W tym rozdziale wyjaśniono czym jest elektroencefalografia, pokrótce opisano jej zastosowanie w praktyce medycznej i naukowej, przedstawiono pojęcia analizy funkcjonalnej i strukturalnej narządów, wymieniono zalety EEG w stosunku do innych metod diagnostycznych stosowanych do badania mózgu.
Elektroencefalografia jest jedna spośród kilku różnych elektrografii znanych w praktyce medycznej i naukowej. Każda elektrografia polega na pomiarze i rejestracji potencjałów elektrycznych, których źródłem są procesy zachodzące w komórkach żywego organizmu. W organizmach zwierzęcych aktywnością elektryczną charakteryzują się komórki mięśniowe oraz komórki nerwowe. Zjawisku elektryczności w komórkach poświęcony jest rozdział 3 "komórka i elektryczność". W zależności od obszaru zastosowań oraz od rodzaju tkanek i narządów które generują badane potencjały techniki elektrograficzne podzielić można na:
- wykorzystujące czynność elektryczną tkanki nerwowej:
elektroencefalografia (EEG) - badanie potencjałów generowanych przez komórki nerwowe mózgu
odprowadzanych z powierzchni głowy
elektrokortykografia - metoda pomiaru aktywności elektrycznej kory mózgowej na podstawie sygnałów odprowadzonych bezpośrednio z jej powierzchni (często utożsamiana z EEG operacyjnym)
elektroretinografia - badanie czynności elektrycznej siatkówki oka za pomocą elektrody umieszczonej na rogówce.
elektroneurografia - badanie przewodnictwa elektrycznego nerwów za pomocą elektrod wkłuwanych lub zlokalizowanych na powierzchni skóry wzdłuż drogi nerwu.
- wykorzystujące czynność elektryczną tkanki mięśniowej:
elektrokardiografia (EKG) - dotyczy potencjałów elektrycznych mięśnia sercowego
elektromiografia (EMG) - badanie czynności elektrycznej mięśni szkieletowych
elektrookulografia (EOG) - badanie aktywności elektrycznej mięśni gałki ocznej
elektroenterografia - badanie aktywności mięśni gładkich przewodu pokarmowego (żołądka i jelit)
W dalszej części tego opracowania przedmiotem zainteresowań będzie wyłącznie EEG. Badanie to polega na zarejestrowaniu zmian potencjałów elektrycznych istniejących w całej objętości głowy oraz na jej powierzchni, generowanych przez mózg.
Najczęściej potencjały są mierzone na powierzchni głowy, rzadziej stosuje się elektrody tzw. głębinowe służące do odprowadzania potencjałów wprost z mózgu (konieczne jest operacyjne otwarcie czaszki). Zastosowanie znajdują również elektrody igłowe wkłuwane pod skórę głowy. Aby uzyskać dane o potencjale z różnych miejsc powierzchni głowy należy rozmieścić na niej wiele elektrod. Geometrię i sposób ich rozlokowania określają międzynarodowe normy (patrz "Obsługa sprzętu"). Prowadzący badania oczekuje że potencjały na powierzchni głowy będą odzwierciedlały aktywność elektryczną mózgu. Należy mieć świadomość że na zmiany potencjałów na powierzchni skóry głowy wpływać również będą potencjały generowane przez mięśnie oraz zakłócenia natury technicznej (patrz "Artefakty"). Przebieg zmian potencjałów elektrycznych jest rejestrowany na papierowej taśmie przesuwającej się ze stałą prędkością pod pisakami aparatu EEG, w nowoczesnych aparatach EEG sygnał jest rejestrowany na cyfrowym nośniku danych. Wprawne oko elektroencefalografisty potrafi rozróżnić "właściwe" sygnały mózgowe od zakłóceń zwanych artefaktami. Na podstawie znanych przypadków medycy nauczyli się rozpoznawać wizualnie pewne prawidłowości w zapisie EEG i na ich podstawie wnioskować o stanie mózgu i zdrowiu pacjenta. Taka analiza "na oko" jest tylko oceną jakościową a nie ilościową, metoda ta jest najbardziej powszechna w klinicznej analizie EEG. W wielu ośrodkach naukowych na świecie trwają badania nad ilościową oceną zapisów fal mózgowych przy użyciu pewnych algorytmów obliczeniowych. Coraz powszechniejsze staje się mapowanie czyli przedstawianie pewnych parametrów (wartości średnich amplitud lub widma) za pomocą barw lub odcieni szarości na planie czaszki badanego obiektu. Badania EEG stanowią podstawę diagnostyki w neurologii i neurochirurgii.
