Энцефалограф своими руками
Обновлено: 08.07.2024
а) Нейрофизиологические основы электроэнцефалографии (ЭЭГ). С момента своего изобретения электроэнцефалография остается уникальным методом, позволяющим оценивать состояние коры больших полушарий. Она служит важным дополнением к данным анамнеза, осмотра и лучевых методов диагностики.
После установки небольших дисковых электродов на волосистую часть головы становится возможной регистрация электрических колебаний мощностью 20-100 мкВ. Результат записи этих колебаний называют электроэнцефалограммой (ЭЭГ). Данные электрические колебания — результат совместной активности пирамидных нейронов коры головного мозга, которые расположены в виде радиальных скоплений, ориентированных кнаружи.
Для регистрации ЭЭГ имеют значение нейроны, расположенные под поверхностью извилин коры. По мере изменения мембранного потенциала возникает электрический диполь (расположенные рядом друг с другом области с противоположным зарядом). Возникновение диполя ведет к тому, что электрический потенциал поля в виде тока распространяется и через внеклеточное пространство, и через сами нейроны. В ходе записи ЭЭГ регистрируют часть тока, которая проходит через внеклеточное пространство. Изменения силы и плотности этих электрических сигналов и приводит к появлению характерных синусоидальных волн.
Колебания ЭЭГ, измеряемые в микровольтах (мкВ), предположительно становятся следствием реципрокного возбуждающего и тормозящего взаимодействия соседних групп нейронов коры больших полушарий.
Схема, на которой показано, какой вклад в формирование внеклеточноного потенциала поля вносят отдельные возбуждающие и тормозящие синаптические токи.
Для изучения состояния внутри- и внеклеточной среды используют микропипетки.
(А) Внутриклеточная регистрация. Возбуждающий синапс генерирует быстрый возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП) на синаптическом конце дендрита, а на его теле—более медленный ВПСП меньшей амплитуды.
Внеклеточная регистрация. Источник (положительный) возбуждающего синаптического потенциала направлен наружу через мембрану проксимального конца дендрита и его тела и внутрь клетки у синаптического окончания.
(Б) Работа тормозящего синапса происходит противоположным образом. Тормозящий постсинаптический потенциал (ТПСП) связан с источником тока у синаптического окончания вдоль тела и проксимального конца дендрита.
За счет того, что электроды устанавливают на строго определенные участки, становится возможным непосредственно отслеживать изменения на ЭЭГ в динамике. Это также позволяет делать поправки на разницу в размерах головы у разных людей. Каждый электрод избирательно регистрирует активность участка коры головного мозга площадью около 6 см 2 . Для описания положения каждого электрода используют комбинацию из буквы и цифры (показано на рисунке).
Расположение поверхностных электродов на голове.
Буквы: Fp—лобный полюсный; F—лобный; Т—височный; Р—теменной; С—коронарный; О—затылочный; Z—срединный.
Числа: нечетные—левая половина; четные—правая половина. А1, А2—референтные электроды.
Запись ЭЭГ выполняют со всех точек одновременно. Измеряют разницу потенциалов между парами электродов (в большинстве случаев), которую затем записывают в виде отдельного канала или кривой. Часто одномоментно с ЭЭГ выполняют другие электрофизиологические исследования [например, электрокардиограмму (ЭКГ) и/или поверхностную электромиографию (ЭМГ)].
Если при записи используют различные пары электродов, монтаж (результат) называют биполярным. Если в парах один из электродов устанавливают на определенную референтную область (ушная раковина, сосцевидный отросток), такой монтаж называют референциальным.
На рисунке ниже представлены нормальные кривые ЭЭГ.
(A) Биполярная регистрация. Используют последовательность соседних пар электродов. В качестве примера приведены только четыре кривых.
(Б) Референтная регистрация. В данном примере референтный электрод крепят к ушной раковине. В качестве примера вновь приведены только четыре кривых. Нормальная ЭЭГ, полный набор волн, обозначенных в соответствии с номенклатурой, приведенной на рисунке выше.
(Одновременно пациенту была выполнена ЭКГ).
Обратите внимание на низкую амплитуду (20 мВ или меньше) и высокую частоту волн этого двухсекундного примера.
