ЕЕГ. Які таємниці приховує «референтний» електрод?

Здавалося б, все  повинно бути дуже просто в реєстрації електричної активності мозку. Відведення ЕЕГ являє собою набір двох електродів - активного і пасивного (або референтного), за допомогою яких вимірюється різниця потенціалів між двома точками на голові пацієнта. Монтаж ЕЕГ – це сукупність всіх відведень ЕЕГ, зафіксованих під час обстеження.

Однак, як з'ясувалося, тут є кілька «пасток», що обумовлено як термінологією, так і широким розмаїттям різних типів референтних електродів і монтажів для запису ЕЕГ.

«У чому різниця між пасивним електродом у біполярному монтажі та референтним електродом?», або «Що таке референтний електрод у монтажі Source Derivation?». Відповідь на ці питання в даному матеріалі.

Що таке ЕЕГ- відведення?

Почнемо з азів. Так як важливо розуміти основні принципи запису електричної активності мозку, щоб наблизитися до відповідей на поставлені питання.

Диференціальний підсилювач електричного сигналу, що лежить в основі сучасних реєстраторів ЕЕГ, має два вхідних сигнали і один загальний вхід (GND або земля).

Схема пристрою диференціального підсилювача електричного сигналу

Слід зазначити, що заземлюючий контакт не має нічого спільного з електричним заземленням живильної мережі. Цей вхід підсилювача використовується для придушення синфазної перешкоди від мережі живлення (50 або 60 Гц, в залежності від регіону) за допомогою контуру зворотного зв'язку.

Таким чином, для реєстрації всього одного відведення ЕЕГ потрібно застосувати не менше трьох електродів: активний, пасивний (або референтний) і GND (загальний або заземляючий). При цьому ЕЕГ-реєстратор буде записувати різницю потенціалів між активним та пасивним електродом, посилювати його, звільняти від синфазного наведення за допомогою GND-входу та контуру зворотного зв'язку, оцифровувати і передавати в комп'ютер для відображення та обробки.

Для реєстрації одного відведення ЕЕГ потрібно мінімум три електроди: активний (Fp1), пасивний або референтний (A1) і загальний (GND)

А тепер, увага, питання: "Скільки електродів необхідно накласти для реєстрації двох ЕЕГ-відведень?" Це саме той випадок, коли один плюс один не дорівнює двом. Здавалося б, якщо для одного відведення ЕЕГ потрібно три електроди, то для двох потрібно шість. Але ні. Якщо для другого відведення ми використовуємо ті ж пасивні і GND електроди, що і для першого, то нам потрібно застосувати тільки один додатковий активний електрод. Тобто для реєстрації двох відведень ЕЕГ має бути застосовано не менше чотирьох електродів. Таким чином, в загальному випадку, щоб записати N відведень ЕЕГ, вам потрібно буде застосувати N + 2 електродів. У цьому випадку для всіх відведень ЕЕГ буде використовуватися один загальний пасивний (референтий) електрод (Ref) і загальний електрод GND. При   цьому загальний референтний електрод бажано розмістити на голові обстежуваного на центральній лінії, наприклад, в точці Cz або FPz. В якості загального референта часто використовуються два електроди А1 і А2 (на мочках вух) або М1, М2 (на соскоподібних мочках). При цьому всі ЕЕГ-відводи лівої півкулі реєструються відносно лівого вуха.  а правої півкулі - відносно правого вуха. Цей тип референтного електрода називається іпсилатеральним вушним електродом. Якщо всі ЕЕГ-відведення лівої півкулі реєструються відносно правого вуха, а відведення правої півкулі - відносно лівого вуха, то тип референтного електрода називається контрлатеральним вушним. Іноді вушні референтні електроди об'єднують в один, у такому разі референт називають об'єднаний вушний електрод.

Варіант монополярного монтажу з іпсилатеральним вушним референтним електродом. Всі відведення лівої півкулі записуються відносно лівого вуха, правої півкулі - відносно правого вуха.

Монополярний варіант монтажу з контралатеральним вушним референтним електродом. Всі відведення лівої півкулі записуються відносно правого вуха, правої півкулі - відносно лівого вуха.

Варіант монополярного монтажу з вбудованим референтним електродом на вусі. При цьому два вушних електрода з'єднані всередині реєстратора ЕЕГ і виконують роль одного загального референтного електрода.

Монополярний варіант монтажу з одним загальним референтним електродом в точці CZ. Такий варіант установки зручний, коли вушні опорні електроди складні у використанні.

Примітка: Деякі сучасні реєстратори ЕЕГ останнім часом почали використовувати підсилювачі з потенційним входом. У цих підсилювачах референтний вхід об'єднується з GND, і вимірюється різниця потенціалів між активним і «загальним» (GND) електродами.

Що таке апаратні та програмні референтні електроди?

Отже, вище ми розглянули, які види фізичних (або апаратних) референтних електродів існують:

·         Реф - це єдиний референтний електрод для всіх відведень монтажу

·         CZ – вертексний референтний електрод.

·         А1, А2 - вушні електроди: іпсі- або контралатеральні (іноді замість вушних електродів використовують електроди на соскоподібному відростку М1, М2).

·         АА - комбінований вушний електрод (комбінація відбувається всередині реєстратора ЕЕГ при виборі даного типу референтного електрода в налаштуваннях програми).

По відношенню до цих апаратних (фізичних) референтних електродів реальне вимірювання електричної активності мозку проводиться під усіма активними електродами ЕЕГ всіх відведень монтажу.

