Електроди і їх комутація - клінічна електроенцефалографія
ЕЛЕКТРОДИ І ЇХ КОМУТАЦІЯ. МІЖНАРОДНА СИСТЕМА РОЗТАШУВАННЯ ЕЛЕКТРОДІВ
Типи електродів, їх установка, кріплення, перевірка якості контакту. Біоелектричні потенціали відводять за допомогою електродів. Вони здійснюють контакт з поверхнею шкіри або іншої тканини, утворюють замкнутий електричний ланцюг, в якій проводиться вимірювання коливань біопотенціалів. Розроблено багато варіантів електродів, різних як за формою, так і але способу їх фіксації. Залежно від цього розрізняють: 1) контактні, накладні (не наклеюйте) електроди, застосовувані для відведення біопотенціалів з кори через поверхню шкіри голови-2) приклеивающиеся електроди, використовувані для цієї ж мети-3) базальні електроди, застосовувані для відведення біопотенціалів від базальних структур мозку, через покриви задньої стінки носоглотки і сфеноідальние кістки підстави черепа- 4) голчасті електроди, вколюють в окістя і приємним зазвичай при реєстрації біопотенціалів в анестезіологічної практиці-5) піальной електроди, застосовувані для відведення потенціалів кори при розкритому черепе- 6) індиферентні електроди , що приєднуються до мочки вуха, переніссі або інших тканин з «нульовим» потенціалом- 7) Багатоелектродні голки для вкаливанія в тканину мозку і відведення потенціалів безпосередньо від різних глибинних структур мозку.
Найбільш зручними нічого не наклеюйте електродами є електроди-містки (рис. 2), що дозволяють швидко підготувати пацієнта до дослідження. Контакт з покривами голови здійснюється через кулясте потовщення електрода, зроблене з мелкопористой губки або вати і покрите полотном, яке вдягається на розтруб металевого стержня- попередньо він занурюється на 15-20 хвилин в насичений розчин кухонної солі. Кріплення таких електродів проводиться за допомогою спеціальних шоломів-сіток. Зазвичай вони виготовляються з еластичних гумових тяжів, скріплених пластмасовими дисками і навушні секторами і мають регульоване натяг. Електроди-містки підсуваються під ці тяжі, і кулястий кінець їх встановлюється у відповідній точці на голові. За допомогою шолома кріпляться також інші електроди - типу металевих (срібних або олов`яних) чашок, які заповнюються спеціальної настій. Необхідними при дослідженні ЕЕГ у людини є також «вушні» індиферентні електроди, що представляють собою прищіпки або кліпси.
Мал. 2. Електрод-місток (а) і його кріплення за допомогою шлема-
сітки (б).
Контакт на вусі здійснюється за допомогою дисків, обгорнутих марлею і змочених сольовим розчином, або ж дисків з пастою. Електроди повинні прилягати щільно до мочки вуха, не завдаючи досліджуваного занепокоєння і не зрушуючи. Приклеивающиеся електроди володіють тією перевагою, що вони щільно фіксуються на голові і тим самим виключають можливість артефактів в запису, що викликаються рухами випробуваного, а також тим, що не вимагають спеціального шолома, який викликає при тривалій записи неприємні відчуття стискання голови. Конструктивно приклеивающиеся електроди виготовляються у вигляді посріблених дисків, контакт здійснюється за допомогою пасти. Ці електроди приклеюються до поверхні голови `за допомогою коллодия або ж спеціальним клейкою речовиною, яке додається в пасту. Ми не розбираємо тут особливостей відведень за допомогою глибинних заглибних електродів, хронічно імплантуються в мозок. Це питання має спеціальний характер і розглянуто в роботах Н. П. Бехтерева зі співавторами (1967). Особливості методики відведення електрокортикограми в умовах операційної, різні прийоми відведень з відкритою кори висвітлені в літературі (Ю. В. Дубікайтіс, В. В. Усов, 1958 Н. П. Бехтерева, I960- В. Е. Майорчик, 1964).
