Монтаж отведений ЭЭГ

Основная статья: Биполярное и монополярное отведения электродов

Монтаж отведений (монтажная схема ЭЭГ) — это шаблон электродных соединений, то есть порядок расположения и чередования отведений. Наиболее простым монтажом является вычисление электродного потенциала относительно двух объединенных референтных электродов, располагающихся на мочках правого и левого уха.

В электроэнцефалографах с дифференциальными усилителями мы измеряем потенциалы электрода всегда по отношению к некоторому другому потенциалу или потенциалам.

  • Один вид измерения, когда референтный электрод расположен на части головы, по возможности собирающей меньшее количество сигналов от корковых нейронов, называют референтным (референсным, референциальным) или монополярным монтажом. В референтной записи референтный электрод обычно расположен на мочке уха, мастоидах или кончике носа.
  • Когда же оба электрода расположены на скальпе над корковыми ЭЭГ-генераторами и значение мощности электрических процессов в одном электроде рассматривается относительно другого, этот тип регистрации называют биполярным монтажом.

Таким образом, монтаж — это принцип, согласно которому измеряются потенциалы ЭЭГ.

Преимущество современных цифровых ЭЭГ-систем (по сравнению со старыми аналоговыми системами) состоит в том, что цифровая ЭЭГ-система позволяет определять и изменять монтаж и установки фильтров во время просмотра ЭЭГ, а не во время регистрации. ЭЭГ обычно регистрируется с минимально ограничительными аналоговыми установками фильтров и с потенциалами во всех электродах, измеренными относительно единственного референта (такого как, например, референт на кончике носа или объединенный ушной референт). Компьютерная программа может затем обработать данные так, как они будут показаны на экране или выведены на принтер, трансформируя первоначальный референтный монтаж на любой желаемый референтный или биполярный монтажи, и, если необходимо, в цифровой форме фильтруя данные. Если необходимо, один и тот же фрагмент ЭЭГ может быть показан неоднократно, с использованием различных монтажей и фильтров. Исторически в электроэнцефалографии использовалось много различных монтажей. Разнообразие этих монтажей определялось техническими возможностями, доступными исследователям в прошлом.

Обозначения

Монтажные схемы для регистрации электроэнцефалограммы: 1 - монополярное отведение с ушным референтным электродом; 2 - монополярное вертексное отведение; 3 - биполярное продольное отведение; 4 - биполярное поперечное отведение
Монтажные схемы для регистрации электроэнцефалограммы: 1 – монополярное отведение с ушным референтным электродом; 2 – монополярное вертексное отведение; 3 – биполярное продольное отведение; 4 – биполярное поперечное отведение

Обозначения электродов описаны в статье система 10-20.

В соответствии с рекомендациями Американского Общества Клинической Нейрофизиологии конфигурация монтажа шифруется следующим образом:

  • указывается тип:
    • продольный биполярный (longitudinal bipolar LB)
    • поперечный биполярный (transverse bipolar TB)
    • референциальный (referential R)
  • через дефис следует цифра, которая соответствует количеству каналов (16, 18 или 20, …)
  • последний символ (цифра после точки) соответствует номеру альтернативного монтажа данного класса с данным количеством каналов

Например, монтаж LB-16.2 означает продольный биполярный с числом каналов (трас) 16, вариант (альтернатива) 2.

Биполярный монтаж

См. Биполярное отведение

Стандартные поперечные биполярные монтажи
Стандартные поперечные биполярные монтажи
Стандартные продольные биполярные монтажи
Стандартные продольные биполярные монтажи

Биполярный монтаж — множественные спаренные биполярные отведения при отсутствии электрода, общего для всех отведений. В большинстве случаев в цепочке электродов смежные отведения имеют один общий электрод, соединенный со вторым входом одного усилителя и с первым входом следующего усилителя. К биполярным монтажам относятся:

  • поперечный биполярный монтаж — способ расположения биполярных электродов в виде поперечных рядов (синоним: венечный биполярный монтаж);
  • продольный биполярный монтаж — аналогичен предыдущему, с той разницей, что электроды спариваются в виде продольных рядов;
  • замкнутый биполярный монтаж — способ соединения биполярных пар электродов, когда они образуют замкнутый круг;
  • триангулярный биполярный монтаж — специальный вариант коммутации трех пар биполярного отведения, при котором три отводящих электрода располагаются по вершинам треугольника; используется для уточнения локализации фокуса патологической активности на ЭЭГ.