Однак для того, щоб виводити криві ЕЕГ на екран монітора в різних монтажах, крім апаратних, були введені і так звані програмні або розрахункові референтні електроди. Ось їх перелік:

·         AV - усереднений електрод. Сигнали з усіх електродів усереднюються і використовуються замість сигналу від референтного електрода для розрахунку всіх відведень монтажу.

·         AV1 або AV2 — усереднений електрод за півкулею. В якості референтного електродного сигналу використовується результат програмного усереднення сигналу з усіх електродів лівої (AV1) або правої (AV2) півкулі.

SD - відведення від джерела (референт Лапласа). В якості сигналу референтного електрода використовується результат програмного усереднення сигналів сусідніх електродів. Таке представлення дозволяє краще скласти карту локальних осередів біоелектричної активності.

Приклад SD-відведення від джерела (референт Лапласа)

Таким чином, ми маємо фізичні (Ref, CZ, A1, A2, AA) та програмні (AV, AV1, AV2, SD) референтні електроди. Вже є ймовірність плутанини.

А тепер, увага, питання: «Як реєструється електрична активність головного мозку, якщо в монтажі вибрано програмний референтний електрод, наприклад AV чи SD?" 

Відповідь: Електрична активність завжди вимірюється відносно встановленого в даний момент фізичного  (апаратного) референтного електрода. Так-так, незалежно від  обраного програмного референта, нам все одно потрібен фізичний референтний електрод для запису різниці потенціалів між електродами.

ВАЖЛИВО: Електрична активність головного мозку завжди фізично реєструється як різниця потенціалів між активним і пасивним (фізичним референтним) електродом, а на екрані комп'ютера на ЕЕГ-кривих вона може бути перерахована відносно обраного програмного референта, наприклад, AV або SD.

Тобто фізично ми реєструємо ЕЕГ-сигнал щодо, наприклад, референтних вушних електродів, а переглядати його можемо з програмним референтним електродів SD.

Що таке біполярне ЕЕГ-відведення?

Сподіваюся, тепер все зрозуміло з монополярними монтажами та їх референтними електродами. Плавно переходимо до біполярних відведень і монтажів. У біполярному монтажі, на відміну від монополярного (референційного), кожне відведення має свій активний і пасивний електрод. Виявляється, між цими електродами вимірюється різниця потенціалів в біполярному відведенні ЕЕГ. Вірно?

Ні, не вірно!

По суті, всі сучасні реєстратори ЕЕГ, незалежно від обраного референта і монтажу, реєструють сигнал ЕЕГ відносно загального референтного електрода (при монополярному монтажі), і тільки потім, в програмі, при перегляді кривих ЕЕГ, ці дані перераховуються для відображення в біполярному монтажі.

Наприклад, для того, щоб вивести на екран монітора криву ЕЕГ Fp1-F3, фізично записують висновки ЕЕГ Fp1-A1 і F3-A1 і потім обчислюють їх різницю, що еквівалентно вимірюванню різниці потенціалів між електродами Fp1 і F3.

Для того щоб вивести на екран криву ЕЕГ Fp1-F3, то фактично записуються відведення ЕЕГ Fp1-A1 і F3-A1 і обчислюється їх різниця, що еквівалентно вимірюванню різниці потенціалів між електродами Fp1 і F3

Біполярний монтаж «Double Banana». У кожного відведення є свій активний і пасивний електрод, але ЕЕГ все ж реєструється відносно встановленого фізичного референтного електрода. В даному випадку вушного електрода.

Для відображення кривої ЕЕГ Fp1-F7 представленого монтажу "Double Banana" буде записаний сигнал від відведень ЕЕГ Fp1-A1 і F7-A1 і обчислена їх різниця. Тобто обстеження фактично реєструється в монополярному монтажі, а потім сигнали ЕЕГ перераховуються в біполярному монтажі. Таким чином, ви можете в будь-який момент переключити монтаж, як при записі, 

так і при перегляді обстеження. Зміна та редагування програмного референта вплине лише на програмні розрахунки при побудові кривих ЕЕГ на екрані монітора.

Однак багато фахівців з ЕЕГ до цих пір вважають, що при біполярному монтажі сигнал ЕЕГ реєструється щодо пасивного електрода кожного відведення (як різниця потенціалів між активним і пасивним електродами). Чому виникла така плутанина і непорозуміння? Справа в тому, що старі електроенцефалографи, що записують чорнилом,  дійсно мали фізичні перемикачі для перемикання всіх каналів ЕЕГ в довільні монтажі. За допомогою цих перемикачів можна було перемикати як монополярні, так і біполярні монтажі. Причому насправді вони були біполярними, коли кожне відведення було ізольованим біполярним каналом зі своїм пасивним електродом. Але під час переходу на цифрові комп'ютерні електроенцефалографи фізичні перемикачі зникли. Їх з успіхом замінили математичні розрахунки, адже вони дійсно еквівалентні реальним вимірюванням. Але, як пам'ять про зниклі перемикачі, потрібно пам'ятати, що навіть при встановленні біполярного монтажу при записі ЕЕГ в сучасних реєстраторах ЕЕГ нам потрібно застосовувати фізичний референтний електрод.

У чому різниця між пасивним електродом в біполярному монтажі і референтним електродом?

Сподіваюся, що уважний читач, дійшовши до кінця моєї розповіді, зможе відповісти на це питання самостійно.

Референтний електрод в біполярному монтажі завжди один (або два у випадку з вушними референтами) - це загальний фізичний референт, відносно якого проводяться всі виміри електричної активності мозку. Пасивний електрод у кожного біполярного відведення свій, але це лише розрахунковий електрод, а насправді кожне біполярне відведення являє собою різницю двох монополярних.