Электроэнцефалограф – это медицинский прибор для исследования функционального состояния мозга по его электрической активности. Происходящие в головном мозге физико-химические процессы проявляют себя разными по амплитуде и частоте электрическими колебаниями – альфа-, бета-, гамма-, тета- и дельта-ритмами. Соотношение между этими ритмами зависит от внешних раздражителей и состояния мозга человека.
Электроэнцефалограф считывает с поверхности головы электрические сигналы и записывает их на бумагу или выводит на экран монитора в виде электроэнцефалограммы, которая затем изучается и расшифровывается специалистом с целью постановки диагноза.
Электроэнцефалограф состоит из следующих основных структурно-функциональных частей: электроды, коммутатор отведения, усилитель биопотенциалов, фильтры, система калибровки, регистрирующий механизм.
Принцип работы и характеристики основных компонентов электроэнцефалографа
Запись электроэнцефалограмм производится в свето- и звукоизолированных помещениях для исключения воздействия на результаты диагностики внешних факторов.
Биопотенциалы снимаются с кожи головы пациента электродами и передаются на коммутатор отведения. Далее следует его усиление, калибровка и фильтрация, после чего он записывается на бумагу и/или выводится на монитор регистрирующим устройством.
Коммутаторы служат для передачи необходимого количества биопотенциалов точек. В первое время использования электроэнцефалографов они были механическими. Сегодня применяются только электронные или программные коммутаторы, которые обеспечивают вывод результатов исследования гораздо быстрее, чем механические.
Из коммутатора сигнал поступает в усилитель биопотенциалов, обладающий большим коэффициентом усиления (от 1-го мкВ до десятков вольт), и далее следует в устройство фильтрации.
В самых первых электроэнцефалографах защита от внешних помех осуществлялась экранированными стенами камеры, в которую помещался прибор. В современных электроэнцефалографах подавление артефактов производится с помощью фильтров, которые встроены в прибор.
Усиленный и очищенный от помех сигнал передается на регистрирующее устройство. Сегодня для записи сигналов головного мозга используются электромагнитные вибраторы с различным механизмом записи – чернильным (струйным или перьевым), игольчатым, штифтовым. Результаты исследования могут фиксироваться на бумажной ленте с дискретной скоростью движения (обычно 60, 30 и 15 мм/с) и/или выводиться на экран монитора.
В мозге, находящемся в состоянии покоя, выявить признаки патологии удается не всегда. Поэтому применяют физические нагрузки – стимуляцию мозга звуком, светом и другим воздействием. Часть из таких нагрузок является обязательной при всяком электроэнцефалографическом обследовании, другие применяются в зависимости от клинической картины.
Электроды
Чтобы снять биопотенциал точки, необходимо замкнуть электрическую цепь. Для этого требуется подключение двух электродов. Их изготавливают из материалов, имеющих малое сопротивление и высокую устойчивость к коррозии. Электроды не должны иметь собственного потенциала. Обычно для их изготовления используется чистое серебро или его сплавы.
Существует 6 основных видов электродов, различающихся конструкцией и способом фиксации:
- Накладные. Наиболее распространенные и удобные электроды. Крепятся к голове с помощью резиновых сетчатых шлемов;
- Игольчатые. Применяются при экспресс-диагностике при тяжелых травмах;
- Приклеивающиеся. Суть отражена в самом названии;
- Пиальные (имплантируемые, долгосрочные);
- Многоэлектродные иглы;
- Базальные электроды. Используются для исследования базальной поверхности мозга. Устанавливаются на задней стенке носоглотки через носовые ходы.
Чтобы обеспечить хороший контакт между электродами и кожей головы может применяться специальная паста, обладающая высокой электропроводностью.
Частые ночные пробуждения, бессонница, энурез, необходимость выявления эпилепсии - вот лишь некоторые патологии, в диагностике которых поможет электроэнцефалография.
- Олеся Олеговна, что такое электроэнцефалография и как часто назначается этот метод исследования?
Применяется он повсеместно, по всему миру. Его широко используют для диагностики и контроля эффективности проводимого лечения различных состояний. Среди них: потери сознания, разграничение эпилептических синдромов, различных неврологических состояний.
