (46)	22	78 (8)	450 (46)	150

Электроды марки ЦНИИН-4.-4мм Э-65Х для сварки.

Сварочные электроды типа Э-65 используются для наплавки на поверхность различных изделий, деталей и приспособлений из углеродистых и низколегированных сталей. Цифра «65» означает тип, к которому принадлежат данные электроды, и характеризует такую величину, как минимальное временное сопротивление разрыву. Для расчёта данной величины используются единицы кгс/мм². Также в обозначении электрода после цифры может указываться буква «А», означающая увеличение вязкости материала.

Электроды для сварки имеют специальную маркировку, различаются по длине и диаметру. В частности, электроды типа Э-65 предназначаются для ручной дуговой наплавки, корректировки дефектов и изношенных участков в элементах железнодорожных крестовин, а также других деталей, произведённых из углеродистых, низколегированных и высокомарганцовистых сталей. Диаметр таких электродов составляет от 4,0 до 5,0 мм. С использованием этих сварочных электродов возможна наплавка в нижнем положении, а также под наклоном, с применением постоянного тока обратной полярности или переменного тока от источников питания с напряжением холостого хода. Коэффициент наплавки таких электродов составляет 10,0-11,0 г/Ач, расход на 1 кг наплавленного металла составляет 1,55 кг. Наплавленный металл приобретает следующие характеристики: типичная твёрдость составляет 25-37 НВС Э, в химическом составе содержится не более 0,5-0,8 углерода, 11-14 марганца, 0,8 кремния, 22,0-28,5 хрома, 2,0-3,5 никеля, 0,035 серы, 0,04 фосфора. Возможно использование электродов со специальным ионизирующим покрытием торца, которое обеспечивает улучшенное возбуждение дуги.

У нас вы можете приобрести электроды марки ЦНИИН-4.-4мм Э-65Х, отвечающие всем необходимым требованиям для эффективной работы.

Электроды марки — Справочник химика 21

    Для исключения чрезмерных деформаций сварку начинают электродами марки ГС-1 (диаметр 3 мм) с прихваток в двух местах по периметру стыка трубы при силе тока 100—110 А и длине прихватки 8—10 мм. Затем при силе тока 70—80 А в два приема сваривают корневой валик шва сначала в одном направлении сваривают на половине окружности, а потом после остывания — на второй ее половине. [c. 237]
    Характеристика и состав покрытий электродов Марка  [c.723]

    Вес сажи составлял 45-50 % из расчета на испаренный фафит. Содержание фуллеренов в саже для СЭ составляло 12, 16 и 13 % для СЭУ — 17, 16.5 14.5 % и для ГС — 8, 7.5 и 7 %, соответственно при 65, 70 и 75 А. Во всех случаях наблюдается уменьшение выхода фуллеренов при увеличении силы тока. Использование более чистых графитовых электродов марки СЭУ логично приводит к большим выходам фуллеренов в саже. Тогда как электроды марки ГС требуют длительного вакуумного отжига (1.5-3 часа) при 900-1000 °С, но выход фуллеренов при этом составляет только 7-8 %. При увеличении силы тока отмечается уменьшение энерговклада на испарение фафита. Например, для электродов марки СЭУ энерговклад составлял 3.8, 3.5 и 3.4 кВт ч/моль при 65, 70 и 75 А, что также повлияло на физико-химические свойства отмытых от фуллеренов саж. [c.151]

    Медноникелевые электроды, основным представителем которых являются электроды марки МНЧ-2, применяются для холодной дуговой сварки чугуна в тех случаях, когда от сварного шва требуется хорошая обрабатываемость и плотность. Наплавленный металл, имеющий медноникелевую основу, легко поддается обработке резанием. Диаметр электродов, выпускаемых для холодной дуговой сварки чугуна, 3—6 мм. [c.83]

    Микронапряжения, измеренные с помощью рентгеноструктурного анализа для этих сварных соединений имеют в полтора раза меньше значения, чем в случае применения электродов марки УОНИ 13/45, а макронапряжения полностью отсутствуют. В контактной паре шов — основной металл шов этих сварных соединений будет служить преимущественно катодом, а анодному растворению подвергаться основной металл. В связи с тем, что в реальном сварном соединении в трубопроводе площади шва и основного металла несоизмеримы, такое распределение потенциалов в сварном соединении следует считать наиболее благоприятным. Однако [c.239]

    Заварку и наплавку уплотнительных поверхностей корпуса, разрушенных внутренних резьб, седла и клапана проводят после проточки поверхности и удаления резьб. Заварку (наплавку) следует выполнять в несколько слоев концентрическими окружностями. При выборе электродов необходимо руководствоваться рекомендациями табл. 8.14. Для наплавки твердого сплава рекомендуются электроды марки ЗН-60М, ЦН-8, ЦН-2, ЦН-6 (ГОСТ 10051—62). После заварки и наплавки уплотнительных поверхностей пли внутренних резьб выполняют механическую обработку до необходимых размеров. [c.435]

    В настоящей работе разработана технология получения высокочистых спектральных углеграфитовых электродов в печах типа P -50. Задача решается надлежащей конструкцией графитового контейнера, в котором производится ТХО, и схемой укладки очищаемого материала для обеспечения равномерного распределения потока реакционных газов и необходимых условий нагрева и охлаждения. Использование данной технологии позволило получать спектральные электроды (марки СЭ и СЭУ) с глубиной очистки по примесям до 10 — Ю вес. %. Попутно решена задача по очистке отходящих газов от токсических составляющих ( I2, НС1, HF) не вступивших в реакцию с зольными примесями. [c. 104]

    При плазменном напылении применяют главным образом вольфрамовые электроды, марки которых приведены в табл. 2.10. Чистый вольфрам в качестве катода использовать нецелесообразно, так как он обладает сравнительно высоким значением работы выхода, и для получения требуемой электронной эмиссии его необходимо нафевать до высоких температур, что нередко служит причиной его разрушения. Для снижения работы выхода и повышения стойкости катода в последний добавляют активирующие присадки — оксид тория (Т11О2), оксид лантана (ЬаОз) и другие, которые понижают работу выхода до 2,7 -3,3 эВ. Вследствие этого облегчается ионизация атомов указанных присадок, уменьшается температура столба плазменной дуги в прикатодной области, что в конечном счете способствует улучшению зажигания и повышению стабильности горения сжатой дуги. [c.62]

    Угольные электроды марки С-2, С-3, диаметром 6 мм, с каналом для набивки проб, а также заточенные на полусферу. [c.113]

    Угольные электроды марки С-2 или С-3, диаметром 6 мм.  [c.116]

    Угольные электроды марки С-2 или С-3, диаметром 6 мм, заточенные на усеченный конус. [c.118]

    Планки толщиной 12—15 мм устанавливают на боковых стенках балок и осторожно приваривают электродами марки Э42 с покрытием ОММ-5. [c.282]

    Документ, удостоверяющий соответствие электродов требованиям действующего стандарта, завод-изготовитель выдает на каждую партию. В нем указывают наименование завода-изготовителя, условное обозначение электродов, диаметр, номер партии, вес нетто, дату изготовления электродов, марку стали стержня, положение шва при сварке, род и силу тока нри сварке, результаты испытаний данной партии по металлу шва и сварному шву. Для электродов, нрименяемых для нержавеющих и жароупорных хромоникелевых сталей, дополнительно указывают особые свойства наплавленного металла. [c.419]

    Марка электрода (марка проволоки, разработчик электродов) [c.324]

    Для выяснения влияния материала покрытия сварочных электродов была исследована (совместно с А. С. Мацкевич) электрохимическая гетерогенность сварных соединений стали 20, выполненных электродами марки УОНИ 13/45 и АНО-7 (с фтор исто-кальциевым покрытием) и МР-3 и АНО-4 (с-рутиловым покрытием). [c.223]

    Сварку стыков полуколонн электродами марки Э42 с покрытием ОММ-5 выполняет дипломированный сварщик, соблюдая при этом все нормы сварочных работ. [c.295]

    Ручная сварка электродами марки ОЗЛ-22 [c.323]

    При изготовлении и монтаже кожуха трубы следует применять электроды марки пе ниже Э42, дающие швы, хорошо сопротивляющиеся действию динамических нагрузок. [c.211]

    Определение натрия в оксиде кобальта 11) [268]. Метод применен для определения 5-10 —10 % натрия. Спектр возбуждают дугой переменного тока, сила тока 10 А. Спектр регистрируют на спектрографе КСА-1 со стеклянной оптикой, трехлинзовым конденсором и трехступенчатым ослабителем. Для снижения эффекта фракционирования тонкий слой анализируемого оксида кобальта наносят на медный электрод (марки М-0 или М-1). Спектр фотографируют на перемещающуюся пластинку. Верхний медный электрод диаметром 5 мм заточен на усеченный конус, нижний электрод диаметром [c.104]

    Методика. Угольные электроды марки В-3 (ОСЧ-7-3) диаметром 6 мм и длиной 50 мм подвергают обжигу в дуге переменного тока силой 14—15 А в течение 30 с и затем пропитывают полистиролом, погружая на 20 с обожженные концы на глубину 1—2 мм в 3% раствор полистирола (ГОСТ 20282—74) в бензоле (ГОСТ 5955—75) с последующим высушиванием под сушильной лампой (любой марки, например, СУ-500). На подготовленные таким образом электроды наносят по 0,05 мл эталонных растворов, каждый из которых содержит определяемые элементы в известных концентрациях (см. приложение 1). Нанесенные растворы затем упаривают досуха. Каждый эталон наносят на 2—3 пары электродов. [c.325]

    Компоненты. вхо я дие в состав покрытия, и характеристика электродов Марка  [c.726]

    Для сварки металлоконструкций из низколегированной стали применяют электроды марки ОЗС-4 (тип Э46). Сварку выполняют переменным и постоянным током. [c.389]

    Для сварки конструкций из низколегированных и низкоуглеродистых сталей малых толщин (0,8…3,0 мм) применяют электроды марки ОМА-2 (тип Э42). [c.389]

    Сварку второго и последующих валиков шва выполняют за несколько проходов, соблюдая ра15померную последовательность их наложения на оба стыка соединения. Второй и все остальные валики накладывают электродами марки 03Л-9А (диаметр 4 мм), завершая сварку усилением шва не менее [c.237]

    Сварка велась при постоянном токе обратной полярности электродами УОНИ 13/55, МР-3, ОЗС-4, ОЗС-6 диаметром 3—6 мм. При этом сварка электродами УОНИ 13/55 осуществлялась в следующих состояниях без прокаливания прокаливание при 350°С в течение часа то же при 150°С то же при 150°С в течение 5 ч. Электроды марки МР-3 использовались в следующих состояниях без прокаливания прокаливание при 200°С в течение 1,5 ч прокаливание при 120°С в течение 3 ч. Эксперименты с применением электродов ОЗС-4 и ОЗС-6 приводились — без прокаливания прокаливание при 200°С в течение 1.5 ч прокаливание при 120°С в течение 1,5 (ОЗС-4) и 3 ч (ОЗС-6). В зависимости от диаметра Т1рименяемых электродов (3—6 мм) варьировали силу сварочного тока в пределах 90—300 А, напряжение дуги — в пределах 21—27 В. [c.68]

    Изучена возможность внедрения серной кислоты в межслоевое пространство многостенных ианотрубок (МНТ), которые получали электродуговым способом из графитовьге электродов марки СЭУ в атмосфере гелия при давлении 500 Torr. Проведено сравнение образования соединений внедрения (СВ) на основе МНТ и природного фафита. [c.109]

    Большое различие данных по хелезу в кремоию объясняется,очев1Ш10, использованием графитовых электродов марки С-3. Использование более чистых дефицитных электродов марки С-2 было невозможно из-за недостаточного количества и малой доступности этих электродов.  [c.121]

    Угольные электроды марки С-2 или С-3, диаметром 6 мм, заточенные на полусферу или усеченный конус с иаощадквА диаметро 1,5—2,0 мм,  [c.120]

    При ручной сварке толстопокрытыми электродами следует применять, как правило, низкотоксичные рутиловые электроды (марки АНО-1, АНО-3, АНО-4, ОЗС-4, МР-3 и др.). [c.383]

    На рис. 27. 2 показан пример графического определения структуры металла шва для наплавки пли однопроходной сварки стали 24Г сварочной проволокой из стали 18/8 с кремнием (2,5%) и электродами марки 25/20.  [c.373]

    Рассматривается влияние химически активных веществ — электро-пообменника ЭО-7 и персульфата аммония —на основные характеристики, определяющие эксплуатационную стойкость графитированных электродов. Изучено изменеине удельного электрического сопротивления (у. э. с.) и коэффициента линейного расширения (к. л. р.) образцов, вырезанных из электродов, при нагреве до 2400 С. Проведено сравнение электродов марки ЭГО, ЭГ1 и ЭПА с требованиями зарубежных металлургических фирм. Изучены основные статьи расхода отечественных электродов диаметром 350—555 мм. [c.103]

    В качестве примера электрохимической гетерогенности сварного соединения на рис. 94 и 95 показано распределение локального электродного потенциала поперек сварного шва на поверхности пришовной зоны стали 1Х17Н2, сваренной встык электродом марки основного металла на минимальной и максимальной погонной энергии соответственно 1,76 кДж/см (420 кал/см) при движении электрода со скоростью 5 м/ч под током 90 А и 18,5 кДж/см (4400 кал/см) при 10 м/ч и 300 А. [c.220]

    Как следует из приведенных данных, в процессе эксплуатации в результате действия нагрузок происходило увеличение разности потенциалов между швом и основным металлом, что согласовывалось с лабораторными результатами исследований. Однако у сварных соединений, выполненных электродами марки УОНИ-13/55, происходило разблагороживание шва, которое сопровождалось усилением его растворения. У сварных соединений, выполненных электродами марки МР-3, небольшое увеличение разности потенциалов вызывало некоторое увеличение общей потери массы, распределенной, однако, на большую площадь основного металла. В таких условиях шов этого сварного соединения был защищен. Такое изменение поведения во времени сварных соединений, выполненных электродами с рутиловым покрытием, может быть объяснено положительным влиянием рутила на структуру металла шва в связи с переходом ее в более равновесное состояние. При этом эксплуатационные нагрузки не вызывали упрочнения металла, не имеющего в твердом растворе кремния. У сварных соединений, выполненных электродами марки УОНИ-13/55, наоборот, происходило преимущественное локальное упрочнение металла шва и разблагороживание потенциала. У всех сварных соединений после термообработки гетерогенность практически выравнивалась и мало изменялась во времени. [c.243]

    Все виды ручной и автоматической сварки. Для ручной сварки — электроды марки ОЗЛ-22, для автоматической — в среде защ,итиого газа и под флюсом Св-01Х18Н10, флюс марки АН-18 [c. 319]

    Вести в среде аргона или комбинированным способом (для листа толщиной 6 мм). Корень шва варить в среде аргона, остальное — электродами. В качестве присадочных материалов применяют проволоку СВ-01Х18Н10 (ТУ 14-1-2975—79) и электроды марки 03 Л-22 (ГОСТ 10052—75, тип Э-02Х21Н10) [c.319]

    Для ручной электродуговой сварки используют электроды марки ОЗЛ-20. Автоматическую сварку в среде защитного газа и под флюсом проводят с использованием проволоки Св-01Х19Н18Г10МА и проволоки из стали ОЗХ17Н14МЗ (ЭИ551) [c.320]

    Сварка. Сталь 15Х18Н12С4ТЮ сваривается ручным способом. Для ручной электродуговой сварки используют электроды марки ОЗЛ-3 иа про- [c.332]

    При резке металлической дугой применяются толстообмазанные элек троды. Ширина реза несколько больше диаметра покрытого электрода. Хорошие результаты дают металлические электроды марки АНР с толстой обмазкой следующего состава (в вес. ч.) полевого шпата 20, марганцевой руды 77, декстрина 30, жидкого стекла 30% суммарного веса остальных компонентов.  [c.635]

---

Сварочные провода и электроды

Подробности

Подробности

Опубликовано 25.05.2012 16:17

Просмотров: 24836

Страница 1 из 7

СВАРОЧНЫЕ ПРОВОДА

Сварочные провода должны быть гибкими, с легкой и прочной изоляцией. Жесткие провода с тяжелой изоляцией утомляют рабочего и затрудняют выполнение сварки. Обычно ДЛЯ сварочной цепи используют специальные гибкие провода марки ПРГД Сечения гибких сварочных проводов по ГОСТ 6731-53 «Провода для электрической дуговой сварки». Такие провода делаются из тонких медных проволок и имеют резиновую изоляцию и резиновую шланговую оболочку. По ГОСТ 6751 — 53 предусмотрены следующие сечения проводов: 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95 и 120 мм2. Провода предназначены для эксплуатации при напряжении до 120 е. Сечение гибких проводов в зависимости от силы сварочного тока выбирается по таблице. Желательно, чтобы длина гибкого провода, к которому прикреплен электрический держатель, была не менее 3 ж. Остальная часть проводов, образующая сварочную цепь, может быть взята марки ПР по ГОСТ 1977-54 или КРИТ по ГОСТ 2650-44.

ВЫБОР ТОКА

Сечение проводов в мм2 двойной 25 300Сечт450и600д50 70 95 2×16 2X25 2X35. В настоящее время более широкое распространение имеет сварка на переменном токе. Это объясняется главным образом эксплуатационными и экономическими преимуществами этого вида сварки, состоящими в следующем эксплуатации.

