Tìm hiểu tín hiệu điện não EEG
| Tên đề tài | Tìm hiểu EEG |
| Giảng viên hướng dẫn | TS. Nguyễn Phan Kiên |
| Bộ môn | Công nghệ điện tử và kĩ thuật y sinh |
| Khoa | Điện tử - Viễn thông |
| Trường | Đại Học Bách Khoa Hà nội |
| Sinh viên thực hiện | Nguyễn Quang Vũ, Vũ Đức Chính |
| Lớp | Điện tử y sinh K51 |
- A.Lời mở đầu
- B.Nội dung chính
- 1.Đặt vấn đề
- 1.1.EEG là gì?
- 1.2.Tại sao phải thu nhận tín hiệu EEG ?
- 2.Nguồn gốc của tín hiệu EEG
- 2.1.Cấu trúc giải phẫu và chức năng của não
- 2.2.Cấu tạo chức năng của tế bào thần kinh
- 2.3.Cách thức truyền tín hiệu của noron thần kinh
- 2.4.Điện thế nghỉ và điện thế hoạt động của não
- 2.5 Nguồn gốc của tín hiệu điện não
- 3 Thu nhận và đo đạc tín hiệu điện não
- 3.1Vị trí đặt điên cực chuẩn
- 3.2 Thu nhận tín hiệu điện não
- 4.Các dạng tín hiệu điện não
- 4.1.Các dạng tín hiệu điện não theo tần số
- 4.2.Các biến thể bình thường
- 4.3.Các dạng sóng phức hợp-dạng bệnh lý
- 4.4.Tín hiệu EEG bình thường khi thức
- 4.5.Tín hiệu EEG khi ngủ
- 5.Các ảnh hưởng tác động lên não ( nhiễu)
- 6.Phương pháp xử lí tín hiệu điện não
- 6.1.Biển đổi Fuorier
- 6.2.Biến đổi sóng
- 6.3.Định vị EEG
- 6.4. Phương pháp phân tích các thành phần độc lập( independent component analysis - ICA)
- 6.5. Các thuật toán xử lí EEG khác
- 7.Các máy thu nhận đo đạc tín hiệu điện não
- 7.1. Cấu tạo và chức năng của một số máy đo điện não
- 7.2.Thiết kế hệ thống thu nhận tín hiệu điện não
- 7.2.1.Sơ đồ khối
- 7.2.2. Sơ đồ nguyên lí hệ thống
- 7.2.3.Phân tích sơ đồ nguyên lí hệ thống
- 8.Bảng phân công công việc
- 9.Tài liệu tham khảo
- C.Kết luận
A.LỜI MỞ ĐẦU
Sức khỏe là vốn quí nhất của con người. Khi xã hội phát triển thì nhu cầu về chăm sóc sức khỏe, nhu cầu sử dụng các dịch vụ y tế của con người ngày càng đòi hỏi cao hơn. Do vậy các thiết bị y tế và kĩ thuật mới phải phát triển để hỗ trợ trong việc chẩn đoán, quan sát, theo dõi và xử lí các chiệu trứng bất thường và bệnh tật của con người.
Tín hiệu y sinh học chứa đựng lượng thông tin vô cùng phong phú rất có ích cho con người cho nên việc ghi lại và xử lí các tín hiệu y sinh học có ý nghĩa rất quan trọng.
Đề tài” Tìm hiểu điện não đồ EEG” bao gồm việc tìm hiểu cách thức bộ não phát sinh ra tín hiệu , phương pháp ghi lại các dạng tín hiệu phát ra từ não, phương pháp xử lí tín hiệu này như thế nào, các dạng sóng có ý nghĩa ra sao?... Do vậy nhóm em đã chọn đề tài “ Tìm hiểu điện não đồ” làm đề tài báo cáo trong môn Cơ Sở Điện Sinh Học.
Em xin cảm ơn thầy TS. Nguyễn Phan Kiên đã giúp đỡ nhóm trong quá trinh nhóm thực hiện bài báo cáo này. A.LỜI MỞ ĐẦU Sức khỏe là vốn quí nhất của con người. Khi xã hội phát triển thì nhu cầu về chăm sóc sức khỏe, nhu cầu sử dụng các dịch vụ y tế của con người ngày càng đòi hỏi cao hơn. Do vậy các thiết bị y tế và kĩ thuật mới phải phát triển để hỗ trợ trong việc chẩn đoán, quan sát, theo dõi và xử lí các chiệu trứng bất thường và bệnh tật của con người. Tín hiệu y sinh học chứa đựng lượng thông tin vô cùng phong phú rất có ích cho con người cho nên việc ghi lại và xử lí các tín hiệu y sinh học có ý nghĩa rất quan trọng. Đề tài” Tìm hiểu điện não đồ EEG” bao gồm việc tìm hiểu cách thức bộ não phát sinh ra tín hiệu , phương pháp ghi lại các dạng tín hiệu phát ra từ não, phương pháp xử lí tín hiệu này như thế nào, các dạng sóng có ý nghĩa ra sao? Do vậy nhóm em đã chọn đề tài “ Tìm hiểu điện não đồ” làm đề tài báo cáo trong môn Cơ Sở Điện Sinh Học. Em xin cảm ơn thầy TS. Nguyễn Phan Kiên đã giúp đỡ nhóm trong quá trinh nhóm thực hiện bài báo cáo này.
- B.NỘI DUNG CHÍNH
1.Đặt vấn đề
1.1.EEG là gì?
EEG là điện thế hoạt động của vỏ não phát ra. EEG được phát hiện bởi Berger năm 1924 bằng 1 dụng cụ đo dòng điện với 1 điện cực bề mặt trên đầu con trai ông và ghi lại được 1 mẫu nhịp nhàng những dao động điện. Tín hiệu này là phản hồi điện sinh học ngay tức khắc của tế bào não. Ngày nay, người ta cho rằng tín hiệu EEG giống như như tín hiệu EEG lấy từ lưỡng cực trong lớp tế bào hình chóp. Rất nhiều tế bào hình chóp và sợi thần kinh của nó được sắp xếp thẳng đứng. Sự sắp xếp này được đưa ra 1 dendro-somatic lưỡng cực hoặc điện thế là cái dao động do tác nhân kích thích gây ra. 1.2. Tại sao phải thu nhận tín hiệu EEG ? Não bộ của con người là một tổ chức phức tạp, tinh vi nhất của hệ thần kinh. Thông qua các giác quan như mắt, tai, da, bộ não tiếp thu các thông tin về thị giác, thính giác, xúc giác... để từ đó nhận thức ra đối tượng, xử lý và giai đáp thông tin qua các hình thức vận động. Do vậy bộ não giữ vai trò quan trọng trong hoạt động toàn diện, đa dạng của con người, giúp con người thích ứng với các hoàn cảnh xã hội. Ngày nay, khi thế giới ngày càng phát triển thì các bênh về não cũng ngày càng phát triển như: các bệnh về động kinh, viêm não,u não ….. Do vậy, việc thu nhận và xử lí tín hiệu điện não sẽ giúp chúng ta chẩn đoán chính xác được các bệnh về não. Vì thế, các bệnh nhân não sẽ có cơ hội được cứu chữa nhiều hơn. 2. Nguồn gốc của tín hiệu EEG
Trước khi làm rõ nguồn gốc phát sinh ra tín hiệu điện não chúng ta tìm hiểu một số nội dung sau:
2.1.Cấu trúc giải phẫu và chức năng của não Não người là phần trên và trước nhất của hệ thần kinh trung ương và là cơ quan chủ yếu trong điều hành hệ thần kinh ngoại vi. Não người nặng khoảng 1500 g (Williams và Warwick, 1989). Diện tích bề mặt của não khoảng 1600 cm², và dày khoảng 3 mm. Não gồm có : thân não, tiểu não, não trung gian và đại não.
2.1.1 Thân não: Thân não gồm các cấu trúc thần kinh: Hành não (Medula) Cầu não (Pons) Não giữa (Midbrain –Mesencephalon) Thân não có nhiều chức năng tự động khác nhau, như kiểm soát hô hấp, nhịp tim, huyết áp, sự ngủ, sự thức tĩnh, và sự chú ý.
- a)Hành não (hay còn gọi là hành tủy)
Hành não là phần trên của tủy sống, nối tủy sống với não bộ, dài khoảng 3 cm, chỗ rộng nhất 2,4 cm. Hành não có những đặc điểm giống tủy sống, nghĩa là vẫn còn mang tính phân đốt nhưng không rõ nét như ở tuỷ sống. Mặt ngoài của hành tuỷ cũng có các rãnh, bên trong có ống tủy. Phần ống tuỷ ở hành tuỷ phình rộng ra tạo nên não thất IV. Chất xám ở bên trong đã được tập hợp lại thành các hạch (nhân) thần kinh. Các dây thần kinh xuất phát từ các hạch cũng có rễ trước, rễ sau. Các rãnh và các rễ thần kinh đã chia hành tủy thành 3 cột: trước, bên, sau. Tại hành não có nhân của các đôi dây thần kinh não từ V – XII. b)Cầu não Cầu não nằm trên hành tuỷ, ngăn cách với hành tuỷ bởi rãnh hành - cầu. Cấu tạo gồm hai phần: phần nền và phần mái. Tại đây có các đôi dây thần kinh não số V, VI, Hình 1 cấu tạo của cầu não VII, VIII (V: sinh ba; VI: vận nhỡn ngoài; VII: thần kinh mặt; VIII: thính giác). Phần ống giữa tủy ở cầu não và hành não phình rộng ra tạo nên não thất IV chứa dịch não tuỷ. Cũng như hành tuỷ, trong cầu não có một số nơron tập trung lại thành các trung khu điều khiển, điều hòa một số hoạt động quan trọng như trung khu ức chế hô hấp ở cầu não, trung khu thần kinh vận mạch, trung khu ăn uống, trung khu nôn, trung khu tiết mồ hôi, trung.khu tiết nước mắt, trung khu hắt hơi, trung.khu hô hấp, trung khu nhấp nháy mắt. c)Não giữa Não giữa là phần ít biến đổi nhất trong quá trình phát triển của não. Não giữa gồm có hai phần: cuống não và củ não sinh tư. Cuống não (chân não), nằm ở phần trước của não giữa, phía trên cầu não. Cuống não có hai phần: phần nền và phần mái, được phân cách bởi các tế bào sắc tố (gọi là liềm đen). Củ não sinh tư nằm ở phần sau của não giữa, gồm: hai củ trên là trung khu của các phản xạ định hướng thị giác và hai củ não dưới là trung khu của các phản xạ định hướng thính giác. Nhờ đó cho phép ta quay đầu về hướng có kích thích âm thanh và nhận biết sự có mặt của ánh sáng, ngay cả khi ta nhắm mắt.