Перед установкою електродів (приклеюються й не приклеюються) волосся в місці контакту розсовують і шкіру протирають сумішшю спирту, ефіру і ацетону (в рівних частинах) для видалення природного жиру і поліпшення якості контакту. Для перевірки останнього вимірюють перехідний опір (т. Е. Опір в місці переходу поверхню шкіри - електрод), яке повинно бути багато менше вхідного опору підсилювачів (див. Нижче). При великому опорі погіршується якість реєстрації (вище рівень шумів, з`являється наводка змінного струму 50 Гц, відбувається шунтування об`єкта). Для задовільною реєстрації величина перехідного опору не повинна перевищувати 10-15 кОм при величині вхідного опору приладу близько 1 МОм. Зазвичай точне вимірювання перехідного опору виробляють за допомогою змінного струму частотою 1000 Гц, так як при цьому не виникає помилка від поляризації електродів. Але в умовах електроенцефалографії виявилося достатнім виробляти вимір по постійному струму, усуваючи помилку поляризації перемиканням полюсів і короткочасним виміром.
Вимірювання перехідного опору здійснюється за допомогою омметра, вміщеного або у електродної стійки або найчастіше на панелі енцефалографа разом з калибратором, і проводиться воно або підключенням різних електродів щодо земляного електрода, або між двома будь-якими електродами.
При наявності асиметрії в ЕЕГ, що відводиться від симетричних точок півкуль, необхідно також перевірити, чи однаково значення перехідних опорів, що відводять. Це дозволить стверджувати, що спостерігається асиметрія є наслідком відмінності биопотенциалов мозку, а не артефактом, пов`язаних з накладенням електродів. Величина опору в ланцюзі електродів залежить також від відстані між електродами (міжелектродного відстані). За інших рівних умов зі збільшенням межелектродного відстані величина перехідного опору збільшується, так як в цьому випадку між електродами знаходиться більшу ділянку тканини.
Міжнародна система розташування електродів. При розташуванні електродів на поверхні голови потрібно враховувати проекцію анатомічних структур на ті області поверхні голови, на які встановлюються електроди. Крім того, необхідно мати можливість точно визначати положення електродів при повторних дослідженнях для наступних порівнянь записів і для порівняння результатів досліджень, отриманих на різних людях і в різних лабораторіях. З цією метою комісією Міжнародного товариства електроенцефалографістов була розроблена система розташування електродів, названа «Міжнародною системою 10-20%», в якій відповідність між положеннями кожного електрода з анатомічних структур та областями кори було точно встановлено рентгенологічно і патологоанатомічним, визначено вихідні точки відліку, врахована варіабельність анатомічних структур, а також розмірів і форми черепа (Jasper, 1958).
Мал. 3. Розташування електродів по міжнародною схемою 10-20% на проекції черепа (за Г. Джасперу, 1958). а - вид сбоку- б - вид спереді- в - вид зверху (перетин по скроневої лінії).
Мал. 4. Схема розташування електродів на проекції мозку.
а - вид зверху-б-вид збоку. Коса штрихування - скронева область (Г), в клітку - потилична (О), горизонтальна - тім`яна область (Р). НЕ заштриховано - лобова область (Г).
Для простоти викладу системи проведемо розбір на конкретному прикладі. Нехай відстань між вихідними точками: N (nasion - середня точка лобно-носового шва - перенісся) і / (inion - потиличний бугор) одно 36 см (рис. 3). Це відстань приймається за 100%. При визначенні положення електродів відстань між ними вимірюється в 10 і 20% від вихідного, завдяки чому система отримала свою назву. На відстані 10% від вихідної точки 1 (що становить в нашому прикладі 3,6 см) проходить лінія потиличних електродів-0 (рис. 3, а).
Мал. 5. Схематичне зображення положення електродів на поверхні голови з їх умовними позначеннями (зовнішнє коло намальований на рівні nasion і inion, внутрішній представляє скроневу лінію електродів) (по Г. Джасперу, 1958).
