ZPRACOVÁNÍ A ANALÝZA BIOSIGNÁLŮ V. ELEKTROENCEFALOGRAM ELEKTROENCEFALOGRAM þ ELEKTROENCEFALOGRAM (EEG) je (grafická) reprezentace časové závislosti rozdílu elektrických potenciálů, snímaných z elektrod umístěných zpravidla na povrchu hlavy (skalpu), výjimečně přímo z kůry mozkové (elektrokortikogram), které vznikají jako důsledek spontánní elektrické aktivity mozku. ELEKTROENCEFALOGRAM þ ELEKTROENCEFALOGRAM (EEG) (mozkové vlny) umožňuje hodnotit různé formy poškození mozku, onemocnění epilepsií případně další poruchy centrální nervové soustavy. Podle legislativy v mnoha zemích se záznam EEG používá k definici mozkové smrti. MOZEK · ZÁKLADNÍ ČÍSLA þ 2 hemisféry – na nich 4 laloky – čelní (frontální), temenní (parietální), týlní (occipitální), spánkový (temporální) EEG – SVODOVÝ SYSTÉM EEG – SVODOVÝ SYSTÉM REŽIMY SNÍMÁNÍ EEG · VLASTNOSTI SIGNÁLU þ aktivita è rytmická q monomorfní (dominantní frekvence) q polymorfní (více frekvenčních složek) è arytmická (sled vln) þ ojedinělé útvary è lambda vlna - trvání ~ 100 ms, výskyt v okcipitální krajině; è hrot - trvání do max. 80 ms, kromě tvaru se hodnotí i souvislosti; è komplex hrot-vlna – vlna pomalá, trvání 200 – 500 ms è komplex mnohačetných hrotů a pomalých vln HROT - VLNA KOMPLEX HROT - VLNA EEG · VLASTNOSTI SIGNÁLU RYTMY delta (0-4 Hz) – u dospělého bdícího vždy patologie, u dětí kolem 4 měsíců jsou 4 Hz v normě; u dětí v prepubertě ojediněle osamocené vlny delta 75 – 100 μV v kombinaci s alfou výskyt ve spánku, velikost až 100 μV; čím je amplituda větší, resp. rozsah frekvencí užší, tím je patologie významnější EEG · VLASTNOSTI SIGNÁLU RYTMY theta (4-8 Hz) – napětí až do 150 μV; v oblastech centrální, temporální, parietální do 15 μV normál; patologie – je-li theta alespoň 2x vyšší než alfa nebo 30 μV, není-li alfa theta i delta stoupá u psychotestů s otevřenýma očima; zřídka je rytmický EEG · VLASTNOSTI SIGNÁLU RYTMY alfa (8-13 Hz) – v bdělém stavu max. nad zadními oblastmi mozkových hemisfér, nejlépe zavřené oči, před usnutím; tlumí se otevřením očí a duševní činností; od narození slepé osoby nemají alfa rytmus velikost signálu 20-50 μV, trvání jednotlivých vln 80- 125 ms; u 85% zdravých osob ve věku 20 – 60 let je frekvence 9,5-10,5 Hz, vyšší kmitočet je normální, pokles pod 8 Hz je patologický; podle zastoupení v záznamu se rozlišuje – dominantní, subdominantní, smíšený a řídký alfa rytmus EEG · VLASTNOSTI SIGNÁLU RYTMY mí (mu) (7-11 Hz) – napětí pod 50 μV; charakteristický arkádový nebo hřebenový tvar – tvar písmene m či u, zřejmě nemá podstatný patologický význam, častěji se ale vyskytuje u psychicky narušených jedinců sigma (~14 Hz) – spánková vřeténka (III. spánkové stadium) ve frontální a frontocentrální oblasti; velikost 30 – 40 μV EEG · VLASTNOSTI SIGNÁLU RYTMY beta (13 – 30 Hz, někdy 18 – 32 Hz) – symetrický výskyt, dozadu ubývá, typické při soustředění na vnější podněty, při duševní činnosti a při afektech; velikost do 30 μV, trvání jednotlivých vln 40 – 50 ms gama (nad 30 Hz) ZMĚNY V EEG SIGNÁLU PŘI ANESTÉZII EEG · VLASTNOSTI RUŠENÍ þ drift izolinie – vysoká vlny, trvání 2-3 s (Ž0,5 Hz); þ artefakty z dýchacích pohybů – periody od 4 s; þ artefakty pulsové – zpravidla je-li elektroda nad artérií; þ artefakty EKG – hroty v období komplexů QRS – nízká amplituda, průšvih u kardiostimulátorů; DRIFT IZOLINIE õ POMALÉ POHYBY OČÍ MRKÁNÍ EKG ARTEFAKTY EEG · VLASTNOSTI RUŠENÍ þ artefakty vyvolané pohyby očních bulbů – ve frontálních svodech, frekvence odpovídá delta až alfa vlnám (většinou pod 3 Hz); þ vf artefakty – myopotenciály velkých svalů (30-50 Hz) VZORKOVÁNÍ þ frekvenční obsah è spontánní EEG (0-70 Hz) è evokované potenciály (potenciály mozkového kmene až do 3 kHz) spodní hranice vzorkovací frekvence f[vz]=125 Hz þ A/D převod nejčastěji 12 bitů, lze najít i hrubší kvantování, vyjímečně i 8 bitů; þ dynamický rozsah ± 500 μVÞ 1 μV ~ 4 úrovně při kvatování na 12 bitů ANALÝZA EEG 3 hlavní oblasti zájmu: þ spontánní nezáchvatovitá aktivita (neparoxysmální, background) þ spontánní záchvatovitá aktivita (paroxysmální) þ (evokované potenciály) ANALÝZA EEG spontánní nezáchvatovitá aktivita þ aktivita bez výrazných časových změn (normální spontánní aktivita při bdění a v klidu, alfa a beta rytmy, kontinuální pomalé rytmy, polymorfní pomalá aktivita, …); þ aktivita s pomalými změnami v čase (spánková aktivita, aktivita při změnách polohy, aktivita v komatu, aktivita při hyperventilaci, …); þ aktivita intermitentního typu (přerušovaná) (sigma aktivita, mí aktivita, přerušované pomalé rytmy) ANALÝZA EEG spontánní nezáchvatovitá aktivita þ grafoelementy è hroty, ostré vlny, komplexy hrot/vlna è rytmické formace hrot/vlna 3/s è přechodné stavy ve spánku è jednotlivé polyfázové vlnky è paroxysmální pomalé vlny : : ANALÝZA EEG ZPŮSOB ZOBRAZENÍ þ frekvenční oblast þ časová oblast þ mapování ANALÝZA EEG používané prostředky þ frekvenční analýza è stacionární analýza – testy stacionarity, FFT, neparametrické a parametrické metody è nestacionární analýza – časový vývoj frekvenčního spektra, časově-frekvenční transformace, …. þ analýza v časové oblasti è detekce grafoelementů - mimetické metody, korelační analýza, … þ mapování è metody zpracování obrazů - korekce neostrostí, analýza vzájemných souvislostí, lokalizace zdrojů, modely, … EEG õ VLASTNOSTI SIGNÁLU RYTMY delta (0-4 Hz)