2. Коэффициент полезного действия (к. п. д.) сварочных трансформаторов с регуляторами составляет 0,8-0,85, а агрегатов для однопостовой сварки на постоянном токе 0,3-0,6. При многопостовой сварке на постоянном токе значительная часть энергии теряется в балластном реостате, поэтому средний кпд поста составляет только 0,2 -0,43. Различные кпд оборудования обусловливают различный расход энергии на 1 кг наплавленного металла: 3-4 квт-час/кг при сварке на переменном токе, 6-8 квт-час/кг при однопостовой и 8-10 квт-час/кг при многопостовой сварке на постоянном токе. Кроме того, при сварке на переменном токе магнитное обдувание дуги значительно меньше, чем при сварке на постоянном токе. К недостаткам сварки на переменном токе относите: 1) низкий коэффициент мощности (cos) сварочного поста, равный обычно 0,3-0,4; cos среднего электрического двигателя у преобразователя для сварки на постоянном токе равен 0,6-0,7; не уменьшая устойчивость сварочной дуги переменного тока при низком коэффициенте мощности сварочного поста, равный обычно 0,3-0,4; cos среднего электрического двигателя преобразователя для сварки на постоянном токе равна 0,6-0,7; меньше устойчивость переменного тока при сварке электродами малых диаметров; в практике иногда применяют электроды, которыми можно работать только при обратной полярности постоянного тока (например, УОНИ-13 и др.), а также электроды, предназначенные для сварки на переменном и постоянном токе, но дающие лучшее качество швов при сварке на постоянном токе (например, К-5 и др.). Применение таких электродов ограничивает сварку на переменном токе. 46кие требования, которым должна удовлетворять стальная сварочная проволока, предназначенная для ручной, полуавтоматической и автоматической сварки и наплавки, регламентированы ГОСТ 2246-60. Предусмотрены следующие диаметры проволоки (в мм.): 0,3; 0,5; 0,8: 1,0; 1,2; 1,6; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0; 8,0; 10,0; 12,0. Химический состав проволоки приведен в табл. 11. Проволока поставляется свернутой в мотки. Размеры и вес мотков должны соответствовать указанным в табл. 12. ГОСТ предусматривает, что по требованию потребителя проволока диаметром 5 мм и менее для механизированных способов сварки должна поставляться в катушках, пригодный для непосредственного использования в сварочных автоматах и полуавтоматах. Раз ер и вес катушек должны соответствовать указанным в табл. 13.: Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без окалины, ржавчины и масла. Проволока из высоколегированной стали должна поставляться в травленном и отведенном состоянии без всяких следов смазки. Проволока из углеродистой и легированной стали, предназначенная для механизированных способов сварки, по требованию потребителя должна изготовляться с обедненной поверхностью. Несмотря на большое число марок сварочной проволоки, изготовляемых промышленностью, при наплавке иногда возникает необходимость в применении проволоки, не предусмотренной ГОСТ 2246-60. Например, при вибродуговой наплавке применяется проволока из сталей 45Г2, 60, У7, при наплаве которым углекислого газа — проволока из сталей XI3, XI7 и других марок. При автоматической дуговой наплавке под флюсом зачастую применяется порошковая проволока, состоящая из металлической оболочки, внутрь которой запрессован легирующий порошок. Так, при наплавке валков прокатных станов широко применяется порошковая проволока марки ППЗХ В8, г) электроды для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами (табл. 18). Каждый класс делится на несколько типов электродов. Для электродов каждого типа установлены требования, касающиеся механических свойств и химического состава металла шва или наплавленного металла, а также механических свойств сварных соединений. Типы электродов для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей и электрод в для сварки легированных теплоустойчивых сталей регламентированы ГОСТ 9467-60. Электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами и электроды для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами регламентированы ГОСТ 2523-51. Допускаемое содержание серы и фосфора в металле шва или наплавленном металле (по ГОСТ 2523-51). Типы электродов ГОСТ 9467-60 устанавливает четыре вида составов покрытий электродов для сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей: рудно-кислое (Р), бутиловое (Т), фтористо-кальциевое (Ф). Допускаемые содержания серы и фосфора в металле шва или в наплавленном металле при применении электродов, предназначенных для сварки легированных сталей с особыми свойствами и наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами катодная проволока, электроды и флюсы для сварки сталей трещин, вздутий и комков не размешанных компонентов и располагаться концентрично относительно стержня.

2. На поверхности электродов не допускаются: На б) оголенность от покрытия для электродов диаметром до 6 мм на расстоянии более 0,5 диаметра стержня, а для электродов диаметром свыше 6 мм не более 3 мм от торца, с которого начинают процесс расплавления электрода при сварке; шероховатость поверхности, продольные риски и отдельные задиры глубиной более XU толщины покрытия; от более трех местных вмятин, причем длина каждой вмятины не должна превышать 12 мм, а глубина не должна превышать 0,5 толщины покрытия) более трех пор а длине 100 мм, при этом диаметр каждого из пор не должен превышать 2 мм, а глубина — половины толщины покрытия; б2.жНа поверхности электродов не допускаются: оголенность от покрытия для электродов диаметром до 6 мм на расстоянии более 0,5 диаметра стержня, для электрона диаметром свыше 6 мм не б ее 3 мм от торца, с которого начинают процесс расплавления электрода при сварке; шероховатость поверхности, продольные риски и отдельные задиры глубиной более XU содержание покрытия; более трех местных вмятин, причем длина каждой вмятины не должна превышать 12 мм, а глубина не должна превышать 0,5 толщины покрытия; боец) по более трех пор на длине 100 мм, при этом диаметр каждой из пор не должен превышать 2 мм, а глубина — половины толщины покрытия; более двух волосных трещин, при этом длина каждой волосной трещины не должна превышать 12 мм. Покрытие не должно разрушаться при свободном падении электрода плашмя на гладкую стальную плиту с высоты 1 м (при диаметре электродов 3,0 мм и менее) и с высоты 0,5 м (при диаметре электродов более 3,0 мм)к Сварочные (технологические) свойства электродов должны удовлетворять следующим требованиям: е1. Дуга должна легко зажигаться и стабильно гореть при режимах сварки, рекомендованных в паспорте электрод. Покрытие должно плавиться равномерно, без отделения кусков покрытия и без образования из него «чехла» или «козырька», препятствующих непрерывному плавлению электрода. Наплавленный на поверхность пластины валик должен равномерно покрываться шлаком, охлаждение которой должно легко удаляться, зленный металл не должен иметь трещин. Кроме механических свойств металла шва и сварного соединения, химического состава наплавленного металла, важными характеристиками электродов являются коэффициент наплавки, величина потерь на разбрызгивание и угар электродного металла и коэффициент расхода электродного металла приходится на 1 а силы сварочного тока за 1 час горения дуги. Он более постоянен для определенной марки электродов, чем коэффициент наплавки, так как не зависит от потерь на разбрызгивание и угар, а зависит от состава электродного стержня и покрытия, силы сварочного тока и напряжения на дуге, рода сварочного тока и полярности при сварке на постоянном токе. Как видно из приведенного уравнения, чем больше потери на разбрызгивание и угар, тем меньше коэффициент наплавки. Потери на разбрызгивание и угар могут сильно измениться при сварке электродами определенной марки, от силы сварочного тока, длины дуги и других факторов. Например, при сварке электродами ОММ-5 диаметром 5 мм потери на разбрызгивание и угар могут изменяться от 3-5% при силе тока 150 а и средней длине дуги до 35-40%’ при силе тока 300 а и длинной дуге. Чем больше сила сварочного тока и длина дуги, тем больше потери на разбрызгивание и угар. Потери на разбрызгивание и угар зависят также от состава электродных стержней и покрытий. Поэтому для каждой марки электродов при сварке на средних для этой марки режимах характерно определенное среднее значение потерь на разбрызгивание и угар. Коэффициенты расплавления и наплавки и потери на разбрызгивание и угар определяются опытным путем с использованием следующих уравнений: количество расплавленного электродного металла за время / горения сварочной дуги при опытной сварке в г; количество наплавленного металла за время t в г; время горения дуги в час; сила сварочного тока при опытной сварке покрытые электроды Величина коэффициента расхода электродов показывает количество электродов, необходимое для наплавления 1 кг металла шва, и определяется по уравнению.

Ниже приведены основные характеристики наиболее распространенных марок электродов для сварки и наплавки сталей. Сведения по электродам для сварки чугуна и цветных металлов приведены в главах IX и Х< 3.

Добавить комментарий

TIG Сварка алюминия на переменном токе: Maine Welding Company

Сварка алюминия TIG переменным током

Характеристики сварки алюминия методом TIG на переменном токе (AC)

Сварка алюминия методом газовой вольфрамо-дуговой сварки на переменном токе дает эффект очистки от оксидов. В качестве защитного газа используется аргон. Лучшие результаты достигаются при сварке алюминия переменным током с использованием оборудования, предназначенного для создания сбалансированной волны или равного тока в обоих направлениях.Дисбаланс приведет к потере мощности и снижению очищающего действия дуги. Характеристики стабильной дуги — это отсутствие щелчков или трещин, плавное зажигание дуги и притяжение добавленного присадочного металла к сварочной ванне, а не склонность к отталкиванию. Стабильная дуга приводит к меньшему количеству включений вольфрама.

Сварка алюминия методом TIG переменным током (AC)

Для ручной TIG-сварки алюминия на переменном токе электрододержатель удерживается в одной руке, а присадочный стержень, если он используется, — в другой.Первоначальная дуга зажигается на пусковом блоке для нагрева электрода. Затем дуга прерывается и снова зажигается в суставе. Этот метод снижает вероятность появления включений вольфрама в начале сварки. Дуга удерживается в начальной точке до тех пор, пока металл не станет жидким и не образуется сварочная ванна. Создание и поддержание подходящей сварочной ванны важно, и сварка не должна продолжаться перед лужей. Если требуется присадочный металл, его можно добавить к передней или передней кромке бассейна, но с одной стороны от центральной линии.Обе руки двигаются в унисон с легкими движениями вперед и назад вдоль сустава. Вольфрамовый электрод не должен касаться присадочного стержня. Горячий конец присадочного стержня не должен выниматься из аргонового экрана. Необходимо поддерживать короткую длину дуги, чтобы обеспечить достаточное проплавление и избежать подрезов, чрезмерной ширины сварного шва и, как следствие, потери контроля проплавления и контура сварного шва. Одно из правил — использовать длину дуги, приблизительно равную диаметру вольфрамового электрода.При разрыве дуги в кратере сварного шва могут возникнуть усадочные трещины, что приведет к дефектному сварному шву. Этот дефект можно предотвратить, постепенно увеличивая длину дуги при добавлении в кратер присадочного металла. Затем быстро разорвите и повторно зажгите дугу несколько раз, добавляя в кратер дополнительный присадочный металл, или используйте педаль для уменьшения тока в конце сварного шва. Прихватывание перед сваркой помогает контролировать деформацию. Прихваточные швы должны быть большого размера и прочности, перед окончательной сваркой на концах должны быть вырезаны сколы или сужаться.

Положительный электрод постоянного тока — обзор

3.2.2 Высокочастотный импульсный ток переменной полярности

Регулируя время DCEP в процессе низкочастотного VP-GTAW, экспериментальные результаты отображаются в диапазонах% DCEP (20–50 %), увеличение времени DCEP приводит к увеличению глубины сварного шва и ванны расплава, а минимальный рабочий цикл DCEP для обеспечения катодной очистки и предотвращения выгорания вольфрама составляет 6,5% [16]. Причина увеличения тепловложения во время рабочего цикла DCEP заключается в том, что катодное пятно увеличивается, а время концентрации дуги увеличивается [18].Наличие оксидных пленок приводит к увеличению плотности энергии поверхности алюминиевого сплава во время DCEP, что также полезно для увеличения объема и проникновения ванны расплава [85]. Однако глубина шва не всегда увеличивается. Обсуждается, что при низком токе во время цикла DCEP дуга в основном используется для очистки оксидных пленок, а увеличение рабочего цикла DCEN способствует увеличению глубины сварного шва. По мере увеличения сварочного тока во время DCEP дуга сильнее воздействует на расплавленную ванну, и нагрев детали становится более очевидным.В настоящее время увеличение продолжительности включения DCEN не обязательно способствует увеличению глубины сварного шва [86].

Изучая взаимодействие между дугой переменной полярности и вольфрамовым или алюминиевым сплавом в процессе низкочастотной VP-GTAW, было обнаружено, что катодные пятна присутствовали не только на поверхности оксидной пленки, но и на ее поверхности. из алюминиевого сплава. Катодная очистка поверхностных оксидов происходит из-за катодных пятен во время DCEP, и катодные пятна также образуют кратеры на поверхности алюминиевого сплава, которая, как наблюдается, становится шероховатой и лучше для увеличения поглощения энергии во время лазерной сварки алюминия [87 ].Также отмечается, что рабочий цикл DCEP имеет наиболее значительное влияние на катодную очистку, за ним следует амплитуда тока DCEP и, наконец, скорость сварки [88].

В высокочастотном процессе VP-GTAW можно улучшить серьезный дефект пористости, который всегда возникал при сварке алюминиевых сплавов.

При использовании процесса высокочастотной сварки VP-GTAW пластина из алюминиевого сплава A1050 вибрировала переменным током дуги, частота которого может изменяться от 10 кГц до области ультразвуковых волн.Morisada et al. обнаружили, что количество раковин в сварном шве значительно уменьшилось, особенно на частоте 15 кГц [89]. Влияние частоты на газовые раковины можно увидеть на рис. 10. Когда возникает звуковая волна, кавитация звуковой волны вызывает положения низкого или отрицательного давления в ванне расплава, так что образовавшиеся пузырьки могут выходить за пределы ванны расплава. конвекцией раньше, как это видно на рис.10 (а) и рис.10 (б). Как видно на рис.10 (в).

Рис. 10. Влияние частоты на газовые раковины в VP-GTAW: (а) появление борта на обратной стороне в VP-GTAW с частотой 60 Гц; (b) вид валика на тыльной стороне при 20 кГц VP-GTAW; (c) влияние частоты на общую площадь дыхательных отверстий [89].

Последовательными экспериментами было доказано, что импульсный ток ультразвуковой частоты (без изменения полярности) способствует устранению пористости сварного шва [36], уменьшению ширины HAZ [90], увеличению проплавления сварного шва [ 91], улучшение микроструктуры в зоне сварного шва [92] и улучшение механических свойств сварных соединений [93].

Для дальнейшего улучшения качества сварки была разработана новая гибридная технология VP-GTAW (HPVP-GTAW) с импульсной частотой ультразвукового излучения (более 20 кГц), в которой импульсный ток ультразвуковой частоты точно накладывается на ток во время DCEN в низкочастотный процесс VP-GTAW. Схематическая диаграмма формы волны тока HPVP-GTAW показана на рис. 11. Ультразвуковая частота f _H вычисляется как 1 / ( T _b + T _p ).Частота переменной полярности f _L рассчитывается как 1 / ( t _p + t _N ).

Рис. 11. Принципиальная диаграмма формы волны тока HPVP-GTAW [94].

Li et al. при постоянном среднем токе во время DCEN HPVP-GTAW, проплавление и глубина сварного шва по ширине в целом улучшились с увеличением f _H (в диапазоне от 20 кГц до 80 кГц), а глубина шва по ширине увеличилась на 60% при f _H до 60 кГц.Глубина сварного шва к ширине также была улучшена с увеличением отношения пикового тока импульса ультразвуковой частоты и базового тока [95]. В данных условиях с f _L 100 Гц и f _H в диапазоне от 20 кГц до 80 кГц, Cong et al. Выявлено, что увеличение f _H амплитуды импульсного тока и уменьшение скважности импульса с изменением в определенных диапазонах может усилить пинч-эффект, приводящий к уменьшению радиального размера дуги.Они также могут значительно улучшить проплавление сварного шва при минимальном тепловложении сварки, что может быть полезно для улучшения качества сварки пластин из алюминиевого сплава в процессе HPVP-GTAW [96].

Автономная батарея переменного тока начинается с катода, анода и «биода»

Билли Херли, менеджер по цифровому редактированию

По мере того, как производители автомобилей переходят на электрические трансмиссии (и отказываются от ископаемого топлива и выбросов углекислого газа), литий-ионная батарея играет все более важную роль.

Однако эта тенденция к «электронной мобильности» требует преобразования.

Все батареи, включая литий-ионные батареи, питающие все, от электромобилей до дронов и компьютеров, работают от постоянного тока (DC). Большинство бытовых приборов используют источники переменного или переменного тока.

Обычно переменный ток от электросети должен быть преобразован из переменного в постоянный и сохранен в батарее, что приводит к потере мощности.

Новая концепция батарей исключает преобразование тока за счет введения нового типа электрода: Biode.

Титанат лития «Биод» обладает характеристиками анода и катода, что позволяет системе переменного тока накапливать энергию.

«Биод — это новое слово, которое мы создали, поскольку оно находится между анодом (минус) и катодом (плюс)», — сказал Тадаши Кубо, генеральный директор и соучредитель компании AC Biode в Кембридже. Технические сводки по электронной почте.

Кубо и его компания стали одними из восьми победителей в категориях конкурса дизайна «Create the Future» 2019 года. (См. Всех победителей конкурса этого года.)

На левом рисунке показано, когда полупроводниковый переключатель включен; на правом рисунке показано, когда полупроводниковый переключатель выключен. Стрелка показывает направление электрона, чтобы показать переменный ток.

В дополнение к экономии энергии, теряемой при преобразовании переменного тока в постоянный, более компактная батарея Biode приводит к более низкому (и, следовательно, более безопасному) электрическому потенциалу между электродами, говорит Кубо.

В настоящее время у команды есть прототип аккумуляторной батареи переменного тока на 20 Вт, которую они планируют масштабировать.

В отредактированном интервью ниже Кубо рассказывает Tech Briefs о типах приложений для аккумуляторов, которые он хочет вывести в небо к 2020 году.

Tech Briefs: Можете ли вы объяснить энергетическую неэффективность нынешних аккумуляторов?

Тадаши Кубо: С тех пор, как Алессандро Вольта разработал первичную батарею в 1800 году, широкая общественность неохотно согласилась с тем, что источником питания батареи должен быть постоянный ток. Хотя имеет смысл использовать батареи постоянного тока для устройств с низким энергопотреблением, таких как фонари, радио или смартфоны, аккумуляторные батареи для электромобилей и дронов потребляют гораздо больше энергии за то же время.Таким образом, одних батарей постоянного тока недостаточно для обеспечения постоянного напряжения или тока, которые требуются этим устройствам. В этих случаях необходимы батареи переменного тока, и они более эффективны и проще в управлении, чем обычные батареи постоянного тока.

Tech Briefs : У вас есть патент?

Тадаши Кубо: Мы [AC Biode] подали заявки на два патента в Японии в 2016 году и подадим еще два патента в Японии и в Договор о патентной кооперации (PCT).

У нас уже есть прототип нашей батареи переменного тока на 20 Вт. Мы увеличим его примерно до 50 кВт в течение года, как только мы привлечем начальное финансирование или получим государственные гранты.

«Прототип нашей первой в мире автономной батареи переменного тока, состоящей из анода (-), биода (между + и -) и катода (+)», — говорит Кубо.

Краткие технические сведения: Чем ваша батарея лучше обычных батарей постоянного тока?

