Оборудование для ЭЭГ

ЭЛЕКТРО­ЭНЦЕФАЛОГРАФЫ И ПРИБОРЫ ДЛЯ ЭЭГ-ВИДЕОМОНИТОРИНГА



Оборудование для ЭЭГ

Электроэнцефалограф или энцефалограф — это прибор для регистрации биоэлектрической активности мозга, которая отражает функциональное состояние головного мозга. Анализ функциональной активности головного мозга используется для диагностики патологической активности различного генеза: эпилепсии, опухоли, последствия черепно-мозговых травм, нарушения мозгового кровообращения, приобретённые и врожденные аномалии строения головного мозга. Процедура записи биоэлектрической активности называется электроэнцефалография (ЭЭГ), а получаемая запись – электроэнцефалограмма.

Установка для записи электроэнцефалограммы состоит из: электродов, лидов (провода соединяющие электроды с самим электроэнцефалографом), собственно электроэнцефалографа и компьютера для обработки полученных данных. В свою очередь сам электроэнцефалограф состоит из блока коммутатора, блока усилителей и фильтров, аналого-цифрового преобразователя(АЦП) и опционально может дополняться устройствами ввода и вывода информации.

Преимущественными отличиями электроэнцефалографии над другими диагностическими исследованиями мозга являются:

  • относительная дешевизна процедуры;
  • широкая распространенность электроэнцефалографов в медицинских учреждениях;
  • высокое временное разрешение ЭЭГ;
  • неинвазивность исследования;
  • отсутствие специальной подготовки к исследованию для пациента;
  • отсутствие лучевой нагрузки на пациента.

Классификация

На сегодняшний день существует множество различных типов электроэнцефалографов, оптимизированных под решения специальных задач. Их можно классифицировать на стационарные, амбулаторные и портативные, а также мобильные электроэнцефалографы и нейрогарнитуры. 

Тип электроэнцефалографаСтационарный АмбулаторныйПортативныйМобильный / Нейрогарнитура 
Характеристика Позволяет провести полноценную клиническую запись высокого качества в лечебном учреждении. Позволяет провести ЭЭГ на дому. Амбулаторный аппарат ЭЭГ используется во время расширенного чтения ЭЭГ. Амбулаторные ЭЭГ, которые часто используются для диагностики нарушений сна или судорожных припадков, записывают до 72 часов, в то время как традиционные тесты ЭЭГ записывают в течение 1-2 часов.Представляет собой компактный прибор, который может  возить с собой мобильная бригада врачей.   Представляет собой прибор, как правило с более низкими показателями качества записи ЭЭГ, однако с возможностью проводить исследование в состоянии движения пациента (прибор имеет батарею и работает без подключения к сети), а также прибор стоит дешевле обычного электроэнцефалографа.

Стационарный, амбулаторный и портативный электроэнцефалографы представляют собой вариацию одной структурной схемы электроэнцефалографов и различаются между собой только форм-фактором измененным под определенные задачи, размерами и дополнительными опциями.

Так стационарный электроэнцефалограф позволяет записывать короткие и продолжительные ЭЭГ исследования в стационаре или в других лечебно-профилактических учреждениях. Позволяет проводить фото/аудио или фоностимуляции, а также при наличии дополнительного оборудования позволяет проводить ЭЭГ-видеомониторинг. Таким образом стационарный электроэнцефалограф обладает самым широким спектром возможностей, но в тоже время он обладает малой мобильностью из-за больших размеров.

Амбулаторный электроэнцефалограф предназначен для проведения ЭЭГ записи вне лечебных учреждений. Он позволяет проводить длительные записи на дому для маломобильных пациентов, в комфортных для них условиях. Поскольку запись проводится дома, то она позволяет проводить более длительные исследования, а также в более привычной для человека обстановке, что уменьшает стресс-фактор и позволяет сделать ЭЭГ более информативным и позволяет выявить скрытые катализаторы эпилептиформной активности.

Портативный электроэнцефалограф обладает самыми минимальными размерами и помещается с сопутствующем оборудованием (электроды, аккамулятор и т.д.) в специальный небольшой контейнер для транспортировки. Портативный электроэнцефалограф позволяет проводить регистрацию биоэлектрической активности головного мозга на выездных обследованиях, а также в случаях когда необходимо проведение ЭЭГ исследованиях в экстренном порядке для немобильных пациентов: в реанимации или операционной.

Нейрогарнитуры, как правило, представляют собой беспроводную мобильную систему ЭЭГ, которая позволяет собирать сигналы мозга как клинического, так и исследовательского уровня. Система устроена таким образом, что модуль для диагностики мозговой активности устанавливается на голове, после чего происходит соединение с контроллером.

Ряд современных нейрогарнитур позволяют устанавливать высокую частоту дискретизации (500 Гц), с высоким разрешением (24 бит), а последние разработки в сфере электродов позволяют создать наиболее оптимальное входное сопротивление, что в целом создает возможность снимать высококачественное ЭЭГ не только в неподвижном состоянии для пациента, но и при занятии физическими упражнениями, а также дает возможность проводить исследование мозговой активности во время ежедневной деятельности пациента, например для выявления скрытой эпилептиформной активности.

