Локализация очага поражения по ЭЭГ

С электроэнцефалографии в настоящее время сняли задачу топической диагностики органических поражений головного мозга. Но еще тридцать лет назад ей вменялось в обязанность уточнение локализации опухолей, внутричерепных гематом и др. с конкретной практической целью: помочь нейрохирургам в определении доступа к предполагаемому очагу поражения. Это была непосильная ноша для метода. Успехи были весьма скромными. Первые успехи компьютерной электроэнцефалографии в решении этой задачи также оказались весьма скромными. Попытки картирования ЭЭГ (brain mapping) стать самостоятельным методом быстро угасли.

С появлением и широким внедрением нейровизуализационных методов диагностики, таких как рентгеновская компьютерная томография, магнитно-резонансная томография и др., с электроэнцефалографии была снята задача локализации очага поражения. Однако вопросы, где и как возникают потенциалы мозга, были и остаются актуальными проблемами как теоретических разработок, так и конкретных клинических задач. Более того, на электроэнцефалографию возложены новые диагностические задачи нейрохирургического плана. Не все оказалось под силу КТ и МРТ. Они не в состоянии, например, ответить на вопрос: откуда, из каких структур мозга генерируются элементы патологической активности (например, эпи-разряды), если на КТ и МРТ органического поражения мозга не оказалось.

Метод трехмерной локализации эквивалентного диполя

Записанная со скальпа электроэнцефалограмма формально является проявлением поверхностной разности потенциалов между конвекситально расположенными электродами. Однако усилиями целой плеяды нейрофизиологов с достаточной степенью доказательности определились признаки на ЭЭГ, которые уже без элементов сомнения признаются или корковыми компонентами, или глубинными. Это относится как к физиологическим, так и патологическим элементам. Более того, поверхностно регистрируемые графические компоненты ЭЭГ имеют сложный генез возникновения, и сам корковый уровень в значительной мере является больше проекционной зоной максимального проявления электрических явлений, нежели местом их генерации.

Трехмерная локализация
Рис. 1 Трехмерная локализация эквивалентного дипольного источника (справа) разрядной активности на ЭЭГ (слева).

Программа BrainLoc

Одним из методических приемов, позволяющих локализовать генератор активности, стал метод трехмерной локализации эквивалентного диполя.

Сущность метода

Сущность метода заключается в том, что за источник электрического сигнала принимается наличие некой дипольной единицы, т. е. объекта, включающего в себя как минусовой, так и плюсовой заряд, полностью описывающей распределение потенциалов на скальповой ЭЭГ за выбранный промежуток времени. В зависимости от направленности диполя в конкретный момент времени, на поверхность скальпа проецируются максимумы распределения потенциалов соответственно его полюсам. Наличие вектора направленности диполя позволяет в трехмерном пространстве вычислить его местоположение в декартовой  системе координат (X, Y, Z) с привязкой к анатомическим ориентирам мозга. Другими словами, решается обратная задача ЭЭГ: вычисление положения диполя по им же сгенерированным электрическим потенциалам на скальпе (рис. 1).

Метод трехмерной локализации источника электрической активности является не самостоятельным, а лишь дополняющим компьютерную электроэнцефалографию. Для его осуществления необходимы специальные программы анализа дипольных источников. Наиболее распространенной в нашей стране является программа BrainLoc (разработчик Ю. М. Коптелов). Она совместима с компьютерными электроэнцефалографами многих отечественных и зарубежных фирм.

За короткий промежуток времени методика трехмерной локализации источника электрической активности головного мозга прошла проверку путем верификации методами КТ, МРТ и по результатам выполнения нейрохирургических операций. Были обобщены результаты исследований, в которых удавалось найти совпадение зон генерации патологической электрической активности и грубых структурных органических очагов.

Этапы метода трехмерной локализации источника

Весь процесс анализа ЭЭГ методом трехмерной локализации источника следует разделить на несколько этапов:

  1. выделение фрагментов ЭЭГ для анализа;
  2. выбор системы отведений и их количества;
  3. устранение артефактов и целенаправленная фильтрация ЭЭГ;
  4. предварительный просмотр полученных результатов (выбор уровня достоверности, оценка дипольности источника по потенциальным картам);
  5. выбор опорного канала;
  6. селекция диполей (точек амплитудного среза) по опорному каналу;
  7. локализация источника электрической активности в трехмерном пространстве на макете головы в трех проекциях или на схематичных срезах мозга;
  8. клиническая интерпретация полученных данных.