Tadashi Kubo: По сравнению с нынешними батареями постоянного тока наша инновационная технология имеет следующие шесть преимуществ:

1. Она более безопасна, что снижает производительность на линиях производства аккумуляторов.Напряжение внутри аккумуляторных элементов делится устройством Biode, что обеспечивает более безопасную работу. В то время как в обычной литий-ионной батарее между анодом и катодом есть 4 В, например, Biode может разделить напряжение на 2 В каждое и в то же время увеличить емкость батареи.
2. Двойной жизненный цикл: качество электродных частиц сильно различается; в частности, катодных частиц. Качество частиц электрода является ограничивающим фактором для батарей постоянного тока; однако это не является ограничивающим фактором для батарей переменного тока, потому что переменный ток, форма волны, может вместо этого использовать среднее, а не худшее качество по мере продвижения электродов.
3. По объему наш аккумулятор на 30% компактнее. Помимо анода и катода, Biode обладает обеими характеристиками.

По сравнению с обычной аккумуляторной системой, показанной слева, Biode уменьшает емкость аккумулятора на 30%.

4. Мы используем все существующие материалы и производственные линии батарей и схем. Стоимость производства Biode такая же, как и у анода, изготовленного по существующему методу рулон-рулон.
5. Технология применима не только к литий-ионным аккумуляторам, но и к любым типам, включая полностью твердотельные.
6. На входе переменный ток, а на выходе может быть переменный или постоянный ток, в зависимости от потребностей.

Tech Briefs: Что вдохновило на эту идею?

Тадаши Кубо: В то время как передача / распределение энергии и двигатели могут работать как на переменном, так и на постоянном токе, батареи — нет. Все батареи используют постоянный ток, а не переменный ток. Использование батарей переменного тока увеличивает гибкость, особенно в сочетании с умножителем Кокрофта-Уолтона [схемой, которая генерирует напряжение постоянного тока из входа переменного тока].

Подробнее «Create the Future»

Biode стала победителем в автомобильной категории конкурса Create the Future Design в этом году. Посмотрите остальные лучшие изобретения этого года.

Tech Briefs: Какие приложения возможны с этими преимуществами?

Тадаши Кубо: Наша первая цель — дроны, потому что с ними легче начать, а батареи дронов имеют решающее значение. Мы расширимся до электровелосипедов, электросамокатов, затем электромобилей, аэрокосмической отрасли и т. Д.

Tech Briefs: Что дальше для вас в отношении этой технологии?

Тадаши Кубо: Мы протестировали это в нашей лаборатории в Киото, Япония. Как только мы привлечем начальное финансирование, мы расширим наш прототип и протестируем его еще раз. К середине 2020 года мы хотели бы протестировать нашу батарею и множитель Кокрофта-Уолтона для приложений с дронами.

Что вы думаете? Поделитесь своими комментариями и вопросами ниже.

Сверхбыстрый отклик в управляемой переменным током электрохемилюминесцентной ячейке с использованием электрохимически активной гибридной пленки ДНК / Ru (bpy) 3 2+ с мезоскопическими структурами

Электрохемилюминесценция (ECL) определяется как излучение света в результате электрохимических окислительно-восстановительных реакций ¹ .Наиболее известным механизмом генерации ECL является путь аннигиляции, который основан на образовании возбужденного молекулярного состояния из-за переноса электронов между восстановленными и окисленными частицами ^2,3,4 . {2 +} + {\ rm {h}} \ upsilon $$

(4)

Во-первых, восстановленная и окисленная разновидности Ru (bpy) ₃ ²⁺ образуются электрохимически на катоде и аноде соответственно.Когда эти виды сталкиваются друг с другом, возникают электронные возбуждения. Устройство ECL обычно приводится в действие приложением напряжения постоянного тока (DC). В этом случае Ru (bpy) ₃ ³⁺ и Ru (bpy) ₃ ⁺ должны диффундировать в объемный раствор между катодом и анодом перед столкновением. Таким образом, время отклика ECL не очень короткое и зависит от толщины ячейки. Чтобы решить эту проблему, мы обнаружили, что свойства ECL можно улучшить, используя переменный ток (AC) ^{19, 20} .По сравнению с системой, управляемой постоянным током, аналог, управляемый переменным током, не требует диффузии на большие расстояния восстановленных и окисленных частиц, поскольку они генерируются на одном и том же электроде. Следовательно, дезактивация генерируемых активных частиц во время диффузии на большие расстояния подавляется, что приводит к более высокой интенсивности ECL и уменьшению времени отклика (несколько мс) ^{19,20,21,22,23} .

Для дальнейшего уменьшения времени отклика ECL для применения в светоизлучающих устройствах материалы ECL могут быть иммобилизованы на молекулярном уровне на поверхности электрода, поскольку это предотвращает диффузию генерируемых активных частиц в объем.В этом исследовании мы использовали пленку функционального комплекса ДНК для иммобилизации окислительно-восстановительных активных материалов на поверхности электрода. Известно, что различные функциональные материалы, такие как органические красители, комплексы металлов и проводящие полимеры, образуют комплексы с ДНК посредством электростатического связывания, интеркаляции и связывания в бороздках ^24,25,26,27 . Кроме того, сообщалось, что интенсивность излучения значительно улучшается за счет включения излучающих молекул в матрицу ДНК. Таким образом, функциональные материалы на основе ДНК вызывают большой интерес для применения в электронных и оптических устройствах ^28,29,30,31 .В этой статье мы изготовили новую гибридную пленку ДНК / Ru (bpy) ₃ ²⁺ и использовали ее для модификации электрода для улучшения отклика ECL. Полученное в результате устройство ECL показало чрезвычайно высокий отклик при включении (<100 мкс).

Измерены спектры поглощения и фотолюминесценции гибридной пленки ДНК, адсорбированной Ru (bpy) ₃ ²⁺ (рис. 1). Поглощение и эмиссия с переносом заряда от металла к лиганду (MLCT), приписываемые Ru (bpy) ₃ ²⁺ , четко наблюдались в видимой области, что указывает на то, что Ru (bpy) ₃ ²⁺ был включен в матрица ДНК.Полоса поглощения включенного Ru (bpy) ₃ ²⁺ была расширена по сравнению с полосой поглощения в растворе пропиленкарбоната (ПК), хотя форма спектра и длина волны пика практически не изменились ^{32, 33} . Следовательно, матрица ДНК не влияла на электронную структуру Ru (bpy) ₃ ²⁺ . Чтобы оценить количество Ru (bpy) ₃ ²⁺ в гибридной пленке, комплекс Ru (bpy) ₃ ²⁺ на пленке был полностью растворен в воде, и поглощение Ru (bpy) ₃ ²⁺ при 455 нм (молярный коэффициент поглощения: ε = 10900 M ^-1 см ^-1 ).Молярное соотношение ДНК (концентрация фосфата): Ru (bpy) ₃ ²⁺ было оценено как 6: 1.

Рис. 1

Спектры поглощения и фотолюминесценции гибридной пленки ДНК / Ru (bpy) ₃ ²⁺ .

Затем были исследованы электрохимические свойства пленки ДНК, содержащей Ru (bpy) ₃ ²⁺ . На рис.2 показаны кривые циклической вольтамперометрии (CV) пленок ДНК с и без Ru (bpy) ₃ ²⁺ на электроде из оксида индия и олова (ITO) в растворе ПК, содержащем перхлорат тетра-н-бутиламмония (TBAP ) электролит.Для пленки чистой ДНК не наблюдалось значительного электрохимического отклика в диапазоне потенциалов от -2,2 В до +1,8 В (по сравнению с Ag / Ag ⁺ ). С другой стороны, первый пик электрохимического окисления Ru (bpy) ₃ ²⁺ и первый пик восстановления Ru (bpy) ₃ ²⁺ наблюдались при около +1,0 В и -1,7 В. , соответственно. Такое окислительно-восстановительное поведение комплекса Ru (bpy) ₃ ²⁺ в гибридной пленке было практически таким же, как и в растворе ПК ^{32, 33} .Следовательно, включение в пленку ДНК не повлияло на электрохимическую активность и эмиссионные свойства Ru (bpy) ₃ ²⁺ , что позволяет предположить, что Ru (bpy) ₃ ²⁺ в пленке ДНК может генерировать ECL. под напряжением смещения.

Рисунок 2

Циклические вольтамперограммы ДНК / Ru (bpy) ₃ ²⁺ и пленки чистой ДНК на ITO-электроде. Скорость сканирования: 50 мВ с ^-1 .

Устройство ECL с приводом от переменного тока было изготовлено путем размещения раствора электролита между парой гибридных пленочно-модифицированных ITO-электродов.Для справки, другое устройство ECL на основе раствора было изготовлено путем помещения раствора ПК, содержащего Ru (bpy) ₃ ²⁺ и TBAP, между парой неизолированных электродов ITO. При подаче переменного напряжения ± 4,0 В на заданных частотах в обоих устройствах наблюдалось ECL-излучение оранжевого цвета с максимальной длиной волны 620 нм (вставка на рис. 3). Образование ECL из комплекса Ru (bpy) ₃ ²⁺ указывает на то, что электрохимически окисленные и восстановленные частицы (Ru (bpy) ₃ ³⁺ и Ru (bpy) ₃ ⁺ , соответственно) сталкиваются друг с другом в одной и той же пленке, что приводит к излучению света.На рис. 3 показана частотная зависимость нормированных интенсивностей ЭХЛ при прямоугольном напряжении ± 4 В. ECL от устройства на основе раствора наблюдалось только на частотах ниже 500 Гц, что аналогично предыдущим отчетам ^{20, 21} . С другой стороны, в устройстве на основе гибридной пленки DNA / Ru (bpy) ₃ ²⁺ ECL неожиданно наблюдали на частотах до 10 кГц. При более высокой частоте времени в полупериоде было недостаточно для протекания окислительно-восстановительной реакции материалов ECL по сравнению с таковой при более низкой частоте.По этой причине яркость устройства ECL на более высокой частоте была меньше, чем на более низкой частоте. Следовательно, интенсивность ECL увеличивалась с уменьшением частоты переменного тока с яркостью примерно 1,0 кд / м ² при 500 Гц. Кроме того, когда частота переменного тока снизилась до 50 Гц, яркость достигла примерно 10 кд / м ² . Как только что было описано, управляемое переменным током гибридное устройство ECL на основе пленки DNA / Ru (bpy) ₃ ²⁺ показало чрезвычайно быструю реакцию на включение по сравнению с устройством на основе раствора, даже несмотря на то, что его максимальная интенсивность излучения была относительно ниже.Максимальная яркость в устройстве ECL на основе гибридной пленки все еще была меньше, чем в устройстве ECL на основе раствора (~ 120 кд / м ² при 50 Гц ²² ). Одна из причин заключается в том, что эффективная площадь электрода для окислительно-восстановительной реакции на ДНК / Ru (bpy) ₃ ²⁺ -модифицированном электроде была меньше, чем на обычном плоском ITO-электроде. Из-за разницы в средней площади электродов количество образовавшихся окислительно-восстановительных частиц на пленке ДНК / Ru (bpy) ₃ ²⁺ считалось значительно меньшим, чем на обычном ITO-электроде.

Рисунок 3

Частотная зависимость интенсивности ECL от двух устройств при напряжении ± 4 В переменного тока. На вставке: спектры ECL устройств при напряжении переменного тока ± 3 В, 50 Гц.

Затем были исследованы переходная интенсивность ECL и текущая характеристика устройств, чтобы понять происхождение быстрого отклика ECL (рис. 4). Обычно, когда напряжение смещения прикладывается к электрохимическому устройству, образуется двойной электрический слой (EDL), чтобы вызвать электрохимическую окислительно-восстановительную реакцию.В обычном электрохимическом устройстве на основе раствора с площадью электрода 25 мм ² экспериментально измеренное время зарядки EDL составляет приблизительно 1 мс (поскольку ECL был получен только на частотах ниже 500 Гц). Причина в том, что на частоте 10 кГц соответствующего времени полупериода (50 мкс) недостаточно для полной зарядки EDL. Напротив, EDL в ДНК / Ru (bpy) ₃ ²⁺ гибридное устройство ECL на основе пленки может быть полностью заряжено в течение 10 мкс в зависимости от измеренной токовой характеристики.Такая быстрая зарядка EDL обеспечивает последующие окислительно-восстановительные реакции Ru (bpy) ₃ ²⁺ в пленке во время следующего цикла переменного тока. Непрерывная прямоугольная волна переменного тока заставляла Ru (bpy) ₃ ³⁺ и Ru (bpy) ₃ ⁺ сталкиваться друг с другом с образованием возбужденных состояний Ru (bpy) ₃ ²⁺ , тем самым создавая ECL. Считается, что быстрая зарядка пленки EDL является ключом к быстрому отклику ECL (менее 100 мкс) в устройстве для гибридной пленки DNA / Ru (bpy) ₃ ²⁺ .

Рисунок 4

Переходная характеристика ECL (вверху) и переходный ток (посередине) двух устройств при напряжении переменного тока ± 4 В, 10 кГц (внизу).

Мы также использовали оптический микроскоп, чтобы рассмотреть мембранную структуру гибридной пленки. Как показано на рис. 5 (а) — (с), пленка содержит плоские части и встроенные микроагрегированные части. Флуоресцентная микрофотография гибридной пленки (рис. 5 (b)) показывает, что Ru (bpy) ₃ ²⁺ был распределен по всей пленке.Однако эмиссия ECL под напряжением переменного тока наблюдалась только в агрегированных частях (рис. 5 (c)). Следовательно, плоские и агрегированные части имеют разные электрохимические отклики. Из наблюдений под оптическим микроскопом пленки ДНК / Ru (bpy) ₃ ²⁺ , такой вид массива микроагрегации автоматически формировался во время процесса сушки пленки ДНК. Механизм образования специфического массива скоплений мезоскопического масштаба в настоящее время не ясен. Однако такая структура не была обнаружена в других полианионных пленках, таких как Nafion, Flemion и сульфонат полистирола.В этих пленках количество агрегатов Ru (bpy) ₃ ²⁺ было довольно небольшим и неравномерно распределенным по сравнению с пленкой DNA / Ru (bpy) ₃ ²⁺ . Кроме того, размер агрегатов в этих пленках был меньше, чем в пленке DNA / Ru (bpy) ₃ ²⁺ . Во время процесса включения Ru (bpy) ₃ ²⁺ , большое количество Ru (bpy) ₃ ²⁺ могло проникнуть в пленку ДНК, которая набухает в водном растворе.Проникший Ru (bpy) ₃ ²⁺ считался эффективно хранящимся в пленке ДНК, потому что Ru (bpy) ₃ ²⁺ мог быть связан в ДНК с помощью нескольких способов связывания, таких как электростатическое взаимодействие с фосфатом группы, вставки, связывание канавок и т. д. Эти взаимодействия между Ru (bpy) ₃ ²⁺ и ДНК позволяют равномерно включать большое количество Ru (bpy) ₃ ²⁺ . Большое количество Ru (bpy) ₃ ²⁺ , электрофоретически включенное в пленку ДНК, привело бы к образованию специфического массива агрегатов Ru (bpy) ₃ ²⁺ в процессе сушки.

Рисунок 5

( a ) Микроскопические и ( b ) флуоресцентные микроскопические изображения гибридной пленки ДНК / Ru (bpy) ₃ ²⁺ , показывающие плоские и агрегированные области. ( c ) Микроскопические изображения пленки при напряжении переменного тока ± 4 В, 500 Гц в устройстве ECL. Спектры фотовозбужденной флуоресценции устройства ECL при возбуждении лазером 455 нм.

Изображение поперечного сечения гибридной пленки ДНК / Ru (bpy), полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) ₃ ²⁺ при малом увеличении (рис.6 (а)) также показывает наличие плоских и агрегированных частей, причем толщина последних составляла приблизительно 5 мкм. При большем увеличении (рис. 6 (б)) толщина плоской области составляет примерно 1 мкм. Чтобы понять различные электрохимические отклики двух частей, мы измерили ВАХ с помощью иглы зонда (рис. 7). Более высокий ток наблюдался для агрегированной части, хотя эта часть была примерно в пять раз толще, чем плоская часть. Согласно предыдущим отчетам ^{34, 35} , быстрый отклик ECL при включении наблюдался на искусственно созданном одиночном микроэлектроде.Время отклика при включении электрохимической ячейки с микроэлектродом радиусом 5 мкм составляло примерно 3 мкс ³⁵ . Такой быстрый электрохимический отклик можно объяснить влиянием емкости двойного слоя и омического падения. В результате воздействия окислительно-восстановительная реакция материалов ECL на микроэлектроде вызывалась даже при высокой частоте. В этом исследовании мы использовали гибридную пленку DNA / Ru (bpy) ₃ ²⁺ для устройства ECL, управляемого переменным током. Агрегированные структуры, содержащие Ru (bpy) ₃ ²⁺ с радиусом приблизительно от 5 до 20 мкм, были распределены по всей пленке ДНК (рис.5), а плотность агрегатов составляла примерно 100 ~ 150 штук на мм ² . Кроме того, электрохимический отклик в агрегированных частях был выше, чем в плоской части (рис. 7). Из переходного токового отклика двойной электрический слой в устройстве ECL с гибридной пленкой Ru (bpy) ₃ ²⁺ был полностью заряжен в течение 10 мкс. Причем ECL от Ru (bpy) ₃ ²⁺ наблюдалась только в агрегированной части. Таким образом, агрегированные части в пленке, как считалось, работают как матрица микроэлектродов, что приводит к быстрой зарядке двойного электрического слоя, что приводит к достижению сверхбыстрого отклика в ECL.

Рис. 6

СЭМ-изображения поперечного сечения ДНК / Ru (bpy) ₃ ²⁺ гибридной пленки при ( a ) низком ( b ) большом увеличении.

Рис. 7

ВАХ плоской и агрегированной частей ДНК / Ru (bpy) ₃ ²⁺ гибридной пленки на ITO. Врезка: экспериментальная установка с иглами зондов.

Наконец, мы измерили микроскопические спектры инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FT-IR) Ru (bpy) ₃ Cl ₂ , чистой ДНК, а также плоских и агрегированных частей гибридной пленки для детального анализа структуры мембраны. .На рис.8 пики на 1085 и 1224 см ^-1 как для плоской, так и для агрегированной частей гибридной пленки ДНК / Ru (bpy) ₃ ²⁺ могут быть отнесены к PO ₂ ^— асимметрично и симметричные валентные колебания. Эти пики были смещены в синий цвет, что указывает на то, что Ru (bpy) ₃ ²⁺ электростатически взаимодействует с анионной фосфатной группой. Интенсивности поглощения при 1420–1463 и 1605 см ⁻¹ , которые можно отнести к Ru (bpy) ₃ ²⁺ , были выше для агрегированной части, чем для плоской части.Кроме того, пики поглощения, относящиеся к фосфатным группам, также наблюдались в агрегированной части. Эти спектральные особенности указывают на то, что агрегированные области в пленке состоят как из Ru (bpy) ₃ ²⁺ , так и из ДНК, и с более высоким содержанием Ru (bpy) ₃ ²⁺ , чем в плоской части. Эти микроагрегаты ДНК-Ru (bpy) ₃ ²⁺ необходимы для быстрого ответа ECL.

