Elektroencefalografická vyšetření

Prezentace na téma: "Elektroencefalografická vyšetření"— Transkript prezentace:

1 Elektroencefalografická vyšetření
EEG Elektroencefalografická vyšetření © Ing. V. Žalud 2007

2 Měření EEG signálu Orgánem sledovaným při měření je mozek. Mozek je nejdůležitější a nejkomplikovanější orgán lidského těla, obsahuje řádově 100 miliard neuronů, spojených navzájem synapsemi, jejichž počet je o dva až tři řády vyšší. Pro svoji činnost využívá elektrochemické děje, jejichž potenciál a distribuci v celém organizmu ovládá. Je tedy generátorem i regenerátorem bioelektrického proudu, jehož povolený rozkmit hodnot na úrovni membrán buněk je v mozku a míše zdravého dospělého člověka přibližně 5 až 210mV a 0,5 až 40Hz.

3 Použití elektrod k měření
Při elektroencefalografii jsou na povrchu skalpu (kůže a ostatní měkké tkáně přiléhající k lebečním kostem) umístěny elektrody. Snímají rozdíly elektrických potenciálů (kolem 10 V) a vedou je ke zpracování do přístroje. Potenciály vznikají na základě synchronizovaných výbojů velkých skupin nervových buněk. Naměřené proudy jsou příliš nízké, proto se zesilují, aby je bylo možno hodnotit. Naměřené a zesílené hodnoty elektrických potenciálů (vzestup a pokles hodnot) vytváří v záznamu vlny. Potenciály ve skutečnosti představují záznam velikostí rozdílů potenciálů mezi dvěma místy (mezi dvěma elektrodami). Typický vzorec vln EEG vzniká činností množin neuronů, kdy se skupiny navzájem střídavě excitují a inhibují. Když dorazí k určité skupině neuronů impuls, který je excituje (podráždí), skupina odpoví synchronizovaným elektrickým výbojem. Při tom podráždí mimo jiné sousední skupinu nervových buněk. Jakmile podnět odezní, skupina tlumivých neuronů se vypne. Skupina excitatorních neuronů může reagovat na nový impuls výbojem. Celý proces se opakuje. Velikost vln EEG závisí na tom, jaké množství neuronů je zapojeno do vysílání synchronizovaných výbojů. Čím více neuronů odpovídá synchronizovaným výbojem, tím vyšší vlny registrujeme.

4 Elektrody Elektroda slouží k propojení mezi vodivou tekutinou ve tkáních, v nichž je generován elektrický proud, a vstupním zesilovačem EEG přístroje. Elektrody mohou mít různá technická uspořádání, nicméně vždy je přítomno rozhraní tekutina- kov. Ideální elektroda by neměla zkreslovat snímaný signál. Úplné potlačení zkreslení však není z technických důvodů možné (příčiny jsou např. fyzikální). Kov v prostředí elektrolytu uvolňuje kladně nabité ionty do roztoku a sám se tak nabíjí záporně. Vzniká elektrická dvojvrstva, která brání přechodu záporného náboje do elektrody, a podobá se svými vlastnostmi kondenzátoru a ovlivňuje tak impedanci elektrody. Z tohoto důvodu se elektrody preparují (argent chlorid), vznikne nepolarizující elektroda. Náhradní (virtuální) schema přenosu signálu. Kapacity a odpory jsou v reále rozprostřeny jak ve vlastní elektrodě tak i ve tkáni. Elektrický signál překonává řadu nehomogenních bariér – dura mater, kalva, podkoží a kůže + vlastnosti elektrody, což je modelováno tímto schematem.

5 Zapojení elektrod na skalpu Systém 10/20
Bioelektrický signál se získává z elektrod (umístěných ve většině případů na kožním povrchu vlasaté části hlavy). Jejich umístění (standardní elektrody) a označení je dáno mezinárodní normou (tzv. sytém 10/20, či Montrealskou konvencí). Elektroencefalografické záznamy jsou obvykle snímány větším počtem elektrod, většinou 19 až 64. Záznam je pak tvořen souborem o 19 až 64 kanálech snímaných současně. „C“ jsou centrální elektrody (vertex) Kromě písmenného označení, jsou elektrody ještě číslovány tak, že lichá čísla popisují levou hemisféru a sudá pravou. Písmena „z“ označují centrální osu.