Референтный монтаж (монополярный)

Дополнительный референтный ЭЭГ монтаж относительно Cz
Дополнительный референтный монтаж относительно Cz (вертексный)
Стандартные референтные ушные монтажи ЭЭГ
Стандартные референтные ушные монтажи

См. Монополярное отведение

Референсный монтаж ЭЭГ
Три типа референтных монтажа

А. В монтаже с объединенным ушным референтным электродом потенциал активного электрода измеряется по отношению к потенциалу двух физически объединенных ушных электродов. Б. В общем среднем монтаже потенциал активного электрода измеряется по отношению к потенциалу, усредненному по всем электродам. В. В локальном среднем монтаже потенциал активного электрода (например, Cz) измеряется по отношению к потенциалу, усредненному по смежным (соседним) электродам. Референтные электроды изображены черным.

Объединенный ушной референт. Самый простой принцип (так называемый монтаж с объединенным ушным электродом) измеряет потенциалы электродов по отношению к двум объединенным электродам, расположенным на мочках левого и правого уха. Объединенные мастоидные электроды, электрод на кончике носа или подбородке могут также использоваться как референтные электроды. В идеале референтный электрод должен быть электрически нейтрален, то есть его потенциал не должен изменяться в течение регистрации. К сожалению, из-за проводимости скальпа все отведения на голове в некотором смысле электрически активны и нет никакого места, на которое можно было бы поместить референтный электрод для выполнения критериев идеального референта. Это означает, что электрический потенциал, зарегистрированный от любого отдельного электрода, будет зависеть от референта.

Общий средний монтаж

Общий усредненный референтный монтаж монтаж, при котором потенциалы электродов измеряются относительно общего усредненного референта, т.е. потенциала, полученного при усреднении значений, зарегистрированных со всех электродов.

Общий средний референтный монтаж был разработан в начале 1950-х. Процедура проста: потенциал усредняется по всем электродам (назван общим средним потенциалом) и вычитается из любого отдельного потенциала. Процедура выражается в следующей формуле:

Vi‘ = Vi    –  ∑Vj/n,

где ∑ — сумма по всем электродам.

Если бы голова была сферой и электроды могли бы быть помещены во все точки этой сферы, то общим средним числом был бы ноль и общий средний монтаж был бы совершенным решением. Однако в действительности дело обстоит не так: голова не сфера и электроды приложены только к верхним и боковым поверхностям головы.

Локальный средний монтаж

Локальный усредненный референтный монтаж способ расчета монтажа, при котором из потенциала анализируемого электрода вычитается локальный усредненный потенциал, получаемый путем усреднения значений потенциалов небольшого количества электродов, располагающихся в непосредственной от него близости. Существует несколько видов усредненных монтажей (Лапласиана, Лемоса, Хьерта).

Термин «локальный средний референт» относится к созданию уникального референта для каждого электрода. В этом случае для вычисления комплексного референта используется небольшое количество электродов около целевого электрода.

В формуле, представленной выше, теперь — сумма потенциалов по электродам, окружающим i-й электрод.  Например, если мы хотим определить локальный референт для, скажем, Cz, мы должны вычислить среднее значение по электродам, окружающим Cz, в этом случае: Fz, С3, С4, Pz. Для нашего электрода Cz мы имели бы следующее выражение для локального усреднения: VCx‘  = VCx -(Vfx + VC3 + VC4 + VPx)/4. В общих чертах любой монтаж может быть определен формулой:

Vi‘ = Vi    –  ∑wij * Vj,

где w — веса. Следовательно, любой монтаж характеризуется его весами w… Значения весов могут быть найдены в настройках любого современного программного обеспечения.