Рисунок 8

Спектры Micro FT-IR ДНК / Ru (bpy) ₃ ²⁺ гибридных и чистых пленок ДНК на ITO-электроде и спектр Ru (bpy) ₃ Cl ₂ .

Были изготовлены гибридные пленки ДНК / Ru (bpy) ₃ ²⁺ с мезоскопической агрегированной структурой. Соответствующее устройство ECL с приводом от переменного тока показало чрезвычайно быструю реакцию на включение по сравнению с устройством на основе решения. Излучение ECL от гибридной пленки DNA / Ru (bpy) ₃ ²⁺ исходит только от агрегированных частей пленки, которые, возможно, действуют как микроэлектроды и позволяют быстро заряжать EDL. Чтобы получить ECL с таким быстрым откликом, образовавшиеся окисленное и восстановленное состояния Ru (bpy) ₃ ²⁺ должны диффундировать от электрода, потому что окисленные (восстановленные) частицы, образующиеся в первом полупериоде, должны быть легко восстанавливается (окисляется) в следующем полупериоде, если диффузия не такая быстрая.В настоящее время мы работаем над выяснением причины отличных электрохимических реакций этих агрегатов ДНК / Ru (bpy) ₃ ²⁺ и функции ДНК в них.

Вольфрамовые электроды — CK Worldwide

2% THORIATED (КРАСНЫЙ) EWTh-2 / WT20

Основной оксид: 1,7–2,2% оксид тория

Радиоактивный. Лучше всего подходит для использования в приложениях постоянного тока (D / C) с использованием трансформаторных источников питания постоянного тока.Лучше всего подходит для обработки нержавеющих сталей, титановых сплавов, никелевых сплавов, медных сплавов. Хорошее зажигание и стабильность дуги постоянного / переменного тока, средняя скорость эрозии, средний диапазон силы тока, средняя склонность к слюноотделению.

0,8% ЦИРКОНИРОВАННОЕ (БЕЛЫЙ) EWZr-8 / WZ8

Основной оксид: 0,7–0,9% оксид циркония

нерадиоактивный. Лучше всего подходит для использования с переменным током (A / C) для алюминиевых и магниевых сплавов с использованием инверторных или трансформаторных источников питания постоянного тока.Шарики хорошо справляются с большей силой тока, чем чистый вольфрам, с меньшим количеством точечной коррозии, лучшим зажиганием дуги и стабильностью дуги, чем чистый вольфрам.

1,5% ЛАНТАНАТА (ЗОЛОТО) EWLa-1.5 / WL15

Основной оксид: 1,3–1,7% оксид лантана

нерадиоактивный. Лучше всего использовать в источниках постоянного тока (D / C) в качестве альтернативы 2% торированию с использованием инверторных или трансформаторных источников питания постоянного тока.Лучше всего подходит для нержавеющих сталей, титановых сплавов, никелевых сплавов, медных сплавов. Лучшее зажигание и стабильность дуги постоянного / переменного тока, низкая скорость эрозии, широкий диапазон силы тока, отсутствие разбрызгивания.

2% СЕРЫЙ (СЕРЫЙ) БЫВШИЙ ОРАНЖЕВЫЙ EWCe-2 / WC20

Основной оксид: 1,8–2,2% оксид церия

нерадиоактивный. Лучше всего подходит для использования в приложениях переменного тока (A / C) или постоянного тока (D / C) с использованием инверторных или трансформаторных источников питания постоянного тока.Подходит для низколегированных сталей, нержавеющих сталей, алюминиевых сплавов, магниевых сплавов, титановых сплавов, никелевых сплавов, медных сплавов. Хорошие свойства зажигания и повторного зажигания, длительный срок службы, отличная стабильность дуги. Низкая скорость эрозии, лучшая в диапазоне низких значений тока, отсутствие разбрызгивания, хорошее зажигание дуги постоянного тока и стабильность.

PURE (ЗЕЛЕНЫЙ) EWP / WP

Основной оксид: Нет

НЕРАДИОАКТИВНЫЙ.Подходит для использования при переменном токе (A / C) для алюминиевых сплавов и магниевых сплавов при малой и средней силе тока с использованием только трансформаторных источников постоянного тока. Шарики легкие, плюется при большей силе тока. Используется только для некритических сварных швов.

2% ЛАНТАНАТА (СИНИЙ) EWLa-2 / WL20

Основной оксид: 1,8–2,2% оксид лантана

нерадиоактивный.Лучший электрод общего назначения как для переменного (A / C), так и для постоянного (D / C) тока с использованием инверторных или трансформаторных источников питания постоянного тока. Подходит для низколегированных сталей, нержавеющих сталей, алюминиевых сплавов, магниевых сплавов, титановых сплавов, никелевых сплавов, медных сплавов. Хорошее зажигание дуги и стабильность, диапазон силы тока от среднего до высокого, низкая скорость эрозии.

LaYZr ™ (CHARTREUSE) EWG

Основные оксиды: 1.5% лантана, 0,8% оксидов иттрия, 0,8% циркония

нерадиоактивный. Лучше всего подходит для автоматизированных или роботизированных приложений переменного тока (A / C) или постоянного тока (D / C) из-за низкого допуска напряжения (изменение расстояния от наконечника до заготовки) с использованием источников постоянного тока на основе инвертора или трансформатора. Подходит для низколегированных сталей, нержавеющих сталей, алюминиевых сплавов, магниевых сплавов, титановых сплавов, никелевых сплавов, медных сплавов. Очень стабильная геометрия наконечника, работает при низких температурах, чем 2% торированного, с более длительным сроком службы, от низкого до среднего диапазона силы тока.Самый лучший запуск при низкой силе тока

Техническая разработка чрескожного ингибирования электрического нерва с помощью переменного тока средней частоты | Журнал нейроинжиниринга и реабилитации

Дизайн

Мы применили стимуляцию tMFAC к дистальному отделу срединного нерва. Чтобы подтвердить влияние стимуляции tMFAC на сенсорное восприятие, мы провели исследование моноволокна Семмеса – Вайнштейна и альгометрию давления на указательный и средний пальцы.Чтобы идентифицировать двигательные тормозные эффекты, вызванные TENI, мы применяли стимуляцию tMFAC в течение 5 секунд, в то время как участники непрерывно нажимали датчики силы указательным и средним пальцами и измеряли снижение силы во время стимуляции. Мы также контролировали безопасность использования TENI с MFAC.

Участники

Восемь здоровых молодых людей (возраст: 24,8 ± 3,0 года, рост: 172,4 ± 7,2 см, вес: 64,9 ± 7,6 кг, шесть мужчин, две женщины) приняли участие в этом исследовании. Все участники, кроме одного, были правшами.Потенциальные участники были исключены из исследования, если они сообщили о скелетно-мышечной боли, сахарном диабете, гипертонии, аутоиммунных заболеваниях, а также о любом хирургическом анамнезе или неврологическом расстройстве. Письменное информированное согласие было получено от всех участников до участия. Протокол эксперимента был одобрен институциональным наблюдательным советом Корейского института науки и технологий.

Аппарат

Участников усадили на стул, положив руки на стол для тестирования.Высота стула была отрегулирована таким образом, чтобы участники могли положить руки на стол обоими плечами примерно на 35 ° отведения и 45 ° сгибания, а локти — примерно на 45 ° (рис. 1а). Для поддержки запястий и предплечий использовалась жесткая доска из пенополистирола ™.

Рис. 1

Экспериментальная установка сверху ( a ) и виды сбоку ( b )

Для измерения сил, создаваемых указательным и средним пальцами не доминирующей руки каждого участника, два пьезоэлектрических датчика силы (CSBA -20LS, Curiotech, Корея) устанавливались внутри пластиковой рамы.Положение датчиков можно было отрегулировать в медиально-латеральном направлении в диапазоне 100 мм, так что датчики были размещены в головке проксимальной фаланги указательного и среднего пальцев каждого участника, эти положения сохранялись на протяжении всего эксперимента. .

Аналоговые выходные сигналы от датчиков обрабатывались с помощью отдельных кондиционеров переменного / постоянного тока (RW-ST01A, SMOWO, Шанхай, Китай). К верхней поверхности каждого датчика был прикреплен хлопковый чехол, чтобы предотвратить трение, возникающее при скольжении, и ограничить влияние температуры кожи пальца на пьезоэлектрические сигналы.16-битная плата A / D (NI 6211, National Instruments, Остин, Техас, США) преобразовывала обработанный аналоговый входной сигнал в цифровые сигналы с частотой 1000 Гц. Данные были отфильтрованы фильтром нижних частот с фильтром Баттерворта 3-го порядка при 25 Гц. Необработанные данные были получены с использованием LabVIEW (LabVIEW 2010, National Instruments, Остин, Техас, США).

Чтобы применить стимуляцию tMFAC через поверхностные электроды (гипоаллергенные электроды, Roscoe Medical / Compass Health Brands, Middleburg Heights, Огайо, США), мы использовали устройство электротерапии (InTENSity Select Combo II, Roscoe Medical / Compass Health Brands, Middleburg Heights, Огайо, США). ).Чтобы создать двухфазный, устойчивый, немодулированный переменный ток частотой 10 кГц в прямоугольном импульсе, мы выбрали ручной режим IF (интерференционный), предусмотренный устройством. К коже прикрепляли два электрода (канал 1). Два других электрода (канал 2) не использовались, чтобы избежать какого-либо воздействия из-за помех. Осциллограф (TDS2012C, Tektronix, Бивертон, Орегон, США) использовался для подтверждения импульса (немодулированная прямоугольная волна на частоте 10 кГц) и силы тока (мА), создаваемых на электродах канала 1.После начала электростимуляции интенсивность стимула постепенно увеличивалась в течение 0,3 с.

Процедура

Подготовка

Чтобы определить местоположение срединного нерва, участникам было предложено выполнить задание противопоставления большого пальца к большому пальцу со сгибанием запястья (рис. 2a). Затем было подтверждено расположение сухожилия длинной ладонной мышцы, и его лучевая сторона использовалась для определения местоположения срединного нерва. Кожу над срединным нервом очищали салфеткой из 70% изопропилового спирта.Электрод 1 (2 × 1 см) помещали на кожу над срединным нервом рядом с поперечной связкой запястья (рис. 2б). Электрод 2 (5 × 5 см) помещали над ипсилатеральным олекранонным отростком, проксимальнее электрода 1 (рис. 2c). В каждом тесте поверхностные электроды были оптимально размещены там, где ощущение, вызванное электростимуляцией, было наиболее сильным на кончиках указательного и среднего пальцев. Размещение электродов было немного скорректировано, если стимуляция MFAC вызывала нежелательное сокращение мышц, вторичное по отношению к прямой стимуляции нервно-мышечного соединения или асинхронному возбуждению нерва [11].Например, если стимуляция вызывала сокращение тенарной мышцы, электроды слегка смещались (примерно на 0,5 см) в сторону локтевой или проксимальной стороны. Впоследствии мы отслеживали, воспринимают ли субъекты сенсорные изменения в областях, иннервируемых срединным нервом, в первую очередь на 2-м и 3-м пальцах, но не в областях, иннервируемых другими нервами, такими как 4-й и 5-й пальцы. Чтобы определить максимальную интенсивность, приемлемую для участника, электрическую стимуляцию постепенно увеличивали до индивидуального болевого порога [17, 18], который составил 31.4 ± 4,4 мА.

Рис. 2

Размещение электродов. — задание Сопоставление пальцев с большим пальцем. Участников попросили противопоставить указательный, средний и безымянный пальцы недоминантной руки вместе со сгибанием / разгибанием запястья, чтобы помочь идентифицировать сухожилие длинной ладонной мышцы. b Размещение анода (электрода 1) над срединным нервом (желтая рамка). Затенение указывает на сенсомоторное распределение срединного нерва. c Размещение катода (Электрод 2) над ипсилатеральным олекранонным отростком

Идентификация сенсорного торможения

Чтобы определить влияние стимуляции tMFAC на сенсорное восприятие, мы провели исследование моноволокна Семмеса – Вайнштейна и манометрию давления для измерения тактильных ощущений. и пороги болевого давления, соответственно.Два измерения были выполнены на коже на кончике указательного или среднего пальца. Во время сенсорного тестирования недоминантную руку кладут на стол ладонью вверх. Сенсорный тест проводился в трех условиях: исходный уровень, интенсивность 100% и интенсивность 50%. В исходных условиях сенсорное тестирование проводилось без какой-либо стимуляции. В условиях 100% и 50% интенсивности измерения проводились с применением tMFAC. В каждом состоянии для каждого пальца было проведено по три попытки измерения.Пороги тактильной боли и боли при надавливании принимались как среднее значение трех измерений.

Для исследования моноволокна Семмеса – Вайнштейна мы использовали набор из 20 нейлоновых моноволокон (Touch Test Sensory Evaluators, North Coast Medical, Гилрой, Калифорния, США), отсортированных по диаметру моноволокна. Измерения производили, прижимая каждую мононить к коже. Измерения начинались с мононити наименьшего диаметра (восходящий метод порогового тестирования) [19]. Мононить удерживали в контакте с кожей до тех пор, пока она не изгибалась, а затем удаляли через 1 с.Участников попросили закрыть глаза и указать, ощущают ли они стимуляцию мононити [20]. В условиях 100% и 50% интенсивности мы применяли tMFAC в течение 5 секунд и проводили исследование моноволокна в течение 1-3 секунд после начала стимуляции tMFAC, чтобы участники не могли предвидеть возникновение давления. Мы регистрировали тактильный порог в миллиграммах силы, как указано производителем, и значения силы были представлены с использованием логарифмической шкалы [21, 22].

Для выполнения альгометрии давления использовали альгометр диаметром 1 см (EFFEGI FPK 20, Facchini SRL, Alfonsine RA, Италия).К коже прикладывали давление в перпендикулярном направлении с помощью альгометра. Участников попросили сообщать, когда они почувствовали переход от прикосновения или ощущения давления к ядовитой боли, что соответствует порогу боли при надавливании каждого человека. Давление увеличивалось со скоростью 1 кг / см ² и сбрасывалось после того, как субъект сообщил о боли [23]. Этот метод ранее показал высокую надежность [24]. В условиях 100% и 50% интенсивности мы прикладывали давление после начала стимуляции tMFAC.Когда был определен болевой порог давления, стимуляция tMFC была прекращена. Все значения порога боли при надавливании регистрировались в кг / см ² .

Идентификация моторного торможения

Для измерения силы пальцев под ладонью помещали индивидуальную пластиковую рамку (120 × 110 мм) с дугой для поддержания приблизительно 0 ° разгибания запястья и пястно-фалангового сгибания (рис. 1b). Два ремня фиксировали запястье и предплечье участника на платформе для тестирования, чтобы ограничить передачу силы от проксимальных мышц, а также от локтевых и плечевых суставов.

Была разработана задача надавливания пальцами, при которой испытуемые нажимали датчик силы головкой проксимальной фаланги каждого указательного и среднего пальца (рис. 1b). Положение запястья и кисти было оптимизировано, чтобы максимизировать вклад внутренних мышц руки (например, поясничных и межкостных мышц) [25, 26]. Чтобы определить целевую силу, участникам было предложено нажать на датчики, используя максимальное произвольное сокращение (MVC), чтобы они создавали максимальную силу пальца. Во время измерения MVC цифровой монитор обеспечивал визуальную обратную связь о виртуальных силах пальцев, рассчитанных как сумма сил, создаваемых указательным и средним пальцами.Измерения MVC были повторены трижды, и значения были усреднены.

После трех-пяти практических испытаний упражнения на нажатие пальцев выполнялись с использованием электростимуляции. Задания по нажатию пальцев выполнялись в четырех условиях с двумя целевыми силами (90% и 50% MVC) и двумя интенсивностями стимуляции tMFAC (100% и 50% максимальной интенсивности). Каждое из четырех условий повторяли три раза подряд. Всего было проведено 12 экспериментальных испытаний с 60-секундным перерывом между испытаниями.

В задачах нажатия пальцев участников просили сопоставить виртуальную силу пальца с целевой силой. Цифровой монитор отображал две линии, соответствующие целевой силе и виртуальной силе пальца участника. Задание нажатия пальцем выполнялось в течение 15 с. Две целевые силы, 90% и 50% MVC, были выбраны в случайном порядке. Исходные значения силы записывались и отображались в ньютонах (Н).

Во время заданий по нажатию пальцев мы применяли стимуляцию tMFAC в течение 1–5 секунд после начала задания, так что участники не могли предвидеть начало стимуляции.Чтобы избежать реакции испуга, связанной с началом электростимуляции, интенсивность стимула постепенно увеличивалась в течение 0,3 с после времени начала. Стимул сразу прекратился через 5 с. Участников попросили продолжить выполнение упражнения по нажатию пальцев, независимо от того, ощущались ли ощущения стимуляции или нет. Визуальная обратная связь о создании силы поддерживалась во время электростимуляции.

Участников также попросили сообщить о любых парестезиях, дизестезиях или усталости.Если во время испытания с заданием сообщалось о гиперчувствительном страхе, сильной усталости, дискомфорте или каких-либо аномальных изменениях, эксперимент немедленно прекращали.

Анализ данных

Все усилия пальцев были нормализованы виртуальным усилием пальцев каждого участника в MVC. Данные представлены в процентах от MVC (% MVC). Чтобы исследовать изменения в выработке силы, вызванные стимуляцией tMFAC, мы разделили изменяющуюся во времени траекторию силы, измеренную во время задания нажатия пальцем, на три фазы на основе значений силы виртуального пальца (рис.3). Фаза 1 была базовым периодом, в течение которого участники успешно согласовали силу виртуального пальца с целевой силой до стимуляции. Чтобы определить эталонное значение для значимых изменений силы, мы вычислили порог уменьшения на основе правила 68–95–99,7, в котором значения искажаются, если значения в нормально распределенном наборе данных меньше двух стандартных отклонений от среднего [ 27]. Порог уменьшения был рассчитан [Порог уменьшения = Средняя общая сила пальца — 2 x (стандартное отклонение общей силы пальца)] с использованием силы виртуального пальца за 1 секунду до начала стимуляции [27, 28].Фаза 2 была периодом, когда MFAC влиял на выработку силы пальца. В этот период t1 и t2 определялись как время начала и смещения для ингибирующих воздействий на сигналы двигательных нейронов. В частности, t1 был определен как временной интервал, в течение которого силы пальцев уменьшались ниже порога уменьшения, после введения стимуляции tMFAC, а t2 был определен как временной интервал между прекращением стимуляции до момента создания минимальной силы, указывающий время восстановления. производства силы пальца от эффектов MFAC.Наконец, фаза 3 была определена как период после стимуляции, в течение которого силы пальцев полностью восстанавливались выше порога снижения.