- 2.1.2.Tiểu não
Tiểu não là một cấu trúc lớn nằm sau cầu não và hành tuỷ, bị thùy chẩm của bán cầu đại não che khuất. Tiểu não được phát triển mạnh ở động vật có vú và chim. Tiểu não có ba thùy: một thùy giun ở giữa và hai bán cầu tiểu não ở hai bên. Bán cầu tiểu não được phát triển cùng với sự phát triển của bán cầu đại não và chỉ có ở động vật có vú. Tiểu não cũng do hai phần: chất xám và chất trắng tạo nên. Hình 2 cấu tạo tiểu não Tiểu não là khu vực lớn thứ hai, chịu trách nhiệm điều hòa trương lực cơ ,duy trì thăng bằng và kiểm soát hơn nữa sự vận động và phối hợp động tác
- 2.1.3.Não trung gian
Não trung gian nằm khuất giữa 2 bán cầu đại não. Cấu tạo gồm 4 phần: gò thị, vùng dưới gò, vùng trên gò, vùng ngoài gò. Bên trong có não thất III thông với cống Sylvius. Gò thị (hay đồi thị = hypothalamus): Gồm một đôi chất xám hình bầu dục lớn nối với nhau bằng mép xám. Gò thị là trung khu
Hình 3 cấu tạo não trung gian
cảm giác quan trọng dưới vỏ não. Nó vừa điều hòa các phản xạ dinh dưỡng vừa tham gia hình thành các phản xạ không điều kiện (PXCĐK). Vùng dưới gò (hay hạ đồi): Gồm hai phần: phần trước và phần sau. Phần trước có củ xám - là trung khu dinh dưỡng, có ảnh hưởng lên sự trao đổi chất và điều hòa thân nhiệt Phần sau có hai củ núm vú - là trung khu khứu giác dưới võ não. Hạ đồi chuyên biệt kiểm soát tuyến yên và do đó kiểm soát chức năng nội tiết nói chung, và nó có sự liên kết rộng lớn với các nhân thực vật ở thân não. Các sang thương hạ đồi có thể ảnh hưởng đến sự thèm muốn (appetite), thái độ cảm xúc, kiểm soát thân nhiệt, và nhiều hành vi bị ảnh hưởng bởi nội tiết và hệ thần kinh thực vật
- 2.1.4.Đại não và các dây thần kinh não
- a)Cấu tạo ngoài
Đại não là phần não cùng, được phát triển mạnh nhất, chiếm toàn bộ khối lượng và thể tích não bộ. Đại não gồm 2 nửa trái, phải đối xứng qua rãnh liên bán cầu với 3 mặt : mặt trên, mặt dưới, mặt trong. Trên bề mặt đại não có các khe, các rãnh ăn sâu vào trong chia bề mặt đại não thành các thuỳ, các hồi não. Bán cầu trái kiểm soát phần lớn chức năng của nửa phải cơ thể trong khi bán cầu phải điều khiển hầu hết chức năng nửa trái. Sự bắt chéo của các sợi thần kinh xảy ra ở thân não. Do đó, tổn thương ở bán cầu trái sẽ gây ra sự giảm cảm giác và vận động ở nửa phải và ngược lại. Mặt trên có 3 khe là khe Sylvius (khe bên); khe Rolando (khe giữa); khe thẳng góc ngoài (khe đỉnh thẩm), chia mặt ngoài thành 4 thùy: thùy trán, thùy đỉnh, thùy chẩm, thùy thái dương. Mặt trong có 3 khe: khe dưới trán, khe thẳng góc trong, khe cựa. Ba khe này chia BCĐN thành 5 thùy: thùy vuông, thùy viền, thùy chêm, thùy thái dương. Mặt dưới có 2 khe là khe Bisa, khe sylvius, chia mặt dưới thành 2 thùy: thùy ổ mắt (ở phía trước) và thùy thái dương - chẩm (ở phía sau).
Hình 4 hình ảnh não bộ nhìn từ các hướng khác nhau
- b)Cấu tạo trong
Bổ dọc đại não, quan sát thấy có 2 phần: phần chất xám và phần chất trắng. Ngoài ra bên trong có não thất bên (gồm não thất I và não thất II) Phần chất xám. Phân bố tập trung ở phần vỏ bán cầu đại não. Phần còn lại là các nhân nền như nhân đuôi, nhân bèo, nhân trước tường và thể hạnh nhân. Trong đó nhân đuôi và nhân bèo là trung khu dưới vỏ cao nhất, điều hòa nhiệt và các chức năng Phần chất trắng: nằm dưới chất xám tạo thành khối dày đặc, bao gồm hệ thống các sợi liên hợp cùng bên, các sợi liên bán cầu, các sợi dẫn truyền li tâm và hướng tâm. Trong đó hệ thống liên bán cầu là lớn nhất, tạo thành thể chai. Phía dưới thể chai có một bó sợi chất trắng khác là tam giác não. Não thất bên: là 2 khe hẹp nằm trong khối chất trắng của 2 bán cầu đại não gọi là não thất I và não thất II. Nó thông với não thất III của não trung gian, trong chứa đầy chất dịch (dịch não tuỷ).
- 2.2.Cấu tạo chức năng của tế bào thần kinh.
- 2.2.1 Bộ phận chính của tế bào thần kinh
Dựa vào cấu trúc và chức năng tế bào thần kinh được chia làm ba bộ phận chính Thân tế bào hay gọi là soma Các tua ngắn phát triển từ soma gọi là đuôi gai(dendrites) Sợi thần kinh đơn dài hay sợi trục(axon) Thân tế bào của tế bào thần kinh tương tự như tất cả các loại tế bào khác, bao gồm nhân, ti thể, lưới nội bào, ribosome, và các vi cơ quan khác. Đuôi gai là bộ phận tiếp nhận xung thần kinh từ các tế bào khác và chuyển chúng tới thân tế bào. Tác động của xung nhận được này có thể là kích thích hoặc ức chế. Một nơron não có thể tiếp nhận các xung động từ hàng chục thậm chí hàng trăm các nơron khác. Sợi trục thần kinh là phần dài nhất, chuyển tín hiệu từ thân tế bào tới các các tế bào thần kinh hoặc tới tế bào cơ khác. Axon có thể được bao bọc bên ngoài bởi bao myelin. Bao myelin không liền mảnh mà bị chia thành các đoạn, tách biệt thành các khoảng đều đặn bởi Node Ranvier.
Hình 5 thành phần chính của neuron
- 2.2.2 Màng tế bào
Tế bào được bọc kín bởi màng tế bào, màng tế bào có chiều dày khoảng 7.5 – 10 nm. Cấu trúc và thành phần của màng giống như film bong bóng xà phòng do thành phần chính của nó là axit béo. Axit béo này được gọi là phosphoglycerides. Phosphoglyceride gồm acid phophoric và acid béo được gọi là glyceride. Phần đầu của phân tử phosphoglyceride là hydrophilic, thành phần này háo nước. Phần đuôi của acid béo gồm các chuỗi hidrocacbon gọi là hydrophobic thành phần này kị nước. Khi đặt các phân tử acid béo trong nước thì chúng xếp thành các chụm nhỏ, phần đầu của acid hay thành phần háo nước quay ra bên ngoài, và phần đuôi hidrocacbon kị nước quay vào trong. Nếu lớp phân tử khác được thêm vào và đổ thêm nước thì các đuôi hidrocacbon sẽ xếp thành hàng, hình thành lớp kép. Lớp kép này là cấu trúc cơ bản của màng tế bào.
Hình 6 Phosphoglyceride phản ứng với nước.
Hình
7
cấu
trúc
của
màng
tế
bào.
Theo quan điểm điện sinh học, kênh ion là thành phần quan trọng của màng tế bào. Kênh ion là lỗ lớn xuyên qua màng tế bào cho phép các ion Na , K , Cl đi qua màng tế bào. Dòng chuyển dời của các ion này qua màng tế bào hình thành nên hiện tượng điện sinh học.
- 2.2.3.Synapse.
Mối nối giữa một axon và tế bào kế tiếp mà chúng trao đổi thông tin được gọi là synapse. Thông tin tạo ra từ thân tế bào truyền theo một hướng duy nhất tới synapse. Phần synapse cạnh axon được gọi là presynaptic terminal, phần cạnh tế bào kế tiếp gọi là postsynaptic terminal.
- 2.3.Cách thức truyền tín hiệu của noron thần kinh.
Sự kích truyền trong một sợi trục như một xung động thần kinh không suy hao. Sự chênh lệch điện thế giữa vùng hưng phấn và không hưng phấn của một sợi thần kinh có thể gây ra dòng nhỏ, ngày nay chúng được gọi là những dòng mạch nội tại, chảy qua giữa chúng theo một hướng và kích thích vùng không hưng phấn Sự kích hoạt thường bắt đầu từ thân. Sự kích hoạt trong dạng của xung thần kinh thấy đầu tiên tại gốc sợi trục, đoạn bắt đầu sợi trục, thường được gọi là đồi nhỏ sợi trục, từ đó nó được truyền dọc sợi trục. Vận tốc lan truyền phụ thuộc đặc tính điện và hình dạng của sợi trục. Một đặc tính quan trọng của màng là sự thay đổi độ dẫn natri do hoạt hóa. Giá trị độ dẫn cực đại của natri càng cao giá trị dòng ion natri cực đại càng lớn và tốc độ thay đổi điện thế màng càng lớn. Dẫn đến chênh lệch điện áp lớn hơn, làm tăng dòng nội tại, sự kích thích nhanh hơn tốc độ dẫn tăng lên. Sự giảm điện thế ngưỡng tạo điều kiện thuận lợi cho sự khởi động quá trình hoạt hóa. Điện dung của màng trên đơn vị chiều dài xác định số lượng điện tích cần thiết để đạt được một điện thế nhất định và vì vậy tác động đến thời gian cần thiết đạt được đến ngưỡng. Những giá trị điện dung càng lớn, với những tham số khác không đổi,thì vận tốc truyền dẫn chậm hơn. Vận tốc cũng phụ thuộc vào điện trở suất của môi trường ở trong và ngoài màng vì những yếu tố này cũng ảnh hưởng đến hằng số thời gian khử cực. Trở kháng càng nhỏ, hằng số thời gian càng nhỏ, vận tốc truyền dẫn càng nhanh hơn. Nhiệt ảnh hưởng lớn đến hằng số thời gian của độ dẫn điện natri; nhiệt độ giảm sẽ làm giảm vận tốc truyền dẫn. Hiệu ứng nói trên được phản ánh trong công thức của Muler and Markin (1978) sử dụng một hàm dòng ion phi tuyến lí tưởng. Vận tốc truyền của xung thần kinh trong sợi trục không có bao myelin:
(2.1)
Trong đó v = vận tốc xung thần kinh [m/s] iNa max = dòng natri cực đại trên một đơn vị chiều dài [A/m] Vth = điện áp ngưỡng [V] ri = trở kháng theo trục trên một đơn vị chiều dài [Ω/m] cm = điện dung của màng trên một đơn vị chiều dài [F/m] Một sợi trục có bao myelin (bao quanh bởi bao myelin) có thể phát sinh xung thần kinh chỉ ở các nút (eo) Ranvier. Trong những sợi trục này xung động thần kinh lan truyền từ nút này sang nút khác, minh họa trong hình 2.12. Một sự lan truyền như vậy được gọi là sự truyền dẫn bước nhảy ( saltare, "để nhảy " tiếng Latin). Điện dung màng trên đơn vị chiều dài của một sợi trục có bao myêlin nhỏ hơn nhiều so với một sợi trục không có bao myelin. Vì vậy vỏ myelin tăng tốc độ truyền dẫn. Trở kháng của bào tương sợi trục trên đơn vị chiều dài tỉ lệ ngịch với tiết diện ngang của sợi trục và bình phương của đường kính. Điện dung màng trên đơn vị chiều dài tỉ lệ thuận với đường kính. Vì hằng số thời gian hình thành từ hợp chất hóa học kiểm soát điện thế màng, có thể giả thiết hợp lý rằng vận tốc tỉ lệ nghịch với hằng số thời gian. Trên cơ sở này vận tốc truyền dẫn của sợi trục có bao myêlin sẽ tỉ lệ thuận với đường kính của sợi trục. Điều này được chỉ rõ trong Hình 2.13, sơ đồ chỉ ra vận tốc truyền dẫn trong những sợi trục có bao myêlin ở loài có vú như là phụ thuộc tuyến tính vào đường kính. Vận tốc truyền dẫn trong sợi trục có bao miêlin cho giá trị xấp xỉ sau: v = 6d (2.2) Trong đó v = vận tốc [m/s] d = đường kính sợi trục [µm]
Hình
8
Độ
dẫn
của
xung
thần
kinh
trên
một
sợi
trục
thần
kinh.