- Чем отличается дневная и ночная ЭЭГ?
Дневная (иначе - рутинная) электроэнцефалография выполняется в дневное время суток. Ее продолжительность не превышает 20 минут. Используется для выявления явных нарушений - например, диагностики эпилептического синдрома.
Используется при медицинских осмотрах (скрининговое исследование), разграничениях пароксизмальных (сопровождающихся теми или иными приступами) состояний. Дневная ЭЭГ предоставляет не более 30% всей возможной информации.
Записаться на электроэнцефалографию в вашем городе можно здесь
внимание: услуга доступна не во всех городах
- Что является показаниями для проведения электроэнцефалографии?
ЭЭГ позволяет выявить признаки эпилепсии. Это ее основное показание. В этом случае диагностика назначается при впервые возникшем подозрении на эпилепсию, при смене схемы лечения и его контроле.
Назначается электроэнцефалография при энурезе; пароксизмальных состояниях; неврозах, тревожности, раздражительности; гиперактивности и нарушениях процесса обучения у детей; задержке развития психики, речи, заикании; аутизме; частых пробуждениях и избыточной двигательной активности во сне; эпизодах хождения и говорения во сне и др.
- С какого возраста ЭЭГ-мониторинг проводится детям?
Начиная с 4-х недель.
- Показания к проведению дневной и ночной электроэнцефалографии разные или одинаковые?
При медицинском осмотре/скрининге здорового человека (без жалоб, отягощенного анамнеза) достаточно дневного исследования. Если же в анамнезе у человека был, например, эпизод приступа эпилепсии, тогда необходимо ночное исследование.
- В каких случаях пациенту необходимо пройти и дневную и ночную электроэнцефалографию?
При наличии пароксизмальных состояний, подозрении на эпилепсию. Предположим, у человека был эпилептический приступ в анамнезе, или врач сам наблюдал его. В этом случае проводится дневное обследование. Если эпилептическая активность при дневном исследовании не выявляется, обязательно назначается и ночное.
- Обязательно ли проходить ЭЭГ-мониторинг для получения справки в ГИБДД?
Да, но не всем. С июня 2015 года согласно приказу Минздрава РФ №344н ЭЭГ должна выполняться любому участнику дорожного движения, претендующему на получение водительских прав категории С, D, E. ЭЭГ для водителей других категорий выполняется по показаниям, определяемым врачом-неврологом на приеме.
- Как проводится электроэнцефалография? Сколько по времени занимает диагностика?
На голову исследуемого надевают особую шапочку с электродами. На кожу головы в месте контакта ее с электродом наносится специальный гель (для лучшего контакта и проводимости регистрируемых импульсов). Сигналы от головного мозга через электроды передаются на прибор - электроэнцефалограф. Он усиливает их и передает для дальнейшей обработки в компьютер.
Во время диагностики проводятся функциональные пробы, меняющие функциональную активность мозга. Врач просит больного закрывать-открывать глаза, активно подышать (3-5 минут). Также выполняется фотостимуляция: исследуемый смотрит на световые вспышки.
Ночное исследование лучше выполнять на дому. Оно начинается между 20 и 21 часами вечера. Технические нюансы - как при дневном обследовании.
Регистрируется два полных цикла сна, что составляет примерно 2-3 часа после засыпания.
- Как правильно подготовиться к прохождению электроэнцефалограммы?
Особой подготовки к ЭЭГ головного мозга не требуется. Голова должная быть чистой, при сушке нельзя использовать укладочные средства. Накануне исследования избегать стрессов, переутомления, соблюдать размеренный режим. Необходимо воздержаться от приема стимуляторов нервной системы, крепкого чая, кофе, алкоголя.
Для ребенка также нежелательны шумные игры, просмотр телевизора, мультфильмов, работа или игра на компьютере.
Не допускается во время диагностики наличие на теле металлических предметов, украшений.
- Олеся Олеговна, как часто можно проходить электроэнцефалографию? Этот метод диагностики безопасен?
ЭЭГ совершенно безопасна. Проходить ЭЭГ-мониторинг можно настолько часто, насколько это необходимо врачу для постановки диагноза или отслеживания состояния больного.