Выбор фрагментов ЭЭГ и их длительности зависит, прежде всего, от тех компонентов электроэнцефалограммы, источник которых предполагается локализовать. Этими компонентами могут быть как физиологические ритмы (альфа-, тета- и даже бета-волны), так и патологические (вспышки, пароксизмы, эпилептиформные комплексы). Методические приемы для высокоамплитудных компонентов обычно совпадают, для низкоамплитудных приходится применять дополнительные (узкополосная фильтрация, увеличение числа анализируемых отведений и др.).

Считается, что чем больше записано каналов, тем точнее вычисление. Стандартное требование — 19 каналов. Допустимо ограничиться 16 каналами. Это, прежде всего, актуально в детской практике, так как особенности нетерпеливого контингента и малые размеры головы у детей являются объективной реальностью стремления врачей сократить количество электродов на голове.

Требования к  анализу ЭЭГ

При обработке и расчете локализации источника патологической активности обязательные требования к подлежащему анализу фрагменту ЭЭГ следующие:

  • интересующий элемент на нативной ЭЭГ должен быть хорошо сформирован;
  • фрагмент ЭЭГ не должен содержать артефактов ни в одном из учитываемых отведений;
  • при наличии дрейфа изолинии, избавление от него — непременное условие качественного анализа;
  • интересующий компонент по амплитуде должен отчетливо выделяться среди прочих элементов ЭЭГ иного генеза;
  • фрагмент ЭЭГ для анализа не должен быть слишком длинным, количество их — достаточным для проверки достоверности расчетов.

Выбор системы отведений и их количества. Компьютерная электроэнцефалография позволяет один и тот же фрагмент ЭЭГ представить в различных схемах отведений. Опорной системой отведений является монополярная система с ушным референтом (А), но она содержит большее число артефактов. Для устранения артефактов прибегают к многообразным вариантам биполярных отведений. Какой из схем отдать предпочтение при использовании методики трехмерной локализации? Ожидалось, что существенной разницы не будет. В действительности это оказалось не так (см. рис. 1).

Глубинная вспышка
Рис. 2. Глубинная вспышка

при монополярной референциальной системе отведений (а) и при усредненном электроде Av (б) одного и того же временного отрезка ЭЭГ. При референциальной системе отведений генерализованная вспышка выражена хорошо, при схеме с усредненным электродом — она отсутствует

Если источник электрического сигнала, зарегистрированного на поверхности головы, находится на медиобазальной поверхности полушарий или на уровне нижнестволовых отделов мозга, то хорошо визуализирующиеся его компоненты при монополярной референциальной системе отведений, при биполярной схеме отведений или с усредненным электродом могут «исчезать» почти полностью (рис. 2). При более высоком расположении источника электрической активности (в верхнестволовых отделах или в полушариях мозга) они, наоборот, довольно часто «усиливаются» в биполярных отведениях и с усредненным электродом.

Для образности можно сравнить схему с усредненным референтным электродом с близоруким человеком. Эта схема, как и при близорукости, позволяет очень отчетливо видеть происходящее в относительной близости от конвекситальной поверхности головы, расплывчато — в средних отделах мозга и абсолютно ничего — в нижнестволовых и базальных отделах мозга. Схема с монополярной системой отведений выделяет как близкие к конвексу источники, так и глубокие объекты. Но при этом все они могут наслаиваться друг на друга, что затрудняет их выделение.

Таким образом, выбор системы отведений определяется «глубиной залегания» источника. Фрагмент ЭЭГ предварительно просматривается в моно-полярной системе отведений с ушным референтом, затем — в монтаже с усредненным электродом или в биполярном монтаже. При каком варианте интересуемый фрагмент визуализируется лучше, в том и следует вычислять его источник. Ориентироваться следует на опорный канал. В качестве последнего используют один из каналов электроэнцефалограммы, в котором исследуемый элемент представлен с максимальной амплитудой.