(A)
Độ
dẫn
liên
tục
trong
sợi
trục
không
có
bao
myelin;
(B)
Sự
truyền
dẫn
nhảy
bước
trong
một
sợi
trục
có
bao
myelin.
Hình
2
Xác
định
vận
tốc
truyền
dẫn
của
một
xung
động
thần
kinh
trong
một
sợi
trục
có
bao
miêlin
động
vật
có
vú
theo
đường
kính
bằng
thực
nghiệm.
- 2.4.Điện thế nghỉ và điện thế hoạt động của não
Não con người có xấp xỉ 100 tỉ nơron hoặc tế bào thần kinh. Tế bào cơ thể người gồm nhiều nucleus, nhánh được gọi là đường“ processes”. Tế bào thần kinh dài nhất là sợi trục axon là tế bào có thể mang tín hiệu ra ngoài. Một axon có thể kéo dài từ hệ thông nơron trung tâm CNS đến ngón cái hoặc ngón trỏ và có thể nối được với cơ.
Nơron
- 2.4.1.Điện thế màng nghỉ
Nơron gửi những thông tin qua quá trình điện hóa học. Khi những hóa chất trong cơ thể được nạp điện, chúng được gọi là những ion. Những ion quan trọng trong CNS là Na+ và K+, Ca++ và Cl-. Có 1 số phân tử protein tích điện âm. Những tế bào thần kinh vây quanh 1 màng nơi cho phép 1 số ion đi xuyên qua trong khi ngăn chặn không cho các ion khác đi qua. Loại màng này được gọi là màng bán thấm. Khi 1 nơ ron không thể truyền tín hiệu tức là nó ở trạng thái nghỉ. Khi 1 nơ ron ở trạng tháí nghỉ, bên trong của nơ ron âm hơn bên ngoài. Sự tập trung của những ion khác nhau cố gắng để cân bằng cả 2 phía của màng nhưng chưa tới 1 trạng thái bằng phẳng của mật độ do màng thế bào chỉ cho phép những ion đặc biệt đi qua kênh ion. Ở trạng thái nghỉ, ion K+ có thể đi qua màng 1 cách dễ dàng trong khi ion Cl- và ion Na+ bị ngăn lại. Phân tử protein tích điện âm (A-) trong nơ ron cũng bị chặn bởi màng tế bào. Cuối cùng, khi tất cả các lực ở trạng thái cân bằng, điện thế giữa bên trong và bên ngoài nơ ron xấp xỉ -70mV. Đó là điện thế màng nghỉ của nơ ron.
- 2.4.2. Điện thế hoạt động
Điện thế hoạt động xảy ra khi 1 nơ ron truyền thông tin từ 1 tế bào này sang tế bào khác. Điện thế hoạt động là 1 sự bùng nổ của hoạt động điện cái được thiết lập bởi 1 dòng khử cực. Nghĩa là có 1 tác nhân kích thích làm cho điện thế nghỉ tăng qua 0mV. Khi sự khử cực tới -55mV, giới hạn của 1 nơ ron, nó sẽ phát ra 1 điện thế hoạt động. Nếu không tới được nấc ngưỡng giới hạn này thì không có điện thế hoạt động. Hơn nữa, khi đạt được ngưỡng, một điện thế hoạt động của 1 đại lượng cố định luôn được phát ra. Nên với bất kì nơ ron nào, độ lớn điện thế hoạt động là giông nhau. Nó được gọi là nguyên tắc “tất cả hoặc không”.
Hình 9 Đồ thị điện thế hoạt động của màng Nguyên nhân của điện thế hoạt động là sự trao đổi của các ion qua mang tế bào. Khi bị kích thích, tính thấm của màng ở nơi bị kích thích thay đổi, màng chuyển từ trạng thái nghỉ sang trạng thái hoạt động, lúc này kênh Na+ mở, Na+ ồ ạt tràn vào bên trong do chênh lệch gradien nồng độ, gây mất phân cực (khử cực) rồi đảo cực (còng gọi là khử cực quá độ) gây nên gây nên sự chênh lệch điện thế theo hướng ngược lại, trong (+) và ngoài (-). Kênh Na+ mở ra trong khoảnh khắc rồi đóng lại. Ngay khi Na+ chưa đóng thì kênh K+ đã mở ra, K+ lập tức tràn qua màng ra ngoài, gây hiện tượng tái phân cực. Quáz trình biến đổi trên chính là quá trình hình thành điện thế hoạt động, gọi tắt là điện động hay xung điện. Chính lúc Na+ vừa tràn vào, bên trong màng tích điện (+) đã tạo nên một dòng ion chạy từ điểm bị kích thích sang vùng tiếp giáp mang điện tích (-) và kích thích màng ở vùng này gây nên sự thay đổi tính thấm và làm cho kênh Na+ mở, lại xuất hiện sự mất phân cực, đảo cực và khi kênh K+ mở, K+ tràn ra gây tái phân cực và cứ thế tiếp diễn làm cho xung được lan truyền dọc sợi thần kinh. Thực tế, điện thế hoạt động vượt qua -70mV từ lúc kênh Kali mở. Dần dần, sự tập trung ion trở lại để cân bằng và điện thế tế bào lúc này lại xấp xỉ -70mV.
Hình 10
- 2.5 Nguồn gốc tín hiệu điện não
Vỏ não là nguồn gốc của các hoạt động điện của não thu được từ bề mặt của da đầu, các dạng khác nhau của hoạt động điện và dấn tới trường điện thế được tạo ra bởi các tế bào thần kinh vỏ não.
Hình 11 Cấu trúc của vỏ não
Sự sắp xếp của các tế bào ở các khu vực khác nhau trên vỏ não là khác nhau, mỗi vùng có kiểu hình thái khác nhau. Hầu hết các tế bào vỏ não được sắp xếp thành các cột, trong các cột này các neuron được phân bố dọc theo trục chính của các cây dạng nhánh, song song với mỗi cây khác và trực giao với bề mặt vỏ não.
Hình 12 Cấu trúc các lớp khác nhau của vỏ não. Pyramidal là thành phần chính trong lớp III và lớp V, hai lớp này phản ứng chính đối với sự phát sinh tín hiệu điện tim.
Vỏ não gồm các lớp khác nhau, các lớp này là không gian của cấu trúc các tế bào thần kinh đặc biệt, với các trạng thái và chức năng khác nhau trong đáp ứng xung điện. Neuron pyramidal là thành phần cấu tạo chủ yếu của vỏ não. Điện thế EEG ghi được từ các điện cực được đặt tiếp xúc với lớp da đầu là sự tổng hợp các thay đổi về điện thế ngoài của tế bào Pyramidal. Màng tế bào pyramidal không bao giờ trong trạng thái nghỉ bởi vì nó bị tác động liên tiếp bởi hoạt động sinh ra do các neuron khác có các liên kết synaptic. Các liên kết synaptic có thể là kích thích hoặc ức chế sự thay đổi tương ứng tính thẩm thấu của màng tế bào đối với ion K và ion Cl làm phát sinh dòng điện.
Hình 13 Dòng điện bên trong tế bào pyramidal lớn. Dòng ion được thiết lập cho phép cân bằng điện tích giữa bên trong và bên ngoài màng tế bào.
Dòng điện sinh ra do điện thế của postsynaptic kích thích (EPSP) được thể hiện ở hình 2. Điện thế postsynaptic kích thích là tổng hợp của dòng đi vào trong màng tế bào gây ra bởi các ion dương và dòng đi ra ngoài màng tế bào tạo dọc theo phần mở rộng của tế bào extra- synaptic. Điện trường bên ngoài tế bảo là hàm của điện thế xuyên màng
Trong đó là điện thế bên ngoài màng, là bán kính của sợi trục hoặc tua gai, là điện thế xuyên màng , là độ dẫn môi trường bên trong tế bào, là độ dẫn của môi trường bên ngoài tế bào. Mặc dù các điện thế bên ngoài tế bào riêng rẽ là nhỏ nhưng tổng điện thế của chúng cũng đáng kể đối với nhiều tế bào. Điều này là do các neuron pyramidal được kích hoạt tức thời lớn hơn hoặc nhỏ hơn cách mà liên kết synaptic và các thành phần dọc trục của dòng bên ngoài màng được thêm vào, trong khi đó các thành phần nằm ngang lại có xu hướng làm giảm điện thế này. Ngoài ra các nguồn khác cũng góp phần tạo ra tín hiệu EEG. Sự giảm điện thế màng tế bào tới mức giới hạn xấp xỉ 10 mV nhỏ hơn điện thế tái khử cực tại trạng thái nghỉ của màng tế bào. Điện thế hoạt động của các neuron não là nguồn gốc của EEG. Nhưng chúng góp phần nhỏ trong việc tạo ra tín hiệu EEG ghi được tại bề mặt của não. Do chúng thường hoạt động không đồng bộ trong cùng một thời gian đối với một số lượng lớn các sợi trục, các sợi trục này di chuyển theo nhiều hướng tương đối với bề mặt vỏ não. Nguyên nhân khác là phần của màng tế bảo bị khử cực bởi điện thế hoạt động tại các thời điểm cố định nhỏ hơn so với thành phần của màng tế bào được kích thích bởi một EPSP và điện thể hoạt động tồn tại trong thời gian ngắn hơn( cỡ 1 - 2ms) so với của EPSPs hoặc IPSPs là 10 – 250ms. Qua các quan điểm trình bày ở trên thì EEG thu được tại bề mặt da đầu có thể coi là kết quả của nhiều thành phần tích cực, trong đó điện thế của postsynaptic từ tế bào pyramidal là thành phần chính tạo ra tín hiệu điện não.
- 3. Thu nhận và đo đạc tín hiệu điện não (recording and measurement EEG signal)
- 3.1. Vị trí đặt điện cực chuẩn
Hiệp hội quốc tế về sinh lí thần kinh lâm sàng và điện não đề đưa ra chuẩn đặt điện cực cho 21 điện cực(gồm cả điện cực tại dái tai) được chỉ ra ở hình dưới đây.