Рис. 3

Пример траектории силы в задаче нажатия пальцем указательным и средним пальцами. Силы виртуального пальца представляют собой сумму сил указательного и среднего пальцев. Целевая сила определяется с использованием 90% и 50% максимального произвольного сокращения виртуального пальца. Порог уменьшения — это контрольное значение, рассчитанное путем вычитания трех стандартных отклонений от средней силы во время Фазы 1.Фаза 1 — это базовый период, когда участники согласовывали силу виртуального пальца с целевой силой до того, как была проведена чрескожная стимуляция среднечастотным переменным током (tMFAC). Фаза 2 — это период от начала стимуляции tMFAC до момента, когда сила виртуального пальца восстанавливается, чтобы достичь порога снижения. Фаза 3 — это период полного восстановления силы виртуального пальца. В фазе 2 t1 и t2 были определены как время начала и смещения для блокады сигналов двигательных нейронов, соответственно.Например, t1 представляет собой время от начала стимуляции tMFAC до момента, когда сила виртуального пальца падает ниже порога снижения. Кроме того, t2 представляет собой время от прекращения стимуляции tMFAC до момента, когда сила виртуального пальца начинает увеличиваться

Для проверки эффективности нажатия пальцем во время выполнения задачи, среднеквадратичная ошибка (MSE) двухпальцевых сил по отношению к целевой силе. был рассчитан для каждой фазы. Значения MSE были вычислены с использованием необработанных данных о силе (N), чтобы можно было сравнить эффективность нажатия пальцем между различными целевыми условиями силы (например,г., 90% и 50% MVC). Для количественной оценки снижения силы, вызванного стимуляцией tMFAC, средние и минимальные значения силы указателя, среднего и двух пальцев в каждой фазе были рассчитаны с использованием данных нормализованной силы (% MVC). Данные, собранные в одних и тех же экспериментальных условиях, были усреднены для каждого участника.

Статистический анализ

Данные представлены с использованием средних значений и значений стандартного отклонения. Чтобы сравнить тактильные пороги между исходной, 100% и 50% интенсивностью стимуляции tMFAC, для каждого указательного и среднего пальцев использовали тест Фридмана, а затем в качестве апостериорного теста.Односторонний дисперсионный анализ с повторными измерениями (ANOVA) был проведен для сравнения пороговых значений боли при надавливании среди исходной, 100% и 50% интенсивности стимуляции tMFAC в указательном и среднем пальцах. Если результаты ANOVA указали на значимые взаимодействия, проводились множественные попарные сравнения с использованием нового теста множественных диапазонов Дункана. Был использован знаковый ранговый критерий Вилкоксона с поправкой Бонферрони (принятое значение α было 0,0167). Односторонний анализ ANOVA с повторными измерениями также проводился для сравнения усилий пальцев между тремя фазами с использованием нормализованных средних и минимальных значений.Чтобы сравнить значения MSE с тремя факторами, был проведен трехфакторный ANOVA с повторными измерениями (т. Е. Целевые силы (90% против 50%), интенсивности стимуляции (100% против 50%) и фазы (Фаза 1 против 2). vs. 3)). Коэффициент внутриклассовой корреляции (ICC) был рассчитан для оценки надежности болевого порога и измерения MVC от испытания к испытанию. В исследовании уровень значимости был установлен на уровне p <0,05.

Границы | Удаление артефакта синусоидальной трансорбитальной стимуляции переменным током из одновременных записей ЭЭГ: влияние параметров простого скользящего среднего

Введение

Трансорбитальная и транскорнеальная стимуляция переменным током, по-видимому, являются одними из наиболее многообещающих инструментов для изучения и реабилитации зрительных дисфункций.В результате в последнее время наблюдается сдвиг в использовании этих методов из исследовательских лабораторий в клиники (для обзора см. Ota et al., 2018; Sabel et al., 2019). Детальный анализ активности мозга во время стимуляции имеет решающее значение для выяснения процессов, лежащих в основе генерации явлений, связанных с упомянутой стимуляцией.

Существует несколько возможных типов волн стимуляции переменным током (ACS), включая синусоидальную, треугольную / пилообразную и квадратную (Moreno-Duarte et al., 2014; Dowsett and Herrmann, 2016). В этой работе мы сосредотачиваемся на синусоидальном трансорбитальном (то-) ACS, учитывая, что полезность этого метода (а также других типов и подтипов ACS) в реабилитации зрительной дисфункции неизвестна (Kanai et al., 2008; Brignani et al. al., 2013; Neuling et al., 2013; Vossen et al., 2015; Kasten et al., 2016). Наша главная проблема заключается в том, что анализ сигнала ЭЭГ, записанного во время стимуляции, значительно затруднен из-за наличия артефакта стимуляции, который полностью скрывает эндогенную активность мозга.Представление этой проблемы представлено на рисунке 1, где показан сигнал, записанный во время синусоидального сигнала 40 мкА и 10 Гц для ACS. Амплитуда сигнала при стимуляции toACS намного больше, чем амплитуда сигнала, записанного до стимуляции, как во временной (рис. 1A), так и в частотной областях (рис. 1B, C). Эта проблема усложняется тем, что частота стимуляции обычно попадает в интересующую частоту, которая имеет решающее значение для изучения данного явления. Что касается этих проблем, выводы о влиянии того или иного протокола стимуляции обычно делаются на основе сравнения сигнала ЭЭГ, записанного до и после стимуляции.Знание о сигнале ЭЭГ, «скрытом» под артефактом, может предоставить дополнительную информацию о влиянии стимуляции на нейронную активность и, таким образом, позволить ученым расширить и уточнить результаты о влиянии стимуляции. Следовательно, необходим метод фильтрации сигнала ЭЭГ, позволяющий удалить артефакт с максимально возможной точностью, обеспечивая при этом минимально возможную потерю информации об эндогенной активности мозга.

Рисунок 1. (A) Пример записи ЭЭГ (электрод O2; один образец участника) с видимым артефактом стимуляции, начиная примерно с 604 года.5 с и возникает из-за приложенного к ACS синусоидального сигнала 40 мкА 10 Гц. Сигнал ЭЭГ с наложенным артефактом стимуляции в 10 раз больше по амплитуде, чем сигнал ЭЭГ, записанный до стимуляции. (B) Плотность спектра мощности (PSD) до стимуляции в состоянии с возбуждением в альфа-диапазоне (то есть с закрытыми глазами). Большая интенсивность артефакта в 10 Гц во время стимуляции (C) не позволяет анализировать спектр эндогенной активности мозга в альфа-диапазоне.PSD, полученный из 5 мин сигналов, записанных с частотой дискретизации 500 Гц.

Поиск наиболее подходящего метода удаления артефактов ACS первоначально начинается с исследований, касающихся функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Артефакт ACS, наблюдаемый в сигнале ЭЭГ, аналогичен артефакту, зарегистрированному во время фМРТ с одновременной стимуляцией. Предложенные ранее методы фильтрации основывались на комбинации вычитания артефактов среднего (т. Е. Шаблонного) и других методов, таких как адаптивное шумоподавление (Allen et al., 2000), анализ главных компонентов (PCA; Niazy et al., 2005) или анализ независимых компонентов (ICA) с различной фильтрацией (Bénar et al., 2003). Некоторые из этих методов уже использовались для удаления артефакта ACS. Вычитание шаблона и PCA были адаптированы для удаления синусоидального артефакта tACS с частотой 10 Гц (Helfrich et al., 2014) с использованием двухэтапного алгоритма. Этот алгоритм включает вычисление шаблона артефакта из сегментов артефакта. Полученный шаблон артефакта затем вычитается из сегментированного сигнала, а оставшийся артефакт впоследствии удаляется с использованием PCA.Комбинация среднего вычитания шаблона и PCA также использовалась Kohli и Casson (2015). В этом исследовании оба метода использовались независимо, и сравнивались их результаты фильтрации.

В предыдущих публикациях, посвященных удалению артефакта ACS, были представлены только краткие пояснения принятых параметров фильтрации. Мы нашли недостаточное объяснение влияния указанных настроек фильтрации на общие результаты процедуры фильтрации. Эти публикации будут кратко рассмотрены ниже.Во-первых, в Helfrich et al. (2014) подход к фильтрации был основан на использовании 30-периодных сегментов и последующем создании шаблона из 10 центрированных сегментов (то есть 300 синусоидальных периодов, усредненных для создания однопериодного шаблона артефакта). Другое исследование (например, Kohli and Casson, 2015) предполагает, что отдельные сегменты должны состоять из минимально возможного количества периодов колебаний и что длина сегмента (то есть количество выборок) должна быть целым числом. Количество усредненных сегментов составляло 5% от всех сегментов, извлеченных из сигнала.Учитывая (1) отсутствие четкого и устоявшегося консенсуса относительно выбора оптимальных параметров усреднения для удовлетворительного удаления артефактов стимуляции, а также (2) необходимость анализа связи между этими параметрами и производительностью метода удаления ( Kohli, Casson, 2019), мы решили рассмотреть этот вопрос.

Настоящее исследование направлено на всесторонний анализ эффективности метода удаления синусоидальных артефактов ACS, основанного на вычитании шаблона артефактов, созданного с использованием простого скользящего среднего (SMA).Наша цель состояла в том, чтобы предложить руководство для исследователей, использующих метод SMA для очистки сигналов ЭЭГ, которые были загрязнены синусоидальными артефактами ACS. Хотя алгоритм, используемый для создания шаблона среднего артефакта, применялся в некоторых из вышеупомянутых исследований, наш анализ литературы выявил недостаточную информацию о значениях параметров, используемых в процедуре усреднения. Кроме того, этот метод часто используется как единственный этап фильтрации или как начальный этап перед дальнейшими этапами фильтрации (например,г., PCA, ICA). Таким образом, обсуждаемые здесь соображения важны для точного отделения интересующего сигнала ЭЭГ от загрязнения из-за артефакта стимуляции. Таким образом, эта работа фокусируется на иллюстрации влияния различных параметров SMA и их соответствующих значений на эффективность удаления артефактов стимуляции из сигнала ЭЭГ, записанного во время синусоидального сигнала toACS. Мы включили количественный анализ точности удаления артефактов стимуляции и оценку плюсов и минусов использования SMA-фильтрации в анализе сигналов ЭЭГ.

Материалы и методы

Этическое разрешение

Исследование соответствовало Хельсинкской декларации и было одобрено Этическим комитетом Варшавского университета. Участники предоставили письменное информированное согласие на свое участие в исследовании.

Субъектов

В исследовании участвовали одна здоровая женщина (возраст 23 года) и один здоровый мужчина (возраст 30 лет). Участники были соавторами этой статьи и должны были соответствовать следующим критериям: (1) возраст от 20 до 40 лет; (2) отсутствие миопии или других неисправленных нарушений остроты зрения; (3) отсутствие диагностированных психических расстройств; (4) отсутствие диагностированных неврологических заболеваний или расстройств; (5) отсутствие в анамнезе эпилептических припадков; (6) отсутствие в анамнезе травм головы, приведших к потере сознания и / или госпитализации с сопутствующим поражением головного мозга; (7) отсутствие приема психоактивных веществ, в том числе медицинских препаратов; (8) отсутствие диагностированной зависимости от какого-либо психоактивного вещества; (9) отсутствие имплантированных электронных устройств; (10) не беременна.

Подготовка к исследованию

Перед экспериментом каждый участник был соответствующим образом подготовлен к исследованию. Сначала мы наложили колпачок ЭЭГ на голову участника. Мы обеспечили хороший контакт между записывающими электродами ЭЭГ и кожей участника с помощью проводящего геля SuperVisc (EASYCAP, Германия). Затем кожу участника очищали и увлажняли под и над обоими глазами с использованием 70% этанола и геля для подготовки кожи Nuprep (Weaver and Company, США), соответственно.Наконец, на подготовленные участки вокруг глаз участников помещали самоклеящиеся электроды для стимуляции тока. Принятый порог импеданса между кожей и электродами был установлен равным 10 кОм.

Конфигурация оборудования и экспериментальный дизайн

Визуальная стимуляция и запись ЭЭГ

Участник располагался перед экраном ноутбука на расстоянии 80 см и получил указание зафиксировать его на белой круглой точке (диаметр: 0,3 °, яркость: 207,5 кд / м ² ), отображаемой на однородном черном фоне ( яркость: 0.3 кд / м ² ). Эксперимент с участником-мужчиной состоял из двух непрерывных 15-минутных блоков, повторяемых в течение двух последующих дней. В первый день регистрировались данные ЭЭГ, когда глаза участника были закрыты для первого блока, а глаза открыты для второго блока. На второй день применяли toACS в течение средних 5 мин каждого блока при одновременной записи ЭЭГ. Каждый блок разделялся 10-минутным перерывом, и во время перерывов данные ЭЭГ не регистрировались (рис. 3А).

данных ЭЭГ было записано у мужчины с использованием усилителя ЭЭГ actiCHamp, колпачка actiCAP EEG, оснащенного 32 активными записывающими электродами и одним дополнительным заземляющим электродом, и программного обеспечения для записи (Brain Products, Германия).Заземляющий электрод помещали в положение электрода AFz, а программный электрод сравнения устанавливали на Cz. Таким образом, необработанные данные ЭЭГ состояли из 31 канала, учитывая, что электрод сравнения не был включен. Частота дискретизации была установлена ​​на 10 кГц. Аппаратные фильтры нижних и верхних частот составляли 2470 Гц и постоянный ток соответственно.

Подробная информация о сборе данных ЭЭГ для второго испытуемого (женщины) представлена ​​в дополнительных материалах.

Электростимуляция

Создание и применение toACS выполняли с помощью DC-Stimulator MC (neuroConn, Германия).Стимулятор имеет четыре выходных канала стимуляции. Первые два канала использовались для подачи заявки на ACS участнику. Третий канал нес ту же информацию, что и первые два канала, но вместо использования канала для стимуляции, он отправлялся через оптоизолятор на вход AUX усилителя ЭЭГ, а затем использовался для сегментации сигнала ЭЭГ. Стимуляция применялась с помощью четырех прямоугольных самоклеящихся электродов ЭМГ 15 × 20 мм (Spes Medica, Италия), соединенных внешними кабелями со стимулятором и расположенных непосредственно под и над глазами участников, т.е.е., трансорбитально (рис. 2А). Сопротивление между стимулирующими электродами и кожей участников никогда не превышало 100 кОм. Если импеданс превысит 100 кОм, стимулятор автоматически остановит процедуру из соображений безопасности. Токовая стимуляция представляла собой синусоидальную волну с частотой 10 Гц и амплитудой 20 мкА от пика до пика (рис. 2В). Максимальная расчетная плотность тока приложенного тока стимуляции под каждым из стимулирующих электродов во время пика стимуляции составляла 0,066 мкА / мм ² .Сигнал стимуляции, генерируемый стимулятором, был подготовлен на языке программирования Python в виде файла ^* .mat и преобразован с помощью специального набора инструментов MATLAB от компании NeuroConn в файл ^* .bfs, формат файла, используемый стимулятором для стимуляции. Частота дискретизации сигнала стимуляции составляла 16 кГц.

Рис. 2. (A) Расположение электродов электростимуляции, использованных в исследовании. (B) Одна секунда стимуляции синусоидальным переменным током 10 Гц 20 мкА, которая применялась трансорбитально.

Предварительная обработка данных

Предварительная обработка записанных данных ЭЭГ проводилась с использованием специально написанных скриптов на языке программирования Python и пакета MNE-Python (Gramfort et al., 2013; Jas et al., 2018). Сначала необработанные данные ЭЭГ были отфильтрованы с помощью биквадратичного БИХ-фильтра Баттерворта 4-го порядка (т. Е. Секций второго порядка) для диапазона частот 0,1–100 Гц. Затем данные были отфильтрованы с помощью режекторного КИХ-фильтра с нулевой фазой длительностью 6,6 с для частоты артефактов сетки и удаления связанных гармоник, т.е.е., 50, 100, 150, 200 и 250 Гц. Следует отметить, что выбор типа фильтра был мотивирован необходимостью минимизировать краевые артефакты вокруг артефактов текущей стимуляции ЭЭГ.

Разработанный алгоритм удаления синусоидального артефакта ACS из сигнала ЭЭГ

Алгоритм, удаляющий синусоидальный артефакт СКД из одновременной записи данных ЭЭГ, был реализован в среде MATLAB. Этот алгоритм основан на методе когерентного усреднения, который полезен при цифровой обработке сигналов для фильтрации зашумленных временных рядов из повторно применяемых стимулов (Rompelman and Ros, 1986).Этот метод предполагает, что компоненты шума аддитивны. Обычно во время такой фильтрации интересующий сигнал представляет собой периодическую волну (например, синусоидальную функцию), которая встроена в шум. Усреднение соответствующих сегментов зашумленного сигнала, совместимых по фазе, устраняет шум, тем самым увеличивая отношение сигнал / шум. В случае сигнала ЭЭГ со встроенным синусоидальным артефактом ACS ситуация оказывается прямо противоположной (см. Рисунок 3B).

Рисунок 3. (A) Схема экспериментальной процедуры на первом участнике. Процедура состояла из двух непрерывных 15-минутных блоков (один с закрытыми глазами, один с открытыми глазами), повторяемых в течение двух последующих дней (ШАМОВАНИЕ и СТИМУЛЯЦИЯ). Каждый блок отделялся 10-минутным перерывом, и во время перерывов данные ЭЭГ не регистрировались. Во время каждого 15-минутного сеанса стимуляция длилась 5 минут, имела частоту 10 Гц и амплитуду 20 мкА. (B) Схема идеи когерентного усреднения.В этом примере четыре зашумленных синусоидальных сегмента, совместимых с фазой, усредняются, что приводит к «чистому» синусоидальному сигналу. Шумовая составляющая с низкой амплитудой представляет собой эндогенную активность ЭЭГ, встроенную в синусоидальную волну высокой амплитуды, представляющую артефакт ACS. Шум после усреднения близок к 0, что указывает на то, что когерентное усреднение устанавливает информацию об эндогенной активности ЭЭГ в ноль и, таким образом, позволяет получить шаблон артефакта ACS (т. Е. Синусоидальный компонент).