На сегодняшний день существуют нейроганитуры разной ценовой категории, под различные задачи, будь то нейрофитнес, оценка нейрональной активности при вождении автомобиля или исследование биоэлектрической активности мозга в различных спортивных дисциплинах. Наибольшее развитие на сегодняшних день нейрогарнитуры получили в направлении интерфейс-мозг компьютер.

Однако к минусам современных нейрогарнитур можно отнести низкое качество сигнала в большинстве моделей, поскольку они обладают небольшим количеством электродов (2-8) и слабой техническим оборудованием для удешевления итоговой цены. Также к минусам можно отнести низкую надежность сигнала при активных физических нагрузках и непродолжительный период действия беспроводных гарнитур.

Основные характеристики электроэнцефалографа 

Частота дискретизации (англ. sample rate) — определяет количество обращений к аналоговому сигналу в единицу времени. Иными словами, это интервалы времени, которые разделяют отдельные точки цифрового сигнала после аналого-цифрового преобразования. Частота дискретизации измеряется в герцах (Гц), или в sps (англ. samples per second). Как правило в современных приборах составляет не менее 250 Гц.

Разрешение АЦП (англ. resolution) — это минимальное изменение аналогового (непрерывного) сигнала, которое способен зарегистрировать и обработать аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Разрешение определяется разрядностью АЦП.

Разрядность АЦП (англ. number of bits) — в свою очередь, определяет количество дискретных (прерывных)  значений, которые может дать на выходе преобразователь (АЦП). Разрядность измеряется в битах, и в большинстве современных электроэнцефалографии используется АЦП с разрядностью 24 бита. 

Полоса пропускания (англ. bandwidth) — это эффективная полоса частот, которую электроэнцефалограф может измерить в соответствии с частотой дискретизации и внутренними фильтрами усилителя. Основная часть биоэлектрической активности головного мозга находятся в диапазоне частот от 0,5 Гц до 80 Гц. Так большинство электроэнцефалографов используют усилители с полосой до 30-40 Гц, т.к. основные ритмы ЭЭГ находятся в данном диапазоне частот (дельта (0,5 – 4 Гц), тета (4-8 Гц), альфа (8 – 12 Гц), бета ( 16-24 Гц) – ритмы), что позволяет снизить уровень шума и сохранить при этом качество сигнала. Однако ряд исследований требуют более широкую полосу пропускания, например, при исследовании высокочастотного гамма ритма необходима полоса пропускания до 80 Гц.

Коэффициент подавления синфазного сигнала (англ. Common Mode Rejection Ratio, CMRR) — это способность усилителя устранять синфазный сигнал. Чем выше это значение, тем лучше характеристики усилителя. В электроэнцефалографе CMRR должен ослаблять электрический шум 50/60 Гц  (который создается электромагнитным излучением компьютера и сети) при одновременном усилении чистой мозговой активности. 

Входное сопротивление (англ. input impedance)  усилителя (импеданс усилителя) — является сопротивлением первого каскада усилителя. Входное сопротивление усилителя имеет фиксированное значение, обычно в мегомном диапазоне (1 МОм = 1 000 000 Ом) или выше. Входной импеданс усилителя должен быть как можно более высоким (Примерно в 100 раз больше импеданса электрода), чтобы избежать ослабления амплитуды сигнала и уменьшения CMRR.

Входное сопротивление (англ. input impedanceэлектрода (импеданс электрода) — определяется  импедансом между электродом и кожей. Определяется свойствами кожи, которые могут значительно варьироваться у разных людей, а также различается  в зависимости от расположения электродов, в зависимости от отдела головы (лобная, теменная, затылочная и височные доли) кожа будет различаться толщиной, разным слоем мертвых клеток кожи и количеством сальных желез, что напрямую влияет на входное сопротивление электрода. Чем меньше импеданс электрода, тем лучше для исследования, поскольку малое входное сопротивление электрода позволяет записывать более чистый сигнал.

Фильтрация сигнала  —  включает в себя настраиваемые фильтры высоких (ФВЧ) и низких (ФНЧ) частот, определяющие полосу пропускания, и режекторный фильтр, который способен избирательно уменьшать сигнал в узком частотном диапазоне. Также существует программная фильтрация сигнала, которая посредством использования специального программного обеспечения  позволяет устранять помехи создаваемые движением пациента или артефакты вызванные мышечной активность пациента, например миографические артефакты, вызванные морганием. 

Количество каналов  (англ. channel) – определяет возможное количество подключаемых электродов. От количества электродов будет зависеть качество ЭЭГ,  как правило для клинических исследований используют схемы наложения электродов 10-20, которая, как правило, требует  от 16-21 и более электродов. Нейроганитуры часто используют меньшее количество каналов (от 2 и более), что негативно сказывается на качестве записи, но позволяет сделать прибор относительно недорогим и обеспечить комфортное использование аппаратуры в массовых масштабах. Для проведения научных исследований может использовать схема наложения электродов 10-10, количество электродов в которой может превышать 100 и более электродов и ограничено только особенностями исследования.