6 Pro přehledová měření se často používají pružné čepice s našitými elektrodami. Prostor v plastových nášivkách mezi vlastní elektrodou a povrchem hlavy je nutné vyplnit vodivým nedráždivým gelem (škrob + fyziologický roztok – pH 7).

7 Hlavice EEG přístrojů jsou opatřeny zdířkami a mapou rozložení elektrod. Tam se připojují buď samostatné elektrody nebo pomocí konektoru kabel čepice. Je nutné připojit kablík „pacientská zem“ a elektrody pro snímání EKG. V samostatné stopě EKG je možné sledovat závislosti tepové frekvence na vlastní EEG a v případě superposice vln diagnostikovat případné aneurysma.

8 Pásmo delta - frekvenční pásmo pod 4 Hz, amplituda 75-210 V
Frekvenční pásma Elektrické charakteristiky mozkových vln rozdělují stavy vědomí do čtyř základních hladin. Obecně se používají výrazy hladin, frekvenční pásma a rytmy. Pásmo delta - frekvenční pásmo pod 4 Hz, amplituda V Pásmo théta - frekvenční pásmo od 4 do 8 Hz, amplituda V Pásmo alfa - frekvenční pásmo 8-13 Hz, amplituda V Pásmo beta - frekvenční pásmo nad 13 Hz, amplituda do 20 V alfa beta théta delta

9 Pásmo delta Pásmo delta je stavem velmi výrazného útlumu všech funkcí. Nalézáme se v ní během bezesného spánku, případně během bezvědomí způsobeného nemocí či úrazem. V tomto stavu dochází k hluboké regeneraci všech životních funkcí a k hromadění energetických rezerv. Proces látkové přeměny probíhá pomaleji, ale zato velmi důkladně.

10 Pásmo théta Pásmo théta je stavem výrazného útlumu všech funkcí. Mysl ani tělo nereagují samy o sobě na žádné smyslové podněty. Je charakteristická pro ospalost, usínání, hluboké uvolnění, ale i při poruchách pozornosti a lehké mozkové dysfunkci (LMD). Dítě sedí ve třídě, ale myšlenkami je jinde. V REM spánku je théta aktivita vždy provázena slabou radiací vln alfa a beta = beta-like rytmus. Často dochází k samovolnému uvolnění obrazových informací z podvědomé paměti a jejich selektivní prezentaci v mysli - snů.

11 Pásmo alfa Pásmo alfa je stavem prostým jakéhokoli napětí a mysl není rozptylována podněty z vnějšího prostředí, ani se nezabývá soustředěným myšlením. Je to stav odpočinku těla při plné bdělosti, který je doprovázen i podmíněn příjemným až slastnými pocity v návaznosti na zvýšenou tvorbu a vylučování přirozených opiátů. Náš mozek produkuje elektrický proud této frekvence během bdění se zavřenýma očima, při tělesné a duševní relaxaci. Mizí při otevření očí a zaměřené pozornosti. V hladině alfa se aktivují regenerační procesy, zlepšuje se schopnost učení.

12 Pásmo beta Pásmo beta charakterizuje vědomé smyslové soustředění na naše okolí, připravenost reagovat, akceschopnost, menší či větší míra napětí a stav náladových změn až podrážděnost. V hladině beta, vyšší či nižší, jsme drtivou část dne a když používáme motorický aparát k pohybu. Nižší pásma (asi do 18Hz) se objevují v běžném stavu bdělosti. Do nejvyšších hodnot hladiny beta se dostaneme v souvislosti se značným úsilím soustředěním se na náročný úkol, ve vypjatých stresových situacích psychické i fyzické povahy, při psychoneurotických poruchách a chorobách. Setrvávání v hladině beta nad 22-24Hz (individuálně pro každého) představuje pro celý organizmus energetickou zátěž a způsobuje zhoršující se schopnost a kvalitu přeměny a regenerace tkání. Pásma vyšší (kolem 30Hz) se pak objevují při podráždění, trémě, úzkosti, nebo vysoce náročných životních situacích.

