Analiza danych medycznych

Transkrypt

1 Analiza danych medycznych Wykład 2 Rejestracja sygnału EEG Plan wykładu 1. Zasady aplikacji elektrod 2. Wzmacniacz EEG 3. Cechy sygnału EEG 4. Podstawowe rytmy mózgowe 5. Przetworzenie zarejestrowanych sygnałów EEG 1

2 Czepek EEG Rodzaje elektrod (przeznaczenie) Wodne Żelowe Suche.. Aktywne Pasywne 2

3 Impedancja Opór między skórą a elektrodą Zrogowaciały naskórek pokryty tłuszczem - opór rzędu 1MΩ Tłumienie sygnału EEG Opór właściwy < 5kΩ Opory na wszystkich elektroda powinny być zbliżone. Przetarcie miejsc aplikacji elektrod: szorstki gazik odtłuszczający alkohol Aplikacja elektrod Odsunięcie włosów Przetarcie skóry Napełnienie elektrody żelem lub klejem Ewentualnie przyklejenie elektrody Po zakończeniu aplikacji wszystkich elektrod Podłączenie elektrod do wzmacniacza EEG 3

4 Elektroencefalograf 4

5 Elektroda uziemiająca (GND) Napięcia mierzymy względem punktu odniesienia. W przypadku urządzeń elektrycznych punktem odniesienia jest ziemia (umowny potencjał 0V). W przypadku pomiaru aktywności elektrycznej mózgu pomiar względem ziemi nie ma sensu! Punkt odniesienia powinien znajdować się na ciele człowieka. Standardowo jest to punkt głowie (np. między Fp1 i Fp2; między Fz i Cz, na płatkach uszu). Kanał EEG Elektroda GND pozwala na wyznaczenie napięcia na każdej z elektrod. Potencjał rejestrowany przez elektrodę uziemiającą jest odejmowany od potencjałów rejestrowanych przez elektrody sygnałowe i referencyjne. Napięcia podawane są na wejścia wzmacniacza różnicowego (U S -U R ). Wzmocniona różnica dwóch napięć stanowi sygnał rejestrowany w danym kanale EEG. 5

6 Montaż bipolarny i monopolarny Montaż monopolarny Montaż monopolarny z absolutną referencją można programowo zmienić na dowolny inny montaż (monopolarny i bipolarny). 4 kanały: C3, C4, F3 i F4 + elektroda ref. A1* Napięcia na elektr. sygnałowych: C3*, C4*, F3* i F4* C3=C3*-A1* C4=C4*-A1* F3=F3* -A1* F4=F4*-A1* Zmieniamy referencję z A1* na C3* (poprzez odniesienie poszczególnych kanałów do kanału C3) np.: C4=C4-C3=C4*-A1*-(C3*-A1*)=C4*-C3* Przejście na montaż bipolarny identycznie 6

7 Elektroda referencyjna Jako referencji absolutnej używa się takiej elektrody, która nie ma wartości w danym badaniu. Często umieszcza się ją w okolicy uszu lub na nosie. Blisko czy daleko elektrod sygnałowych? Po tej samej, czy przeciwnej stronie głowy? Najczęstsze standardowe pozycje elektrody referencyjnej: A1; A2; uśrednione A1 i A2; C3. Urządzenia EEG DigiTrack (Elmiko) EPOC (Emotiv) Discovery (BrainMaster) 7

8 DigiTrack 4 +2 kanały (K1-K4 gniazda sygnałowe, KR gniazdo referencyjne, KG gniazdo uziemiające), Częstotliwość próbkowania 250Hz, Program DigiTrack, Wymagany klucz sprzętowy. EPOC (1) 14+2 kanały, Bezprzewodowy mobilny, Częstotliwość próbkowania 128Hz (EPOC) lub 256Hz (EPOC+), Niezmienny układ kanałów. 8