Нежелательная составляющая ACS — это синусоидальный сигнал определенной частоты. Усреднение соответствующего количества синусоидальных периодов приводит к отфильтрованной форме волны. Эта форма волны служит шаблоном для артефакта, который позже может быть вычтен из записанного сигнала (рисунки 3A, B). Из-за специфичности сигнала ЭЭГ, регистрируемого во время стимуляции, часть сигнала, которую следует усреднить для получения наиболее полного шаблона артефакта, не сразу видна. Фактически, артефакт, встроенный в сигнал, может со временем измениться из-за возможных изменений импеданса на границе раздела кожа-электрод, вызванных потоотделением, отслаиванием электродов или высыханием проводящего геля.Одним из возможных решений постепенных изменений, связанных с этими потенциальными колебаниями электрического потенциала на границе раздела кожа-электрод, является применение когерентного скользящего среднего (также называемого SMA) с определенным окном, которое ограничивает диапазон усредненного сигнала. Алгоритм, подробно описанный в следующем абзаце, может использоваться для фильтрации одномерных непрерывных временных рядов; например, записи с одного электрода ЭЭГ.

Шагов алгоритма

Разделение сигнала на сегменты

Зная частоту дискретизации сигнала F _s и частоту стимуляции freqStim , количество выборок, соответствующее длине сегмента, содержащего один полный период стимуляции синусоидальной волны, можно рассчитать следующим образом:

s⁢e⁢g⁢m⁢e⁢n⁢t⁢L⁢e⁢n⁢g⁢t⁢h = Fsf⁢r⁢e⁢q⁢S⁢t⁢i⁢m (1)

, где segmentLength — это количество выборок, которое соответствует длине одного периода стимуляции.

Начиная с первой выборки, включающей стимуляцию, сигнал делится на сегменты с одним периодом (рисунок 4A) или на сегменты с общей кратностью периода (рисунок 4B). Каждый сегмент имеет одинаковую длину, соответствующую одинаковому количеству отсчетов. В результате сигнал с артефактом стимуляции, исходящий от одного электрода ( E ), состоит из сегментов s ( n ) одинаковой длины по следующему правилу:

Рисунок 4. Модель простой фильтрации скользящего среднего для сегментов 1- (A) и 2-периодных (B) . Моделирование было подготовлено для сигнала STEP A1, B1 путем деления сигнала на один или два отрезка периода [s (n) и s (m)]. ШАГ A2, B2: Чтобы создать шаблон артефакта для n-го или m-го сегмента, было выбрано 900 других сегментов, сосредоточенных вокруг рассматриваемых сегментов. Затем образцы в той же фазе усредняли по колонкам. ШАГ A3, B3: Полученные шаблоны артефактов затем вычитались из n-го и m-го сегментов, которые включали артефакт.Это вычитание приводит к тому, что n-й и m-й сегменты свободны от артефактов.

E = [s⁢ (1), s⁢ (2), s⁢ (3),…, s⁢ (N)] (2)

, где s ( n ) представляет собой последовательные сегменты, то есть наборы выборок, содержащие общее количество колебаний стимула и n ∈ <1: N ​​>, N ​​ — общее количество сегментов.

Расчет шаблона артефакта

Для каждого сегмента, s ( n ), шаблон артефакта temp вычисляется на основе A . относится к числу усредненных сегментов, сосредоточенных вокруг сегмента s ( n ). В этом процессе сегмент, который используется для подсчета шаблона, не используется при усреднении, чтобы избежать возможного последующего вычитания информации о чистой ЭЭГ. По этой причине шаблон артефакта temp ( n ) для сегмента s ( n ) определяется в соответствии со следующим соотношением:

t⁢e⁢m⁢p⁢ (n) = 1A⁢ [∑n + 1-A2n + 1 + A2s⁢ (n)] (3)

, где temp ( n ) представляет шаблон артефакта для сегмента s ( n ), A представляет четное число усредненных сегментов, s ( n ) представляет сегмент n ∈ <1: N ​​>, а N ​​ относится к общему количеству сегментов.

Вычитание шаблонов из сегментов

Последний этап — вычитание подготовленных шаблонов из соответствующих сегментов. Эта операция приводит к появлению нового сегмента newS ( n ), в котором нет артефактов и который можно рассчитать следующим образом:

n⁢e⁢w⁢S⁢ (n) = s⁢ (n) -t⁢e⁢m⁢p⁢ (n) (4)

, где newS ( n ) относится к новому сегменту без артефакта стимуляции, s ( n ) представляет сегмент артефакта, а temp ( n ) представляет шаблон артефакта для сегмента s ( п. ).

На рисунке 5 представлены три последовательных примерных сегмента. Каждый сегмент [т.е. s ( n ), s ( n + 1) и s ( n + 2)] (рисунки 5A – C) был получен из сигнала с 10 ГЦ стимуляция. Каждый сегмент был построен из 10 периодов синусоид. Таким образом, каждый сегмент представляет собой запись длительностью 1 с, и из-за частоты дискретизации 500 Гц каждые с ( n ) содержат 500 выборок. Один период содержит 50 отсчетов согласно простому расчету 500⁢H⁢z10⁢H⁢z = 50.Три последовательных шаблона артефактов [ temp ( n ), temp ( n + 1) и temp ( n + 2)] были построены из среднего значения 20 сегментов, сосредоточенных вокруг рассматриваемого сегмента. . Окончательный эффект алгоритма фильтрации с использованием метода скользящего среднего представляет новые отфильтрованные сегменты без шаблонов артефактов [ newS ( n ), newS ( n + 1) и newS ( n + 2 )] и с амплитудой, не превышающей 0.1 мВ. Амплитуда до и после фильтрации изменялась более 10 раз.

Рисунок 5. Эффекты трех шагов алгоритма. Три соседних сегмента [s (n) (A) , s (n + 1) (B) и s (n + 2) (C) )], записанные во время стимуляции второго участника (подробности предоставлены в разделе «Методы и материалы»). Каждый сегмент содержит 10 колебаний переменного тока частотой 10 Гц. Таким образом, каждый сегмент представляет собой запись продолжительностью 1 с, и из-за частоты дискретизации 500 Гц каждая s (n) содержит 500 отсчетов.Следует отметить, что один период содержит 50 выборок согласно простому вычислению (500 Гц) / (10 Гц) = 50. Каждый шаблон [т.е. temp (n), temp (n + 1) и temp (n + 2)] был создан путем усреднения 20 сегментов, сосредоточенных вокруг сегментов s (n), s (n + 1) и s (n + 2). Три новых сегмента [т.е. newS (n), newS (n + 1) и newS (n + 2)] были получены после вычитания шаблонов артефактов следующим образом: s (n) -temp (n) = newS (n) .

Метод выбора оптимальных параметров фильтрации

Здесь мы проанализировали точность удаления артефактов с использованием разработанного алгоритма, чтобы детально проверить влияние двух параметров фильтрации: (1) количество периодов на сегмент (т.е. в каждом шаблоне артефакта) и (2) количество усредненных сегментов, используемых для создания каждого шаблона артефакта.

Проверка эффективности удаления артефакта без одновременного удаления информации о нейронной активности из сигнала ЭЭГ затруднена из-за отсутствия модели, которая предсказывает «настоящий» сигнал ЭЭГ, «скрытый» под артефактом и лежащий в центре обратной задачи. . Чтобы облегчить понимание проблемы удаления артефакта стимуляции из записей ЭЭГ, мы представляем результаты SMA-фильтрации сигнала, записанного при закрытых глазах (рис. 6A) и открытых глазах (рис. 6C).Эти результаты показаны только во временной и частотной областях для одной из нескольких возможных настроек фильтрации (например, 900 сегментов с одним периодом для создания шаблона артефакта с одним периодом). После фильтрации наблюдается уменьшение амплитуды сигнала как во временной, так и в частотной областях. К сожалению, поскольку мы не можем сравнить эти результаты с известным сигналом стимула, у нас нет информации о точности удаления артефакта и возможной потере информации о нейронной активности. Поэтому важно определить наиболее эффективные условия фильтрации и способы достижения надежной оценки алгоритма фильтрации.

Рисунок 6. Влияние фильтрации простого скользящего среднего (SMA) на 5-минутный сигнал ЭЭГ, записанный с электрода O2 от первого участника с реальным артефактом стимуляции (т. Е. Блоки st2 и st5 ) (A , C) , и с наложенной искусственной синусоидальной функцией (т.е. блоки sh3 и sh5 ) (B, D) . Параметры фильтрации: 1-периодные сегменты и 900-сегментные шаблоны артефактов. (A) Временной и частотный анализ состояния закрытых глаз с реальным артефактом стимуляции. (B) Временной и частотный анализ состояния закрытых глаз с наложенной искусственной синусоидой. (C) Временной и частотный анализ состояния открытых глаз с реальным артефактом стимуляции. (D) Временной и частотный анализ состояния открытых глаз с наложенной искусственной синусоидой. Наложенная искусственная синусоида, используемая в (B, D) , имела частоту 10 Гц и 0.0002 В. Амплитуда.

Принимая во внимание эти факторы, мы приняли следующий принцип. Сначала синусоидальная форма волны, интерполированная и субдискретизированная для имитации неопределенной синусоидальной формы волны в фактической записи ЭЭГ, EEG _S , была наложена на чистый сигнал EEG с известным спектром мощности. Затем, после применения алгоритма с другими параметрами фильтрации, полученный сигнал ( EEG _{deletedArtifact} ) сравнивался с исходным чистым сигналом EEG .Описанный алгоритм выглядит следующим образом:

1. EEG + SINUS , интерполированные на порядок 10, затем подвергнутые субдискретизации на порядок 10 — ( EEG _S ).

2. ЭЭГ _S , подвергнутая алгоритму удаления синусоидального артефакта — ( ЭЭГ _{удален Артефакт} ).

3. Сравните ЭЭГ с ЭЭГ _{удален Артефакт} .

, где EEG представляет собой сигнал ЭЭГ от выбранного электрода, SINUS относится к искусственной стимуляции в форме синусоидальной функции с известной частотой ( freqStim ) и амплитудой ( Amp ).

Выполнение моделирования (см. Рисунки 6B, D) с использованием этого подхода позволяет определить оптимальные параметры фильтрации. Эти оптимальные параметры затем могут быть использованы для сигнала, записанного во время реального сеанса стимуляции.При применении к реальным данным важно, чтобы сигнал ЭЭГ, используемый в моделировании, имел одинаковую частоту дискретизации и продолжительность. Кроме того, артефакт должен характеризоваться частотой, указанной в фактической стимуляции. Количество усредненных колебаний, необходимых для создания шаблона артефакта, постепенно увеличивается до тех пор, пока сигнал не станет наиболее близким к исходному записанному сигналу. Результирующая фиксированная длина окна усреднения затем может использоваться для удаления артефакта в сигнале стимуляции.

Чтобы выполнить фильтрацию блоков st2 (т.е. сигнал с закрытыми глазами во время стимуляции, рис. 3A), необходимо подготовить симуляцию с использованием сигнала из блока sh3 (т.е. глаза закрыты во время фиктивной стимуляции). Выбор сигналов продиктован необходимостью сохранения аналогичного состояния объекта на реальной стадии стимуляции и сигнала без стимуляции, который используется для выполнения симуляции. По этой причине аналогичный подход следует использовать для фильтрации блока st5 (т.д., сигнал с открытыми глазами во время стимуляции). Опорным сигналом для этого случая является блок sh5 (т.е. сигнал с открытыми глазами во время фиктивной стимуляции). На наш взгляд, важно, чтобы характеристики опорных сигналов были как можно ближе к сигналу, из которого следует удалить артефакт. Моделирование удаления артефакта из блока sh3 содержало следующие компоненты: (1) EEG (сигнал с электрода O2, блок длительностью 5 мин, глаза закрыты во время фиктивной стимуляции) и (2) SINUS (искусственная стимуляция, синусоидальная функция с freqStim = 10 Гц и Amp = 0.0002 В (размах синусоидальной волны).

Чтобы определить оптимальные параметры усреднения, мы оценили процентную разницу в спектре мощности (т. Е. Процентную разницу спектра, SPD) в альфа-диапазоне и разницу в частоте стимуляции между исходным и отфильтрованным сигналом. SPD рассчитывали следующим образом (5):

разный бетви нспектр a (SPD) = ∑f = fF | PpureEEG − PremovedArtifact | ∑f = fF | PpureEEG | * 100 (5)

, где P _{deletedArtifact} — мощность сигнала после фильтрации; P _pureEEG — мощность исходного сигнала; а f и F представляют минимальную и максимальную частоты полосы соответственно.

Значение мощности сигнала в заданной полосе частот от f до F определялось по следующей формуле (6):

Pp⁢u⁢r⁢e⁢E⁢E⁢G / r⁢e⁢m⁢o⁢v⁢e⁢d⁢A⁢r⁢t⁢i⁢f⁢a⁢c⁢t = | F⁢F⁢T ⁢ (d⁢f) | 2 (6)

, где в FFT ( df ) — значение амплитуды сигнала, вычисленное с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье для частот от f до F с частотным разрешением df .

SPD в альфа-диапазоне рассчитывали в диапазоне 8–12 Гц, а при стимуляции частотой 10 Гц — в диапазоне 9.5–10,5 Гц.

Аналогичный подход использовался для анализа различий сигналов во временной области путем определения различий в дисперсиях сигналов. Здесь дисперсия временного ряда понимается как мера колебания значений амплитуды сигнала вокруг среднего значения. Дисперсия σ ² временного ряда x ( n ) определяет следующее соотношение (7):

σ2 = 1N⁢∑n = 1N (x⁢ (n) -xa⁢v⁢e⁢r⁢a⁢g⁢e⁢d) 2 (7)

, где N ​​ — количество отсчетов в x ( n ), а x _{усредненное} — среднее значение амплитуды в x ( n ).

Разница между дисперсиями сигналов рассчитывалась согласно следующему соотношению (8):

разница между дисперсиями = σpureEEG2 − σremovedArtifact2σpureEEG2 * 100 (8)

, где σp⁢u⁢r⁢e⁢E⁢E⁢G2 — это дисперсия исходного сигнала, а σr⁢e⁢m⁢o⁢v⁢e⁢d⁢A⁢r⁢t⁢i⁢f⁢a⁢ c⁢t2 — дисперсия сигнала после фильтрации.

Результаты

Различия в частотной области

Чтобы более четко показать количественные различия в результатах, на Рисунке 7 показаны значения SPD (определенные в «Материалы и методы», раздел «Метод выбора оптимальных параметров фильтрации»).Процентная разница в мощности альфа-диапазона (см. Рисунок 7A) между первичным и отфильтрованным сигналами зависит от количества усредненных сегментов и количества периодов в данном сегменте. Чтобы лучше проиллюстрировать различия, ось x показана в логарифмической шкале. На основе фиг. 7A использование десяти сегментов с одним периодом для вычисления шаблона артефакта для сегмента с одним периодом приводит к изменению мощности альфа на 80% по сравнению с исходным сигналом, записанным во время состояния с закрытыми глазами.Для состояния открытых глаз было изменение мощности альфа-излучения на 60% по сравнению с исходным сигналом. Увеличение количества однопериодных сегментов, используемых для усреднения, уменьшает эти различия до точки, в которой дальнейшее расширение окна усреднения не приводит к значительному изменению точности удаления артефакта (т.е. фазы плато). На наш взгляд, начальная точка эффекта плато может указывать на наиболее эффективные значения параметров фильтрации. Использование многопериодных сегментов приводит к аналогичному соотношению, но различия начинаются с более низкого процентного значения для коротких окон усреднения (т.е., менее 300 сегментов). Из-за ограниченного количества колебаний в 5-минутном сигнале (т.е. 300 с * 10 колебаний в каждую секунду = 3000) и выбранного количества периодов в одном сегменте, ограниченное количество сегментов было доступно для усреднения. Если сигнал содержит 3000 колебаний, его разделение на двухпериодные сегменты дает 1500 сегментов, которые можно использовать для усреднения. Точно так же разделение на 10-периодные сегменты приведет к относительно небольшому количеству сегментов для SMA (300).Взятые вместе, мы наблюдали относительно небольшую разницу в спектре, в среднем составляющую, например, 400 сегментов для 1, 2, 3 и т.д. периодического деления. Это наблюдение позволяет нам сделать вывод, что увеличение количества периодов в данном сегменте приводит к усреднению более длинного фрагмента сигнала, чтобы получить достаточно низкую разницу между сигналами. Как описано в разделе «Материалы и методы», артефакт может изменяться со временем по нескольким причинам, включая прогрессивные изменения электрического потенциала на границе раздела кожа-электрод.Поэтому желательно использовать как можно более короткую часть сигнала со стимуляцией для усреднения. Также важно отметить, что по мере увеличения количества периодов на сегмент эффект плато становится менее очевидным. Например, этот эффект можно увидеть на увеличенных диаграммах, показанных на рисунке 7, без логарифмической шкалы на оси x . Такое свойство затрудняет определение оптимальных параметров фильтрации. Процентные значения изменений в спектре для 10 Гц (см. Рисунок 7B) показывают аналогичную тенденцию, наблюдаемую для альфа-диапазона.В частности, начиная с 10-600 сегментов, разница мощности между сигналами на частоте 10 Гц уменьшалась с 97 до 7% в состоянии закрытых глаз и уменьшалась с 95 до 6% в состоянии открытых глаз. Дальнейшее расширение окна усреднения существенно не улучшает точность фильтрации, т. Е. Наблюдаемые изменения составляют порядка 0,1%. Учитывая наблюдаемые изменения исходного спектра, вызванные нашим применяемым алгоритмом, кажется разумным выбрать параметры фильтрации с использованием однопериодных сегментов, которые учитывают ~ 5% всего сигнала (т.е., 600 однопериодных отрезков из всех 3000 колебаний).