Badanie elektrycznej aktywności mózgu jest tzw. badaniem funkcjonalnym w odróżnieniu od badania strukturalnego (morfologicznego). Analiza funkcjonalna na za zadanie przedstawiæ obraz zmian zachodzących w czasie pewnych wielkości (w przypadku EEG będą to potencjały), wywoływanych przez funkcje życiowe badanego organu. W analizie strukturalnej przedmiotem obrazowania płaskiego lub pseudo trójwymiarowego jest wyznaczenie rozmieszczenia tkanek wchodzących w skład organu. Analiza strukturalna zajmuje się geometrią organów i tkanek o zadanych właściwościach niezależnych od chwilowej aktywności organów. Uzyskanie takiego obrazu jest możliwe jedynie wtedy, gdy tkanki posiadają zróżnicowane właściwości fizyczne (np. przewodność elektryczna lub przenikalność dla promieni X). Należy podkreślić że obraz funkcjonalny i strukturalny badanego organu nie będą tożsame np. mały guz w mózgu nie powodujący jeszcze zmian w funkcjonowaniu tego organu nie spowoduje zmian w zapisie EEG będzie natomiast widoczny na obrazie MRI.
W stosunku do takich technik diagnostycznych jak RTG, CT, MRI, fMRI, PET które przedstawiają obraz wnętrza ciała pacjenta (badanie funkcjonalne jak i strukturalne), elektrografie dają informacje o aktywności elektrycznej organu (badanie funkcjonalne). Naukowcy opracowują metody łączenia obrazu funkcjonalnego z obrazem strukturalnym organu za pomocą technik komputerowych, co ma dać dodatkowe informacje potrzebne lekarzom.
Wielką zaletą EEG używanego w praktyce klinicznej jest nieinwazyjność metody. Pacjent podłączony do aparatu EEG nie jest w żaden sposób pobudzany elektrycznie, nie jest narażony na dodatkowe promieniowanie elektromagnetyczne, nie musi też przyjmować żadnych środków "wspomagających" diagnostykę jak np. kontrast. W odróżnieniu od RTG, CT, MRI, USG czy innych technik, EEG nie wywiera żadnego wpływu na badany organizm poza bodźcem psychicznym samej świadomości podlegania badaniu. Sama obecność osoby w białym kitlu obsługującej skomplikowana aparaturę może mieć wpływ na stan emocjonalny badanego a tym samym na obraz jego fal mózgowych. W przypadku badania potencjałów wymuszonych (Evoked Potential)" pobudzenie" pacjenta odbywa się na drodze rutynowych codziennych czynności (bodźce wzrokowe, słuchowe lub dotykowe) i nie jest bardziej szkodliwe niż codzienność.
W rozdziale tym krótko opisano historię odkrycia związku elektryczności z funkcjonowaniem organizmu oraz przybliżono dzieje rozwoju badań nad potencjałami elektrycznymi generowanymi przez mózg.
"Elektryczność tkanek żywych" po raz pierwszy została zaobserwowana w roku 1786. Luigi Galvani wykonał słynne doświadczenie dotykając mięśnia wypreparowanej kończyny żaby dwoma różnymi metalami (połączonymi ze sobą tak że wytwarzały potencjał) powodował jej skurcz.
