Биполярное и монополярное отведения электродов

Отведение (Derivation) – 1) пара электродов, скоммутированных на одном канале электроэнцефалографа, 2) процесс записи ЭЭГ активности, регистрируемой с помощью двух электродов, 3) запись ЭЭГ, полученная в результате этого процесса.

Основная статья: Расположение электродов на голове

В клинической электроэнцефалографии используют две основные системы размещения ЭЭГ электродов на голове: международную систему «10-20»1, а также модифицированные схемы с уменьшенным количеством электродов23.

Виды отведений ЭЭГ (монтажные схемы)

Если рассматривать отведение как запись разности потенциалов между двумя электродами, то в зависимости от способа сопряжения электродов различают:

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
  1. биполярное отведение – разность потенциалов измеряется между двумя отдельными электродами (чаще всего соседними), то есть все электроды разделены на пары и с каждой пары регистрируется сигнал;
  2. монополярное (референтное, референциальное) отведение – разность потенциалов регистрируется между отдельными (активными) электродами и общим референсным электродом;
  3. отведение с усредненным электродом – регистрируется разница между отдельным электродом и средним значением потенциала всех электродов.

Монтажная схема или монтаж – это сумма всех отведений, то есть система связей между всеми электродами.

Анализ ЭЭГ в конечном итоге основывается на выделении характерных типов электрических потенциалов и определении локализации их источников в мозге. С теоретической точки зрения регистрация потенциала какой-либо точки в неискаженном виде возможна в условиях, когда один электрод расположен в непосредственной близости от источника потенциала, а другой бесконечно удален от него. Невозможность реализации этого условия приводит к тому, что в электроэнцефалографии, строго говоря, всегда производят биполярную регистрацию электрической активности, поскольку оба электрода, подсоединяемые к входу усилителя, расположены на теле обследуемого. Однако с практической точки зрения используемые варианты отведения потенциалов могут быть разделены на монополярные и биполярные.

Биполярное отведение

Основная статья: Биполярное отведение

Биполярное отведение наиболее устойчиво к артефактам, оно дает относительно точное представление о локализации очаговых изменений биопотенциалов. Биполярные поперечные и диагональные отведения с использованием височных электродов выполняют таким образом, чтобы по соседним каналам шли записи от гомологичных отделов полушарий. Биполярные продольные отведения представляют собой цепочки отдельно правого и левого полушария: каналы 1-8 с левого полушария, а 9-16 с правого полушария. Эту схему применяют для выявления точной локализации фокуса патологических колебаний методом противофаз. При использовании малых межэлектродных расстояний (система 10-10) биполярное отведение цепочкой – это наиболее эффективный способ определения места локализации очага патологической активности, если он расположен недалеко от поверхности черепа.

Биполярное и монополярное отведения
Биполярное и монополярное отведения

Недостатки биполярного способа отведения – взаимное погашение синфазных сигналов, находящихся под разными электродами, а также трудность определения, за счет какого именно электрода наблюдается регистрируемая активность. При отведении биопотенциалов цепочкой последний недостаток может быть устранен, так как при этом способе отведения активность, расположенная под одним из электродов, выявится в тех общих биполярных отведениях, где этот электрод участвует.

Монополярное отведение

Основная статья: Монополярное отведение

При монополярном отведении один из электродов (референтный) помещается на ткань, потенциал которой практически равен нулю. При таком способе отведения колебания потенциала регистрируются только под электродом, расположенным над активной тканью (активным), если между электродами нет источников более сильного потенциала.

Регистрация колебаний потенциала под одной точкой имеет свои преимущества, однако этот метод не лишен недостатков. Во-первых, фактически нулевого потенциала добиться почти невозможно: с инактивной области, например, с мочки уха, всегда записывается какой-то небольшой потенциал, отражающий колебания потенциала прилежащей области мозга – височной. Если у здорового человека этим можно пренебречь, то при патологических процессах, локализованных в височной области (опухоль, эпилептический фокус и др.), потенциалы височной области при этом отведении сильно искажают характер регистрируемой биоэлектрической активности. Второй недостаток монополярного отведения заключается в значительном различии в межэлектродных расстояниях при отведении от разных областей коры, что влияет на амплитуду биопотенциалов. Так, расстояние между индифферентным (ушным) электродом и электродом, расположенным в лобной области, почти в 2 раза превышает расстояние между ушным электродом и электродом, расположенным в височной области. При монополярном отведении амплитуда биопотенциалов всегда выше, чем при биполярном, из-за большего межэлектродного расстояния.