На відстані 20% від цієї лінії (що становить 7,2 см в оремо прикладі) проходить лінія тім`яних електродів - Р. В 20% від Р лежить лінія центральних електродів - З яка знаходиться посередині між точками N і 1, т. Е. На відстані 50% від обох точок, в нашому прикладі це становить 18 см. у 20% від лінії С проходить лінія лобових електродів.
На наступному етапі вимірюється відстань між двома слуховими проходами по лінії С, яке приймається за 100% (рис. 3, б) - нехай воно в нашому прикладі також одно 36 см. Тоді на відстані 10% (3,6 см) від слухових проходів в обох півкулях визначаються точки розташування скроневих електродів (Т3 і Т4). На відстані 7,2 см (20% від вихідного) від точок Т3 і Т4 проходять лінії, перетин яких з раніше знайденими лініями (потиличної, тім`яної, центральної і лобової) дасть відповідне положення електродів в обох півкулях. Для визначення положення лобових полюсних і інших скроневих електродів вимірюється відстань NТз (Т4) 1, прийняте за 100% (рис. 3, в), в нашому прикладі нехай воно дорівнює 26 см. Тоді на відстані 10% (2,6 см) від N по цій лінії визначається положення лобових полюсних електродів (Fp, і FРа). На відстані 20% (5,2 см) від цих точок по лінії NT3 (Tt) I розташовані точки, відповідні електродів F7 і F8. На відстані 20% (5,2 см) від Т3 (і Т4) по тій же лінії знаходяться точки Т5 (і Т6), що визначають положення задніх скроневих електродів.
На рис. 4 представлена схема розташування електродів по системі 10-20% на проекції анатомічних структур мозку, відповідність між якими отримано за допомогою рентгенологічного та патологоанатомічного досліджень. Основні точки відведення біопотенціалів на цій схемі позначаються відповідно до тими областями мозку, на які вони проектуються, в такий спосіб: лобова - F (frontalis), центральная- С (centralis), тім`яна - Р (parietalis), потилична О (occipitalis), скронева - Т (temporalis).
Повний схематичне зображення всіх положень електродів на поверхні голови у вигляді проекції зверху і їх позначення наведено на рис. 5. Положення електродів по середньої лінії позначаються з індексом Z - zero, т. Е. Нульової (Pz, Cz, Fz в середній частині малюнка. Вушний електрод, т. Е. Електрод, що накладається на мочку вуха, позначається А. Лобний полюс позначається буквами Fp (р - polus). Електроди, розташовані на правій половінe голови, позначаються парними номерами (02, Р4, С4, F4 і т. д.), на лівій - непарними (01, Р3, С3 і т. д.) . Замість цифр використовують також індекси: d. - dextra (правий - О4, Р4 і т. д.), 5 - sinister (лівий - Os, Ps, Fs і т. д.).
Таким чином, міжнародна система передбачає розташування на голові основних 19-20 електродів.
Відведення потенціалів с, конвекситальной поверхні мозку не завжди дозволяє виявити наявний в глибині мозку патологічний процес і виявити його локалізацію. Для виявлення базальних уражень мозку використовуються спеціальні базальні (назо-фарингеальні) електроди, які вводяться через нижні носові ходи в напрямку до основи мозку після попередньої анестезії слизової носа. Розташування цих електродів щодо мозку показано на рис. 3, а (Рg). Детально про застосування базального електрода буде сказано в розділі VI.
При дослідженні ЕЕГ хворих з патологічним процесом дифузного характеру можна обмежитися спрощеною схемою з 12 електродами, виключивши із загальної схеми FPl, F7, Fs, Т5 і Т6 і залишивши один сагиттальний електрод - С7 або Р2. При записи оглядової енцефалограми можна обмежитися 4 електродами з великим межелектродним відстанню-О1 02, F3 і F4. При використанні нестандартних положень електродів відведення позначаються умовно номерами з подальшим переведенням в змістовні позначення тих анатомічних структур, яким ці відведення відповідали.