Angielski fizyk Richard Caton w 1875 po raz pierwszy w historii opublikował informację o "słabych prądach mózgu" czyli o zarejestrowaniu przez niego spontanicznej aktywności elektrycznej mózgu. Jego eksperyment dotyczył kory mózgowej laboratoryjnych zwierząt: królików i kotów. Odkrycie bardzo małych potencjałów (rzędu mikrowoltów) jest tym bardziej doniosłe, że w tamtych czasach nie znano metod wzmacniania sygnałów elektrycznych. Najczulszym przyrządem pomiarowym był galwanometr. Potencjały były mierzone bezpośrednio na powierzchni kory mózgowej.
W roku 1924 niemiecki neurolog Hans Berger dokonał pierwszej rejestracji potencjału mózgowego u człowieka. Jako elektrod użył metalowych pasków przyklejonych do skóry głowy pacjenta, jako rejestrator wykorzystał czuły galwanometr strunowy, który miał rozdzielczość zapisu 1mV/cm. Stosował także elektrody igłowe wkłuwane w skórę czaszki. Za pomocą tak skonstruowanej aparatury Berger potrafił mierzyć potencjały o amplitudzie kilkudziesięciu mikrowoltów generowane przez mózg.
Analizując następujące po sobie zmiany położenia ruchomej części galwanometru zostawiającej ślad na wstędze papieru zaobserwował pewne wzory, prawidłowości kształtu fal mózgowych.
W latach 1924-1938 Berger stworzył podwaliny dla wielu dzisiaj spotykanych aplikacji elektroencefalografii. On pierwszy użył określenia "elektroencefalogram" w odniesieniu do pomiaru potencjałów mózgowych zastępując proponowane wcześniej określenie "elektrocelebrogram".
Zaobserwował że fale mózgowe nie są całkowicie przypadkowe ale wykazują pewną okresowość i regularność. Zauważył też że przewaga pewnych fal jest zależna od aktywności organizmu. Wywnioskował że na fale mózgowe wpływ maja pewne zmiany patologiczne po tym jak zarejestrował wyraźny wzrost amplitudy fal podczas napadu konwulsji u pacjenta.
Pomimo wielu ciekawych spostrzeżeń wynikających z badañ Bergera jego publikacja w 1929 nie wzbudziła większego zainteresowania. Dopiero powtórzone doświadczenia przeprowadzone przez brytyjskich naukowców spowodowały zainteresowanie świata nauki falami mózgowymi. W 1934 roku Adrian i Matthews opublikowali pracę uwierzytelniającą dotychczasowe dokonania Bergera. Zidentyfikowali i sklasyfikowali oni pewne fale: regularne oscylacje 10-12 Hz zarejestrowane na płacie potylicznym kory mózgowej nazwali alfa. Zaobserwowano że fale alfa zanikają gdy badany wykazuje wzmożoną uwagę, skupienie. Podstawy fizjologiczne zjawiska "wpływu zewnętrznego pobudzenia" zostały opisane dopiero w 1949 roku.
Obecnie sprzęt EEG umożliwia rejestrację potencjałów nawet ze 128 elektrod (w celach badawczych, nie w praktyce klinicznej) rozmieszczonych na powierzchni głowy a pasmo rejestrowanych częstotliwości sięga 10 kHz. Doskonałość techniczna rejestracji została osiągnięta, obecny stan techniki daje o wiele większe możliwości niż wymagania stawiane przez EEG. Dalszemu rozwojowi podlega natomiast interpretacja wyników badań. Zapisy EEG kryją w sobie wiele nie zinterpretowanych dotąd informacji.
3. Komórka i elektryczność
W tym rozdziale opisano budowę i funkcjonowanie błony komórkowej neuronu w ujęciu elektrycznym, przybliżono zasadę przewodnictwa impulsów nerwowych oraz wyjaśniono jakie sygnały są odbierane na powierzchni skóry głowy.