- Есть ли у ЭЭГ какие-то ограничения или противопоказания?
- Для того, чтобы пройти ЭЭГ в вашей клинике, необходимо направление врача?
Если человек проходит медицинский осмотр или обследуется по собственной инициативе, в принципе диагностику можно пройти самостоятельно, без направления. Достаточно иметь документ, удостоверяющий личность.
Если же мы целенаправленно ищем какую-то патологию, определяем разновидность пароксизмов и т.п., то в таком случае направление врача иметь желательно. Из него мы можем понять цель обследования, т.е. что нужно доктору.
Братчикова Олеся Олеговна
Проходила курс по эпилептологии, сертификационные курсы.
Другие статьи по теме
Побывали на приёме у кардиолога и он направил вас сделать велоэргометрию? Что. Крутите педали! Что такое велоэргометрия?
Когда человек здоров, он вообще не задумывается о том, как он дышит. Дышите глубже! Кому поможет спирометрия?
Как проверить работу мышц и нервов? О современном и информативном методе их. Электронейромиография: единственная в своём роде
Электроэнцефалограф (Electroencephalograph) – инструмент, применяющийся для снятия электроэнцефалограммы (биоэлектрической активности мозга).
Современные компьютеризированные электроэнцефалографы подразделяются на стационарные, используемые в поликлиниках и в специализированных лабораториях, а также портативные для регистрации ЭЭГ в реанимации или в больничной палате.
Основные элементы современной ЭЭГ-системы, включающей электроэнцефалографы серии Nation 7128W и ряд прикладных устройств регистрации ЭЭГ
Электроэнцефалографическая установка (электроэнцефалограф) состоит из коммутационного устройства, блока усиления с фильтрами высокой и низкой частоты и калибровочного устройства, отводящих электродов, соединительных проводов, устройств для фото- и фоностимуляции, позволяющие изучать вызванную активность мозга.
Коммутационное устройство служит для подключения электродов на разные каналы и входы усилителей. К коммутационному устройству относится панель с гнездами для подключения электродов. Основными требованиями при этом являются хорошие контакты и надежная изоляция гнезд.
Блок усиления с фильтрами высокой и низкой частоты и калибровочного устройства включает мощные усилители и узкополосные фильтры для выделения слабых сигналов ЭЭГ, поскольку амплитуда потенциалов ЭЭГ в норме не превышает 100 мкВ. Некоторые специальные сведения, касающиеся используемого прибора, можно найти в его техническом описании, с которым следует тщательно ознакомиться перед его эксплуатацией. В современных многоканальных электроэнцефалографах блоки усиления с фильтрами высокой и низкой частоты, калибровочные и коммутационные устройства смонтированы в одной операционной коробке.
Электроды – датчики, с помощью которых осуществляется отведение биоэлектрической активности с различных областей поверхности головы. Электроды должны иметь минимальное сопротивление, не окисляться и не поляризоваться, не должны иметь собственного шума, не должны существенно уменьшать сигналы в диапазоне от 0,5 до 70 Гц. Современные усилители с высоким входным импедансом позволяют успешно применять различные типы электродов и электродных паст. В клинической практике используются электроды различной конструкции (электроды-мостики, плоские электроды и др.). Эксперименты показали, что наилучшими являются хлорсеребряные или золотые чашечковые электроды, которые крепятся коллодием. В настоящее время используются специальные шлемы с вмонтированными в них электродами. Их удобно использовать, когда исследования проводятся в положении испытуемого лежа.
Соединительные провода или лиды (англ. lead) должны осуществлять передаточную роль между электродами и коммутатором, не вносить никаких помех, что обеспечивается их надежной изоляцией, малым сопротивлением и хорошим экранированием от электромагнитных и электростатических полей.
Виды электроэнцефалографов
Современные электроэнцефалографы представляют собой многоканальные регистрирующие устройства, объединяющие от 8 до 24 и более идентичных усилительно-регистрирующих блоков (каналов), позволяющих таким образом регистрировать одномоментно электрическую активность от соответствующего числа пар электродов, установленных на голове обследуемого.
Структурная схема цифрового электроэнцефалографа.