13 Rozdělení na pásma v praxi
Výše uvedené charakteristiky je třeba lépe objasnit v kontextu s reálným stavem věcí. Tak, jak byly podány, platí v případě, kdy je určitá hladina v celém mozku dominantní, tj. kdy všechna mozková centra vysílají frekvence např. v rozpětí 8-12 Hz (pásmo alfa). Zdaleka ne vždy taková situace nastává, a pokud ano, může trvat velmi krátce, třeba jen několik málo minut. S narůstajícím psychickým vypětím v rámci cyklické aktivity soustředěné mysli se mozek stále více „rozlaďuje“, mozková centra vysílají rozdílné vlnové délky v rozpětí od 10 do 40 Hz. Naopak s narůstajícím útlumem dochází ke zjevnému sladění vysílání všech těchto center na hodnotu 10 až 12 Hz, eventuálně 2-3 Hz, přičemž je stranová vyváženost obou hemisfér obzvláště nápadná. Když mozek pracuje a řeší rozmanité úlohy, např. píšeme, čteme, počítáme, vznikají díky této jeho činnosti tzv. elektrické potenciály. Jinými slovy, činností jednotlivých neuronů, z nichž se mozek skládá, vzniká elektrický proud. Každému našemu stavu přináleží poněkud jiná frekvence a amplituda tohoto elektrického proudu. Zjednodušeně řečeno, každému našemu stavu náleží jiná elektrická vlna. Například při zavření oči narůstá alfa aktivita v oblasti vizuálního kortexu (zadní část hlavy) a ubývá beta aktivity. Toto můžeme pozorovat pomocí elektrod, které jsou umístěny na okcipitálním laloku.

14 Otevření a zavření oči lze celkem jednoduše zjistit
Otevření a zavření oči lze celkem jednoduše zjistit. Také lze zjistit, jestli pacient spí, a ve které fázi spánku se přibližně nachází. Těžko už ale zjistíme pohyb ruky, či jiné fyzické části lidského těla. To je však možné s pomocí video záznamu při měření vystopovat. Musíme najít určité vzorce chování pro danou aktivitu (motorická činnost) a tu rozpoznat v šumu v záznamu. Dále musíme vzít v úvahu, že to platí individuálně, tudíž celý pokus provádíme s jediným pacientem. V dnešní době se především v EEG snažíme zjišťovat i vyšší frekvence než 30 Hz, ze kterých se můžeme dovědět ještě mnohem více. To je však prozatím technologický náročné. V záznamech EEG, které mám k dispozici, se frekvence nad 30 Hz nepovažují už za stoprocentně přesné, protože jsou ovlivněny mnohými negativními faktory. Je také nutné říci, že frekvenční charakteristika závisí i na věku pacienta. To nám ukazuje tzv. elektrogeneze.

15 Použití EEG v praxi Ve 30.letech našeho století byla vynalezena elektroencefalografie, zkratka EEG. Předtím věda měla klíč k poznání mozkových funkcí výhradně pomocí anatomie mozku. V České republice začínaly vznikat EEG laboratoře v šedesátých letech. EEG se používá především v neurologii pro odhalení různých mozkových poruch, např. epilepsie, další oblasti použití jsou psychiatrie a psychologie. V EEG se nejčastěji používá 12 bitový AD převodník s obvyklou vzorkovací frekvencí Hz. Většina běžných EEG zařízení podporuje 16 až 32 kanálů. Použití EEG pro další obory – např. neurochirurgii – je okrajové a spadá spíše do oblasti prevence, neboť v případě jakéhokoliv patologického nálezu je pro neurochirurgii nutné podrobnější vyšetření pomocí CT nebo NMRI, neboť topologicky přesné zobrazení dovoluje stereotaxickou přípravu vlastního chirurgického zásahu. Počítačové elektroencefalogramy, u kterých jsou veškeré analýzy plně automatizovány, umožňují hodnotit několikahodinové záznamy EEG, což je využíváno ve „spánkových laboratořích“ spolu s audiovizuálním záznamem pacienta k diagnostice a sledování průběhu terapie poruch spánku.