Hình 14 Vị trị đặt điện cực chuẩn hệ thống 10 - 20 Các điện cực đặt tại dái tai được gọi là A1, A2 được nối tương ứng với tai trái và tai phải được sử dụng làm điện cực tham chiếu. Hệ thống 10-20 tránh đặt điện cực tại vị trí nhãn cầu, và cân nhắc một vài khoảng cách không đổi bởi sử dụng các mốc giải phẫu cụ thể. Các điện cực lẻ được đặt bên trái và các điện cực lẻ được đặt bên phải. Để thiết lập số lượng các điện cực nhiều hơn mà vẫn tuân theo qui ước trên, các điện cực còn lại ngoài 21 điện cực chuẩn được đặt giữa các điện cực trên và cách đều nhau giữa chúng. Ví dụ C1 được đặt giữa C3 và Cz. Hình sau thể hiện bố trí mắc 75 điện cực bao gồm điện cực tham chiếu
Hình 15 sơ đồ hệ thống điện cực 75 điện cực Hai dạng khác nhau dùng để ghi tín hiệu điện não là dạng vi sai và dạng tham chiếu. Đối với dạng vi sai hai đầu vào của mỗi bộ khuếch đại vi sai là hai cực, còn kiểu tham chiếu thì chỉ một trong hai điện cực tham chiếu được dùng. Một kiểu bố trí điện cực tương tự khác là hệ thống vị trí điện cực Maudsley, hệ thống 10 – 20 được thay đổi để chụp ghi được tín hiệu từ tiêu điểm động kinh trong việc thu tín hiệu động kinh. Chỉ có một sự khác nhau giữa hai hệ thống này là các điện cực bên ngoài được làm nhẹ hơn một chút cho phép ghi tín hiệu động kinh được tốt hơn. Ưu điểm của hệ thống này là diện tích được trùm bởi mũ điện cực được mở rộng, do đó làm tăng độ nhạy khi ghi lại tín hiệu điện não. Hình 3 là tín hiệu điện não thu được từ người trưởng thành bình thường
Hình 16 tập hợp các tín hiệu EEG thu được trong thời gian 7s từ hoạt động não của người trưởng thành thần kinh bình thường
- 3.2 Phương pháp thu nhận tín hiệu điện não
Việc thu nhận các tín hiệu và hình ảnh từ các bộ phận của cơ thể người trở thành cần thiết cho việc chẩn đoán sớm các loại bệnh tật. Dữ liệu thu được có thể dưới dạng điện sinh học như tín hiệu điện tim, tín hiệu điện cơ đồ EMG hay tín hiệu điện não EEG, từ não đồ MEG … Các phương pháp đo đạc được dùng có thể là siêu âm, chụp CT, hay ảnh cộng hưởng từ MRI hoặc cộng hưởng từ chức năng fMRI, chụp positron cắt lớp PET. Các hoạt động thần kinh điện đầu tiên được ghi lại bằng máy điện kế đơn giản. Để khuếch đại sự thay đổi của các điểm một tấm gương được sử dụng để phản xạ ánh sáng được chiếu ra từ điện kế lên bức tường. Sau đó, điện kế Arsonval được gắn vào một cuộn dây có thể di chuyển được, do đó ánh sáng tập trung trên gương sẽ bị phản xạ khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây này. Điện kế mao dẫn được tạo ra bởi Lippmann và Marey. Điện kế dây rất nhạy và đo chính xác hơn được Einthoven giới thiệu vào năm 1903. Điện kế này trở thành dụng cụ đo chuẩn trong vài thập kỉ và được cho phép sử dụng ghi lại hình ảnh. Các hệ thống đo tín hiệu EEG gồm số lượng lớn các điện cực tinh vi, các mạch khuếch đại vi sai (cho mỗi kênh), bộ lọc và đồng hồ ghi có mũi kim chỉ. Tín hiệu EEG đa kênh được ghi lại lên tấm giấy nhẵn hoặc giấy có ô lưới. Ngay sau đó, hệ thống đo tín hiệu EEG này được tung ra thị trường, các nhà nghiên cứu bắt đầu tìm kiếm hệ thống được máy tính hóa, hệ thống này số hóa và lưu trữ tín hiệu. Do vậy để phân tích tín hiệu EEG, ban đầu phải hiểu rằng tín hiệu được chuyển sang dạng số. Số hóa tín hiệu bao gồm các bước: lấy mẫu, lượng tử hóa, và mã hóa tín hiệu. Khi số cực được sử dụng càng tăng thì số lượng dữ liệu càng lớn, tức số bít để mã hóa tín hiệu cũng nhiều hơn. Hệ thống được máy tính hóa cho phép thiết lập các kiểu khác nhau, mô phỏng và lấy mẫu tần số và trong một số trường hợp tích hợp cả các công cụ xử lí tín hiệu đơn giản hoặc hiện đại giúp nâng cao hiệu quả quá trình xử lí tín hiệu. Quá trình biến đổi từ tín hiệu EEG tương tự sang dạng số được thực hiện bởi bộ chuyển đổi số tương tự đa kênh. Dải tần hiệu quả cho tín hiệu EEG xấp xỉ 100Hz. Do đó tần số lấy mẫu nhỏ nhất là 200 mẫu/s thỏa mãn qui tắc Nyquist là đủ để lấy mẫu tín hiệu EEG. Trong một số ứng dụng các hoạt động của não được quan sát đòi hỏi độ phân giải cao hơn tần số lấy mẫu có thể lên tới 2000 mẫu/ s. Để duy trì thông tin chẩn đoán thì quá trình lượng tử hóa tín hiệu thông thường phải rất tốt. Các hệ thống ghi tín hiệu EEG phổ biến sử dụng các mẫu tín hiệu dưới dạng 16bits. Các điện cực ghi điện tim có độ chính xác cao chủ yếu được sử dụng để thu thập dữ liệu chất lượng cao. Các loại điện cực được sử dụng trong hệ thống ghi tín hiệu điện não như: Điện cực dùng một lần (dạng gel) Điện cực có thể sử dụng nhiều lần( vàng, bạc, thép hoặc tin) Điện cực kẹp và chụp đầu Điện cực được nhúng mặn Điện cực dạng kim Khi ghi đa kênh với số lượng lớn của các điện cực, thì điện cực dạng mũ chụp thường được dùng. Thông thường điện cực dạng mũ chụp gồm đĩa Ag – AgCl có đường kính nhỏ hơn 3 mm, với các cực linh hoạt có thể gắn vào bộ khuếch đại. Điện cực kim phải được cắm dưới vỏ não với độ sâu nhỏ nhất có thể. Trở kháng cao giữa điện cực và da đầu cũng như các điện cực có trở kháng cao cũng có thể dẫn tới méo dạng tín hiệu. Do vậy các máy ghi điện não thương mại thông thường được trang bị bộ phận theo dõi trở kháng. Để đảm bảo việc ghi tín hiệu điện não chính xác, trở kháng của điện cực phải nhỏ hơn 5 k , tốt nhất là 1k Cân bằng với các điện cực khác trong mũ. Tương ứng với từng cấu trúc lớp và xoắn của não sự phân bố các điện cực lên da phù hợp.
- 4.Các dạng tín hiệu điện não
- 4.1. Các dạng tín hiệu điện não theo tần số
Năm 1924, nhà tâm thần học người Áo tên là Hans Berger là người đầu tiên ghi được EEG. Ông nhận thấy trên bản ghi EEG bình thường, nhịp của các sóng điện não gồm có vài loại. Nhịp sóng dễ thấy nhất được Berger đặt tên cho là nhịp hay sóng alpha (alpha wave, alpha rhythm). Đôi khi người ta cũng gọi là nhịp Berger (Berger rhythm) nhằm vinh danh ông. Các sóng này thường có biên độ khoảng 50 microvolts (mặc dù cũng có thể giao động từ 5 tới 100 microvolts) và xuất hiện 8-13 lần trong 1 giây (8-13 Hertz). Sóng này thấy rõ nhất ở phần phía sau của não người, vốn là nơi xử lý các tín hiệu thị giác, tức là vùng chẩm (occipital region). Vì vậy, đôi khi người ta còn gọi nhịp alpha là nhịp trội ở phía sau (the posterior-dominant rhythm). Sóng alpha trở nên rõ nhất khi ta nhắm mắt lại. Nó bị triệt tiêu khi ta mở mắt. Như vậy sóng alpha là dấu hiệu cho biết não đang ở tình trạng không chú ý (inattentive brain), và đang chờ để được kích thích. Thực tế là có một vài tác giả đã gọi nó là “nhịp chờ đợt” ("waiting rhythm"). Nói một cách hình ảnh, ta có thể hình dung nó như là một người đang sốt ruột chờ đợi, với biểu hiện nhịp 2 chân hay gõ ngón tay trên mặt bàn, chờ đợi được vùng đứng dậy làm một việc gì đó. Khi mà không còn phải chờ đợi nữa (bằng cách mở mắt hay tính nhẩm trong đầu), thì sóng alpha cũng biến mất. Ở các phần vùng trán của não (frontal region), có một sóng nhanh hơn, gọi là sóng beta (beta wave). Nó xuất hiện 13-35 lần trong 1 giây, nhưng có biên độ dưới 30 microvolts. Còn một loại sóng khác nữa, gọi là sóng theta (theta wave), thì có tần số 4-8 Hz, và thường thấy khi đang trong tình trạng buồn ngủ và trong các giai đoạn ngủ nông (light stages of sleep). Dạng sóng thứ tư là sóng delta (delta wave) thì hiếm khi ghi được trên người bình thường đang thức tỉnh, nhưng bình thường vẫn thấy khi ngủ sâu (deep sleep) hoặc vào lúc tỉnh giấc của trẻ nhỏ. Sóng delta là sóng có biên độ cao nhất trong tất cả các sóng điện não. Nói chung nếu nó xuất hiện trên một người lớn (trừ khi đang ngủ) thì chứng tỏ não có vấn đề nào đó: ví dụ u não, động kinh, tăng áp lực nột sọ, khiếm khuyết về trí tuệ, hay hôn mê. Khi đã xuất hiện, thì nó có khuynh hướng thay thế cho nhịp alpha. Cả sóng beta lẫn sóng delta đều không bị ảnh hưởng bởi mở mắt hay nhắm mắt. Chi tiết: Tần số của sóng tức là số lượng của sóng đó trong một đơn vị thời gian, ở đây là trong 1 giây. Tần số của các sóng điện não ở vào khoảng từ 0,5/giây cho tới vài trăm/giây. Tuy nhiên các máy ghi EEG thường chỉ ghi được các sóng có tần số dưới 26/giây. Các sóng được phân biệt bởi tần số, và được chia thành các loại sau: Alpha là những sóng có tần số trong khoảng từ 7,5 tới 13 sóng/giây (Hz). Thường thấy rõ alpha nhất là ở các vùng phía sau của đầu, cả 2 bên, nhưng thường bên bán cầu ưu thế thì có biên độ (chiều cao) cao hơn. Alpha thường rõ lên khi nhắm mắt và thư giãn, và biến đi khi mở mắt hoặc thức tỉnh cảnh giác bởi bất cứ cơ chế nào (suy nghĩ, đếm). Đây là nhịp sóng chủ yếu thấy được trên người lớn bình thường và thư giãn – sóng hiện diện trong hầu hết các thời kỳ của cuộc đời, nhất là khi trên 30 tuổi, khi ấy sóng này chiếm ưu thế trên đường ghi EEG lúc nghỉ ngơi.