Рис. 7. (A, B) Спектральная процентная разница (SPD) между исходным сигналом и сигналом, полученным после удаления смоделированного артефакта 10 Гц. Смоделированный артефакт был удален с использованием различных усредненных сегментов, которые различались количеством периодов на сегмент. Увеличенная часть каждой диаграммы подчеркивает ограничение доступного количества усредненных сегментов в различных условиях (например,g., различное количество периодов в каждом сегменте) и выделяет фазу плато. Из-за наблюдаемой фазы плато значения SPD были определены для диапазона 10–100 усредненных сегментов с шагом 2 и в диапазоне 100–2000 с шагом 50. Исходный сигнал был получен с электрода O2 с первого участника, и субдискретизируется до 500 Гц. (A) Результаты SPD в альфа-диапазоне после моделирования фильтрации, подготовленные на блоке sh3 (т.е. с закрытыми глазами) и sh5 (т.е.э., глаза открыты). Подсчет СПД в альфа-диапазоне проводился в диапазоне 8–12 Гц. (B) Результаты SPD в 10 Гц после моделирования фильтрации, подготовленной на блоках sh3 (т.е. глаза закрыты) и sh5 (т.е. глаза открыты). SPD в 10 Гц отсчитывается в диапазоне 9,5–10,5 Гц. (C, D) Спектральная процентная разница (SPD) между исходным сигналом и результирующим сигналом после удаления смоделированного артефакта 10 Гц. Смоделированный артефакт был удален с использованием различных усредненных сегментов, которые различались количеством периодов на сегмент.Исходный сигнал был получен от электрода O2 от первого участника и был субдискретизирован до 500 Гц. Значения SPD определяли согласно соотношению, описанному в Формуле (9). Шаблон артефакта был создан путем сохранения выбранного фиксированного числа колебаний для создания шаблона артефакта (т. Е. 1200, 900, 600,…). Затем для заданного количества периодов в каждом сегменте было выбрано соответствующее количество усредненных сегментов. (C) Значения SPD в альфа-диапазоне (т.е.е., 8–12 Гц). (D) Значения SPD в 10 Гц (9,5–10,5 Гц).

В отличие от приведенного выше анализа, мы проверили различия в спектре на основе длины сигнала, взятого для усреднения (см. Рисунки 7C, D). Подход был следующий: сначала выбиралась длина сигнала [например, 1200 колебаний (сигнал 120 с), 900 колебаний (сигнал 90 с)]. Затем мы определили метод разделения сигнала (например, 1, 2, 3. периодические сегменты), и значение SPD было считано для количества усредненных сегментов в соответствии со следующим соотношением:

период в одном сегменте * усредненные сегменты = усредненные колебания (9)

Данные, показанные на рисунках 7C, D, показывают, что минимально возможная разница в полученном спектре уменьшается с увеличением длины усредненного сигнала, используемого для создания шаблона артефакта.В случае 1200 усредненных колебаний (т.е. 40% от 5-минутного сигнала) наименьшая разница в альфа-диапазоне останавливается на уровне 3–4%. Однако при меньшем числе усредненных колебаний это значение увеличивается на 4–5% для 900 и 600 колебаний и на 10% для 300 колебаний. Различия увеличиваются на 14 и 24% для 200 и 100 колебаний соответственно (Рисунок 7C). Этот эффект даже сильнее для SPD на частоте 10 Гц; в частности, наименьшая разница приводит к увеличению на 31% для состояния со 100 колебаниями (рис. 7D).Также интересно отметить, что количество периодов в каждом сегменте имеет большее влияние на значение SPD, когда используется меньшее количество усредненных колебаний. По мере того, как количество периодов в каждом сегменте увеличивается вместе с меньшим количеством усредненных колебаний, наблюдаемые различия в спектре увеличиваются намного быстрее. Это особенно верно для 300, 200 и 100 колебаний. Эти результаты аналогичным образом наблюдаются при анализе различий в спектре сигнала при открытых глазах и при малой мощности в альфа-диапазоне.Чтобы более точно проиллюстрировать эффекты фильтрации в частотной области, спектры мощности для различных параметров усреднения представлены в дополнительных материалах.

Различия во временной области

Мы обнаружили изменения (2–42%) в вариации сигнала после SMA с различными параметрами фильтрации (см. 8-е уравнение в разделе «Материалы и методы») по сравнению с исходной дисперсией сигнала (см. Рисунки 8A, B). Состояние открытых глаз характеризуется менее выраженными изменениями дисперсии (6–13%) по сравнению с состоянием закрытых глаз (2–42%).Следует отметить, что влияние количества периодов на сегмент больше, чем количество средних сегментов, если учесть разницу в дисперсии между исходным и отфильтрованным сигналами. Изменения между сигналами с различным числом периодов на сегмент значительно больше [условие: глаза закрыты, p <0,001, χ ² = 544,465, df = (10, 539), Крускал-Уиллис; состояние: глаза открыты, p <0,001, χ ² = 544,465, df = (10, 539), Kruskal-Willis], чем изменения, вызванные различным количеством усредненных сегментов [состояние: глаза закрыты, p = 1, χ ² = 0.371, df = (49, 500), Краскал-Уиллис; состояние: глаза открыты, p = 1, χ ² = 0,574, df = (49, 500), Kruskal-Willis].

Рисунок 8. Разница в процентах между дисперсиями сигналов для различных выбранных примеров моделирования, вычисленная в соответствии с зависимостью, описанной в Формуле (8). (A) Разница в дисперсии для различного количества периодов на сегмент, подготовленная с использованием сигнала с возбуждением в альфа-диапазоне (глаза закрыты).Увеличенные дисплеи для 1- и 2-периодных сегментов были подготовлены для улучшения видимости относительно небольших различий, которые варьируются в зависимости от усредненных сегментов для выбранного количества периодов на сегмент. (B) Разница в дисперсии для различного количества периодов на сегмент, подготовленный с использованием сигнала с неактивным в альфа-диапазоне (глаза открыты). (C) Усредненные разности для различного количества периодов, определенные для разных частот дискретизации. Исходный сигнал был записан с частотой дискретизации 10 000 Гц и подвергнут субдискретизации с коэффициентами 10, 20 и 40.Это позволило нам анализировать сигнал с частотой дискретизации 1000 Гц, 500 Гц и 250 Гц.

Из-за небольших различий в дисперсии, наблюдаемых для выбранного количества периодов на сегмент, мы также оценили влияние частоты дискретизации на наблюдаемые результаты во временной области (рис. 8C). Регистрации производились с исходной частотой дискретизации, равной 10 000 Гц. Чтобы оценить влияние более низких частот на изменения дисперсии после фильтрации SMA, сигнал был соответствующим образом субдискретизирован до 1000, 500 и 250 Гц.Анализ не смог определить наиболее эффективную частоту дискретизации для удаления артефакта 10 Гц.

Влияние SMA-фильтрации на сигнал ЭЭГ, записанный с электрода F4

Как описано в предыдущих исследованиях (Fehér and Morishima, 2016), амплитуда артефакта стимуляции не одинакова на всех регистрирующих электродах. Действительно, было показано, что амплитуда зависит от расстояния между стимулирующим и регистрирующим электродами. Учитывая эту известную связь, мы исследовали эффекты фильтрации SMA на электроде F4, используя аналогичные принципы моделирования, которые применялись выше для O2.По сравнению с электродом O2 электрод F4 характеризуется большей амплитудой артефакта стимуляции. Таким образом, мы добавили искусственный синусоидальный артефакт стимуляции к незагрязненному сигналу ЭЭГ от электрода F4, используя искусственную синусоидальную амплитуду, которая в два раза больше, чем амплитуда, добавленная к O2 (0,0004 В). На рисунке 9 представлены эффекты фильтрации SMA в частотной области для различного количества усредненных однопериодных сегментов сигнала, полученного при закрытых глазах (рисунок 9A) и условиях открытых глаз (рисунок 9B).Эти сигналы регистрировались с электрода F4 и подвергались субдискретизации до 500 Гц. Полученные спектры похожи на спектры, наблюдаемые для O2-электрода. Для 10 сегментов с одним периодом, примененных к сигналу из состояния закрытых глаз, мы наблюдали сильные выемки в спектре мощности, происходящие на частоте 10 Гц и для его гармоник. Использование большего количества усредненных сегментов было связано с постепенным приближением амплитуды сигнала после фильтрации к амплитуде первичного сигнала.Использование 10 сегментов с одним периодом для расчета шаблона артефакта для сегмента с одним периодом приводит к сигналу, который отличается от исходного на 74% по мощности альфа для состояния закрытых глаз (рис. 9C) и на 60% для состояния с закрытыми глазами. глаза открыты состояние (рис. 9D). Увеличение числа однопериодных сегментов, используемых для усреднения, уменьшает эти различия до точки, в которой дальнейшее расширение окна усреднения не приводит к значительному изменению удаления артефактов точности (то есть фазы плато).Аналогичная картина наблюдалась при анализе электрода O2 с меньшим артефактом стимуляции.

Рис. 9. Влияние фильтрации SMA на сигнал ЭЭГ, зарегистрированный с электрода F4 с наложенным искусственным артефактом стимуляции. Электрод F4 расположен ближе к электродам стимуляции, чем электрод O2. Таким образом, амплитуда загрязнения артефактом стимуляции выше для F4 по сравнению с O2. (A) Результаты моделирования фильтрации, подготовленные на блоке sh3 (глаза закрыты). (B) Результаты моделирования фильтрации, подготовленные на блоке sh5 (глаза открыты). Блоки sh3 и sh5 вызывают фиктивную регистрацию в условиях с закрытыми и открытыми глазами. Спектральная процентная разница (SPD) между исходным сигналом и сигналом, полученным после удаления смоделированного артефакта 10 Гц, которая варьируется в зависимости от усредненных сегментов для различного количества периодов на сегмент для закрытых глаз (C) и открытых глаз (D) условий.

Влияние фильтрации SMA на сигнал ЭЭГ с артефактом стимуляции toACS

Мы исследовали влияние SMA на реальный сигнал, записанный во время toACS от трех разных электродов (F4, C3 и O2), записанный в условиях обоих открытых (Рисунок 10A) и закрытых (Рисунок 10B) глаз. Исходные 5-минутные сигналы, записанные во время реальной стимуляции 10 Гц, были отфильтрованы с помощью окна SMA, которое содержало 600 сегментов с одним периодом. Спектры мощности, полученные с разных электродов, позволили нам сделать вывод, что SMA-фильтрация полезна для общего наблюдения за различными областями мозга.Это было несмотря на наличие нейронной активности или бездействия в альфа-диапазоне в случае частоты стимуляции ~ 10 Гц или в любой другой полосе частот, которая была идентична частоте стимуляции.

Рисунок 10. Влияние фильтрации SMA на сигнал ЭЭГ, зарегистрированный во время синусоидального сигнала 10 Гц для ACS от трех разных электродов (F4, C3 и O2), когда оба глаза открыты (A) и глаза закрыты (B) условиях. Сигналы ЭЭГ фильтровались с помощью скользящего окна, состоящего из 600 сегментов с одним периодом.

Обсуждение

В нескольких исследованиях сообщается о положительном влиянии различных форм ACS на визуальную модальность. В исследованиях глаукомы или оптической невропатии на людях 10 дней toACS приводили к улучшенным зрительным функциям, увеличению полей зрения, повышению остроты зрения и уменьшению времени реакции на зрительные стимулы, а также к улучшению качества жизни, связанного со зрением (Fedorov et al. , 2011; Gall et al., 2011; Sabel et al., 2011). Недавнее пилотное клиническое исследование показывает аналогичную эффективность длительного лечения (т.е., 4–6 лет) с транскорнеальной (tco) ACS (Ota et al., 2018). Более того, tcoACS также оказалась полезной при лечении пигментного ретинита, при этом недавние клинические исследования на людях продемонстрировали как структурное, так и функциональное улучшение (Schatz et al., 2011; Bittner and Seger, 2018; Bittner et al., 2018, однако , см. Wagner et al., 2017). Несколько других клинических исследований демонстрируют, что tcoACS может улучшить зрительную функцию (то есть остроту зрения и / или поле зрения) у пациентов с различными заболеваниями сетчатки, включая окклюзию артерии сетчатки, травматическую оптическую нейропатию, неартеритическую ишемическую оптическую нейропатию и желточно-желточную дистрофию желтого пятна. (обзор см. в Ota et al., 2018).

Механизм действия различных форм ACS как терапевтического метода все еще обсуждается. Исследования на животных показывают, что терапевтические эффекты toACS частично обусловлены нейропротекцией ганглиозных клеток сетчатки и уменьшением дегенерации фоторецепторов (Hanif et al., 2016). Нейропротективные и про-регенеративные эффекты, обнаруженные на моделях оптических нейропатий и дегенерации сетчатки у грызунов, предполагают, что как toACS, так и tcoACS проявляют свои эффекты посредством усиления нейротрофических факторов и подавления провоспалительных путей [для обзора см. Sehic et al., 2016; Antal et al., 2017 (представлено)]. Положительные эффекты toACS и tcoACS не ограничиваются сетчаткой; действительно, положительные эффекты могут также включать изменения ритмов мозга. Исследования на людях и животных показали, что последствия стимуляции также включают модификации нейрональных колебаний (то есть частоты, амплитуды и фазы), которые известны как кортикальный захват (Сергеева и др., 2015; Галл и др., 2016).

Учитывая сложность упомянутых явлений, могут возникнуть возражения относительно того, может ли изучение острого эффекта эффективно помочь понять природу процессов, связанных с ACS и tcoACS.Однако есть вероятность, что терапевтическое значение стимуляции связано с пластичностью мозга. Несмотря на это, наблюдение за активностью мозга во время стимуляции кажется чрезвычайно полезным для понимания механизмов, ответственных за стабильные пластические изменения после стимуляции.

Настоящее исследование направлено на решение проблемы удаления артефакта сигнала ЭЭГ, возникающего в результате синусоидального сигнала ACS. Мы разработали алгоритм, который позволяет пользователю изменять два параметра: (1) количество синусоидальных периодов, присутствующих в каждом сегменте разделенного сигнала, и (2) количество сегментов (центрированных вокруг сегмента, включающего артефакт), используемых для вычисления шаблон артефакта для каждого сегмента.Выбор этих параметров зависит от частоты дискретизации сигнала, продолжительности стимуляции и ее частоты. Оценка точности удаления артефактов при реальном toACS затруднена из-за отсутствия соответствующих знаний об уровне, до которого колебания мозга захватываются электрическим стимулом во время одновременной записи ЭЭГ. Достоверная оценка точности удаления артефакта стимуляции в настоящее время возможна только на данных моделирования, в котором информация о первичном сигнале ЭЭГ «скрыта» под искусственно наложенной синусоидальной волной, представляющей синусоидальный артефакт ACS.Затем можно сравнить исходный сигнал ЭЭГ с сигналом ЭЭГ, полученным после фильтрации, как во временной, так и в частотной областях.

Для выбора оптимальных значений параметров удаления артефактов стимуляции на основе SMA предлагаемый нами подход предполагает, что правильное моделирование до стимуляции выполняется на чистом сигнале ЭЭГ (то есть без реального артефакта стимуляции). Этот подход включает применение синусоидальной функции к известному сигналу ЭЭГ (т. Е. Опорному сигналу), который по амплитуде аналогичен функции, которая возникает во время реальной стимуляции.Кроме того, частота синусоидальной функции должна совпадать с частотой стимуляции. Опорный сигнал также должен быть той же длины, что и сигнал, записанный во время реальной стимуляции, и должен отражать состояние, в котором находился субъект во время фактической стимуляции. Например, в парадигме, сфокусированной на возбуждении активности альфа-диапазона (например, через закрытие глаз), опорный сигнал должен также включать возбуждение в активности альфа-диапазона. Использование количественных показателей позволяет выбрать соответствующие параметры фильтрации, например: (1) различие в спектре мощности и / или (2) дисперсию между опорным сигналом и сигналом, возникшую в результате применения различных параметров фильтрации.

При выборе оптимальных параметров усреднения следует учитывать тот факт, что при реальной стимуляции электрический артефакт постепенно изменяется со временем. Следовательно, длина окна усреднения, используемого для вычисления шаблона артефакта, должна быть как можно короче, с минимальной разницей между мощностью опорных сигналов и отфильтрованных сигналов. Как показано на рисунке 7 для области мощности, разница между отфильтрованным и исходным сигналами уменьшается с увеличением длины усредненного сигнала.О подобном наблюдении сообщалось при удалении артефакта глубокой стимуляции мозга с использованием алгоритма для создания шаблона артефакта стимуляции (Sun and Hinrichs, 2016). Анализ точности удаления артефактов на данных искусственной стимуляции показал различия мощности в альфа-диапазоне между первичным и отфильтрованным сигналами, которые варьируются от 80 до 2% для разной длины окна усреднения для сигнала, собранного во время состояния закрытых глаз. Эти различия колеблются от 60 до 2% по сигналу, полученному при условии, что глаза открыты.Динамику SPD можно охарактеризовать экспоненциально следующим образом: (1) значения SPD уменьшаются с увеличением длины сигнала, используемого для создания шаблона артефакта, и (2) наклон экспоненциальной кривой уменьшается с увеличением количества периодов на сегмент. Рассматривая оптимальные параметры фильтрации, важно учитывать возникновение фазы плато, которая является отражением того явления, что постепенное увеличение количества усредненных сегментов существенно не улучшает точность удаления артефактов.Мы предсказали положительный эффект усреднения самого короткого сигнала, чтобы удалить артефакт из реальных сигналов. Этот прогноз позволяет сделать вывод, что фаза плато является основой для вывода правильного выбора длины усредненного сигнала, который используется при создании шаблона артефакта. Наши выводы согласуются с предыдущей работой, в которой изучались проблемы, связанные с удалением синусоидального артефакта. В частности, наши результаты подтверждают целесообразность выбора окна усреднения равным 2.5% длины полного сигнала при стимуляции (Helfrich et al., 2014). Подход включал создание шаблона артефакта для 30-периодного сегмента на основе 10 соседних сегментов с центром в сегменте, который включал целевой артефакт. В случае, описанном Хелфрихом и его коллегами, который включал стимуляцию 10 Гц, которая длилась 20 минут, это означает, что для шаблона используются 300 из 12 000 колебаний (т.е. 2,5% от всей длины сигнала). В нашем анализе окно усреднения 2,5% приводит к выбору 750 однопериодных сегментов из 3000 колебаний.Этот выбор приводит к ~ 6% разнице между исходным и отфильтрованным сигналом в случае возбуждения или бездействия в альфа-диапазоне. Использование 2-х и 3-х периодных средних для 750 сегментов соответствует результатам, представленным на Рисунке 7, и показывает более благоприятную разницу между спектрами. Однако этот подход требует использования большей части сигнала. Второй метод, предложенный в литературе, касается выбора окна, которое составляет 5% от длины всего сигнала и имеет наименьшее возможное количество периодов колебаний.В нашем случае этот подход будет в среднем 150 однопериодных сегментов (Kohli and Casson, 2015). Согласно результатам моделирования, такое усреднение связано с ошибкой в ​​спектре мощности в альфа-диапазоне, которая достигает почти 17% в случае возбуждения (т. Е. Закрытые глаза) и 8% в случае бездействия (т. Е. Глаза открыты). ). При этих параметрах пиковая амплитуда на частоте 10 Гц достигает 22% в обоих состояниях активности. Из-за невозможности наблюдать фазу плато для многопериодных данных и при коротких временах стимуляции, использование однопериодных сегментов показывает четкую фазу плато даже через 5 минут сигнала.