Отведение с усредненным электродом

Попытка найти индифферентную точку с истинно нулевым потенциалом и одинаковым расстоянием до активного электрода привела к созданию метода отведения с усредненным электродом. Идея усредненного электрода заключается в том, что все электроды (не менее 10-12 точек) соединяются между собой через большое сопротивление (от 250 кОм до 1 МОм) и образуют искусственный индифферентный электрод. Подсоединение к измерительному прибору происходит с его помощью и с помощью электрода, под которым хотят зарегистрировать активность. Достоинства регистрации с усредненным электродом – большая устойчивость записи и отсутствие артефактов, наблюдаемых при записи с ушным электродом. Тем не менее и этот метод имеет свои недостатки. Если под одним из электродов наблюдаются колебания потенциала большой амплитуды (большие артефактные волны, связанные с движением глазного яблока, эпилептоидные комплексы большой амплитуды), они проявляются во всех отведениях и тем сильнее, чем меньше шунтирующее сопротивление и меньше объединенных электродов.

Частный случай биполярного отведения – триангуляция, также используемая для определения местонахождения очага патологической активности. При этом способе в исследуемой области помещают три электрода, которые располагают по углам треугольника или по прямой линии. Они обозначаются цифрами 1, 2 и 3. Эти электроды подключаются на три канала регистрации в порядке 1-2, 2-3, 3-1, соответственно на каналы I, II, III. Если под каким-то одним электродом (например, под 1) имеется очаг электрической активности, эта активность зарегистрируется в тех двух каналах, для которых данный электрод является общим (каналы I и III). При этом на обоих каналах сигналы будут синфазные. Если очаг будет расположен около электрода 2, активность зарегистрируется на I и II каналах. Соответствующие колебания на одном канале будут в противофазе с такими же колебаниями в другом, потому что на один канал общий электрод подключен как первый в паре, а на другой – как второй, что и выразится в изменении полярности колебаний.

Выбор отведения зависит от поставленной задачи. При изучении активности какой-то локальной области следует пользоваться монополярным способом отведения или отведением с усредненным электродом. При изучении активности обширной области, а также в случае локальной диагностики поверхностных очагов предпочтительнее пользоваться биполярным отведением или методами отведения цепочкой и триангуляции. Таким образом, каждый способ отведения биопотенциалов имеет свои преимущества и свои недостатки.

Порядок одновременного отображения определенного количества отведений записи ЭЭГ является монтажом. Монтажи должны соответствовать методическим рекомендациям Международной федерации клинической нейрофизиологии.

Оптимальный выбор отведений

Эффективность исследования зависит от оптимального выбора отведений, в связи с чем мы полагаем целесообразным дать некоторые схемы отведений и порядок их применения при записи в системе Юнга.

  • Монополярное отведение от точек О, Р, С, F, Та, Тр правого и левого полушарий с использованием ипсилатеральной мочки уха в качестве референтного электрода.
  • Биполярные продольные отведения OP, PC, CF, Та, Тр правого и левого полушарий.
  •  Поперечные и диагональные отведения с использованием височных электродов ОТа, СТа, FTp, РТр. При этих схемах отведения коммутацию производят таким образом, чтобы по соседним каналам шли записи от гомологичных отделов двух полушарий, что делает особенно наглядной асимметрию при наличии латерализованной или локальной патологии на ЭЭГ.
  • Коммутация «цепочкой» OP, PC, CF, FTa, ТаТр, ТрО. Эту схему коммутации применяют для выявления точной локализации фокуса патологических колебаний методом противофаз главным образом тогда, когда вопрос о стороне поражения уже решен. В связи с этим при коммутации по этой схеме каналы отведения группируют по полушариям. Так, на 12-канальном электроэнцефалографе по каналам 1-6 коммутируют отведения от правого, а по каналам 7-12 — от левого полушария. При выявленной стороне поражения и использовании 8-канального электроэнцефалографа последовательная коммутация «цепочкой» может быть применена для исследования только того полушария, в котором, по данным анализа ЭЭГ, записанным по схемам 1, 2 и 3, локализуется фокус поражения.
Пример определения локализации очага по ЭЭГ
Рис. 1. Пример определения локализации очага по ЭЭГ (олигодендроглиома левой передней височной области)

а — монополярное отведение, синфазные δ-волны по всем отведениям слева; б — биполярные продольные отведения: δ-волны (при отсутствии более быстрых колебаний в левой височной области (TaTps); в — поперечные и диагональные отведения: δ-волны явно преобладают в левой передневисочной области (отведения OTs, CTs); г — отведения цепочкой (только левое полушарие): δ-волны явно преобладают в левой височной области и в отведениях, включающих общий электрод Та (FTa и ТаТр), имеют противоположные фазы.