Beta là những sóng “nhanh”. Tần số của nó là từ 14 Hz trở lên. Sóng beta thường thấy ở cả 2 bán cầu, phân bố đối xứng hai bên, và rõ nhất là ở vùng trán. Sóng sẽ nổi bật lên khi dùng thuốc an thần gây ngủ, nhất là khi dùng benzodiazepines và barbiturates. Sóng có thể mất hoặc suy giảm ở vùng có tổn thương vỏ não. Nhịp beta thường được coi là nhịp bình thường. Nó là nhịp chiếm ưu thế ở những bệnh nhân đang thức tỉnh cảnh giác hăọc lo sợ, hoặc khi mở mắt.
Theta là những sóng có tần số từ 3,5 tời 7,5 Hz, và được xếp vào loại sóng “chậm”. Nó được coi là bất thường nếu thấy ở người lớn đang tỉnh táo, nhưng lại coi là hoàn toàn bình thường ở trẻ dưới 13 tuổi và đang ngủ. Cũng có thể thấy theta tạo thành 1 vùng bất thường cục bộ trên những nơi có tổn thương dưới vỏ cục bộ; Có thể thấy sóng theta lan tỏa trong các bệnh lý não lan tỏa hay bệnh não do chuyển hóa, hoặc bệnh lý đường giữa nằm sâu (deep midline disorders) hoặc trong một số trường hợp não nước (hydrocephalus).
Delta là những sóng có nhịp từ 3 Hz trở xuống. Nó có xu hướng là những sóng có biên độ cao nhất và là những sóng chậm nhất. Nó hoàn toàn được coi là bình thường và là sóng ưu thế ở trẻ sơ sinh dưới 1 tuổi và ở giai đoạn 3 hoặc 4 (stages 3 and 4) của giấc ngủ. Nó có thể xuất hiện cục bộ khi có tổn thương dưới vỏ và phân bố rộng khắp khi có tổn thương lan tràn, trong bệnh não do chuyển hóa (metabolic encephalopathy), bệnh não nước (hydrocephalus) hay tổn thương đường giữa trong sâu (deep midline lesions). Nó thường trội nhất ở vùng trán ở người lớn (ví dụ FIRDA - Frontal Intermittent Rhythmic Delta – sóng delta có nhịp cách hồi ở vùng trán) và phân bố trội ở các vùng phía sau trên trẻ em (ví dụ OIRDA - Occipital Intermittent Rhythmic Delta - sóng delta có nhịp cách hồi ở vùng chẩm).
- 4.2. Các biến thể bình thường
Có một só sóng hoặc hình dạng sóng ít khi thấy xuất hiện, nhưng chúng không có nghĩa bất thường hay bệnh lý. Nhưng chúng có thể làm cho ta diễn giải nhầm lẫn về bản ghi điện não đồ. Trong các biến thể bình thường này, thường gặp nhất là nhịp mu (mu rhythm), biến thể tâm thần vận động (psychomotor variant), các sóng lambda, POSTS, các thoi (spindles), sóng của đỉnh sọ (vertex waves) và phức bộ K (K Complexes). a)Lambda và POSTS: Lambda và POSTS tương tự nhau về hình dạng và có hình tam giác. Chúng xuất hiện ở khu vực phía sau và cân xứng hai bên. POSTS là biểu hiện của “sóng dương thoáng qua ở chẩm của giấc ngủ (positive occipital transients of sleep) và xuất hiện trong giấc ngủ giai đoạn 2. Lambda xuất hiện ở bệnh nhân tỉnh táo khi nhìn trừng trừng vào một bề mặt trắng. Cả hai loại này đều là dạng sóng bình thường, và xuất hiện đơn độc, hay kéo dài, hay thành một chuỗi ngắn. b)Phức bộ K: phức bộ K (K Complexes) xuất hiện khi đang ngủ mà bị đánh thức – ta thấy nó khi có kích thích âm thanh hay các kích thích khác khi bệnh nhân đang ngủ. Tiếp sau phức bộ K thường có đáp ứng thức tỉnh – cụ thể là một chuỗi các sóng theta có biên độ cao. Tiếp sau phức bộ K, điện não đồ lại cho thấy biểu hiện giấc ngủ, hoặc trạng thái thức tỉnh. c)Sóng V (V Waves): Sóng V xuất hiện ở vùng cạnh dọc giữa (parasaggital areas) của 2 bán cầu và có dạng một sóng nhọn (sharp waves) hoặc thậm chí là dạng gai (spikes), ở khu vực lưỡng đỉnh (biparietal regions), tức là đỉnh đầu (vertex), với pha ngược đảo nhau tại đường giữa, ở những đạo trình bắc ngang (tranverse montages) hoặc ở đỉnh sọ trên các đạo trình trước - sau (front-to-back). Các sóng này thấy có trong giấc ngủ giai đoạn 2 (stage 2 sleep), cùng với các thoi (spindles), phức bộ K, POSTS, v.v... d)Hoạt động điện MU (MU activity): hoạt động điện Mu là dạng nhịp trong đó các sóng có hình nhọn giống như hình rào chắn (wicket fence) với đỉnh nhọn và chân cong tròn. Giữa 2 kênh, nhịp Mu có thể có pha nghịch đảo nhau. Tần số nói chung vào khoảng một nửa của hoạt động điện nhanh hiện có.
e)Biến thể tâm thần – vận động (Psychomotor Variant): là loại nhịp hiếm gặp, nó xuất hiện giống như là sự hòa nhịp của 2 hay nhiều nhịp cơ bản vào với nhau để tạo nên một dạng phức hợp. Như thấy ở hình bên, nó có biên độ cao hơn so với xung quanh, và các sóng có hình dạng như dẫy núi (như các khía tạo hình chữ V). Loại nhịp này hoàn toàn không cân xứng 2 bên và thường bị nhầm với hoạt động điện kịch phát. Tuy nhiên nó là loại hoạt động điện lành tính. Nó cũng còn được biết dưới cái tên sau đây g)Nhịp 14 và 6 (Fourteen and Six Rhythm): Nhịp 14 và 6 rất hay thấy ở trẻ em và thanh niên mới lớn. Như thấy trên hình, các sóng 6 Hz và 14 Hz đôi khi uốn lượn theo cùng 1 hướng (lên hoặc xuống), và đôi khi thì lại đi theo hướng ngược nhau. Nhịp kiểu này thấy được điển hình ở trạng thái ngủ hoặc buồn ngủ (ngủ gà gật), và thường thấy được trên bản ghi đơn cực (monopolar recordings).
- 4.3. Các dạng sóng phức hợp(complex wave pattern)-( dạng bệnh lý):
Các dạng sóng có tính đặc hiệu do hình dạng của chúng bao gồm: a)Gai và sóng (spike and wave): Dạng gai và sóng thấy có ở mọi lứa tuổi, nhưng thường nhất là ở trẻ em. Nó bao gồm 1 gai (có thể là nguồn phát nằm ở vỏ não) và một sóng chậm (thường là delta) có biên độ cao, sóng chậm này được coi là có nguồn phát ở các cấu trúc của đồi thị, phức bộ này lặp đi lặp lại. Chúng có thể xuất hiện đồng bộ (đồng thì – synchronously) và cân đối hai bên trong các bệnh động kinh toàn thể hóa (generalized epilepsies) hoặc khu trú trong bệnh động kinh cục bộ. Trong những dạng gai và sóng toàn thể hóa, cơn vắng thực sự (true absense) hay là cơn nhỏ (petit mal) đặc trưng bằng gai-sóng 3 Hz, trong khi gai chậm – sóng (slow spike-wave) thường thấy hơn khi não bị tổn thương và trong hội chứng Lennox-Gastaut. Những gai và sóng nhanh hơn 3 Hz sẽ được trình bày trong phần dưới đây, phần về đa gai và sóng (polyspike-wave). b)Đa gai và sóng (polyspike and wave): là một dạng của gai sóng, trong đó mỗi một sóng chậm đi kèm với 2 hoặc nhiều gai. Dạng thường gặp là dạng gai và sóng có tần số nhanh hơn 3 Hz – thường là 3.5 tới 4.5 Hz. Dạng này thường có đi kèm với giật cơ (myoclonus) hoặc các cơn kịch phát giật cơ (myoclonic seizures). Đừng nhầm lẫn nó với gai sóng 6 Hz, vốn được coi là gai sóng không thực (phantom spike and wave) – là một biến thể của bình thường. c)Các phóng điện dạng động kinh lệch bên theo chu kỳ (PLEDS - Periodic Lateralized Epileptiform Discharges): là một dạng phóng điện đi kèm với tổn thương hay chấn thương não cấp tính. Người ta thấy dạng sóng này rõ nhất khi tổn thương não cấp tính có kết hợp thêm với rối loạn chuyển hóa. Nó khởi đầu bằng những sóng nhọn xuất hiện một cách đều đặn, trên một nền tương đối bằng phẳng, ở 1 vùng hay 1 bên của não. Sau đó nhịp của nó chậm dần lại và xuất hiện các sóng chậm theo chu kỳ, và hoạt động điện cơ sở nằm giữa các phóng điện dạng động kinh này cũng khá dần lên. Cuối cùng các sóng dạng động kinh kiểu này cũng biến mất hoàn toàn. Kiểu PLEDS thường thấy khi có triệu chứng định khu nặng, hoặc là trên một bệnh nặng đang có xu hướng khá dần lên. d)Các sóng 3 pha (triphasic waves): Sóng 3 pha là 3 sóng tạo viền cho mầu trắng trên hình minh họa. Chúng thường xuất hiện khi có các hoạt động điện giả cơn kịch phát (pseudoparoxysmal activity). Các sóng này thấy có trong bệnh não do gan (hepatic encephalopathy), nhưng cũng có thể thấy trong các dạng bệnh não do chuyển hóa khác.
- d)Bùng nổ và ức chế (burst supression): Bùng nổ và ức chế là một dạng bùng nổ các sóng chậm và hỗn hợp (mixed waves) thường với biên độ cao, và xen kẽ luân phiên bằng đường đẳng điện. Thường là có ở cả hai bên, nhưng không phải lúc nào cũng cân đối 2 bên. Loại sóng này thường thấy sau một tổn thương não nặng, như sau đột quỵ thiếu máu não (postischemia), hay sau trạng thái thiếu oxy (postanoxia). Cũng có thể thấy tạm thời (thoáng qua) trong gây mê sâu, ở trạng thái trước khi EEG trở nên đẳng điện hoàn toàn.
- 4.4.EEG bình thường khi thức
Gồm: Nhịp alpha Hoạt động beta Nhịp mu
- a)Nhịp alpha: là đặc điểm nổi bật nhất của điện não đồ trưởng thành bình thường. Nhịp alpha bình thường có các đặc điểm sau:
Tần số: 8-12 Hz. Vị trí: ưu thế ở vùng sau. Hình dáng: có nhịp, đều, hình sin. Biên độ: thường 20-100 mV. Phản ứng: tốt nhất khi nhắm mắt và giảm khi mở mắt.
- b) Hoạt động beta:
Tần số: > 13 Hz, thường 18-25 Hz. Vị trí: thường trán-trung tâm. Hình dáng: có nhịp, tăng giảm và cân xứng. Biên độ: thường 5-20 mV. Phản ứng: thường tăng trong giai đoạn giấc ngủ I và II.
