Электроды и их коммутация - клиническая электроэнцефалография
Видео: Устройство психофизиологического тестирования УПФТ-1/30 «Психофизиолог»
ЭЛЕКТРОДЫ И ИХ КОММУТАЦИЯ. МЕЖДУНАРОДНАЯ СИСТЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ
Типы электродов, их установка, крепление, проверка качества контакта. Биоэлектрические потенциалы отводят с помощью электродов. Они осуществляют контакт с поверхностью кожи или другой ткани, образуют замкнутую электрическую цепь, в которой производится измерение колебаний биопотенциалов. Разработано много вариантов электродов, различных как по форме, так и но способу их фиксации. В зависимости от этого различают: 1) контактные, накладные (не приклеивающиеся) электроды, применяемые для отведения биопотенциалов с коры через поверхность кожи головы- 2) приклеивающиеся электроды, используемые для этой же цели- 3) базальные электроды, применяемые для отведения биопотенциалов от базальных структур мозга, через покровы задней стенки носоглотки и сфеноидальные кости основания черепа- 4) игольчатые электроды, вкалываемые в надкостницу и применяемые обычно при регистрации биопотенциалов в анестезиологической практике- 5) пиальные электроды, применяемые для отведения потенциалов коры при вскрытом черепе- 6) индифферентные электроды, присоединяемые к мочке уха, переносице или другим тканям с «нулевым» потенциалом- 7) многоэлектродные иглы для вкалывания в ткань мозга и отведения потенциалов непосредственно от различных глубинных структур мозга.
Наиболее удобными не приклеивающимися электродами являются электроды-мостики (рис. 2), позволяющие быстро подготовить пациента к исследованию. Контакт с покровами головы осуществляется через шарообразное утолщение электрода, сделанное из мелкопористой губки или ваты и покрытое полотном, которое надевается на раструб металлического стержня- предварительно он погружается на 15—20 минут в насыщенный раствор поваренной соли. Крепление таких электродов производится с помощью специальных шлемов-сеток. Обычно они изготовляются из эластичных резиновых тяжей, скрепленных пластмассовыми дисками и наушными секторами и имеющих регулируемое натяжение. Электроды-мостики подсовываются под эти тяжи, и шарообразный конец их устанавливается в соответствующей точке на голове. С помощью шлема крепятся также другие электроды — типа металлических (серебряных или оловянных) чашечек, которые заполняются специальной настой. Необходимыми при исследовании ЭЭГ у человека являются также «ушные» индифферентные электроды, представляющие собой прищепки или клипсы.
Рис. 2. Электрод-мостик (а) и его крепление с помощью шлема-
сетки (б).
Контакт на ухе осуществляется с помощью дисков, обернутых марлей и смоченных солевым раствором, или же дисков с пастой. Электроды должны прилегать плотно к мочке уха, не причиняя исследуемому беспокойства и не сдвигаясь. Приклеивающиеся электроды обладают тем преимуществом, что они плотно фиксируются на голове и тем самым исключают возможность артефактов в записи, вызываемых движениями испытуемого, а также тем, что не требуют специального шлема, который вызывает при длительной записи неприятные ощущения сдавления головы. Конструктивно приклеивающиеся электроды изготовляются в виде посеребренных дисков, контакт осуществляется с помощью пасты. Эти электроды приклеиваются к поверхности головы` с помощью коллодия или же специальным склеивающим веществом, которое добавляется в пасту. Мы не разбираем здесь особенностей отведений с помощью глубинных погружных электродов, хронически вживляемых в мозг. Этот вопрос имеет специальный характер и рассмотрен в работах Н. П. Бехтеревой с соавторами (1967). Особенности методики отведения электрокортикограммы в условиях операционной, разные приемы отведений с открытой коры освещены в литературе (Ю. В. Дубикайтис, В. В. Усов, 1958- Н. П. Бехтерева, I960- В. Е. Майорчик, 1964).
Перед установкой электродов (приклеивающихся и не приклеивающихся) волосы в месте контакта раздвигают и кожу протирают смесью спирта, эфира и ацетона (в равных частях) для удаления естественного жира и улучшения качества контакта. Для проверки последнего измеряют переходное сопротивление (т. е. сопротивление в месте перехода поверхность кожи — электрод), которое должно быть много меньше входного сопротивления усилителей (см. ниже). При большом сопротивлении ухудшается качество регистрации (выше уровень шумов, появляется наводка переменного тока 50 Гц, происходит шунтирование объекта). Для удовлетворительной регистрации величина переходного сопротивления не должна превышать 10—15 кОм при величине входного сопротивления прибора порядка 1 МОм. Обычно точное измерение переходного сопротивления производят с помощью переменного тока частотой 1000 Гц, так как при этом не возникает ошибка от поляризации электродов. Но в условиях электроэнцефалографии оказалось достаточным производить измерение по постоянному току, устраняя ошибку поляризации переключением полюсов и кратковременным измерением.
