BLOG
Jakość i wiarygodność zapisu EEG w diagnostyce psychiatrycznej i neurologicznej
– na co zwrócić uwagę
Artykuł przygotował mgr inż. Bartosz Kochański – inżynier biomedyczny z ponad 10-letnim doświadczeniem w pracach badawczo–rozwojowych na przecięciu technologii i medycyny. Długoletni pracownik w zespołach badawczych w Instytucie Fizjologii i Patologii Słuchu, na Politechnice Warszawskiej oraz Uniwersytecie Warszawskim. Jego główny obszar specjalizacji obejmuje poszukiwanie biomarkerów oraz rozwój oprogramowania do wspomagania diagnostyki. Autor współpracujący z ELMIKO i AKSON Centrum Edukacji, specjalizujący się w treściach dot. technicznej strony badania EEG oraz elektromiografii (EMG, SF EMG).
Artykuł publikujemy w ramach Żółtego Września – kampanii poświęconej zdrowiu psychicznemu i profilaktyce samobójstw – ponieważ rzetelnie wykonany zapis EEG stanowi podstawę, na której opiera się diagnostyka QEEG, wykorzystywana również w ocenie zaburzeń nastroju.
Elektroencefalografia (EEG) pozostaje kluczowym badaniem diagnostycznym w neurologii. Jak zostało to opisane w niedawnym artykule autorstwa Weroniki Redos, znajduje także zastosowanie pomocnicze w wybranych sytuacjach klinicznych w psychiatrii. Jednocześnie wiarygodność wyników badania EEG uzależniona jest od dbałości o każdy krok jego przebiegu a także od zrozumienia czynników wpływających na otrzymywany zapis.
Sygnał o niedostatecznej jakości, zawierający niezidentyfikowane zakłócenia lub przeprowadzony w nieodpowiednich warunkach może prowadzić do niepoprawnych wniosków o stanie pacjenta. Znaczenie kliniczne zilustrować może opis przypadku pacjenta na oddziale intensywnej terapii, u którego artefakt związany z pracą urządzenia do wspomagania lewej komory serca potraktowany został początkowo jako stan padaczkowy1. Jednocześnie konsekwencje niepoprawnej diagnozy mogą mieć istotny wpływ zarówno w wymiarze prywatnym dobrostanu pacjenta2 jak również w szerokim wymiarze systemowym. Przykładowo historyczny model dla populacji Anglii i Walii z 2002 r. oszacował roczne koszty medyczne błędnych rozpoznań padaczki na około 29 mln funtów3.
Z tego względu w niniejszym artykule pochylimy się nad czynnikami wpływającymi na jakość oraz wiarygodność zapisu EEG w praktyce klinicznej.
Elektroda, elektrolit i skóra tworzą układ wpływający na jakość zapisu. Wytyczne dopuszczają m.in. elektrody złote oraz chlorosrebrowe, które występują w wariantach spiekanych oraz odlewanych7. Wybór konkretnego materiału z tej grupy ma znaczenie szczególnie przy rejestrowaniu bardzo wolnych składowych: w badaniach laboratoryjnych spiekane Ag/AgCl wykazywały korzystną stabilność. Nie dowodzi to jednak przewagi diagnostycznej każdego takiego modelu w rutynowym EEG [8]. Wytyczne nie zalecają natomiast aktualnie stosowania elektrod suchych ze względu na ich powiązanie ze zwiększoną ilością zakłóceń pochodzących z ruchu oraz potu na skórze głowy7.
Elektrody wielokrotnego użytku wymagają oględzin, prawidłowego czyszczenia i oceny zużycia. W badaniach laboratoryjnych obserwowano zmianę właściwości elektrochemicznych elektrod wraz z każdym kolejnym użyciem mimo utrzymywania impedancji kontaktu w zakresie zalecanym przez wytyczne9. Sama prawidłowa wartość impedancji na ekranie aparatu nie zastępuje więc w pełni dokładnej kontroli stanu elektrody.
Przewody doprowadzające sygnał z elektrod do wzmacniacza należy odciążyć i zabezpieczyć przed swobodnym kołysaniem. Ich ruch może wprowadzać zakłócenia nawet przy nieruchomej głowie, co wykazano w badaniach na fantomie10.