- c)Nhịp mu (rhythm en arceau or wicket rhythm) :
Tần số: 7-11 Hz. Vị trí: thường trung tâm-đỉnh. Hình dáng: dạng cung hay “m”, thường không cân xứng và không đồng bộ hai bên, có thể chỉ ở một bên. Biên độ: thường thấp đến vừa. Phản ứng: giảm với vận động chi đối bên, có ý nghĩ vận động hay xúc giác. Không phản ứng khi mở hay nhắm mắt.
- 4.5.Tín hiệu EEG khi ngủ
Giấc ngủ được chia làm hai loại lớn: Giấc ngủ không cử động mắt nhanh (NREM) Giấc ngủ cử động mắt nhanh (REM) Dựa vào những thay đổi trên EEG giấc ngủ NREM được chia thành 4 giai đoạn: I, II, III và IV. Giấc ngủ NREM chiếm khoảng 75-90% thời gian ngủ (3-5% giai đoạn I, 50-60% GĐ II, và 10-20% GĐ III và IV). Giấc ngủ REM chiếm khoảng 10-25% thời gian ngủ.
- a) Giấc ngủ NREM-giai đoạn I
Với đặc điểm là buồn ngủ (drowsiness). Có các tính chất sau: Vận nhãn cuộn tròn chậm - Slow rolling eye movements (SREMs) Giảm nhịp alpha Hoạt động theta trung tâm hay trán trung tâm Tăng hoạt động beta Sóng nhọn dương vùng chẩm tạm thời của giấc ngủ - Positive occipital sharp transients of sleep (POSTS) Sóng nhọn tạm thời ở đỉnh Tăng đồng bộ do giấc ngủ .
- b)Giấc ngủ NREM-giai đoạn II:
Là giai đoạn giấc ngủ ưu thế trong giấc ngủ ban đêm bình thường. EEG: thoi giấc ngủ và phức hợp K và các đặc điểm khác như giai đoạn I (ngoại trừ SERM
- c)Giấc ngủ NREM-giai đoạn III và IV:
Còn gọi là giai đoạn “giấc ngủ sóng chậm” hay “giấc ngủ delta”. Giai đoạn này thường không có vận động, tuy nhiên có thể ghi nhận một số vận động vào cuối giai đoạn.
- d)Giấc ngủ REM
Giấc ngủ REM được xác định bằng: Vận động mắt nhanh Mất trương lực cơ Mất đồng bộ trên EEG: hoạt động điện thế nhanh hơn và thấp hơn so với NREM. Các sóng hình răng cưa: loại hoạt động theta đặt biệt ở vùng trung tâm, hình như răng cưa và thường ở sát vùng vận động mắt nhanh.
- 5.Các yếu tố ảnh hưởng tới tín hiệu điện não( nhiễu)
Nhiễu là những sóng hoặc những nhóm các sóng do lỗi kỹ thuật hoặc do các lỗi khác gây ra, và không phải do hoạt động điện của não gây ra. Nhiễu là các rối loạn do khiếm khuyết kỹ thuật gây ra, thường đó là những lỗi có tính tạm thời. Bao gồm do di động các điện cực làm cho mất tiếp xúc, các hoạt động điện của cơ che khuất điện não đồ, do cử động của đầu, chầy xước da đầu, ra mồ hôi, v.v… Nếu ta dùng độ phóng đại lớn, thì tất cả các biến loạn kể trên đều được phóng đại lên, bao gồm các nhiễu của mạch và điện tâm đồ, của điện cực và các cử động, nhiễu 60 Hz và nhiễu do mồ hôi, là loại nhiễu biểu hiện có dung dịch muối nằm giữa các điện cực làm cho nó bị đoản mạch.
-
- 5.1.Nhiễu do điện tâm đồ và do mạch (EKG and pulse artifacts): Cả 2 loại nhiễu này đều có thể nhận biết được nhờ vào tính chất có chu kỳ của chúng. Nhiễu điện tâm đồ cho thấy rõ phức bộ QRS theo chu kỳ, vì điện tâm đồ thì có tín hiệu điện lớn hơn nhiều so với điện não đồ. Nhiễu do mạch là do mạch đập ở phía dưới của điện cực làm cho nó chuyển động theo chu kỳ. Cả 2 loại nhiễu nàu đều dễ nhận diện, nhưng cũng có thể gây khó khăn cho đọc điện não.
- 5.2.Nhiễu do chuyển động của điện cực và các chuyển động khác: nhiễu do chuyển động của bệnh nhân thì có đường biểu thị đột ngột, và trong hầu hết trường hợp nó dốc ngược đột ngột. So với các sóng EEG chuẩn thì các nhiễu đó có biên độ cao và kéo dài về thời gian. Một nhiễu kiểu “POP” là do chuyển dịch điện cực rất ngắn (nhanh), người mới vào nghề dễ nhầm lẫn nó với một gai (spike), tuy nhiên gai kiểu này chỉ thấy ở 2 kênh cạnh nhau và không thấy ở kênh thứ ba như những gai động kinh.
- 5.3.Nhiễu do dụng cụ truyền tĩnh mạch và nhiễu 60 Hz:
Những nhiễu này thường được thấy trong khi ghi điện não ở trong phòng săn sóc đặc biệt (ICU) và cả 2 đều là những giao thoa về điện. Trên hình vẽ, nhiễu do dụng cụ truyền là nhiễu có mầu đỏ; nó có tính chất chu kỳ, có biên độ thấp và dễ dàng nhận biết. Nhiễu sáu mươi Hz thấy có ở những nơi điện cục tiếp xúc kém, nối đất không tốt, và có một thiết bị điện chuyên dùng đặt ở gần đó. Nó gây nên những gai (spikes) có tần số 60 chu kỳ giây – tạo thành vết mực in trên giấy chạy với tốc độ thông thường.
- 6.Xử lý tín hiệu điện não
EEG có đặc tính phức tạp và ý nghĩa của nó trong nghiên cứu não và thực hành lâm sàng đã mang lại 1 sự giới thiệu sớm về những phương pháp phân tích tín hiệu EEG. Trong phần tiếp theo , chúng ta sẽ miêu tả ngắn gọn những phương pháp cơ bản về xư lý tín hiệu EEG. Chúng ta sẽ bắt đầu với những phương pháp quang phổ. Ta xét về thực nghiệm đầu tiên của ứng dụng phân tích Fuorier về điện não năm 1932.
- 6.1. Biến đổi Fuorier
Trong thế kỉ 19, nhà toán học người Pháp J.Fuorier, đã mô tả bất kì 1 hàm tuần hoàn nào cũng có thể diễn giải bằng 1 tổng vô hạn của những hàm mũ phức tạp tuần hoàn. Nhiều năm sau, ông khám phá ra 1 đặc tính khác thường của hàm, ý tưởng của ông được khái quát hóa những hàm không tuần hoàn đầu tiên và sau đó là những tín hiệu thời gian rời rạc tuần hoàn hoặc không tuần hoàn. Sau đó nó được khái quát hóa thành 1 công cụ thích hợp để tính toán máy tính. Năm 1965, 1 thuật toán mới gọi là truyền Fuorier nhanh (FFT) được phát triển và FT ngày càng trở nên phổ biến.
Một ví dụ về phân tích FT :
Định nghĩa FT như sau:
Thông tin cung cấp bởi phép tích phân , phù hợp cho toàn bộ các trường hợp thời gian từ -∞ → +∞. Đây là truyền Fuorier không phù hợp nếu tín hiệu có tần số thời gian thay đổi, tín hiệu không ổn định. Thông tin được độc lập trong khoảng thời gian neowrowrron xuất hiện. Bởi vậy, sự miêu tả 1 tần số thời gian tuyến tính được gọi là truyền Fuorier ngắn ( SIFT hay phân tích Gabor) đã được giới thiệu. Trong SIFT, tín hiệu được phân ra thành nhiều mảnh nhỏ vừa đủ. Với mục đích này, hàm cửa sổ được chọn. Độ dài cửa sổ phải bằng từng mảnh của tín hiệu. Ta có:
Với w là 1 hàm cửa sổ. Sự hạn chế của FFT và STFT đẩy mạnh các phương pháp giới hạn như tự hồi quy (AR- auto regessive)hoặc cách thức trung bình chuyển động- tự hồi quy (ARMA). Hầu hết đều được sử dụng trong xử lí EEG, tuyến tính hoặc không tuyến tính, xử lí dữ liệu trong não đó hầu hết phản ánh những sự thay đổi chức năng to lớn của hoạt động đó. Thực chất, ngụ ý của ứng dụng này là cho phương pháp hoạt động phân tích EEG và LFP ( điện thế trường trung tâm) trong khoảng tần số - thời gian. Phân tích nén phổ (CSA) Đó là 1 sự mở rộng của FT truyền tới không gian 3D. Phổ trong từng trường hợp thời gian – tốc độ được sắp xếp trên 1 trục thời gian. Trong hinh sau, CAS được tính toán cho 4 điện cực. Sự lưu nhanh hình chữ nhật một nhiễu chập chờn là hiển nhiên trong các khoảng thời gian.
- 6.2. Biến đổi sóng
Có 2 điểm khác nhau chính giữa STFT va CWT: Truyền Fuorier của cửa sổ tín hiệu không được đo đạc. Độ rộng cửa sổ được thay đổi đối với mọi bộ phận phổ đơn, đây có thể là đặc tính có ý nghĩa nhất của truyền sóng nhỏ. Sự truyền sóng liên tục (CWT) được định nghĩa theo( Daubechies 1932):
Với
Là 1 hàm cửa sổ gọi là sóng chính a và b là 1 sự dịch. Truyền sóng rời rạc Sử dụng truyền sóng nhỏ rời rạc (DWT), ta có thể tránh khoảng thời gian tính toán của truyền sóng liên tục. DWT được định nghĩa theo Buros 1991 với f(n)là 1 hàm truyền sóng:
Với ψj,k là 1 sóng rời rạc:
Hai giá trị a,b được định nghĩa : a = 2j và b = 2j.k. Biến đổi đảo được định nghĩa giống như Burros 1991:
Để sử dụng, thuyết truyền sóng phải sử dụng thuật toán nhanh cho thiết bị tính toán, phương pháp này giống FFT về cả hệ số truyền sóng C(j,k) và hàm khôi phục. Có là 1 họ thuật toán nhanh hơn dựa trên 1 ý tưởng khác hoàn toàn được gọi là multiresolution analysis. Một ví dụ về ứng dụng của DWT: Sự tuyến tính của tín hiệu trong cơ sở truyền sóng là 1 sự cải tiến ý nghĩa với thời gian biến đổi Fuorier ngắn, cho phép biểu diễn trực giao, xử lí số nhanh và multiresolution analysis của tín hiệu( Mallat 1989).WT được ứng dụng thành công trong phân tích hiện tượng EEG time – locked. Tuy nhiên, WT hay STFT đều không cung cấp đủ độ chính xác và linh động trong 1 số trường hợp phổ biến.
- 6.3. Định vị EEG
Với khả năng ghi đồng thời 1 số lượng lớn kênh số hóa của EEG, 1 kĩ thuật mới ra đời: Định vị EEG, tại thời điểm cuối của 80s. Trong kĩ thuật này, 1 số lớn các điện cực được đặt trên đầu theo 1 dãy hình học các điểm even – space. Một phần mềm đặc biệt bên trong máy tính, đồ thị hoạt động trên một màn hình màu hoặc máy in, bởi mã hóa số lượng của hoạt động trong 1 vài mức độ của màu sắc ( ví dụ, màu đen và xanh có thể mô tả biên độ EEG thấp, trong khi vàng và đỏ có thể mô tả biên độ lớn hơn). Những điểm trong không gian nằm giữa các điện cực được tính toán bằng những kĩ thuật toán học của phép nội suy ( tính toán giá trị ngay tức khắc trên cơ sở giá trị liền kề), và như thế đạt được sự phân cấp đều đặn về màu sắc [Renato_ WWW].