Измерение переходного сопротивления осуществляется с помощью омметра, помещенного или у электродной стойки или чаще всего на панели энцефалографа вместе с калибратором, и производится оно либо подключением различных электродов относительно земляного электрода, либо между двумя любыми электродами.
При наличии асимметрии в ЭЭГ, отводимой от симметричных точек полушарий, необходимо также проверить, одинаково ли значение переходных сопротивлений отводящих электродов. Это позволит утверждать, что наблюдаемая асимметрия является следствием различия биопотенциалов мозга, а не артефактом, связанным с наложением электродов. Величина сопротивления в цепи электродов зависит также от расстояния между электродами (межэлектродного расстояния). При прочих равных условиях с увеличением межэлектродного расстояния величина переходного сопротивления увеличивается, так как в этом случае между электродами находится больший участок ткани.
Международная система расположения электродов. При расположении электродов на поверхности головы требуется учитывать проекцию анатомических структур на те области поверхности головы, на которые устанавливаются электроды. Кроме того, необходимо иметь возможность точно определять положение электродов при повторных исследованиях для последующих сравнений записей и для сравнения результатов исследований, полученных на разных людях и в разных лабораториях. С этой целью комиссией Международного общества электроэнцефалографистов была разработана система расположения электродов, названная «Международной системой 10—20%», в которой соответствие между положениями каждого электрода с анатомическими структурами и областями коры было точно установлено рентгенологически и патологоанатомически, определены исходные точки отсчета, учтена вариабельность анатомических структур, а также размеров и формы черепа (Jasper, 1958).
Рис. 3. Расположение электродов по международной схеме 10—20% на проекции черепа (по Г. Джасперу, 1958). а — вид сбоку- б — вид спереди- в — вид сверху (сечение по височной линии).
Рис. 4. Схема расположения электродов на проекции мозга.
а — вид сверху- б —вид сбоку. Косая штриховка — височная область (Г), в клетку — затылочная (О), горизонтальная — теменная область (Р). не заштриховано — лобная область (Г).
Для простоты изложения системы проведем разбор на конкретном примере. Пусть расстояние между исходными точками: N (nasion — средняя точка лобно-носового шва — переносица) и / (inion — затылочный бугор) равно 36 см (рис. 3). Это расстояние принимается за 100%. При определении положения электродов расстояние между ними измеряется в 10 и 20% от исходного, благодаря чему система получила свое название. На расстоянии 10% от исходной точки 1 (что составляет в нашем примере 3,6 см) проходит линия затылочных электродов—0 (рис. 3,а).
Рис. 5. Схематическое изображение положения электродов на поверхности головы с их условными обозначениями (внешний круг нарисован на уровне nasion и inion, внутренний представляет височную линию электродов) (по Г. Джасперу, 1958).
На расстоянии 20% от этой линии (что составляет 7,2 см в пашем примере) проходит линия теменных электродов — Р. В 20% от Р лежит линия центральных электродов — С которая находится посередине между точками N и 1, т. е. на расстоянии 50% от обеих точек, в нашем примере это составляет 18 см. В 20% от линии С проходит линия лобных электродов.
На следующем этапе измеряется расстояние между двумя слуховыми проходами по линии С, которое принимается за 100% (рис. 3, б)- пусть оно в нашем примере также равно 36 см. Тогда на расстоянии 10% (3,6 см) от слуховых проходов в обоих полушариях определяются точки расположения височных электродов (Т3 и Т4). На расстоянии 7,2 см (20% от исходного) от точек Т3 и Т4 проходят линии, пересечение которых с ранее найденными линиями (затылочной, теменной, центральной и лобной) даст соответствующее положение электродов в обоих полушариях. Для определения положения лобных полюсных и остальных височных электродов измеряется расстояние NТз(Т4)1, принимаемое за 100% (рис. 3, в), в нашем примере пусть оно равно 26 см. Тогда на расстоянии 10% (2,6 см) от N по этой линии определяется положение лобных полюсных электродов (Fp, и FРа). На расстоянии 20% (5,2 см) от этих точек по линии NT3(Tt)I расположены точки, соответствующие электродам F7 и F8. На расстоянии 20% (5,2 см) от Т3 (и Т4) по той же линии находятся точки Т5 (и Т6), определяющие положения задних височных электродов.
