تعریف و ماهیت سیگنال الکتروانسفالوگراف
الكتروانسفالوگرافی (Electroencephalography) روشی جهت اندازهگيری فعاليت الكتریكی مغز است. فعاليت الكتریكی مغز توسط ميلياردها سلول عصبی یا نرون به وجود میآید. سيگنال EEG ثبت شده از روی سطح سر، برآیند ناشی از فعاليت این سلولهای عصبی ميباشد. باند فركانسی EEG شامل:
- دلتا ۴-۰.۵ HZ
- تتا ۸-۴ HZ
- آلفا ۱۳-۸ HZ
- بتا ۳۰-۱۳ HZ
- گاما بالاتر از ۳۰ HZ
کاربردهای کلینیکی سیگنال مغزی
- نظارت بر ميزان هوشياری، كما یا مرگ مغزی
- تعيين محل صدمه دیده در پی ضربه یا تومور مغزی
- آزمایش مسيرهای مغز (با استفاده از پتانسيلهای برانگيخته)
- كنترل عمق بيهوشی و بر اساس آن ميزان داروی بيهوشی مورد نياز
- تحقيق در مورد بيماری صرع و تعيين منشأ حملات
- تعيين ميزان تأثير داروها بر بيماری صرع
کاربردهای تحقیقاتی سیگنال مغزی
- بيو فيدبک مغزی
- تشخيص بلوغ فكری با استفاده از سيگنالهای مغزی
- مطالعهی بينظمی خواب و فيزیولوژی آن
- تخمين ميزان هوشياری با استفاده از توان سيگنالهای مغزی
- رابط مغز ـ كامپيوتر BCI
- دروغسنجی
دستگاه EEG
دستگاه EEG وسيله ای برای ثبت، پردازش و نمایش یا چاپ سيگنال EEG به منظور تشخيص بيماری یا كاربردهای تحقيقاتی ميباشد. طبق استاندارد ۲۰-۱۰ تعداد كانالهای ثبت EEG معمولا برابر ۲۱ كانال ميباشد كه از نواحی مختلف سر ثبت ميشوند. بنابراین اكثر دستگاههای EEG، امكان ثبت ۲۱ كانال را دارند.
اجزای دستگاه EEG
- هد باکس (Head Box): هد باكس وظيفه دریافت سيگنال مغزی از طریق الكترودهای ثبت EEG و سيمهای رابط و پيش تقویت آن را به عهده دارد. به دليل كم توان بودن و دامنه بسيار كم سيگنال EEG (دامنه در حد چند ميكروولت)، لازم است مدارات پيش تقویت كننده این بخش ویژگی هایی از قبيل امپدانس ورودی بالا، بهره تفاضلی بالا و نویز بسيار كم یا SNR بالا داشته باشند. معمولا هد باكس را در ابعاد كوچک (حدود ۲۰cm×۲۰cm) طراحی كرده و اكثر كانالهای ورودی آن را به ترتيب قرارگيری در روی سر و در داخل دایره ای (كه جلوی آن منطبق با جلوی سر تنظيم شده است) قرار ميدهند. سيگنالهای EEG پس از دریافت از تمام كانالهای مربوطه و پيش تقویت در هد باكس برای فيلترسازی و تقویت اصلی به بخش مدارات تقویت كننده ارسال ميشوند.
- مدارات تقويت كننده: تقویت اصلی سيگنال مغزی و نيز فيلتراسيون آن در این بخش انجام ميشود. سيگنال EEG پس از پيش تقویت در هد باكس برای این بخش فرستاده ميشود تا توسط فيلترهای موجود در این بخش نویزهای آن در حد امكان حذف و سپس به اندازه كافی تقویت شود. فيلترهای موجود در این بخش عمدتاً شامل فيلترهای بالا گذر (برای حذف مقدار dc سيگنال)، پائين گذر (برای محدود كردن مؤلفه های فركانس بالای سيگنال مغزی) و ميان نگذر (برای حذف نویز برق شهر) ميباشد كه فركانس قطع فيلترهای بالا گذر و پائين گذر به صورت نرمافزاری قابل تنظيم ميباشد.