Способи відведення * биопотенциалов. Відведення будь-яких биопотенциалов обов`язково відбувається з двох електродів, так як для їх реєстрації необхідна замкнуте електричне коло: електрод - вимірювальна частина-другий електрод - тканина - електрод.
* Відведених називається приєднання будь-яких двох укріплених на голові електродів до вимірювального приладу. 
Мал. 6. Способи відведень биопотенциалов.
а - біполярное- б - біполярний цепочкой- в - метод тріангуляції (пояснення в тексті).
Джерелом коливань потенціалу є ділянка мозкової тканини, що лежить між цими двома електродами. Однак на реєстрацію процесу в значній мірі впливає активний і реактивний (ємнісний) опір тканин, що лежать над мозком.
Залежно від способу розташування цих двох електродів розрізняють: 1) біполярний отведеніе- 2) монополярное- 3) відведення з усередненим електродом.
При біполярному відведення обидва електроди розташовуються над активною тканиною, т. Е. Тканиною, яка продукує коливання потенціалу (рис. 6, а). Біполярний відведення найбільш стійко від артефактів, воно дає щодо точне уявлення про локалізацію вогнищевих змін біопотенціалів. При використанні малих міжелектродних відстаней (в клінічній практиці зазвичай 2-3 см) біполярний відведення є найбільш ефективним способом локалізації вогнища, якщо він розташований недалеко від поверхні відведення.
Недоліками біполярного способу відведення є: 1) взаємне погашення синфазних сигналів, які перебувають під різними електродамі- 2) труднощі визначення, за рахунок якого саме електрода спостерігається регистрируемая активність, так як обидва електроди фіксовані над активною тканиною. Останній недолік може бути усунутий при відведенні біопотенціалів ланцюжком (рис. 6, б). При цьому способі відведення активність, розташована під одним з електродів, виявиться в тих загальних біполярних відведеннях, де цей електрод (або електроди) бере участь.
Окремий випадок такого відведення - тріангуляція, також використовується для визначення місцезнаходження вогнища патологічної активності.
При цьому способі в досліджуваній області поміщають три електрода, які мають у своєму розпорядженні по кутах трикутника або по прямій лінії. Позначимо їх цифрами 1, 2 і 3 (рис. 6, в). Ці електроди підключаються на три канали реєстрації в такому порядку: 1-2, 2-3, 3-1 відповідно на канали I, II і III. Тоді якщо під якимось одним електродом (наприклад, під 1) є який-небудь вогнище електричної активності, то ми зареєструємо цю активність в тих двох каналах, для яких даний електрод є загальним (у нашому прикладі це будуть канали I і III). При цьому на обох каналах сигнали будуть синфазних. Однак, якщо вогнище буде розташований біля електрода 2, ми зареєструємо цю активність на I і II каналах і відповідні коливання на одному каналі будуть в протифазі з такими ж коливаннями в іншому, тому що на один з каналів загальний електрод підключений як перший в парі, а на інший - як другий, що і виразиться у зміні полярності коливань.
При монополярному відведення один з електродів (індиферентний) поміщається на тканину, потенціал якої практично дорівнює нулю або постійний (при цьому, звичайно, необхідно дотримуватися умова замкнутості ланцюга при невеликій величині опору між електродами). Найчастіше при цьому використовують мочку вуха (рис. 7, а). При такому способі відведення коливання потенціалу реєструються тільки під електродом, розташованим над активною тканиною (активним), якщо між електродами немає джерел більш сильного потенціалу. Реєстрація коливань потенціалу під однією точкою має свої переваги, проте цей метод не вільний від недоліків. По-перше, фактично нульового потенціалу домогтися майже неможливо: з инактивность області, наприклад з мочки вуха, завжди записується якийсь невеликий потенціал, що відображає коливання потенціалу прилеглої ділянки мозку - скроневої. Якщо у здорової людини цим можна знехтувати, то при патологічних процесах, зокрема локалізованих в скроневої області (пухлина, епілептичний фокус і т. Д.), Потенціали скроневої області при цьому відведенні сильно спотворюють характер реєструється біоелектричної активності. Щоб диференціювати в цьому випадку вогнище височного розташування від вогнища в інших областях півкулі, паралельно монополярним відведенням виробляють запис хоча б одного біполярного відведення (наприклад, з електродів, розташованих на правій і лівій скроневій області).