Пример локального среднего референтного монтажа — лапласиановский монтаж. Создание лапласиановского монтажа вовлекает оценку оператора Лапласа для каждого электрода. Математически оператор Лапласа — вторая частная пространственная производная от потенциального поля. С точки зрения физики, вторая пространственная производная пропорциональна электрическому току в соответствующей точке поверхности головы. В свою очередь этот ток позволяет нам оценить силу лежащего в его основе нейронного генератора.

Сравнение двух монтажей
Сравнение двух монтажей

"Голограммы спектров мощности здорового субъекта в состоянии с закрытыми глазами при использовании монтажа с объединенным ушным электродом (А) и локального среднего монтажа (Б). Обратите внимание, что локальный средний монтаж обеспечивает более локализованное распределение источников потенциала.

Первоначально описанный Pitts в 1952 году метод требовал 3-мерного множества близко расположенных электродов, т.е. ситуации, при которой необходимо использование внутричерепных глубинных электродов. Модификации для применения поверхностных потенциалов были разработаны Hjorth в 1975 г Hjorth показал, что вычисления могут быть упрощены, сделав множество предположений о структуре коры, и допустил, что в пределах специфического слоя коры существует однородная проводимость. В результате потенциальные поля, ориентированные параллельно каждому слою, гомогенны. Поэтому одномерные отведения являются единственно подходящими, т.к. их поля перпендикулярно ориентированы к слою костной ткани. В этом методе вторая пространственная производная потенциального поля ограничена электрическим током, перпендикулярным к корковой поверхности. Метод Hjorth был позже изменен Лемосом.

На рис. представлены карты спектров ЭЭГ, вычисленные для двух частот для указанных монтажей: монополярного и локального среднего (Lemos) монтажа. В этой редкой ЭЭГ, зарегистрированной у здорового субъекта, взятой из нормативной HBI базы данных, есть два четких альфа-ритма с перекрывающимися частотами: мю-ритм и теменной альфа-ритм. Обратите внимание, что лучшее пространственное разрешение и четкое «отделение» сенсомоторного ритма от теменного ритма обеспечивается локальным средним монтажом.

Референтные реконструкции в программе Энцефалан

Основная статья: Руководство по анализу ЭЭГ в программе Энцефалан

Рассмотрим применение метода референтной реконструкции для анализа ЭЭГ на примерах использования некоторых стандартных схем отведений — «CAR», «SD», «Monopolar Common».

«CAR» (Common Average Reference, иногда ее также называют reference free derivation — референтный электрод с усредненным потенциалом) — средневзвешенная схема отведений, в которой в качестве референтного значения (А) вычисляется средневзвешенное значение потенциалов всех регистрируемых активных отведений (с учетом аппаратного разделения референтов).

Пример фрагмента ЭЭГ с высокоамплитудной вспышкой в правом полушарии, обусловленной артефактом от референтного электрода.
Рис. 1. Пример фрагмента ЭЭГ с высокоамплитудной вспышкой в правом полушарии, обусловленной артефактом от референтного электрода.
При реконструкции в схему отведений «CAR» произошло подавление высокоамплитудных артефактов от референтного электрода
Рис. 2. При реконструкции в схему отведений «CAR» произошло подавление высокоамплитудных артефактов от референтного электрода

(ср. рис. 1).

Реальная вспышка волн,
Рис. 3. Реальная вспышка волн, обусловленная физиологическими причинами.
схемf отведений «CAR» наблюдается небольшое уменьшение вспышки
Рис. 4. При реконструкции в схему отведений «CAR» наблюдается небольшое уменьшение вспышки, обусловленное наличием фазовых различий по отведениям

(ср. рис. 3).