На рис. 4 представлена схема расположения электродов по системе 10—20% на проекции анатомических структур мозга, соответствие между которыми получено с помощью рентгенологического и патологоанатомического исследований. Основные точки отведения биопотенциалов на этой схеме обозначаются в соответствии с теми областями мозга, на которые они проецируются, следующим образом: лобная — F (frontalis), центральная— С (centralis), теменная — Р (parietalis), затылочная О (occipitalis), височная — Т (temporalis).
Полное схематическое изображение всех положений электродов на поверхности головы в виде проекции сверху и их обозначения приведены на рис. 5. Положения электродов по средней линии обозначаются с индексом Z — zero, т. е. нулевой (Pz, Cz, Fz в средней части рисунка. Ушной электрод, т. е. электрод, накладываемый на мочку уха, обозначается А. Лобный полюс обозначается буквами Fp (р — polus). Электроды, расположенные на правой половинe головы, обозначаются четными номерами (02, Р4, С4, F4 и т. д.), на левой — нечетными (01, Р3, С3 и т. д.). Вместо цифр используют также индексы: d. — dextra (правый — О4, Р4 и т. д.), 5 — sinister (левый — Os, Ps, Fs и т. д.).
Таким образом, международная система предусматривает расположение на голове основных 19—20 электродов.
Отведение потенциалов с, конвекситальной поверхности мозга не всегда позволяет обнаружить имеющийся в глубине мозга патологический процесс и выявить его локализацию. Для выявления базальных поражений мозга используются специальные базальные (назо-фарингеальные) электроды, которые вводятся через нижние носовые ходы в направлении к основанию мозга после предварительной анестезии слизистой носа. Расположение этих электродов относительно мозга показано на рис. 3, а (Рg). Подробно о применении базального электрода будет сказано в главе VI.
При исследовании ЭЭГ больных с патологическим процессом диффузного характера можно ограничиться упрощенной схемой с 12 электродами, исключив из общей схемы FPl, F7, Fs, Т5 и Т6 и оставив один сагиттальный электрод — С7 или Р2. При записи обзорной энцефалограммы можно ограничиться 4 электродами с большим межэлектродным расстоянием—О1 02, F3 и F4. При использовании нестандартных положений электродов отведения обозначаются условно номерами с последующим переводом в содержательные обозначения тех анатомических структур, которым эти отведения соответствовали.
Способы отведения* биопотенциалов. Отведение любых биопотенциалов обязательно происходит с двух электродов, так как для их регистрации необходима замкнутая электрическая цепь: электрод — измерительная часть— второй электрод — ткань — электрод.
*Отведением называется присоединение любых двух укрепленных на голове электродов к измерительному прибору. 
Рис. 6. Способы отведений биопотенциалов.
а — биполярное- б — биполярное цепочкой- в — метод триангуляции (объяснение в тексте).
Источником колебаний потенциала является участок мозговой ткани, лежащий между этими двумя электродами. Однако на регистрацию процесса в значительной степени влияет активное и реактивное (емкостное) сопротивление тканей, лежащих над мозгом.
В зависимости от способа расположения этих двух электродов различают: 1) биполярное отведение- 2) монополярное- 3) отведение с усредненным электродом.
При биполярном отведении оба электрода располагаются над активной тканью, т. е. тканью, продуцирующей колебания потенциала (рис. 6, а). Биполярное отведение наиболее устойчиво от артефактов, оно дает относительно точное представление о локализации очаговых изменений биопотенциалов. При использовании малых межэлектродных расстояний (в клинической практике обычно 2—3 см) биполярное отведение является наиболее эффективным способом локализации очага, если он расположен недалеко от поверхности отведения.
Недостатками биполярного способа отведения являются: 1) взаимное погашение синфазных сигналов, находящихся под разными электродами- 2) трудность определения, за счет какого именно электрода наблюдается регистрируемая активность, так как оба электрода фиксированы над активной тканью. Последний недостаток может быть устранен при отведении биопотенциалов цепочкой (рис. 6, б). При этом способе отведения активность, расположенная под одним из электродов, выявится в тех общих биполярных отведениях, где этот электрод (или электроды) участвует.