9 EPOC (2) Kanały: AF3, F7, F3, FC5, T7, P7, O1, O2, P8, T8, FC6, F4, F8, AF4 CMS/DRL referencja i uziemienie (umieszczone w P3/P4) Discovery kanały Jest najbardziej zaawansowany (liczba kanałów, elastyczność, tryb on-line). Częstotliwość próbkowania - 256Hz Referencja absolutna w położeniu A1. Elektroda uziemiająca - GND. Przy OpenVibe min. 3 elektrody: A1, GND i np. C3. Przy BrainMaster min. 4 elektrody: A1, A2, GND i np. C3. W aplikacji BrainMaster stosowana jest referencja uśrednionych uszu (LE = (A1+A2)/2). 9

10 CECHY SYGNAŁU EEG 10

11 Montaż monopolarny Cechy sygnału EEG Amplituda sygnału EEG zdrowego mózgu waha się w granicach od 1 do 100 V (pik-to-pik). Wychylenia sygnału, które będziemy obserwowali na wykresie sygnału: od -50 do 50 V (-30, +30). Standard EEG - odwrócona polaryzacja sygnału - interpretując wykres EEG zawsze trzeba zwrócić uwagę na to gdzie jest +, a gdzie -!!! Zakres częstotliwości: możemy nagrywać tylko te składowe częstotliwościowe, które nie przekraczają 50Hz. 11

12 Różnice: EEG, ECoG i LFP Fale mózgowe (1) Pasma częstotliwości Rytmy Fale mózgowe Delta Theta Alpha Beta Gamma (0.5-4Hz) (4-8Hz> (8-13Hz) (13-30Hz) (>30Hz) 12

13 Fale mózgowe (2) 1. Rytm delta - fale najwolniejsze, o najwyższej amplitudzie, (setki V), sen. 2. Rytm theta - fale o częstotliwości 4-7Hz i amplitudzie do 75 V, głęboki relaks. Fale mózgowe (3) 3. Rytm alpha - fale o częstotliwości 8-13 Hz i amplitudzie między 30, a 100µV; podstawowy rytm osoby dorosłej; odprężenie, bierne przetwarzanie informacji; zanika przy otwarciu oczu. Podpasma: niska alpha (8-10Hz), wysoka alpha (10 do 13Hz). 4. Rytm µ - odmiana rytmu alfa: bardzo podobna częstotliwość 7-11Hz specyficzna lokalizacja nad korą motoryczną, głównie okolice elektrod C3 i C4 zanika podczas ruchów kończyny górnej po stronie przeciwnej. 13

14 Fale mózgowe (4) 6. Rytm beta fale o częstotliwości 13-30Hz i amplitudzie poniżej 50 V, najczęściej w granicach V; rytm charakterystyczny dla obudzonej i świadomej osoby; Podpasma: niska beta, inaczej rytm SMR (13-15Hz) stan aktywności, gotowości, wysoka beta, inaczej Beta2 (18-30Hz) intensywny wysiłek umysłowy, silne emocje, średnia beta, inaczej Beta1 (15-18Hz) wysoka koncentracja na zadaniu. 7. Rytm gamma fale o częstotliwości >30Hz i najniższej amplitudzie; kojarzenie i synchronizacja. Fale mózgowe (5) Szukamy desynchronizacji lub synchronizacji sygnału EEG w poszczególnych pasmach częstotliwości nad konkretnymi ośrodkami mózgowymi. zadania matematyczne - będziemy spodziewali się wzrostu mocy fali beta i/lub spadku mocy fali alfa w okolicy czołowej. zamknięcie oczu - będziemy spodziewali się wzrostu mocy fali alfa w odprowadzeniach potylicznych. emocje - będziemy spodziewali się wzrostu aktywności w prawej lub lewej okolicy czołowej wyobrażenie ruchu ręką - będziemy szukali desynchronizacji fali alfa nad lewą lub prawą korą motoryczną. 14

15 Dziękuję za uwagę 15