Поражение в глубине полушария

При латерализованных глубинных деструктивных поражениях в патологический процесс вовлекаются подкорковые ганглии и (или) их связи с корой. Соответственно патологические медленные волны, возникающие в зоне деструктивного фокуса или патологического образования, обусловливаются не только их электрическим источником, формирующимся в непосредственной близости от фокуса поражения, но и физиологическим распространением этой активности на удаленные области мозга, в которые проецируются соответствующие подкорковые ядра и связи. Распространенность патологической активности, помимо размера патологического фокуса, определяется общим планом организации подкорково-корковых связей. Особенностью этой организации является, как известно, дивергентное (диффузное) их распространение. Представляя собой в медиобазальных отделах полушарий компактные пучки, эти связи, направляясь к коре, радиально распространяются и широко проецируются на более или менее обширные области. Это во всяком случае справедливо в отношении неспецифических диффузных проекций. В связи с этим при локализации деструктивного фокуса в медиобазальных и глубинных отделах полушария происходит деафферентация обширных областей коры даже при относительно ограниченном поражении. Таким образом, обширная область мозга, соответствующая зоне проекции на кору фокуса поражения, оказывается выключенной из нормальной интегрированной ритмической активности, определяемой работой неспецифических систем мозга и его ритмогенных механизмов. Соответственно в этой области организуется самостоятельная активность, не связанная с активностью всего мозга и определяющаяся особенностями патологических нейродинамических отношений, складывающихся в этих новых условиях.

Таким образом, характерным признаком глубинного патологического фокуса является наличие обширной области патологических колебаний в пораженном полушарии. Понятие «обширная область» в приложении к электроэнцефалографии следует понимать, исходя из указанных ранее особенностей распространения электрической активности мозга на поверхности скальпа. Вследствие проводящих свойств тканей головы, сферической формы черепа и его содержимого, относительно большой удаленности источника потенциала от отводящего электрода электрические потенциалы, возникающие даже в ограниченной области мозга, распространяются на области скальпа, во много раз превосходящие по площади область генерации этого потенциала в мозге. В связи с этим какой-либо тип электрической активности, захватывающий область скальпа площадью до одной доли мозга, можно считать локальным. Термином «обширная область» в скальповой электроэнцефалографии обычно пользуются в тех случаях, когда какой-либо тип электрической активности захватывает две-три доли мозга или даже целое полушарие.

ЭЭГ при глиоме медиобазальных отделов левой лобной доли
ЭЭГ при глиоме медиобазальных отделов левой лобной доли

Билатерально-синхронные регулярные высокоамплитудные вспышки θ-волны 1,5-2 Гц, преобладающие по амплитуде слева и в передних отделах. Большая сохранность частых ритмов в правом полушарии.

Вторым фактором, определяющим изменения ЭЭГ при глубинных деструктивных поражениях, является вовлечение срединных структур мозга. Прежде всего, как сказано в предыдущем разделе, в понятие срединных структур в электроэнцефалографии включают образования лимбической системы, такие как гиппокампальная формация медиобазальных отделов височной доли, медиобазальную орвитальную кору лобной доли, таламус. Поскольку эти образования посредством массивных поперечных спаек связаны функционально в единую систему с гомологичными образованиями противоположного полушария, патологическая активность, возникающая на стороне поражения, практически всегда распространяется в виде синхронных («зеркальных») патологических колебаний меньшей амплитуды и в симметричные отделы противоположного полушария. Кроме того, глубинные поражения, как правило, вызывают нарушения функции срединных структур мозга, даже если непосредственно не локализуются в них. Эти нарушения обусловлены отдавливанием срединных структур при процессах, сопровождающихся увеличением объема, гидроцефальными изменениями и др. Это отражается в появлении наряду с региональными патологическими нарушениями в одном полушарии билатерально-синхронных медленных волн, часто в виде вспышек. Таким образом, признаком глубинной локализации латерализованного поражения мозга является комбинация регионарных распространенных патологических колебаний в пораженном полушарии с синхронными колебаниями меньшей амплитуды в гомологичных отделах противоположного полушария или с симметричными билатерально-синхронными патологическими колебаниями (рис. ).

Эпилептогенные фокусы, локализованные в подкорковых ядрах, также часто дают широко распространяющиеся по полушарию патологические разряды, однако в некоторых случаях они могут давать и относительно локальные патологические разряды, в частности при расположении в проекционных таламических ядрах (Грачев К.В., Степанова Т.С., 1971). Особенностью таких фокусов является их непостоянство и периодическое или эпизодическое появление на фоне нормальной активности или диффузных изменений. Следует признать, что возможности определения поверхностной или глубинной локализации источника потенциала без применения стереоэнцефалографии в этих случаях ограничены, и чаще всего такой диагноз носит предположительный характер.

При использовании компьютеризированных устройств уточнение локализации подкорковых источников потенциала может быть получено методами трехмерной локализации диполя, дающими в ряде случаев при правильном использовании метода хорошее совпадение с данными КТ или ЯМРТ.

Поверхностное расположение фокуса поражения

ЭЭГ больного с конвекситальной, прорастающей кору астроцитомой правой лобной доли
ЭЭГ больного с конвекситальной, прорастающей кору астроцитомой правой лобной доли

Четко ограниченный очаг δ-волн в правой лобной области (отведения F и FTp).

Сами по себе патологические образования (опухоли, абсцессы), инородные тела, а также мозговая ткань, находящаяся в состоянии грубого поражения (зона инфаркта, область ушиба мозга), электрическую активность не генерируют. Патологические изменения на ЭЭГ при поверхностно расположенных конвекситальных патологических фокусах обусловливаются, таким образом, перестройкой активности в ткани, непосредственно прилегающей к области патологического фокуса. В общем изменения на ЭЭГ при поверхностно расположенном фокусе поражения характеризуются областью патологической активности, соответствующей локализации (рис.). Поскольку сами патологические образования электрическую активность не генерируют, они характеризуются так называемой зоной электрического молчания.

Следует, однако, отметить, что при несомненном наличии такой зоны на ЭЭГ, отведенной непосредственно с открытого мозга, на скальповой ЭЭГ она наблюдается только как исключение. Объясняется это тем, что при биполярной электрокортикографии можно расположить два электрода таким образом, чтобы они находились над зоной опухоли или другого патологического образования. При электроэнцефалографии для получения регистрируемой разности потенциалов расстояние между электродами должно быть достаточно большим, так что один из электродов обязательно будет стоять над функционирующей, а следовательно, дающей электрические потенциалы мозговой тканью. Вследствие этого на скальповой ЭЭГ зона «электрического молчания», как правило, не наблюдается. В некоторых случаях, при очень обширных деструктивных поражениях, используя множественные комбинации различных биполярных отведений, можно обнаружить зону относительного снижения патологической активности в центре области более высокоамплитудных патологических колебаний, что может служить указанием на расположение фокуса корковой деструкции или опухоли именно в этом месте123.

Наиболее показательным и систематически применяемым критерием при определении локализации поверхностного патологического фокуса является частота колебаний. Во всех случаях наблюдается характерная зависимость, выражающаяся в том, что чем ближе к фокусу поражения расположена мозговая ткань, тем более медленные волны она генерирует. В непосредственной близости от опухоли или иного патологического образования обычно регистрируются δ-волны частотой 0,5-1,5 в секунду, по мере удаления от эпицентра патологического процесса появляются δ-волны частотой 2-3 в секунду, затем θ-волны, которые постепенно переходят в a-активность. Функциональная организация мозговой ткани в окрестности деструктивного участка подвергается динамической перестройке с нарушением возбудительно-тормозного взаимодействия между соседними группами нейронов, нередко приводящим к патологическому перевозбуждению и возникновению гиперсинхронных эпилептиформных разрядов, что, как известно, имеет и клинические корреляты. Что касается амплитуды патологических колебаний, то, за исключением описанной ситуации снижения амплитуды непосредственно в области разрушенной мозговой ткани или опухоли, в функционирующей мозговой ткани амплитуда патологических волн наиболее высока в перифокальной зоне патологического образования. Таким образом, при поверхностно расположенном патологическом фокусе общим правилом определения его локализации является поиск зоны самых медленных и самых высокоамплитудных колебаний на ЭЭГ.

В рассмотренных выше случаях мы, естественно, стремились акцентировать внимание на тех моментах патофизиологических отношений, которые характерны для каждого из них, преднамеренно отвлекаясь от сопутствующих и привходящих факторов. При использовании приведенных нами общих правил оценки ЭЭГ и ее изменений при различных патологических состояниях необходимо принимать во внимание, что каждый конкретный случай имеет свои особенности, и различные типы поражений нервной системы практически никогда не наблюдаются изолированно. Все эти возможные комбинации следует учитывать при интерпретации конкретных ЭЭГ. Полезно также придерживаться общего правила: в случаях, трудных для интерпретации, воздерживаться от дачи уверенных и детальных клинических заключений и ограничиваться только той суммой полезной диагностической информации, которая может быть достаточно уверенно и однозначно извлечена из данных ЭЭГ. Попытки интерпретировать ЭЭГ путем далеко идущих логических построений, как правило, дают неадекватные результаты и приводят к дискредитации метода.