Sự
lại
gần
hơn
nữa
chính
xác
và
tầm
nhìn
điển
hình
của
vị
tri
của
sự
thay
đổi
nhịp
độ,
biên
độ,
…
trong
mối
quan
hệ
với
dòng
điện
I
trên
bề
mặt
hộp
sọ.
Bác
sĩ
thần
kinh
làm
việc
với
hệ
thống
định
vị
EEG
đã
sớm
phân
biệt
1
vài
dạng
khác
nhau
của
chẩn
đoán.
Xác
định
vị
trí
chính
xác
của
sự
biến
đổi
EEG
cũng
làm
cho
nó
dễ
dàng
hơn.
Trong
phần
thêm
vào,
sử
dụng
chế
độ
cine`
làm
tăng
khả
năng
nghiên
cứu
của
chức
năng
não
trong
hoạt
động(
Maurer
1991).
Định vị EEG không được thực hiện trong các trường hợp ghi lại hoạt động của não. Sự chỉ dẫn chính của nó xác định sự có mặt của khối u và bệnh của não ( trong chứng động kinh, đột quỵ). Nó cũng thích hợp khi nhiễu trong trạng thái tỉnh táo và thận trọng được thiết lập như chứng ngủ kịch phát, hôn mê, …. Định vị EEG ngày càng được sử dụng cho máy kiểm tra người sử dụng ma túy, và bệnh truyền nhiễm của não ví dụ như viêm màng não. Trong tâm thần, định vị EEG nhận ra sự rối loạn của nguồn gốc sinh học, như bệnh tâm thần phân liệt, chứng mất trí, tính hiếu động thái quá và trầm cảm, chưng teo não và suy nhược cơ thể của trẻ em ( Peter 1995). Nó phụ thuộc vào thời điểm nào phép nội suy được thực hiện. Nếu ta lấy giá trị biên độ trực tiếp trong các khoảng thời gian, ta sẽ được 1 bản đồ biên độ. Sự tiến lại gần này được phát hiện bằng hình 18 với nhiễu răng cưa từ hình 17 đã được phân tích. Biểu đồ minh họa công việc nội suy biên độ được chứng minh như thế nào trong hình 19.
Kết quả của 3 hình 21,22,23 tiết lộ ở trạng thái trước khi có nhiễu và sau khi không có nhiễu.
Sự
kết
hợp
quang
phổ
Một
kết
quả
riêng
biệt
của
phân
tích
quang
phổ
được
đo
lường
giữa
2
điện
cực.
Nó
ước
định
đặc
điểm
giống
nhau
của
nội
dung
quang
phổ
của
2
điện
cực
.
Nó
là
hầu
như
không
thể
để
đánh
giá
sự
kết
hợp
bằng
kiểm
soát
EEG
thị
giác.
Một
số
căn
bệnh
có
thể
bắt
đầu
với
những
sự
dị
thường
của
2
vỏ
não,
Leuchter
đã
viết
về
những
chứng
bệnh
Alzheimer
và
Thatcher
tìm
ra
những
chứng
bệnh
của
kết
hợp
như
bộ
phân
biệt
tốt
nhất
của
thương
tổn
đầu
phần
mềm(
Hardvard_WWW).
Ta
sẽ
chỉ
ra
khả
năng
của
những
kĩ
thuật
trên
các
ví
dụ
của
bộ
thu
nhiễu
chập
chờn
(
hinh
24).
Ta
sẽ
thực
hành
sự
tính
toán
kết
hợp
quang
phổ
trong
4
dải
tần
số
tương
ứng
với
các
dạng
sóng
alpha,
beta,
delta
và
những
sóng
game
nhìn
thấy
như
hình
25:
- 6.4. Phương pháp phân tích các thành phần độc lập( independent component analysis ICA)
Phương pháp phân tích các thành phần độc lập được dự kiến để giải quyết vấn đề sự tách biệt nguồn mờ, khôi phục tín hiệu. Ví dụ để khôi phục N nguồn tín hiệu s={s (t) , …, s (t)}, trộn tuyến tính các tín hiệu này bằng cách nhân nó với A, ma trận chưa biết x ={x (t), … , x (t)} = As, giả thiết rằng các tín hiệu thành phần ít nhất có thể. Đặc biệt khi khôi phục u=Wx của tín hiệu nguồn, lưu đồng nhất để chia tỉ lệ và hoán vị, bằng cách tìm ma trận vuông W. ICA sử dụng giả thiết quan trọng để giải quyết vấn đề này là chuỗi thời gian hoạt động của nguồn độc lập thống kê. Phương pháp ICA được thực hiện như sau: x là Vector ngẫu nhiên N chiều (N đầu ra của các điện cực gắn trên da đầu để ghi điện thế não). Thông thường, các thành phần vector bị nhòe và là các mô hình phức tạp của sự tương quan giữa các thành phần của vector. Giống như PCA , ICA là phương pháp xóa bỏ sự tương quan giữa các thành phần tín hiệu bằng cách nhân dữ liệu với một ma trận theo cách sau: u=Wx. ICA làm cho tín hiệu ra độc lập thống kê, trong khi không đặt điều kiện ràng buộc đối với ma trận W Hầu hết ICA sử dụng giải thuật học lí thuyết thông tin không bị giám sát. ICA là kĩ thuật chuẩn trong kĩ thuật phân tích nhiều chiều. ICA có thể được sử dụng để cách li các thành phần EEG giả tạo( nhiễu cơ, chuyển động mắt) từ các nguồn khác. ICA có khả năng tách biệt sự chồng chéo của sóng alpha và theta. ICA có thể cách ly một dải rộng của tín hiệu giả tới một vài kênh ra trong khi dời chúng từ các kênh đang tồn tại.
Hình trên Bên trái 4.5 s của tín hiệu EEG Bên phải biến đổi ICA của dữ liệu tương tự sử dụng weights strained trong 6 phút với dữ liệu tương tự khoảng tương tự.
- 6.5 Các thuật toán xử lí EEG khác
Sự phát triển của các phương pháp phi tuyến trong phân tích tín hiệu tạo ra sự bùng nổ trong ứng dụng liên quan tới công của hệ lí luận hỗn loạn tới EEG.(Basar năm 1989, Dvorak năm 1991).Công trình của Freeman, cơ sở trên thí nghiệm sinh học có kế hoạch cẩn thận, đã máng cách nhìn mới về cấc bộ phận của chế độ phi tuyến của hoạt động não (Freeman 1987). Tuy nhiên bản vẽ sự rối loạn của EEG đã chứng minh rất khó để tín hiệu được như mong đợi. Ứng dụng của phương pháp phân tích chuỗi thời gian phi tuyến như tính toán chiều hấp dẫn hoặc hệ số Ljapunov, bảo đảm chắc chắn trong trường hợp đặc biệt như EEG động kinh hoặc hoạt động của các tổ chức nơtron trong trạng thái hoạt động được xác định tốt (Skarda và Freeman,1987). Độ phân giải tần số thời gian của năng lượng tín hiệu cao có thể thực hiện bởi chuyển đổi lớp của Cohen’s (williams 1997 ), chúng biến đổi từ biến đổi Winger được thể hiện bằng : (9) Toán học phức tạp đã ứng dụng nó để làm giảm ảnh hưởng các lớp của Reduced Interference Distributions. Phương pháp Matching Pursuit , dựa trên xấp xỉ thích ứng của chuỗi thời gian của hàm được lựa chọn cho mỗi giai đoạn phân tích. Phương pháp này được tìm ra bởi Mallat. ứng dụng đầu tiên trong phân tích tín hiệu EEG được đưa ra bởi Durka 1995 .
- 7.Các máy thu nhận đo đạc tín hiệu điện não
- 7.1.Nêu tên một số máy và cấu tạo chức năng của máy
- 7.1.1Máy điện não đồ EEG(160) của Tây Ban Nha
- a)Mô tả chi tiết:
Bộ khuyếch đại tín hiệu có bộ nhớ và ắc quy xạc nhiều lần lắp trong nên có thể được dùng: Ghi nhận tín hiệu với thời gian thực, kết nối với máy tính (xách tay hoặc để bàn). Như một holter, lưu dữ liệu vào bộ nhớ trong, sau đó có thể truyền dữ liệu sang máy tinh. Máy gồm các kênh đầu vào sau: 25 kênh. Cảm biến ánh sáng Cổng kết nối USB
- b)Hệ thống
eXim Pro Holter EEG kỹ thuật số với 14 kênh nhập. Kênh đa năng: Nối bất kỳ bộ cảm biến thần kinh tới bất kỳ kênh nào. Bộ nhớ từ 21 giờ sau khi ghi. Thời gian thực và chế độ vận hành holter. Sử dụng nó như một Polysomnograph (optional pulseoximetry module). eXea EEG Máy ghi điện não với 26 kênh nhập (hệ thống 10-20) Nối trực tiếp đầu EEG Bộ nhớ từ 11 giờ sau khi ghi Thời gian thực và chế độ vận hành holter eXea Ultra Máy ghi điện não với 38 kênh nhập (hệ thống 10-20) Nối trực tiếp đầu EEG Bộ nhớ từ 11 giờ sau khi ghi Cũng có thể sử dụng như một Polysomnograph
- c)Phần mềm
Phần mềm XGP Lab Phần mềm chung cho toàn bộ hệ thống eXim và eXea Nghiên cứu cách ghi, ghi lại những chú ý và thay đổi cấu hình trong khi đang thu ở thời gian thực. Bản kết quả có thể tùy chỉnh hoàn toàn. Phần mềm cung cấp các mẫu theo tiêu chuẩn. Có thể kết nối với bất kỳ bộ xử lý văn bản nào giống như MS Word. Lưu lại bản kết quả và những gì bạn đã ghi vào ổ cứng, CD-ROM, DVD, bất kỳ vị trí nào trong mạng LAN hoặc gửi chúng qua Internet. Xuất dữ liệu tới ASC II và định dạng PDF. Việc quản lý bệnh nhân tích hợp tùy chọn. Mở rộng các chức năng của phần mềm với module tùy chọn cho EEG ( bản đồ não, phân tích thường xuyên, chỉ báo đột biến) hoặc phân tích khi ngủ (chỉ báo tự động tình trạng và các sự cố khi đang ngủ) Tùy chọn Video EEG module XGPVision. Môđun bản đồ não Môđun tùy chọn, tích hợp đầy đủ với phần mềm XGPLab. Chuyển các tín hiệu thành thông tin về sự hoạt động của não, hiển thị thông tin về cường độ của các yếu tố tần suất thông qua bản đồ não. Tần suất có thể tập hợp thành các băng tần. Thang đo màu có thể tùy chỉnh. Hiển thị đồng bộ hóa với tín hiệu điện não. Chức năng in và copy bản ghi tốt hơn các phần mềm khác, như MS Office. Môđun phân tích quang phổ Môđun tùy chọn, tích hợp đầy đủ với phần mềm XGPLab. Tần suất quang phổ hiển thị các yếu tố tần suất trung bình của các tín hiệu được lựa chọn bằng các phương tiện của FFT (Fast Fourier Transform: Chuyển đổi Furiê nhanh). Biểu đồ Cường độ/ Tần suất/ Thời gian hiển thị thông tin về cường độ của các yếu tố tần suất thông qua toàn bộ quá trình ghi. Tần suất có thể tập hợp thành các băng tần. Thang đo màu có thể tùy chỉnh. Chức năng in và copy bản ghi tốt hơn các phần mềm khác, như MS Office. Môđun XGPVision Môđun tùy chọn, tích hợp đầy đủ với phần mềm XGPLab. Video kỹ thuật số với độ phân giải cao. Hiển thị đồng bộ hóa với tín hiệu điện não. Công nghệ nén MPG-4 để lưu khoảng trống của đĩa. Môđun dò tìm vạch cộng hưởng (spike) Môđun tùy chọn, tích hợp đầy đủ trong phần mềm XGPLab. Dò tìm vạch cộng hưởng tự động và bằng tay. Các vạch cộng hưởng được đánh dấu thông qua các tín hiệu EEG. Các thông số dò tìm có thể tùy chỉnh. Việc quản lý các vạch cộng hưởng dễ dàng nhờ danh sách các vạch cộng hưởng với thời gian, độ dài và kênh EEG mà có thể thêm vào bản kết quả được phát sinh bởi phần mềm XGPLab.