Анализ различий в дисперсии между первичным сигналом и сигналом после фильтрации показал, что метод SMA вызывает большие процентные изменения. В частности, фильтрация сигнала с повышенной мощностью в альфа-диапазоне характеризуется большой процентной разницей (42%) для 1-периодного сегмента. Это предварительное условие для использования SMA для анализа сигналов, прежде всего в частотной области. Однако из спектров, полученных после SMA-фильтрации, видно, что алгоритм частично удаляет частоту стимуляции из спектра.Адекватное маневрирование с усреднением параметров сводит к минимуму эффект удаления.

Недавно было предложено альтернативное решение (Witkowski et al., 2016) для решения проблемы, заключающейся в том, что артефакт стимуляции скрывает активность мозга в интересующем частотном диапазоне: ACS с амплитудной модуляцией (AM-ACS). Этот новый метод основан на стимуляции с помощью определенной волны, созданной из двух частот: (1) высокая несущая частота, не связанная с колебаниями мозга, и (2) модулированная низкая целевая частота.Спектр сигнала AM-ACS в интересующем диапазоне частот лишен большого артефакта, наблюдаемого при использовании традиционных немодулированных ACS. К сожалению, хотя это относительно новая и многообещающая парадигма электростимуляции, AM-ACS требует дополнительных исследований, чтобы дать ответы на многие связанные вопросы. Например, в недавнем исследовании сравнивалось влияние ACS и AM-ACS на данные моделирования с моделированием зрительной коры (Negahbani et al., 2018). Результаты этого исследования показывают, что в методе AM-ACS необходимо использовать значительно большую амплитуду стимуляции, чем в традиционном ACS, чтобы наблюдать аналогичные эффекты в корковой активности.Насколько нам известно, не существует исследований с использованием реальных сигналов ЭЭГ, которые могли бы детально доказать, что AM-ACS и традиционные ACS оказывают одинаковое влияние на активность мозга. Такие доказательства потребуются исследователям, чтобы перейти к AM-ACS без отрицательных эффектов и обойти проблемы, связанные с артефактом ACS. Предлагаемый здесь алгоритм удаления синусоидального артефакта toACS может повысить точность анализа с использованием сигналов, полученных во время стимуляции ACS и AM-ACS.Этот алгоритм позволит проверить и сравнить полезность и недостатки обоих методов.

Учитывая применимость предложенного метода, стоит также обратить внимание на альтернативный вариант исследования фМРТ, предложенный в ряде работ (Vosskuhl et al., 2016; Chai et al., 2018; Kar et al., 2020). По сравнению с фМРТ, ЭЭГ широко используется в клинической практике и имеет очень хорошее временное разрешение, позволяющее наблюдать изменения в мозге, связанные с многочисленными дефицитами и заболеваниями.Более низкая доступность и гораздо более высокая стоимость фМРТ не могут полностью заменить исследования на основе ЭЭГ и их полезность в клиниках.

Неоспоримым преимуществом SMA-фильтрации является простота реализации алгоритма и наличие понятного принципа работы. Два основных параметра алгоритма напрямую преобразуются в специфичность периодического сигнала с синусоидальной ACS. Также важно отметить, что использование SMA-фильтрации связано с предположением, что удаляемый шум является аддитивным.Предыдущие исследования предполагают нелинейный характер нежелательного компонента в сигнале, что может быть ограничением применимости алгоритма усреднения для удаления артефакта ACS (Noury ​​et al., 2016). В ответ на эти сообщения Neuling et al. (2017) представили обоснование для наблюдения нелинейности артефакта ACS, что связано с недопущением превышения пределов технических стимуляторов. По этой причине в настоящем исследовании мы тщательно контролировали импеданс электродов, чтобы гарантировать, что боковые полосы, описанные в этом исследовании, не затронуты.Из-за вышеупомянутых ограничений в использовании SMA, возникающих из-за нелинейности артефакта, вызванного настройками оборудования, в основной части статьи использовалось влияние фильтрации SMA на сигнал от другой системы записи. Эти результаты представлены в дополнительных материалах. Анализ, проведенный на втором сигнале, не выявил каких-либо изменений в эффектах фильтрации SMA, которые существенно отличаются от приведенных здесь выводов. Несмотря на упомянутое обсуждение между исследовательской группой, не было достигнуто окончательных договоренностей о том, в какой степени артефакт должен быть удален, чтобы сигнал был полезен.Существует вероятность того, что предлагаемая техника очистки может удалить часть записанной текущей нервной активности. В связи с этим мы подготовили подробный анализ во временной и частотной области для смоделированных данных, где у нас есть 100% знания об исходной информации ЭЭГ, прежде чем добавлять артефакт стимуляции. Такой подход позволяет нам извлечь процентное значение точности удаления артефакта, что может быть полезно при планировании протокола стимуляции и шага предварительной обработки в ЭЭГ с одновременным анализом стимуляции.

Заявление о доступности данных

Наборы данных, созданные для этого исследования, доступны по запросу соответствующему автору.

Заявление об этике

Исследования с участием людей были рассмотрены и одобрены Этическим комитетом Варшавского университета. Пациенты / участники предоставили письменное информированное согласие на участие в этом исследовании.

Авторские взносы

MŻ: разработка и реализация метода фильтрации в среде Matlab и анализа данных.MŻ, PD и WW: написание и рецензирование рукописи. PD и WW: дизайн исследования. ПД: сбор данных и предварительная обработка данных ЭЭГ. WW: наблюдение. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Это исследование было поддержано официальным учреждением Института экспериментальной биологии им. Ненцкого Польской академии наук (MŻ, PD и WW), грантом Национального центра исследований и разработок REVIS ERA-NET NEURON / 08/2012 (WW ), а также грантом Польского национального научного центра 2016/23 / N / HS6 / 02346 (PD).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы хотели бы поблагодарить нашего дорогого научного руководителя WW за ее время, усилия и поддержку, которые помогли нам стать лучшими учеными, чем мы когда-либо были бы без ее мудрости, объективности и дружбы. Мы также благодарим Томаса Фитцгиббона за его комментарии к более ранней версии этой рукописи.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnins.2020.00735/full#supplementary-material

Список литературы

Аллен П. Дж., Джозефс О. и Тернер Р. (2000). Метод удаления артефактов визуализации из непрерывной ЭЭГ, записанной во время функциональной МРТ. Neuroimage 12, 230–239. DOI: 10.1006 / nimg.2000.0599

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Антал, А., Алексейчук, И., Биксон, М., Брокмеллер, Дж., Брунони, А. Р., Чен, Р. и др. (2017). Транскраниальная электростимуляция низкой интенсивности: безопасность, этические нормы, правовые нормы и правила применения. Clin. Neurophysiol. 128, 1774–1809. DOI: 10.1016 / j.clinph.2017.06.001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бенар, К.-Г., Агахани, Ю., Ван, Ю., Изенберг, А., Аль-Асми, А., Дубо, Ф., и др. (2003). Качество ЭЭГ при одновременной ЭЭГ-фМРТ при эпилепсии. Clin. Neurophysiol. 114, 569–580. DOI: 10.1016 / S1388-2457 (02) 00383-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Биттнер А. К. и Сегер К. (2018). Продолжительность улучшения зрения после транскорнеальной электростимуляции и эффективность повторного лечения у трех пациентов с пигментным ретинитом. Graefes Arch. Clin. Exp. Офтальмол. 256, 299–306. DOI: 10.1007 / s00417-017-3858-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Биттнер, А.К., Сегер, К., Салвесон, Р., Кайзер, С., Моррисон, Н., Варгас, П. и др. (2018). Рандомизированное контролируемое испытание электростимуляционной терапии для модуляции кровотока в сетчатке и зрительной функции при пигментном ретините. Acta Ophthalmol. 96, e366 – e376. DOI: 10.1111 / aos.13581

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бриньяни Д., Руццоли М., Маури П. и Миниусси К. (2013). Эффективна ли транскраниальная стимуляция переменным током для модуляции колебаний мозга? PLoS One 8: e56589.DOI: 10.1371 / journal.pone.0056589

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чай Й., Шэн Дж., Бандеттини П. А. и Гао Ж.-Х. (2018). Частотно-зависимая модуляция TACS BOLD-сигнала во время ритмической визуальной стимуляции. Гум. Brain Mapp. 39, 2111–2120. DOI: 10.1002 / hbm.23990

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Доусетт, Дж., И Херрманн, К. С. (2016). Транскраниальная стимуляция переменным током пилообразными волнами: одновременная стимуляция и запись ЭЭГ. Фронт. Гм. Neurosci. 10: 135. DOI: 10.3389 / fnhum.2016.00135

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Федоров А., Йобке С., Берснев В., Чибисова А., Чибисова Ю., Галл С. и др. (2011). Восстановление зрения после поражения зрительного нерва с помощью неинвазивной трансорбитальной стимуляции переменным током: клиническое обсервационное исследование. Мозговая стимуляция. 4, 189–201. DOI: 10.1016 / j.brs.2011.07.007

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фехер, К.Д., Моришима Ю. (2016). Запись одновременной электроэнцефалографии во время транскраниальной стимуляции переменным током (tACS). J. Vis. Exp. 22: e53527. DOI: 10.3791 / 53527

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Галл К., Шмидт С., Шитковски М. П., Антал А., Амбрус Г. Г., Паулюс В. и др. (2016). Стимуляция переменным током для восстановления зрения после повреждения зрительного нерва: рандомизированное клиническое испытание. PLoS One 11: e0156134.DOI: 10.1371 / journal.pone.0156134

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Галл К., Сгорзали С., Шмидт С., Брандт С., Федоров А. и Сабель Б. А. (2011). Неинвазивная трансорбитальная стимуляция переменным током улучшает субъективное зрительное функционирование и качество жизни, связанное со зрением, при оптической нейропатии. Мозговая стимуляция. 4, 175–188. DOI: 10.1016 / j.brs.2011.07.003

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грамфорт, А., Луесси, М., Ларсон, Э., Энгеманн, Д. А., Стромайер, Д., Бродбек, К. и др. (2013). Анализ данных МЭГ и ЭЭГ с помощью MNE-Python. Фронт. Neurosci. 7: 267. DOI: 10.3389 / fnins.2013.00267

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ханиф, А. М., Ким, М. К., Томас, Дж. Г., Чиаватта, В. Т., Кренек, М., Хетлинг, Дж. Р. и др. (2016). Электростимуляционная терапия всего глаза сохраняет зрительную функцию и структуру у крыс P23H-1. Exp. Eye Res. 149, 75–83. DOI: 10.1016 / j.exer.2016.06.010

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хельфрих, Р. Ф., Шнайдер, Т. Р., Рах, С., Траутманн-Ленгсфельд, С. А., Энгель, А. К., Херрманн, К. С. (2014). Удержание колебаний мозга транскраниальной стимуляцией переменным током. Curr. Биол. 24, 333–339. DOI: 10.1016 / j.cub.2013.12.041

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джас, М., Ларсон, Э., Engemann, D. A., Leppäkangas, L., Taulu, S., Hämäläinen, M., et al. (2018). Воспроизводимое групповое исследование МЭГ / ЭЭГ с помощью программного обеспечения MNE: рекомендации, оценки качества и передовой опыт. Фронт. Neurosci. 12: 530. DOI: 10.3389 / fnins.2018.00530

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Канаи Р., Чайеб Л., Антал А., Уолш В. и Паулюс В. (2008). Частотно-зависимая электростимуляция зрительной коры. Curr. Биол. 18, 1839–1843.DOI: 10.1016 / j.cub.2008.10.027

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кар К., Ито Т., Коул М. В. и Крекельберг Б. (2020). Транскраниальная стимуляция переменным током ослабляет BOLD-адаптацию и увеличивает функциональную связность. J. Neurophysiol. 123, 428–438. DOI: 10.1152 / jn.00376.2019

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Kasten, F.H., Dowsett, J., and Herrmann, C.S. (2016). Устойчивое последействие α-tACS длится до 70 минут после стимуляции. Фронт. Гм. Neurosci. 10: 245. DOI: 10.3389 / fnhum.2016.00245

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кохли, С., Кассон, А. Дж. (2015). «Удаление Transcranial a.c. Артефакт текущей стимуляции из одновременных записей ЭЭГ путем наложения скользящих средних »в материалах 37-й Ежегодной международной конференции IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2015 г. Представлено на 37-й ежегодной международной конференции IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC) (Милан: IEEE), 3436–3439.DOI: 10.1109 / EMBC.2015.7319131

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кохли, С., Кассон, А. Дж. (2019). Устранение грубых артефактов транскраниальной стимуляции переменным током при одновременном мониторинге ЭЭГ. Датчики 19: 190. DOI: 10.3390 / s1

90PMC6338981

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Морено-Дуарте, И., Гебод, Н., Щестатски, П., Гулейупоглу, Б., Реато, Д., Биксон, М., и др.(2014). «Транскраниальная электрическая стимуляция: транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS), транскраниальная стимуляция переменным током (tACS), транскраниальная импульсная токовая стимуляция (tPCS) и транскраниальная стимуляция случайным шумом (tRNS)», in The Stimulated Brain , Ed. Р. К. Кадош (Амстердам: Elsevier), 35–59. DOI: 10.1016 / B978-0-12-404704-4.00002-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Negahbani, E., Kasten, F.H., Herrmann, C.S., и Fröhlich, F.(2018). Нацеливание на колебания альфа-диапазона в корковой модели с помощью высокочастотной транскраниальной электростимуляции с амплитудной модуляцией. Neuroimage 173, 3–12. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2018.02.005

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Neuling, T., Rach, S., and Herrmann, C. S. (2013). Управление нейронными сетями: стойкие последствия транскраниальной стимуляции переменным током зависят от состояния мозга. Фронт. Гм. Neurosci. 7: 161. DOI: 10.3389 / fnhum.2013.00161

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Neuling, T., Ruhnau, P., Weisz, N., Herrmann, C. S., and Demarchi, G. (2017). Восстановились вера и колебания: при анализе сигналов ЭЭГ / МЭГ при tACS. Нейроизображение 147, 960–963. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2016.11.022

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ниази, Р. К., Бекманн, К. Ф., Яннетти, Г. Д., Брэди, Дж.М. и Смит С. М. (2005). Удаление артефактов среды FMRI из данных ЭЭГ с использованием оптимальных базисных наборов. Neuroimage 28, 720–737. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2005.06.067

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нури, Н., Хипп, Дж. Ф., и Сигел, М. (2016). Физиологические процессы нелинейно влияют на электрофизиологические записи во время транскраниальной электростимуляции. Нейроизображение 140, 99–109. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2016.03.065

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ота Ю., Озэки Н., Юки К., Шиба Д., Кимура И., Цунода К. и др. (2018). Эффективность транскорнеальной электростимуляции для лечения первичной открытоугольной глаукомы: пилотное исследование. Keio J. Med. 67, 45–53. DOI: 10.2302 / kjm.2017-0015-OA

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ромпельман О. и Рос Х. Х. (1986). Техника когерентного усреднения: учебный обзор.Часть 1: шумоподавление и эквивалентный фильтр. J. Biomed. Англ. 8, 24–29. DOI: 10.1016 / 0141-5425 (86)

-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сабель Б. А., Федоров А. Б., Науэ Н., Боррманн А., Херрманн К. и Галл К. (2011). Неинвазивная стимуляция переменным током улучшает зрение при оптической нейропатии. Рестор. Neurol. Neurosci. 29, 493–505. DOI: 10.3233 / RNN-2011-0624

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сабель, Б.А., Хамид, А. И., Боррманн, К., Спек, О., и Антал, А. (2019). Трансорбитальная стимуляция переменным током изменяет активность BOLD у здоровых субъектов и у пациентов с инсультом с гемианопсией: технико-экономическое обоснование 7 Tesla fMRI. Внутр. J. Psychophysiol. 154, 80–92. DOI: 10.1016 / j.ijpsycho.2019.04.002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Schatz, A., Röck, T., Naycheva, L., Willmann, G., Wilhelm, B., Peters, T., et al. (2011). Транскорнеальная электрическая стимуляция у пациентов с пигментным ретинитом: проспективное, рандомизированное, фиктивно-контролируемое исследовательское исследование. Инвест. Офтальмол. Vis. Sci. 52, 4485–4496. DOI: 10.1167 / iovs.10-6932

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сехич, А., Го, С., Чо, К. С., Коррайя, Р. М., Чен, Д. Ф., и Утейм, Т. П. (2016). Электростимуляция как средство улучшения зрения. Am. J. Pathol. 186, 2783–2797. DOI: 10.1016 / j.ajpath.2016.07.017

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сергеева Э.Г., Генрих-Ноак П., Горкин А.Г., Сабель Б.А. (2015). Доклиническая модель транскорнеальной стимуляции переменным током у свободно движущихся крыс. Рестор. Neurol. Neurosci. 33, 761–769. DOI: 10.3233 / RNN-150513

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Sun, L., и Hinrichs, H. (2016). Вычитание шаблона скользящего среднего для удаления артефактов стимуляции в ЭЭГ и LFP, записанных во время глубокой стимуляции мозга. J. Neurosci. Методы 266, 126–136. DOI: 10.1016 / j.jneumeth.2016.03.020

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фоссен, А., Гросс, Дж., И Тут, Г. (2015). Увеличение альфа-мощности после транскраниальной стимуляции переменным током на альфа-частоте (α-tACS) отражает пластические изменения, а не вовлечение. Стимулятор мозга. 8, 499–508. DOI: 10.1016 / j.brs.2014.12.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Vosskuhl, J., Huster, R.J., and Herrmann, C.С. (2016). BOLD-сигнальные эффекты транскраниальной стимуляции переменным током (tACS) в альфа-диапазоне: одновременное исследование tACS – fMRI. Neuroimage 140, 118–125. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2015.10.003

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вагнер, С. К., Джолли, Дж. К., Пефкианаки, М., Гекелер, Ф., Вебстер, А. Р., Даунс, С. М. и др. (2017). Транскорнеальная электрическая стимуляция для лечения пигментного ретинита: результаты исследования TESOLAUK. BMJ Open Ophthalmol. 2: e000096. DOI: 10.1136 / bmjophth-2017-000096

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Витковски М., Гарсия-Коссио Э., Чандер Б. С., Браун К., Бирбаумер Н., Робинсон С. Э. и др. (2016). Картирование увлеченных колебаний мозга во время транскраниальной стимуляции переменным током (tACS). Neuroimage 140, 89–98. DOI: 10.1016 / j.neuroimage.2015.10.024

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

.