Другим недоліком монополярного відведення є сильне розходження в міжелектродних відстанях при відведенні від різних областей кори. Так, відстань між індиферентним (вушних) електродом і електродом, розташованим в лобовій області, майже в 2 рази перевищує відстань між вушних електродом і електродом, розташованим в скроневій області.
Мал. 7. монополярному спосіб відведення біопотенціалів.
а - з вушних електродом- б - з усередненим електродом.
Крім того, при монополярному відведення з вушних електродом часто спостерігаються артефакти, пов`язані з пульсацією поверхневих судин мочки вуха і механічними рухами цього електрода через його недостатній фіксації.
Мал. 8. комутуючого пристрою (селектор). Для простоти показаний селектор для двох каналів енцефалографа і 8 положень електродів (по Ю. Г. Кратин і ін., 1963).
Спроба знайти индифферентную точку з істинно нульовим потенціалом і з однаковою відстанню до активного електрода привела до створення методу відведення з усередненим електродом (Goldman, 1950). Ідея усередненого електрода полягає в тому, що всі електроди (не менше 10-12 точок) з`єднуються між собою через великий опір (від 250 кОм до 1 МОм) і утворюють «індиферентний» електрод (рис. 7, б). Підключення до вимірювального приладу відбувається за допомогою цього штучного «індиферентного» електрода і електрода, активність під яким хочуть зареєструвати. Гідність реєстрації з усередненим електродом - велика стійкість записи і відсутність артефактів, які спостерігаються під час запису з вушних електродом (Joshii et al., 1966). Проте і цей метод має свої недоліки. Якщо під одним з електродів спостерігаються коливання потенціалу великої амплітуди (великі артефакт-ні хвилі, пов`язані з рухом очного яблука, епілептоідние комплекси великої амплітуди і т. Д.), То вони проявляються у всіх відведеннях і тим сильніше, чим менше шунтуючі опір і менше об`єднаних електродів.
Таким чином, кожен спосіб відведення біопотенціалів має свої переваги і свої недоліки. У клінічній практиці зазвичай застосовується комбінація декількох способів відведень биопотенциалов, щоб уникнути помилки, пов`язаної з недоліками того чи іншого методу реєстрації ЕЕГ.
У дослідницькій роботі вибір відведення залежить від поставленого завдання. При вивченні активності будь-якої локальної області слід користуватися монополярним способом відведення або відведенням з усередненим електродом (Coll, 1958- Storm van Leeuwen, 1958- P. М. Мещерский, 1965). При вивченні активності великої області, а також в разі локальної діагностики поверхневих вогнищ переважно користуватися біполярним відведенням і методами відведення ланцюжком і тріангуляції.
Комутація. Як ми бачили вище, при роботі на сучасних багатоканальних електроенцефалографічні установках доводиться мати справу з безліччю електродів, що підключаються на ті чи інші канали в різних комбінаціях. Швидке підключення та зміна різних комбінацій відведень можливі тільки при наявності спеціального комутатора-селектора. Найбільш широко використовуваний тип його показаний на рис. 8. Для простоти на ньому наведено пристрій для двох каналів і восьми положень електродів. Кожна сітка вхідних ламп підсилювача з`єднується з повзунком перемикача, який ковзає по контактам, пов`язаних з відповідними гніздами щитка для підключення електродів. При виборі відведення слід поставити відповідні номери електродів на комутаторі.