Aby zbytnio nie wnikać w biologiczne niuanse budowy komórki przyjmijmy następujące uproszczenie. Każda komórka organizmu otoczona jest błoną komórkową, wyróżnimy wiec trzy obszary: wnętrze, błonę i zewnętrze komórki. Błona ta ogranicza przemieszczanie się cytoplazmy, jądra oraz organelli wewnątrz komórki i odpowiada za selektywną wymianę pewnych substancji z otoczeniem (takich jak substancje odżywcze, produkty przemiany materii, jony). Z punktu widzenia "elektryczności tkanki" interesować nas będzie wymiana jonowa komórki z jej otoczeniem. Jony w organizmie są nośnikami ładunku elektrycznego. Jony dodatnie czyli kationy to cząsteczki lub związki pozbawione jednego lub więcej elektronów. Aniony to jony ujemne posiadające nadmiar elektronów. Jeżeli w pewnym miejscu nastąpi rozdzielenie jonów dodatnich od jonów ujemnych, spowoduje to powstanie obszarów o zróżnicowanym ładunku elektrycznym i wystąpienie różnicy potencjału elektrycznego na ich granicy. Tak też dzieje się w przypadku błony komórkowej - w poprzek tej błony występuje potencjał elektryczny.
Rys. 1 Potencjał na granicy ośrodków o różnym ładunku elektrycznym.
Potencjał spoczynkowy to potencjał elektryczny pomiędzy wnętrzem komórki a jej zewnętrzem w sytuacji gdy komórka ta jest w stanie spoczynku, czyli nie przewodzi żadnego bodźca. Granicą obszarów o róznym stężeniu jonów jest błona komórkowa. Potencjał spoczynkowy neuronu wynosi około -70mV. Wartość ujemna oznacza że wewnątrz komórki gromadzi się ładunek ujemny w stosunku do ładunku na zewnątrz komórki. Potencjał spoczynkowy został zarejestrowany eksperymentalnie poprzez wprowadzenie jednej z elektrod pomiarowych do wnętrza neuronu. Pole elektrostatyczne wynikające z jonowej polaryzacji błony nie występuje na zewnątrz komórki, nie jest więc mierzalne na zewnątrz organizmu.
Rys. 2 Neuron posiada ujemny potencjał spoczynkowy.
Z obserwacji potencjału spoczynkowego wynika że błona komórkowa w stanie statycznym jest elektrycznie spolaryzowana.
Istnieją dwa zasadnicze mechanizmy powodujące przemieszczanie się jonów w poprzek błony komórkowej:
o dyfuzja, która powoduje ruch jonów w kierunku zmniejszenia ich koncentracji.
o pompa jonowa, która jest w stanie transportować wybrane jony wbrew gradientowi stężenia, gradientowi potencjału lub obu równocześnie.
Dyfuzja ma charakter transportu biernego natomiast pompy jonowe zapewniają transport czynny wymagający dostarczenia.
Wypadkowe stężenie jonów potasu jest około 30 razy większe niż na zewnątrz komórki, natomiast jonów sodu jest 10 razy mniejsze niż na zewnątrz komórki.
Aby utrzymać potencjał spoczynkowy na stałym poziomie błona komórkowa została wyposażona w pompy jonowe. Pompa sodowo-potasowa transportuje kationy K+ oraz Na+ przez błonę komórkową. Jony K+ zostają wpompowane do wnętrza komórki a jony Na+ są wyprowadzane na zewnątrz komórki. Statystycznie na każde dwa jony K+ wpompowane do wewnątrz, na zewnątrz wydalane są trzy jony Na+. Oznacza to że sumarycznie ładunek dodatni jest wypompowywany z komórki. Do pracy pompy jonowej wykorzystywana jest energia zmagazynowana w ATP. Pompę stanowią wyspecjalizowane białka rozpoznające wybrane jony i "przeciągające" je na drugą stronę komórki.
Rys. 3 Pompa jonowa transportuje jony sodu i potasu.
Jony przemieszczają się poprzez błonę także w wyniku dyfuzji poprzez kanały jonowe. Kierunek dyfuzji jest zawsze zgodny z gradientem stężenia jonów (oznacza to że jony przemieszczają się do obszaru o mniejszym stężeniu) natomiast wybrany rodzaj kanałów jonowych może zostać otwarty lub zamknięty. Struktura błony ogranicza dyfuzję jonów Na+ w znacznie większym stopniu niż jonów K+. W stanie spoczynku jony K+ dyfundują przez kanały 100 razy łatwiej niż jony Na+, gdyż potencjał spoczynkowy powoduje niemal całkowite zamknięcie kanałów sodowych. Tak więc wypompowane na zewnątrz ciała komórki jony Na+ nie przenikną tak łatwo z powrotem do wnętrza komórki jak jony K+, które wpompowane do ciała komórki mogą ja łatwo opuścić. Stan równowagi zostaje osiągnięty gdy odpływ kationów K+ z komórki jest równy dopływowi kationów Na+. Dzieje się to właśnie na poziomie różnicy potencjałów -70mV, potencjał ten może się nieznacznie różnić w zależności od specyfiki komórki.
Oprócz kationów, swobodnie dyfundować przez błonę mogą aniony Cl-. Poza opisaną dystrybucją jonów wpływ na potencjał spoczynkowy ma istnienie ładunków ujemnych związanych z białkami i fosforanami organicznymi wewnątrz komórki, których wymiary są zbyt duże aby mogły one dyfundować przez błonę.
Rys. 4 Kanały jonowe kontrolują dyfuzję.
Znamy już zasadę działania opisanego powyżej "mikrogeneratora" elektrycznego. Sprecyzujemy teraz funkcję jaką pełni komórka nerwowa czyli neuron w organizmie i powiemy do czego potrzebny jest potencjał spoczynkowy.
Spośród innych komórek organizmu neuron wyróżnia się dzięki swoistej budowie. Ciało komórki nerwowej to największy jej fragment zawierający wewnątrz organelle i jądro, od ciała odchodzą liczne wypustki zwane dendrytami oraz pojedyncza wypustka zwana aksonem. Dendryty są licznymi silnie rozgałęzionymi krótkimi wypustkami służącymi do odbierania bodźców przez neuron. Samo ciało komórki jest również zdolne do odbierania bodźców. Akson (inaczej neuryt) to długa pojedyńcza wypustka, niekiedy z rozgałęzieniami, ma za zadanie przewodzić impuls nerwowy z ciała komórki do kolejnego neuronu lub do mięśnia czy gruczołu.
Przewodzenie międzyneuronalne czyli pomiędzy aksonem i dendrytem sąsiednich komórek odbywa się na drodze chemicznej. Komunikację pomiędzy komórkami nerwowymi umożliwiają synapsy. Kolbki synaptyczne umieszczone na licznych zakończeniach aksonu wydzielają w momencie przewodzenia bodźca związki chemiczne zwane neurotransmiterami, które są odbierane przez dendryty. (Jest to przykład bodźca chemicznego odbieranego przez neuron) Wzdłuż samego aksonu, podobnie jak wzdłuż dendrytów, przewodzenie impulsu nerwowego odbywa się na drodze elektrycznej (dzięki temu możemy rejestrować aktywność elektryczną układu nerwowego m.in. mózgu). Elektryczne przewodzenie impulsu nerwowego jest szybsze od transmisji chemicznej, a możliwe jest dzięki istnieniu opisanego powyżej potencjału spoczynkowego.
Potencjał spoczynkowy istniejący w neuronie umożliwia wykonanie pracy związanej z odebraniem bodźca i przewodzeniem informacji do kolejnych komórek. Taki pojedynczy "bit" informacji zwany jest impulsem nerwowym. Warunkiem zaistnienia przewodzenia impulsu nerwowego w aksonie jest odebranie bodźca wystarczająco silnego. Bodźcem wywołującym impuls nerwowy może być pobudzenie chemiczne, elektryczne lub mechaniczne neuronu. Jeśli bodziec będzie słaby czyli podprogowy to wywoła on jedynie lokalną zmianę potencjału na skutek zwiększenia przepuszczalności kanałów jonowych Na+. Bodziec wystarczająco silny wywoła potencjał czynnościowy czyli takie zaburzenie potencjału spoczynkowego neuronu, które spowoduje przewodzenie tego zaburzenia wzdłuż aksonu. Depolaryzacja błony o około 15mV nie powoduje powstania impulsu nerwowego, jest to pobudzenie podprogowe. Silniejsza depolaryzacja spowoduje otwarcie kanałów Na+ i dostanie się jonów Na+ do wnętrza komórki a tym samym całkowitą depolaryzację a nawet chwilową odwrotną polaryzację do +35mV, efekt ten zwany jest iglicą (ang. spike).
Rys. 6 Przebieg pobudzenia neuronu.
Obszar objęty depolaryzacją rozprzestrzenia się wzdłuż aksonu. W obszarze sąsiadującym z miejscem depolaryzacji także dochodzi do depolaryzacji, a następnie do repolaryzacji. W ten sposób zjawisko depolaryzacji z repolaryzacją rozchodzi się wzdłuż ciała neuronu. Repolaryzacja polega na zamknięciu kanału Na+ i otwarciu kanału K+ co pozwala na przywrócenie ujemnego potencjału wewnątrz komórki. Cykl depolaryzacji i repolaryzacji trwa około 1 milisekundy. W czasie kolejnych kilku milisekund neuron powraca do potencjału spoczynkowego i jest on w tym czasie mniej wrażliwy na bodźce.
Obserwujac z zewnątrz błonę komórkową neuronu można stwierdzić że jest ona naładowana dodatnio w stanie spoczynku a impuls nerwowy jest spostrzegany jako przemieszczający się obszar ładunku ujemnego.
Rys. 7 Rozchodzenie się fali pobudzenia po powierzchni komórki.
Znamy już zasady rządzące ładunkiem elektrycznym w obrębie neuronu. Możemy więc teraz stworzyć model elektryczny komórki nerwowej.
Z zasady zachowania ładunku wynika fakt, że prąd płynie w zamkniętych pętlach. Tak też jest w przypadku błony komórkowej i przepływających przez nią prądów. Pętla prądowa zawierać będzie cztery składowe prądy: Im1 prąd przez błonę w kierunku na zewnątrz komórki, Ie prąd wzdłuż komórki na zewnątrz błony, Im2 prąd przez błonę do wewnątrz komórki, Ii prąd wewnątrz komórki. Są to prądy jonowe, źródłami prądowymi będą Im1 oraz Im2 zrealizowane w postaci pomp i kanałów jonowych. Poprzez błonę komórkową oprócz prądów jonowych, przepływają prądy wywołane zmianami różnicy potencjału a wynikające z posiadania pewnej pojemności elektrycznej przez błonę. Jak wynika ze znajomości prawa Ohma prąd płynący przez rezystancję wywoła na niej spadek napięcia. W ten sposób możemy potraktować prąd Ii płynący wewnątrz komórki jako że płynie on w ograniczonym przewodniku. Z dobrym przybliżeniem można stwierdzić że Ii płynie wyłącznie wzdłuż aksonu, czyli jednokierunkowo. Zachodzi wtedy równanie:
,
ri - rezystancja ośrodka [W/cm], z - współrzędna osiowa, Fi - potencjał związany z Ii
Niestety na zewnątrz komórki nie można zastosować takiego opisu ponieważ prąd rozchodzi się w przewodniku objętościowym który jest substancją niejednorodną. W związku z tym prąd Ie może płynąć w całym ciele w sposób trudny do opisania. Największa gęstość prądu Ie wystąpi w miejscach gdzie wpływa i wypływa on z błony komórkowej (zamienia się w prąd Im1 oraz Im2). W takiej sytuacji prąd Ie spełnia równanie Poissona:
opisujące potencjał w jednorodnym przewodniku objętościowym. Ponieważ jednak głowa nie jest przewodnikiem jednorodnym i w zgrubnym przybliżeniu wyszczególnia się kilka warstw o różnej przewodności i indywidualnej geometrii u każdego badanego dipol prądowy powstały w tym samym miejscu wywoła inne pole elektryczne na powierzchni głowy. Zagadnienie lokalizacji dipoli wewnątrz głowy na podstawie pomiaru potencjału na powierzchni jest zagadnieniem nie trywialnym wymagającym pozyskania wielu dodatkowych informacji na temat struktury badanego przewodnika objętościowego.