- 7.1.2.KT88-1018
Đặc tính: Máy điện não kỹ thuật số truyền tải hoạt động điện sinh học của não thành hình ảnh có thể quan sát rõ ràng và thuận tiện. Thiết bị được chế tạo đặc biệt nên không gây thương tổn cho não và đầu bệnh nhân. Máy điện não KT88-1018 phân tích đầy đủ và chính xác các hoạt động của não. Thiết kế tích hợp đặc biệt làm tăng khả năng chống nhiễu và độ nhạy của hệ thống. Hệ thống bộ lọc kỹ thuật số đa chức năng, có chức năng cài đặt các bộ lọc khác nhau và cài đặt phương pháp lọc. Có hơn 10 loại BEAM và EEG, như nhìn từ trên, nhìn từ bên cạnh, và ảnh đơn sắc được hiển thị trong cùng một màn hình. Tất cả các BEAM dạng phổ năng lượng, dạng số và hình ảnh phổ dạng nén. Hình ảnh BEAM 3 chiều. Hệ thống quản lý dữ liệu đầy đủ, giúp in kết quả cho bệnh nhân một cách dễ dàng, nhanh chống. Giao tiếp với máy tính thông qua chuẩn USB 2.0 Biến thế cách ly đặc biệt đảm bảo an toàn tuyệt đối cho bệnh nhân.
Thông số kỹ thuật chính:
Số lượng đạo trình 16 đạo trình điện não + 2 ECG Trở kháng vào 10MW Lựa chọn đạo trình Đơn cực, lưỡng cực Điện áp nguồn 220V±10% Tần số 50Hz Môi trường làm việc 0oC-40oC (nhiệt độ) <90% (độ ẩm) Công ty sản xuất Contec Medical Systems Co.,Ltd Hebei-China Chứng chỉ Đạt tiêu chuẩn ISO 9001 và chứng nhận CE Cấu hình chính: Bộ khuyếch đại EEG kỷ thuật số, Cáp EEG , Điện cực EEG, cáp USB, lưới trùm đầu (cố định điện cực), bộ kích thích ánh sáng, phần mềm EEG. Cấu hình lựa chọn: Bộ máy tính, máy in màu, bàn để máy tính, điện cực ECG
- 7.1.3.Máy điện não kỹ thuật số EEG
Model : EEG-9200 Nhà SX : Nihon Kohden / Nhật Bản Đặc điểm: Dễ dàng làm sạch trong mọi môi trường Bộ đọc EEG chất lượng đảm bảo thậm chí trong cả trường hợp OR hoặc ICU hoạt động gây tiếng ồn.Neurofax µ hiển thị chất lượng cao, các bộ phận khuyếch đại với độ nhạy cao, việc lấy mẫu đồng thời ở tần suất cao, một bộ lọc loại bỏ ECG, các điện cực được bảo vệ và hộp nối điện cực được nối với USB. Hộp nối điện cực đa chức năng (JE-921A) 25 EEG, 14 lưỡng cực (7 cặp, 4 bộ nối DC, SpO2, CO2 Tiết kiệm - sử dụng cùng một hộp nối cho EEG và PSG Kết nối USB DSA 64 kênh cộng với một kênh hiển thị sự kiện ghi. Video kỹ thuật số lựa chọn Phần mềm thay thế EEG (QP-150AK) Adult seizure detection and review Bản đồ điện áp Kiểm tra trung tâm EEG Xem lại dữ liệu trước đó trong khi yêu cầu và kiểm tra dữ liệu mới Dựng được bản đồ Bạn có thể coppy bất cứ phần nào bước sóng Bản đồ điện áp 3-D Hiển thị các bản đồ điện áp theo 6 cách khác nhau hoặc một chuỗi các bản đồ điện á trong một cách Xem lại dễ dàng và thuận tiện với phần mềm lựa chọn: EEG PortaView cho phép bạn xem lại EEG files trên bất kỳ một Windows PC FOCUS™ và phần mềm phân tích MULTIVIEW, EEG , bộ nhận biết kim vạch, phần mềm phân tích thời gian nghỉ Polysmith™ Hộp đầu vào lựa chọn PSG (polysomnography)
- 7.1.4.MÁY ĐO ĐIỆN NÃO EEG (NATUS - MỸ)
Máy đo điện não 32kênh với các tần số 250Hz, 500Hz, 1000HZ Kết nối trực tiếp với máy tính Cho ra biểu đồ não, dạng sóng EEG Hộp khuyếch đại thiết kế độc đáo chống nhiễu
- 7.2.Đi sâu tìm hiểu mạch đo EEG
- 7.2.1.Sơ đồ khối
- 7.2.2.Sơ đồ nguyên lí hệ thống
- 7.2.3.Phân tích sơ đồ nguyên lí của hệ thống
a)Điện cực Điện cực được sử dụng
Hình 1. Một số loại điện cực được sử dụng trong đo tín hiệu điện não
Điện cực trong điện não đồ thường là những đĩa kim loại, da đầu chỗ đặt điện cực được bôi kem dẫn điện, trước đó người ta hay tẩy sạch da đầu bằng chất bột tẩy da. Để làm sạch chất bẩn, người ta cũng có thể dùng cồn làm sạch chất mỡ nhờn trên da đầu, sao cho điện trở giữa da đầu với điện cực không vượt quá một ngưỡng nào đó, thường là không quá 5 Kilo-Ohms. Nếu làm sạch da đầu tốt, cũng có thể không dùng kem dẫn điện trên điện cực ghi, mà dùng miếng xốp tẩm dung dịch muối. Người ta cũng hay dùng loại mũ cao su có gắn sẵn điện cực, và đặt trùm lên đầu người bệnh. Cách bố trí điện cực
Hình
2
cách
đặt
các
điện
cực
theo
hệ
thống
chuẩn
10
–
20
quốc
tế
- b)Mạch tiền khuếch đại và mạch hồi tiếp về cơ thể
Mạch tiền khuếch đại
Tín
hiệu
EEG
có
biên
độ
khoảng
100uV,
do
vậy
cần
phải
sử
dụng
bộ
khuếch
đại
đo
chất
lượng
cao,
hệ
số
khuếch
đại
đảm
bảo
để
khuếch
đại
tín
hiệu
EEG
trước
khi
đưa
tới
các
bộ
lọc.
Bộ
khuếch
đại
đo
là
bộ
khuếch
đại
tín
hiệu
vi
sai
và
loại
bỏ
các
thành
phần
tín
hiệu
chung
xuất
hiện
ở
cả
hai
đầu
vào.
Do
vậy
có
thể
loại
bỏ
các
thành
phần
nhiễu
giống
nhau
ở
hai
điện
cực.
IC
khuếch
đại
đo
INA114
được
nhóm
em
sử
dụng
trong
mạch
đo
tín
hiệu
EEG.
INA114
thích
hợp
với
các
ứng
dụng
đo
trong
y
tế,
tiêu
thụ
năng
lượng
thấp,
hệ
số
CMRR(common
mode
rejection
ration)
chính
xác
và
ổn
định(115dB),
voltage
offset
thấp
khoảng
50uV
Hệ
số
khuếch
đại
của
INA114
theo
như
thiết
kế
trong
mạch
xấp
xỉ
23,
hệ
số
khuếch
đại
được
tính
theo
công
thức
sau:
G=
+1
Theo
mạch
trên
thì
=(
+
)//
Do
đó
=
=
2.3K
G=50/2.3
+
1
=23
Do
vậy
hệ
số
khuếch
đại
của
mạch
khuếch
dại
đo
khoảng
23
Mạch hồi tiếp về cơ thể
Mạch hồi tiếp về cơ thể có tác dụng làm tăng hệ số CMRR của bộ khuếch đại đo. Tăng tỉ số SNR(tỉ số tín hiệu trên nhiễu), tín hiệu vi sai thu được sau mạch khuếch đại đo bị ảnh hưởng bởi nhiễu là thấp nhất. Ngoài ra nó bảo vệ người dùng bởi sự hư hỏng của mạch khuếch đại bằng các điện trở. Mạch hồi tiếp về cơ thể còn bù cho sự suy giảm hệ số CMMR của mạch khuếch đại đo tại tần số thấp.
- c)Mạch khuếch đại thuật toán
Có tác dụng khuếch đại tín hiệu sau bộ khuếch đại đo Công thức tín hệ số khuếch đại: G= / + 1=4000/200+1=21 Như vậy sau bộ khuếch đại thuật toán này tín hiệu được khuếch đại lên 23x21=483 lần.
- d)Mạch lọc thông thấp
Sử dụng mạch lọc thông thấp tích cực Butterworth. Hệ số cắt của mạch lọc: f = ≈ 60Hz Mặc dù theo lí thuyết tín hiệu điện não có dải tần từ 0.5Hz – 100Hz, nhưng thực tế không cần thiết cần phải lấy các tín hiệu có tần số lớn hơn 60Hz, do sóng Alpha có dải tần từ 7Hz tới 14Hz, sóng Beta có dải tần là 15 – 50Hz Hệ số khuếch đại của bộ lọc thông thấp G =1 + = 1.47 thỏa mãn điều kiện nhỏ hơn 1.586 đối với bộ lọc Butterworth hai cực.
- e) Mạch lọc thông cao
Tác dụng loại bỏ các thành phần tần số lớn hơn 0.5Hz Tần số cắt của bộ lọc thông cao hai cực Butterworth được tính theo công thức f = =0.5Hz Hệ số khuếch đại của bộ lọc G =1+ =1.47
- g)Mạch lọc triệt dải 50Hz
Mạch loại bỏ thành phần tần số 50Hz gây ra bởi mạng điện lưới sử dụng Công thức tính tần số triệt dải: f= ≈ 53Hz h)Khối giao tiếp và hiển thị trên máy tính Sử dụng vi điều khiển AVR ATMEGA16 để chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang số và truyền dữ liệu lên cổng COM của máy tính thông qua MAX 232.