- سیستم پردازشگر و نمايش سیگنال: سيگنال EEG پس از حذف نویز و تقویت توسط D/A دیجيتال شده و برای كامپيوتر ارسال ميشود. از طریق رابط های سخت افزاری مثل رابط usb، سيگنال دیجيتال شده در كامپيوتر دریافت و از طریق صفحه مانيتور كامپيوتر نمایش داده ميشود. همچنين در صورت نياز ميتوانيم از طریق نرمافزارهای مربوطه سيگنال EEG را در كامپيوتر ذخيره، پردازش و یا چاپ كنيم.
- وسايل جانبی: معمولا همراه با دستگاه EEG، ابزارهایی برای دادن تحریک (شنوایي یا دیداری) جهت ثبت پتانسيل های برانگيخته (potentials evoked) نيز وجود دارد. یكی از معمولترین آنها دستگاه فلش نوری است كه با یک فركانس مشخص شروع به چشمک زدن ميكند. استفاده از این ابزار برای ارزیابی مسير سلولهای عصبی چشم كه تحریكات دیداری را دریافت و به مغز ارسال ميكنند، ميباشد.
الکترودهای ثبت EEG
الكترودهای ثبت EEG معمولا از جنس نقره ـ كلرید نقره ساخته شده و ممكن است به صورت یكی از شكلهای زیر باشند:
- به شـكل فنجانهای كوچكی اسـت كه از آلياژ نقره ــــ پلاتين سـاخته ميشــوند كه معمولا با ژلهای مخصوصی استفاده ميشوند. عيب آن مشكل بودن نصب و تثبيت آن روی سر است.
- الكترودهای بشـقابی: بر روي پایه ای كه انتهای آن به صـورت پيچ است و در یک خرک قابل تنظيم قرار ميگيرد، نصب ميشوند. این خرکها به وسيله كلاه مخصوص روی سر ثابت نگاه داشته ميشود. نياز به ژل الكتروليت ندارد اما برای ارتباط بهتر بين الكترود و پوست الكترودها را قبل از اسـتفاده در محلول آب نمكی سالين نگه ميدارند. اشكال آن اكسيد شدن الكترودها در اثر مرور زمان است.
- الكترودهای سـوزنی كه به شـكل سوزنهای كوچكی هستند كه در محل مورد نظر قدری فرو ميروند و اشكال آن دردناک بودن و امكان عفونت در انسان است.
- الكترو كپ (cap electro): الكترودها در محلهای مشـخص طبق اســتاندارد ۲۰-۱۰ در داخل كلاه تعبيه شــدهاند. ژل از طریق ســرنگ مخصــوص به نقاط مورد نظر روی ســر و از طریق منفذهای موجود روی كلاه تزریق ميشـود. مزیت آن سهولت استفاده از آن است. معمولا در ثبتهای بلندمدت از آن استفاده ميشود.
الکترودگذاری و استاندارد ۲۰-۱۰
براي ثبت سيگنال EEG، معموالً از استاندارد جهانی ۲۰-۱۰ استفاده ميشود. این استاندارد نحوه الكترودگذاری را روي نواحی مختلف سر مشخص ميكند. نامگذاری الكترودها شامل قوانين زیر است:
- نام هر الكترود داراي یک حرف ميباشد كه بيانگر لوب (Lobe) قرار گرفتن آن ميباشد و شامل: F فرونتال، T تمپورال، C سانترال، P پریتال، O اکسیپیتال، Fp پری فرونتال
- نام هر الكترود با شمارهای مشخص ميشود كه اعداد زوج لوب سمت راست و اعداد فرد لوب سمت چپ را مشخص ميكنند.
- اندیس Z نمایانگر خط صفر یا محل اتصال دو لوب سمت چپ و راست ميباشد.
- هر چه فاصــله از خط صــفر (خط عبور كننده از بيني تا پس ســر) بيشــتر باشــد عدد بزرگتر اختصاص داده ميشود.
نکات عملی در ثبت EEG
- حفاظت الکتريکی: ایزوله كردن دستگاه از بدن بيمار، زمين كردن بدنه دستگاه
- كاهش نويز خصوصاً نويز برق شهر: طراحی فيلترهای حذف نویز ۵۰Hz، زمين كردن مناسب دستگاه، محل مناسب قرارگيری Head Box و Box اصلی دستگاه، تماس مناسب الكترودها با پوست سر خصوصاً الكترودهای زمين و مرجع
- امپدانس الکترود با پوست سر: در حدود چند كيلو اهم و یا كمتر از آن
- كاهش آرتیفکتهای حركتی: عدم تحرک بيمار حين ثبت سيگنال