На рис. 1 представлен фрагмент ЭЭГ с высокоамплитудными колебаниями медленных волн в правом полушарии. При переключении в схему отведений CAR «вспышка» высокоамплитудной медленной активности полностью подавилась (рис. 2.). Это означает, что предполагаемая «вспышка» не является физиологическим проявлением церебральной активности, а обусловлена артефактом от референтного электрода, использовавшегося в исходном монополярном отведении. Поскольку этот электрод не использован при вычислении CAR, ложная «вспышка», естественно, исчезает. Однако реальная вспышка электрической активности мозга (рис. 3) только незначительно снижается по амплитуде, но не исчезает при переключении в режим CAR (рис. 4).

При использовании схемы «CAR» необходимо учитывать некоторое перераспределение альфа-активности в сторону лобных долей. При реконструкции ЭЭГ в соответствии со схемой отведений «CAR» наблюдается повышение амплитуды альфа-волн в лобных долях и соответствующее её уменьшение в теменно-затылочных и центральных отведениях (рис. 5). Причем в лобных отведениях альфа-волны практически противофазны альфа-волнам теменно-затылочных отведений. Объясняется это тем, что в случае нормальных зональных различий усредненное значение будет приблизительно соответствовать центральным отведениям. Поэтому при переключении в схему «CAR» амплитуда альфа-волн в теменно-затылочных отведениях уменьшается на величину амплитуды в центральных отведениях, а в лобных отведениях появляется, но в противофазе в связи с вычитанием.

В окне слева представлен фрагмент ЭЭГ с выраженными зональными различиями в монополярной схеме отведений
Рис. 5. В окне слева представлен фрагмент ЭЭГ с выраженными зональными различиями в монополярной схеме отведений,

в окне справа — тот же фрагмент ЭЭГ, реконструированный в схему «CAR».

Фрагмент ЭЭГ с пароксизмальной активностью.
Рис. 6. Фрагмент ЭЭГ с пароксизмальной активностью.
Референтная реконструкция фрагмента ЭЭГ
Рис. 7. Референтная реконструкция фрагмента ЭЭГ,

представленного на рис. 6, в соответствии со схемой «SD» выявляет локальность пароксизмальной активности.

«SD» (Sourse Derivation — отведение от источника) — схема отведений, в которой сигнал от каждого электрода соотносится со средним сигналом его собственных ближайших соседей. Представление ЭЭГ в соответствии со схемой «Sourse Derivation» основано на лапласовом преобразовании и оценивает плотность локальных радиальных токов. Его также можно интерпретировать как пространственный фильтр высоких частот, который выделяет действие мелких кортикальных генераторов. Для использования этого преобразователя в традиционной системе отведений «10—20%» используется таблица коэффициентов, опубликованная Hjorth В.О. Референтная реконструкция в схему «SD» позволяет выявлять локальность определенных типов активности в спонтанной ЭЭГ. На рис. 6 представлен фрагмент ЭЭГ со вспышкой пароксизмальной активности, реконструкция его в схему «SD» (рис. 7) позволяет локализовать источник пароксизмальной активности.

Схема «Monopolar Common» с усредненным референтом (Аср) обычно используется для выявления и компенсации артефактов от смещения референтного электрода и для определения истинной литерализации источника высокоамплитудных потенциалов, расположенного вблизи референтного электрода и проявляющегося в ложной литерализации и генерации ЭЭГ-паттернов. Например, если при реконструкции в схему «Monopolar Common» произошло нивелирование очага медленно-волновой активности в полушарии и перераспределение медленных волн по всем отведениям, то можно говорить о наличии высокоамплитудного источника патологической активности.

Итак, референтная реконструкция сокращает время, необходимое для проведения ЭЭГ-исследования, в связи с тем, что запись производится только в одной схеме отведений, а последующий просмотр и анализ зарегистрированной ЭЭГ в любых других, но уже без пациента и в удобное для врача время.