На рис. 1 представлены ЭЭГ, записанные по четырем схемам отведений, при наличии фокуса патологической медленной активности в левой передней височной области. При монополярном отведении медленная патологическая активность широко регистрируется по всем отведениям левого полушария (рис. 1, а). Это объясняется распространением медленной высокоамплитудной активности из передней височной области на референтный электрод, расположенный на мочке уха. Биполярные продольные отведения (рис. 11,6) позволяют установить, что патологическая активность ограничивается по существу только височными отведениями левого полушария (ТаТр). Однако невозможно решить, какой из височных электродов «ответственен» за патологическую составляющую.

При поперечных и диагональных отведениях (рис. 1, в) четко выявляется, что медленная патологическая активность преобладает по тем каналам, где в паре скоммутированных электродов присутствует Та. Тем не менее наличие достаточно выраженной патологической активности в отведениях FTp и РТр требует дальнейшего уточнения картины распределения источников патологических потенциалов в мозге.

Схема «цепочки» позволяет окончательно уточнить локализацию патологического фокуса (рис. 1, г). Поскольку на основании предыдущего анализа ЭЭГ вполне ясно, что патологический фокус локализован слева, исследуют только ЭЭГ, отведенные от левого полушария. Видно, что в отведениях CF, FTa, ТаТр и ТрО регистрируются медленные волны. Наибольшую амплитуду они имеют в отведениях FTa и ТаТр, и именно в этих отведениях происходит извращение фазы медленных патологических колебаний. Поскольку общим электродом для этих двух каналов является Та и это совпадает с данными, полученными при анализе предшествующих схем отведения, ЭЭГ уверенно указывает на локализацию главного источника фокальных патологических колебаний в этой области.

Задачи использования разных типов отведения наиболее эффективно решаются в цифровых электроэнцефалографах. Возможность получения любых биполярных отведений, а также более сложных референтных типа «с усредненным электродом», «от источника» и др. путем математических преобразований из монополярных отведений не только сокращает время регистрации ЭЭГ, но и обеспечивает преимущества, не реализуемые при обычной бумажной записи. Дело в том, что любое событие в ЭЭГ неповторимо, поэтому, если при монополярной регистрации записан какой-либо интересующий диагностический феномен, то не исключено, что в биполярных последующих отведениях он не поя вится и суждение о его локальности или диффузности может быть невозможным. В цифровом электроэнцефалографе этот отрезок записи может быть просмотрен в любых возможных вариантах отведений, что обеспечивает всю полноту пространственного анализа ЭЭГ. В частности, компьютерная реконструкция позволяет получить так называемые «отведения от источника», осуществляемые на основе лапласова преобразования. Суть его заключается в том, что активность под активным электродом определяется как разность между напряжением под этим электродом и алгебраической суммой напряжений под 4 другими окружающими активный электрод электродами. В физическом смысле это преобразование представляет собой выполнение функции пространственной фильтрации. Такое отведение дает в ряде случаев более четкую локализацию активности, которая при других моно- или биполярных отведениях может выглядеть более размытой или диффузной.

Монтаж для клинического обследования

Основная статья: Монтаж электродов

В соответствии с международными методическими рекомендациями при использовании компьютерных установок запись ЭЭГ желательно проводить в референциальном (монополярном) монтаже. Цифровые системы позволяют провести ремонтаж одного и того же участка записи ЭЭГ в файлах, сохраненных после регистрации уже во время анализа, если запись в файл проводилась в референциальном монтаже, т.е. сигналы от всех электродов писались в файл относительно рефрентного электрода, общего для всех электродов отдельно правого и левого полушарий. В некоторых случаях используется дополнительный электрод, который располагают между Cz и Pz (вертексный монтаж). Не рекомендуется использовать объединенные ушные электроды. Стандартные схемы отведений, применяемые в клинике, как правило, уже запрограммированы в схеме усилителя.

Монтажи должны соответствовать методическим рекомендациям. Международной федерации клинической нейрофизиологии.

Рекомендации и требования к монтажам

  • Использование не менее 16 каналов одновременной записи.
  • Предпочтительное использование полной системы 10-20 (21 канал).
  • Использование как биполярных, так и референциальных (референтных) монтажей.
  • Электродные соединения для каждого отведения должны быть четко указаны при переходе в новый монтаж.
  • Отведения в биполярных монтажах должны следовать друг за другом соответственно топографии электродов, избегая разрывов, придерживаясь одинаковых межэлектродных расстояний.
  • Передние отведения должны располагаться на экране или на распечатке выше задних отведений.

Footnotes

  1. Jasper H. The ten-twenty electrode system of the International federation I EEG a. Clin. Neurophysyol. 1958, v. 10, No.2, p. 371.
  2. Gibbs E, Gibbs E. Atlas of electroencephalography. Cambridge: Addison -Wesaley press, 1950, v. 1.
  3. Jung R. Das Electroencephalogramm und seine klinische Anwendung. I. Methodik der Ableitung, Registrierung und Deutung des EEG / Nervenartzt, 1939, Bd. 12, s. 569-591.