Трехмерная локализация источников электрической активности мозга в программе «Энцефалан-3D

Основная статья: Программа Энцефалан-3D

Для локализации источников электрической активности мозга в программе «Энцефалан-3D» взята однородная модель головы с поправочными коэффициентами, но также возможно использование и трехслойной модели (Агу et al., 1981; Musha et al., 1987).

Программой производится обработка фрагментов ЭЭГ, выбранных для локализации, и сохранение результатов локализации в картотеке ЭЭГ-исследований. Реализована возможность просмотра результата локализации каждого фрагмента в отдельности (Рис. 1.). Контроль процесса локализации проводится с использованием графика оценки точности. В случае однодипольной модели наблюдать за поведением диполя удобно по кривым его перемещения во времени в трех стандартных проекциях (Рис. 2.). Здесь же представлена динамика изменения энергии диполя. Представление динамики изменения координат диполя, его энергии и точности в виде графиков облегчают интерпретацию трассы, позволяют выявить моменты переключения диполей, например, при наличии зеркальных очагов. Имеется возможность предварительного контроля адекватности используемой дипольной модели текущему распределению потенциального поля. Это позволяет ускорить процесс трассировки выбранного фрагмента записи, не производя расчет на тех временных срезах, на которых определяется заведомое несоответствие модели. Адекватность выбранной модели проверяется на каждом временном срезе по количеству явно выраженных фокусов. Программа локализации извещает исследователя обо всех несоответствиях выбора, после чего процесс может быть приостановлен и модель скорректирована.

В программе производится контроль и локализация глазодвигательных артефактов. Для этого при наличии окулографической активности в зоне глазных яблок устанавливаются два стационарных диполя. Использование смешанной модели с двумя стационарными диполями позволяет получить более компактное дипольное облако с меньшим влиянием окулографических артефактов. Однако расчет по смешанной трехдипольной модели занимает значительно больше времени, чем по однодипольной. Поэтому на фрагменте ЭЭГ с электроокулограммой вначале надо устранить влияние окулограммы методом автоматического подавления артефактов, а потом применить однодипольную модель локализации.

Учитывая возможность скопления большого числа диполей на каждой из трех проекций головы, программа «Энцефалан-3D» предоставляет весьма удобную функцию масштабирования (увеличения) любой из проекций. Цветовое шкалирование энергетического уровня диполей и показ их векторов направленности позволяет выделить из всей совокупности диполей наиболее значимые. Выбор какого-нибудь диполя в окне с увеличенным изображением проекции головы приводит к соответствующему изменению информации на всех остальных панелях (Рис. 3.):

  • на ЭЭГ-графике маркер установится в положение, указывающее на временной срез этого диполя;
  • на графиках динамики параметров диполя маркер установится в положение, указывающее на временной срез этого диполя;
  • перерисуются первичная и восстановленная потенциальные карты;
  • обновятся цифровые значения координат, точности и энергии;
  • на всех проекциях головного мозга выбранный диполь будет отмечен вектором, отличающимся по цвету от остальных векторов.
Энцефалан-3D
Рис. 1. Окно программы «Энцефалан-3D». Пример локализации источника пароксизмальной активности ЭЭГ в передневисочной области с левосторонней литерализацией.
Представление динамики параметров
Рис. 2. Представление динамики параметров диполя и траектории его пространственно-временного перемещения.
Энцефалан-3D
Рис. 3. Временная синхронизация отдельных окон программы «Энцефалан-3D».

Основная цель использования программы «Энцефалан-3D» — получение дополнительной информации, позволяющей более точно оценить локализацию возможных знаков патологической активности, чаще всего это используется для эпилептиформной активности. Такая трехмерная локализация источников используется как вспомогательный метод, особенно в тех случаях, когда очаг патологической активности не имеет явных морфологических изменений и не фиксируется с помощью КТ и МРТ.

Читайте также

Footnotes

  1. Бехтерева Н.П. Биопотенциалы больших полушарий головного мозга при супратенториальных опухолях. Л. 1960.
  2. Майорчик В.Е. Изменения ЭЭГ в зависимости от локализации опухоли мозга. Клиническая электроэнцефалография. – М.: Медицина, 1973, с. 106-146.
  3. Pourmand R. The significance of amplitude asymmetry in clinical electroencephalography / Clin. electroencephalogr., 1994, v. 25, p. 76—80.