Бумажнопишущие электроэнцефалографы обладают преимуществом простоты эксплуатации и несколько дешевле при приобретении. Безбумажные обладают преимуществом цифровой регистрации со всеми вытекающими отсюда удобствами записи, архивирования, вторичной компьютерной обработки и др.
Классическая схема устройства и принцип работы
В современных электроэнцефалографах электродная коробка обычно представляет единый блок с усилителями, а в безбумажных (компьютерных) системах содержит и блок аналого-цифрового преобразования ЭЭГ.
Блок усиления с регуляторами фильтров
Блок-схема электроэнцефалографа.
1 — голова исследуемого с отводящими электродами (вид сверху); 2 — входная коробка; 3 — соединительные кабели; 4 — селекторный блок с переключателями для каждого канала; 5 — блок усиления с регуляторами фильтров высокой и низкой частоты (Ф) и грубой или плавной регулировки усиления (У); 6 — блок регистрации.
Усилительно-регистрирующие устройства, как правило, монтируются из двух отдельных блоков, связанных в свою очередь соединительным кабелем, — блока предварительного усиления и блока собственно регистрации. Блок предварительного усиления состоит из набора идентичных предварительных усилителей соответственно числу каналов регистрации. Каждый из каналов усиления имеет ручки управления, выведенные на переднюю панель блока предварительного усиления.
Прежде всего для каждого усилительного блока имеется многоконтактный коммутатор отведений ЭЭГ, позволяющий по каждому каналу коммутировать электроды, находящиеся на голове испытуемого в нужной комбинации. В коммутаторе входным клеммам усилителя, положительной и отрицательной, соответствуют ступенчатые переключатели, которые могут занимать одно из положений согласно нумерации контактных гнезд на входной коробке электроэнцефалографа. Таким образом, установив, например, на каком-либо канале переключатель, соответствующий отрицательной клемме, в положение 1, а переключатель, соответствующий положительной клемме, в положение 2, получают возможность регистрировать по этому каналу разность потенциалов между электродами, подключенными к гнездам 1 и 2 входной коробки электроэнцефалографа. При этом отрицательный сдвиг потенциала под электродом 1 будет сопровождаться отклонением кривой регистрации вверх. Кроме коммутации по отдельным каналам, большинство современных электроэнцефалографов позволяет с помощью специальных переключателей по заранее смонтированной схеме коммутировать в определенных комбинациях электроды сразу по всем каналам отведения. Обычно предусматривается 4-5 таких схем. Данная система коммутации обладает тем преимуществом, что избавляет от необходимости коммутировать отведения по отдельности на каждом из каналов усиления. В цифровых электроэнцефалографах все регулировки чувствительности и коммутации электродов осуществляются программно с клавиатуры компьютера или специализированного процессора. Регулировки чувствительности позволяют подобрать усиление таким образом, чтобы получить оптимальный режим регистрации в зависимости от амплитуды входного сигнала. Возможность регулирования коэффициента усиления прибора в широких пределах позволяет использовать электроэнцефалограф для записи не только ЭЭГ, но и других биологических сигналов, таких как ЭМГ, ЭКГ, а также сигналов от различного рода датчиков — преобразователей дыхания, сопротивления, механических колебаний и др.
Для задания полосы пропускания усилителя на каждом из каналов имеются регуляторы фильтров высокой и низкой частоты. Фильтр низкой частоты определяет верхний предел частот, которые будут без искажения пропускаться усилителем. Современные электроэнцефалографы позволяют регулировать этот предел в границах от 1500 до 15 Гц. Фильтры низкой частоты используют обычно в тех случаях, когда в записи присутствуют высокочастотные помехи, которые не могут быть исключены иным способом. В частности, при обследовании некоторых больных невозможно добиться достаточного расслабления; в таких случаях для исключения из ЭЭГ артефакта мышечной активности (ЭМГ) приходится пользоваться фильтрами высоких частот.
Регулировку нижней полосы пропускания электроэнцефалографа производят фильтрами высоких частот путем изменения постоянной времени усилителя. Ограничение нижней полосы пропускания прибора необходимо для исключения из записи артефактов медленных изменений потенциала кожи, изменений потенциала, связанных с незначительными смещениями электродов и изменениями в области контакта между кожей и электродом. По международному стандарту в электроэнцефалографии принята постоянная времени усилителя, равная 0,3 секунды, которая обеспечивает неискаженную регистрацию всех основных низкочастотных составляющих ЭЭГ. Чем больше постоянная времени, тем больше низкочастотных составляющих пропускается усилителем.