4. Aparat eeg
W tym rozdziale opisano budowę i funkcjonowanie poszczególnych podzespołów aparatu EEG
Bez względu na konstrukcję i typ aparatu EEG, można go przedstawiæ jako połączenie następujących bloków funkcjonalnych:
Rys. 1 Schemat blokowy EEG
W starszych aparatach każdy blok funkcjonalny posiada swoją realizację techniczną, w nowszych np. w EEG cyfrowym doszło do scalenia pewnych funkcji i przyporządkowania ich jednemu podzespołowi.
Po odebraniu przez elektrodę sygnał jest wstępnie wzmacniany tak aby mógł podlegać dalszej obróbce i aby był odporny na zakłócenia. Tak wzmocniony sygnał jest filtrowany w celu pozbycia się niepożądanych składowych widma sygnału oraz zakłóceń. Następnie sygnał jest wzmacniany do wartości odpowiadającej wybranej skali zapisu. Rejestracja odbywa się na papierowej taśmie.
Potencjał elektryczny na powierzchni głowy pacjenta mierzony jest stykowo. Odprowadzenia sygnału do aparatu EEG są zakończone elektrodami. Elektrody to elementy wykonane przeważnie z metali będące "łączem" pomiędzy elektroencefalografem a ciałem pacjenta. Wyróżnić można elektrody:
· miseczkowe - powszechnie stosowane elektrody pozłacane lub powlekane AgCl o kształcie miseczki do wewnątrz której nakłada się żelu kontaktowego, następnie elektrodę przykłada się we właściwym miejscu i przykleja.
· grzybkowe - elektrody o kształcie odwróconego grzybka, lub stempla, dotykają do skóry przez bufor z elektrolitu, którym nasączona jest gąbka lub gaza otaczająca końcówkę elektrody.
· węglowe - wykonane z węgla spieczonego z metalowym proszkiem, stosowane dla uniknięcia polaryzacji złącza elektroda-elektrolit
· klipsowe - wykonane z metalu, stosowane do odprowadzeń usznych
· igłowe - służą do wkłuwania pod skórę, wykonane z platyny lub jej stopów, zapewniają stabilność pomiaru jednak stwarzają ryzyko powstania zakażenia
· specjalne - np. nosowo-gardłowe to elektrody wykonane z elastycznego drutu srebrnego izolowanego na całej długości z wyjątkiem zakończenia, wprowadzane podczas bania do jamy nosowo-gardłowej.
Niezwykle istotne jest zapewnienie dobrego kontaktu elektrycznego pomiędzy elektrodą a tkanką. Parametrami charakteryzującymi dobre połączenie między aparatem EEG a skórą głowy pacjenta są: mała rezystancja, mała pojemność elektryczna, niewielki potencjał statyczny, stabilność czasowa tych parametrów oraz mała wrażliwość na zmiany temperatury i czynniki zewnętrzne zwłaszcza mechaniczne. W rozdziale 7 "Obsługa sprzętu" znajduje się opis, jak dokonać montażu elektrod zapewniającego dobre parametry elektryczne połączenia.