Частный случай такого 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. Обозначим их цифрами 1, 2 и 3 (рис. 6, в). Эти электроды подключаются на три канала регистрации в таком порядке: 1—2, 2—3, 3—1 соответственно на каналы I, II и III. Тогда если под каким-то одним электродом (например, под 1) имеется какой-либо очаг электрической активности, то мы зарегистрируем эту активность в тех двух каналах, для которых данный электрод является общим (в нашем примере это будут каналы I и III). При этом на обоих каналах сигналы будут синфазны. Однако, если очаг будет расположен около электрода 2, мы зарегистрируем эту активность на I и II каналах и соответствующие колебания на одном канале будут в противофазе с такими же колебаниями в другом, потому что на один из каналов общий электрод подключен как первый в паре, а на другой — как второй, что и выразится в изменении полярности колебаний.
При монополярном отведении один из электродов (индифферентный) помещается на ткань, потенциал которой практически равен нулю или постоянен (при этом, конечно, необходимо соблюдать условие замкнутости цепи при небольшой величине сопротивления между электродами). Чаще всего при этом используют мочку уха (рис. 7, а). 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 свободен от 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, в частности локализованных в височной области (опухоль, эпилептический фокус и т. д.), потенциалы височной области при этом отведении сильно искажают характер регистрируемой биоэлектрической активности. Чтобы отдифференцировать в этом случае очаг височного расположения от очага в других областях полушария, параллельно монополярным отведениям производят запись хотя бы одного биполярного отведения (например, с электродов, расположенных на правой и левой височной области).
Вторым недостатком монополярного отведения является сильное различие в межэлектродных расстояниях при отведении от разных областей коры. 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.
Рис. 7. Монополярный способ отведения биопотенциалов.
а — с ушным электродом- б — с усредненным электродом.
Кроме того, при монополярном отведении с ушным электродом часто наблюдаются артефакты, связанные с пульсацией поверхностных сосудов мочки уха и механическими движениями этого электрода из-за его недостаточной фиксации.
Рис. 8. Коммутирующее устройство (селектор). Для простоты показан селектор для двух каналов энцефалографа и 8 положений электродов (по Ю. Г. Кратину и др., 1963).
Попытка найти индифферентную точку с истинно нулевым потенциалом и с одинаковым расстоянием до активного электрода привела к созданию метода отведения с усредненным электродом (Goldman, 1950). 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 «индифферентный» электрод (рис. 7, б). Подсоединение к измерительному прибору происходит с помощью этого искусственного «индифферентного» электрода и электрода, активность под которым хотят зарегистрировать. Достоинство регистрации с усредненным электродом — большая устойчивость записи и отсутствие артефактов, наблюдаемых при записи с ушным электродом (Joshii et al., 1966). Тем не менее и этот метод имеет свои недостатки. Если под одним из электродов наблюдаются колебания потенциала большой амплитуды (большие артефакт-ные волны, связанные с движением глазного яблока, эпилептоидные комплексы большой амплитуды и т. д.), то они проявляются во всех отведениях и тем сильнее, чем меньше шунтирующее сопротивление и меньше объединенных электродов.
Таким образом, каждый способ отведения биопотенциалов имеет свои преимущества и свои недостатки. В клинической практике обычно применяется комбинация нескольких способов отведений биопотенциалов, чтобы избежать ошибки, связанной с недостатками того или иного метода регистрации ЭЭГ.
В исследовательской работе выбор отведения зависит от поставленной задачи. При изучении активности какой-либо локальной области следует пользоваться монополярным способом отведения или отведением с усредненным электродом (Coll, 1958- Storm van Leeuwen, 1958- P. М. Мещерский, 1965). При изучении активности обширной области, а также в случае локальной диагностики поверхностных очагов предпочтительнее пользоваться биполярным отведением и методами отведения цепочкой и триангуляции.
Коммутация. Как мы видели выше, при работе на современных многоканальных электроэнцефалографических установках приходится иметь дело с множеством электродов, подключаемых на те или другие каналы в разных комбинациях. Быстрое подключение и смена различных комбинаций отведений возможны только при наличии специального коммутатора-селектора. Наиболее широко используемый тип его показан на рис. 8. Для простоты на нем приведено устройство для двух каналов и восьми положений электродов. Каждая сетка входных ламп усилителя соединяется с ползунком переключателя, который скользит по контактам, связанным с соответствующими гнездами щитка для подключения электродов. При выборе отведения следует поставить соответствующие номера электродов на коммутаторе.