16 Pro neurochirurgii je významná Kortikografie – elektrofyziologické vyšetření elektrických dějů mozkové kůry prováděné přímým umístěním elektrod na mozkovou kůru. V mozku samotném nejsou nociceptivní zakončení, proto je možné nebo i nutné některé mozkové operace provádět za vědomí pacienta pouze v lokálním znecitlivění. Kortikografickým snímáním EEG elektrodou v přímém kontaktu s kůrou nebo i zanořenou do podkoří neurochirurg sleduje aktivitu operované tkáně (nádory – bez vlastní aktivity), aby odstranil nefunkční patologickou tkáň. Při přerušení dráhy oblast zmrazí (zatím reverzibilně), zmizí-li objektivní i subjektivní potíže pacienta, přeruší dráhu definitivně. Evokované potenciály jsou odpověďmi mozkové kůry na podráždění receptorů. Jsou superponovány na spontánní aktivitě, která je tak maskuje. Zobrazit je můžeme zprůměrněním poststimulačních úseků záznamu, kdy se statisticky nevýznamné spontánní vlny potlačí a odpovědi – EP, které jsou latenčně závislé na stimulaci - naopak sečtou. Jsou významné především při objektivní audiometrii nebo vyšetření funkce zraku u nespolupracujících pacientů (děti, lidé v komatu, simulanti).

17 Ukázka EEG spontánní aktivity
Ukázka EEG spontánní aktivity. Elektrody skalpu jsou zapojeny proti AR (průměrné referenci), EKG zápisem kontrolujeme vliv cévního řečiště na signál. Osoba je v klidu, jsou zde zastoupeny frekvence až do pásma beta – pohodový stav.

18 EEG záznam posluchače, kromě superposice beta na pomalých vlnách v některých oblastech je zřetelně vidět změna aktivity po zavření očí, kdy se dominantní frekvencí stává alfa. Zavření očí je provázeno artefaktem způsobeným EMG signálem mimických svalů ovládajících oční víčka. V průběhu registrace používáme předdefinované poznámky funkčními klávesami pro popis biologických artefaktů, které vlastní EEG provázejí a mohou ovlivnit následnou analýzu. Můžeme označit např.: polykání, kašel, pohyb, případnou patologii (jednotlivý výboj). Záznam spontánní aktivity je v digitální formě ukládán na disk počítače pro archivaci a další zpracování nebo zobrazeních v konvenčních zapojeních, které se nazývají montáže, zpravidla uspořádané příčně nebo podélně podle účelu vyšetření.

19 Mapování úseku světelné stroboskopické stimulace – okamžitý stav aktivity pod svislým kursorem. Stroboskop byl umístěn poněkud vpravo – aktivní vlna se objevuje ve zrakových oblastech – čelní lalok vpravo a temporálně-okcipitální oblast vlevo mapují křížení drah. Test se používá k diagnostice epileptických disposic. Zde bez nálezu.

20 Mapování dvanáctiminutového záznamu – každá hlavička reprezentuje 30 sec. Pásmo alfa. 5,6,7 – útlum alfy a nástup bety při stroboskopické stimulaci. 9 – 11 úkol – při zavřených očích počítat ovečky a v duchu si je vizuálně představovat. Levá hemisféra zodpovědná za abstrakce je aktivnější, což napovídá, že osoba preferuje pravou ruku.

21 Spektrální mapy průběhu experimentu
Spektrální mapy průběhu experimentu. Záznam je krátký na to, aby se zde projevily změny frekvencí, což je využitelné např. při sledování únavy, průběhu spánku, účinku tlumivých či exitačních farmak. „Plastická mapa“ pak znázorňuje frekvenční změny ve spektru.

22 Pro podrobné sledování můžeme zvolit jednotlivé oblasti pod elektrodami. Zde například vidíte vývoj alfy, vyšší frekvence v oblasti beta 1 a beta 2 se objevují pouze v náznacích. Zvýšily by se při diskomfortu či stresové situaci náročného a emočního rozhodování, kdy je mozková činnost velmi intenzivní. Takovým stavům však naše posluchače nevystavujeme.

23 Ukázka frekvenční charakteristiky EEG – rozložení kmitočtového pásma.

24 Přidáme-li spektrální analýze k frekvenční a amplitudové ose ještě osu časovou, dostaneme „plastickou mapu“ EEG spektra. Frekvenčním mapováním je možné hodnotit např. medikaci – účinnost psychofarmak v průběhu terapie.

25 „Brain mapping“ aktivity mozkové kůry pomocí pseudobarev znázorňuje rozložení amplitud nebo frekvencí v oblastech pod elektrodami.

26 Další informace a zkušenosti získáte při praktikové úloze, kdy si v ukázce ověříte na kolegovi či kolegyni základy neurologického vyšetření EEG počítačovým elektroencefalografem GALILEO. Úlohu budete jistě plnit se zájmem a bude se vám líbit minimálně tak jako vašim předchůdcům.