Najczęściej stosowane są elektrody, w których nie występuje bezpośredni kontakt metalu z tkanką, stosowane jest natomiast złącze metal-elektrolit. Istnieje wiêc pośredni kontakt pomiędzy elektrodą i tkanką poprzez elektrolit. Elektrolit w postaci żelu jest aplikowany pod elektrodę. Właściwości elektrochemiczne połączenia tkanka-elektrolit oraz elektrolit-metal, dzięki specjalnemu składowi aplikowanego żelu lub kremu, zapewniają stałą w czasie badania impedancję. Stała różnica potencjałów pomiędzy tkanką i elektrodą EEG, czyli offset napięciowy, występuje zawsze a jego wartość zależeć będzie od metalu z jakiego wykonano elektrodę. Powyższe zjawiska fizyczne są opisane w rozdziale 6 "Uwarunkowania techniczne".
Potencjał elektrod jest odprowadzany do wzmacniacza za pomocą przewodów elektrycznych. Przewód powinien mieć małą wartość rezystancji aby nie tłumić przenoszonego sygnału. Długość pojedynczego przewodu nie przekracza zwykle jednego metra. Musi być on bardzo elastyczny tak, aby nie powodował przemieszczenia elektrody z nim połączonej oraz by swobodnie zwisał nie utrudniając montażu następnych elektrod. Przewód wykonany jest z wielu cienkich drucików miedzianych we wspólnej elastycznej izolacji. Izolacja musi gwarantować odporność na czynniki zewnętrzne powodujące korozję przewodu. Przewody są zakończone od strony aparatu kontaktem w postaci wtyczki, od strony elektrody kontaktem w postaci wtyczki lub "krokodylka" lub są zamocowane na stałe do elektrody. Brak standardu kontaktów zwykle narzuca potrzebę zakupu przewodów razem z aparatem EEG u jednego dystrybutora.
Sygnał zebrany za pomocą elektrod musi zostać wzmocniony aby mógł być zarejestrowany. Wzmacniacz elektryczny jest elementem wzmacniającym napięcie, oznacza to że pod wpływem pewnego napięcia przyłożonego do wejścia wygeneruje on na wyjściu napiecie proporcjonalnie wyższe od wejściowego. Współczynnik proporcjonalności jest nazywany wzmocnieniem napięciowym. W praktyce zastosowanie znajdują wzmacniacze różnicowe, które "różnicują", czyli odejmują, sygnały wejściowe a następnie wzmacniają. Symbol schematyczny wzmacniacza przedstawiono poniżej.
Rys. 2 Symbol wzmacniacza różnicowego
Napięcie na wejściu nieodwracającym "+" wywoła napięcie na wyjściu wprost proporcjonalne do wartości wejściowej. Napięcie na wejściu odwracającym "-" spowoduje na wyjściu napięcie proporcjonalne do wejściowego, ale o przeciwnym znaku. Przy podłączeniu napięć do obu wejść równocześnie od napięcia na wejściu "+" zostanie odjęta wartość na wejściu "-" a powstała różnica napięć następnie wzmocniona.
Rys. 3 Zasada działania wzmacniacza
Przy montażu (patrz "Obsługa sprzętu") bipolarnym jedna z elektrod jest podłączona do wejścia nieodwracającego druga do odwracającego. W montażu unipolarnym wszystkie wejścia odwracające przedwzmacniaczy są połączone do wspólnego potencjału odniesienia.
Filtry są podzespołami elektronicznymi tłumiącymi wybrane składowe częstotliwościowe sygnału. Zasadniczy podzia...
ska73