Калибровочное устройство
Для стандартизации режима работы электроэнцефалографа применяют калибровочное устройство. Это устройство подает одновременно на входы всех усилителей прямоугольный сигнал попеременно положительной и отрицательной полярности, амплитуда которого может быть различной в зависимости от выбранного масштаба усиления. Для записи ЭЭГ используют стандартный калибровочный сигнал, соответствующий 50 мкВ.
Омметр
Для проверки качества установки электродов имеется также омметр, позволяющий определить сопротивление (импеданс) в области контакта электрода с исследуемым объектом. Для получения правильной записи это сопротивление не должно превышать 20 КОм.
Блок регистрации электроэнцефалографа
После усиления сигнал подается в блок регистрации электроэнцефалографа. Кроме того, с блоков предварительного усиления электрическая активность может быть выведена с помощью дополнительных выходов на внешние системы регистрации или обработки: магнитописец, катодный осциллограф, анализатор-интегратор или специализированную ЭВМ.
В зависимости от особенностей конструкции блок регистрации электроэнцефалографа может содержать еще один каскад усиления или регуляторы нулевого уровня электроэнцефалографической записи. После этой ступени усиленные электрические потенциалы подаются на катушки магнитоэлектрических чернильнопишущих гальванометров. Переменное магнитное поле, возникающее в катушке в результате прохождения тока ЭЭГ, заставляет ее вращаться в поле постоянного магнита в направлении, зависящем от направления тока в катушке, и со скоростью и амплитудой, соответствующими изменениям тока. Запись этих механических движений производится металлическим капиллярным пером, связанным с катушкой гальванометра, на движущейся бумажной ленте чернилами, которые подаются в капилляр по гибкой трубочке из чернильницы.
Для осуществления движения бумажной ленты с постоянной скоростью в регистрирующем блоке имеется лентопротяжный механизм с переключателем скоростей. Стандартная скорость записи, принятая в клинической электроэнцефалографии, составляет 30 мм/с. При записи ЭЭГ ночного сна принят международный стандарт 15 мм/с. В блоке регистрации имеются отдельные тумблеры для включения и выключения перьев гальванометра и двигателя лентопротяжного механизма.
Использование металлических перьев для регистрации ЭЭГ вносит дополнительные изменения в запись. Металлические перья обладают существенной инерционностью и собственной резонансной частотой, что обусловливает различную точность воспроизведения колебаний в разных диапазонах частот. Практически колебания потенциала частотой выше 80-100 Гц металлическими перьями воспроизведены быть не могут, что и определяет истинную верхнюю полосу регистрируемой активности. Кроме того, частоты выше 30-40 Гц также оказываются несколько заниженными по амплитуде, что ограничивает возможности изучения с помощью чернильной записи ритмов ЭЭГ в диапазоне р- и у-частот. Из сказанного следует, что ограничение с помощью регуляторов частоты верхней полосы пропускания до 70-100 Гц не внесет существенных изменений в регистрируемую активность. Компьютеризированные устройства в принципе обеспечивают воспроизведение любых частот, и конкретная полоса пропускания определяется только специализацией и мерой универсальности электроэнцефалографической установки.
В цифровых электроэнцефалографах ЭЭГ записывается на диск компьютера с одновременным выводом изображения на экран. По окончании регистрации нужные страницы записи могут быть выведены в виде бумажной копии с помощью принтера или самописца.
Цифровые электроэнцефалографы, как и аналоговые, имеют входные коммутаторы, предварительные усилители и фильтры. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) обеспечивает возможность использования компьютера для дальнейшей обработки и хранения сигналов.
При достаточном быстродействии компьютера и канала ввода данных фильтрация сигналов может производиться программно, что упрощает построение аналоговых фильтров, обеспечивает стабильность характеристик тракта обработки сигналов, дает возможность оперативной регулировки частотной характеристики.
Читайте также: