Tài liệu Đồ án eeg – electroencephalography( điện não đồ )

Mục lục  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) 1  6.Phương pháp xử lí tín hiệu điện não  6.1.Biển đổi Fuorier  6.2.Biến đổi sóng  6.3.Định vị EEG  7.Cơ sở lý thuyết biến đổi FFT  8.Vẽ phổ tín hiê êu EEG  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 vâ yê em đã chọn đề tài tín hiê êu điê nê não đồ để tìm hiểu.  Em xin cảm ơn thầy TS. Hà Hoàng Kha đã giúp đỡ em trong quá trinh thực hiện đồ án này. B.NỘI DUNG CHÍNH 1.Đặt vấn đề 1.1.EEG là gì? 2 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: Hans Benger (1873 – 1941) – một nhà sinh vật học và tâm thần học người Đức được ghi nhận là người đầu tiên ghi lại EEG trên con người. Cái tên EEG cũng là do ông đặt. Đây được đánh giá là một phát minh “đáng kinh ngạc, đáng chú ý và quan trọng nhất trong lịch sử thần kinh học lâm sàng”. 2.1: 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.  2.4.1.Điện thế màng nghỉ  Ở trạng thái nghỉ, mặt trong và ngoài màng nơron có sự phân bố 3 ion Na+, K+ và Cl- khác nhau (mmol/L): Sự phân bố này do 2 cơ chế tạo nên: 3 Do bơm Na+ - K+: còn gọi là bơm sinh điện nằm ở trên màng tế bào. Mỗi lần bơm hoạt động, 3 ion Na+ được đưa ra ngoài trong khi chỉ có 2 ion K+ đi vào bên trong. Do sự khuếch tán của Na+ và K+ qua màng tế bào. Na+ có khuynh hướng đi vào bên trong còn K+ đi ra ngoài. Do sự phân bố khác biệt đó mà mặt trong màng nơron có điện thế thấp hơn mặt ngoài 70mV và được gọi là điện thế nghỉ (-70mV).  2.4.2. Điện thế hoạt động: Là sự thay đổi rất nhanh của điện thế màng tế bào khi màng tế bào bị kích thích.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. 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. 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. 4 Hệ thống đặt điện cực ghi 10-20 quốc tế (international 10-20 system) để ghi điện não. Có 3 đường nối chính: 1- nốì 2 ống tai ngoài (thực ra là ngay trước tai - preauricular points), 2- nối gốc mũi với ụ chẩm ngoài, cả 2 đường nối này đều đi qua đỉnh sọ, và 3đường chu vi của sọ kết nối 2 điểm tận cùng nhất trên sọ. Ba đường này được chia theo tỷ lệ 10-20-20-20-20-10%, theo cả trục trực giao (2 đường vuông góc), lẫn theo vòng tròn chu vi, theo kiểu chia đôi các điểm nối. Khi nghiên cứu giấc ngủ, có thể người ta không dùng hết các vị trí ghi này, và chỉ đặt điện cực ở một số vị trí: trên hình vẽ là những chỗ có vòng tròn đen.  3.2 Phương pháp thu nhận tín hiệu điện não: 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. 5 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 3mm, 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 5k , 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: Người ta 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). 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 (813 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 6 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. Beta là sóng 4-35 Hz, thường có điện thế thấp (5-30 mV), sóng beta có biên độ cao nhất là ở phần phía trước của não. Dạng sóng này thường chiếm dưới 20% của toàn bộ bản ghi, nếu nó chiếm số lượng nhiều hơn thì đó làn bản điện não đồ bất thường hoặc là phản ánh tác dụng của thuốc. 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 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. 7 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 tới 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 8 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): 9 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. 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 10 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. e)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: 11 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. 12 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. 13  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.  6.2. 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 80. 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. 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 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 14 phân biệt tốt nhất của thương tổn đầu phần mềm. Ta sẽ chỉ ra khả năng của những kĩ thuật trên các ví dụ của bộ thu nhiễu chập chờn. 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. 7.Biến đổi FFT : BIẾN ĐỔI FOURIER RỜI RẠC (DFT) 7.1. Định nghĩa và tính chất: 2.1.1: Định nghĩa: Biến đổi Fourier rời rạc (DTFT) của x(n) mô tả như sau: X (e j )    x( n)e  jn n  Biến đổi Fourier rời rạc (DFT – Discrete Fourier Transform) N điểm của x(n) mô tả như sau: N 1 X ( k )   x( n)e  j 2 kn / N n0 Biến đổi Fourier ngược (IDFT – Inverse DFT): x ( n)  1 N N 1  X (k )e j 2 kn / N k 0 7.2. Tính chất của DFT N điểm: -Tuần hoàn: Nếu x(n) và X(k) là một cặp biến đổi DFT N điểm thì: x(n + N) = x(n)  X(k + N) = X(k) n  k -Tuyến tính: Nếu: x1(n) DFT-N x2(n) DFT-N X1(k) X2(k) 15 thì: a1(n) x1(n) + a2(n) x2(n) DFT-N a1(k) X1(k) a2(k) X2(k) -Đối xứng: Xét: x(n)  xR ( n)  jxT ( n) N 1 X R (k )   [ xR (n) cos n 0 và DFT N điểm X (k )  X R ( k )  jX T (k ) 2 kn 2 kn  xT (n) sin ] N N N 1 X T (k )   [ xR ( n) sin n 0 2 kn 2 kn  xT ( n) cos ] N N Và: 1 N 1 2 kn 2 kn [ X R (k ) cos  X T ( k ) sin ]  N k 0 N N 1 N 1 2 kn 2 kn xT ( k )   [ X R (k )sin  X T (n) cos ] N k 0 N N xR ( k )  Nếu x(n) chẵn: x(n) = x(-n) thì X(k) = XR(k) = XR(-k) Nếu x(n) lẻ: x(n) = -x(-n) thì X(k) = jXT(k) = -jXT(-k) Nếu x(n) là tín hiê êu thực, xT(n) = 0: XR(k) = XR(-k) XT(k) = -XT(-k) Hay: X(k) = X*(-k) Nếu x(n) là tín hiê êu ảo, xR(n) = 0: XR(k) = -XR(-k) XT(k) = XT(-k) Hay: X(k) = -X*(-k) - Đảo trên miền thời gian: 16 thì: Nếu: x(n) DFT-N thì: x1(N - n) X(k) DFT-N X(N – k) -Dịch chuyển thời gian và dịch chuyển tần số: Nếu: x(n) DFT-N thì: x(n-1) và: x(n)ej2πkl/N X(k) DFT-N DFT-N X(k)e-j2kπl/N X(k-1) -Liên hiệp phức: Nếu: x(n) DFT-N thì: x*(n) DFT-N X(k) X*(N-k) -Tương quan: Nếu: x(n) DFT-N và y(n) DFT-N thì: rxy X(k) Y(k) DFT-N X(k)Y*(k) -Nhân: x1(n) DFT-N X1(k) x2(n) DFT-N X2(k) thì: x1(n) x2(n) DFT-N (1/N) X1(k) X2(k) 8. Vẽ phổ: Với mô êt tín hiê uê EEG thu được với tần số lấy mẫu Fs=128Hz, phổ FFT được vẽ bởi kênh thứ nhất (hàng 1 trong ma trâ nê ): 17 8.1. Phổ DFT: 18 8.2: Sử dụng DFT đê tính toán cường đô ê quang phổ: 8.3: Peridogram: Periodogram là thước đo quang phổ năng lượng và cũng tương tự như với bình phương của cường độ quang phổ -trên thực tế, sự khác biệt duy nhất là các yếu tố quy mô . Nếu chúng ta tính toán cường độ sử dụng phổ DFT, hình vuông, quy mô và sau đó chuyển sang decibel (dB), chúng ta sẽ có periodogram. Mô êt hàm cửa sổ có thể không cần thiết cho tín hiê uê , nhưng khi mô êt cửa sổ được sử dụng bình thường có N không lớn lắm, nhưng có CN trong đó C được tính bởi: 19 C 1 N N 1  | w[n]2 | n0 Và w[n] được dụng là mô tê sổ. Điều là để tránh kỳ sự thiên vị trong toán do sử dụng cửa sổ. Quang thu được được là biến sử như cửa này bất dự việc các phổ gọi đổi periodogram. Hình dưới đây là mô êt Periodogram của tín hiê uê EEG: 20