W przypadkach problemów z dużym udziałem zakłóceń sieciowych 50 Hz wytyczne zalecają wyczerpanie pozostałych rozwiązań technicznych przed stosowaniem filtrów w oprogramowaniu przeglądania zapisów11. Warto wówczas rozważyć splatanie przewodów oraz stosowanie przewodów ekranowanych12.
W kwestii rozmieszczenia elektrod – a w związku z tym standaryzacji informacji przestrzennej z badania – niezmienną podstawą wytycznych pozostaje układ 10-20. Dyskusji podlega natomiast szereg kwestii dotyczących szczegółów realizacji montażu elektrod.
W pierwszej kolejności istotne jest rozróżnienie pomiędzy czepkami EEG wymagającymi pojedynczego mocowania elektrod do powierzchni skóry głowy a czepkami z wbudowanymi elektrodami i przewodami, określanymi też jako czepki automatyczne. Czepki z elektrodami mocowanymi pojedynczo dają możliwość indywidualnego dostosowania ich położenia, np. przy nietypowej anatomii lub występującym w sygnale artefakcie tętna. Czepek automatyczny z elektrodami zintegrowanymi może z kolei uprościć zakładanie i skrócić czas przygotowania pacjenta. Może być to szczególnie istotne w przypadku pacjentów niewspółpracujących. Z drugiej strony czepki tego rodzaju w gorszy sposób mogą odzwierciedlać układ 10-20 na głowie konkretnej osoby badanej. Badania eksperymentalne wskazały ponadto, że rozrzut pozycji elektrod między pomiarami i osobami badanymi może być wyższy w przypadku tego typu czepków niż czepków z elektrodami zakładanymi manualnie13. Wytyczne dopuszczają jednak wykorzystywanie czepków przy spełnieniu wymagań technicznych i kontroli impedancji7.
Poza sposobem rozmieszczenia elektrod istotna jest również liczba elektrod stosowanych w zapisie. Klasyczny układ obejmuje 19 pozycji na skórze głowy oraz dwie elektrody uszne. International Federation of Clinical Neurophysiology (IFCN) proponuje rozszerzenie do 25 pozycji. Dodatkowe 6 elektrod F9, F10, T9, T10, P9 oraz P10 obejmuje dolne okolice skroniowe. Poszerzenie układu o dodatkowe elektrody wymaga wzmacniacza o odpowiedniej liczbie kanałów jak również odpowiednio dopasowanego czepka. Z tego powodu nowe wytyczne zalecają ten układ, gdy jest wykonalny, pozostawiając układ 10-20 jako akceptowalny7. Rozszerzony układ może poprawiać identyfikację i przestrzenną ocenę nieprawidłowości EEG, zwłaszcza w okolicach skroniowych. W badaniu obejmującym 500 badań, w podgrupie zapisów z nieprawidłowościami skroniowymi maksimum ujemnego potencjału przypadało na dodatkowe elektrody dolnego łańcucha skroniowego w 59% przypadków, natomiast w 6% przypadków nieprawidłowość była widoczna wyłącznie w tych elektrodach14.
Podczas montażu elektrod należy kontrolować ich impedancję. Wytyczne zalecają wartości poniżej 5 kΩ, dopuszczając również wartości poniżej 10 kΩ7. Zachowanie niskiej impedancji jest istotne dla jakości zbieranego sygnału. W badaniach nad jakością sygnału w procedurach potencjałów wywołanych wykazano, że wysoka impedancja elektrod wiązała się z obecnością większego udziału zakłóceń wolnozmiennych, zwłaszcza w warunkach podwyższonej temperatury oraz wilgotności otoczenia. Wyniki te wspierają znaczenie kontroli stabilnych warunków środowiskowych podczas pomiarów15.
Poza zachowaniem ogólnie niskich impedancji ważne jest również zapewnienie możliwie podobnych impedancji na każdej z elektrod. Pozwala to zapobiegać pogorszeniu współczynnika tłumienia sygnału wspólnego (ang. common-mode rejection ratio, CMRR) na torze pomiarowym stanowiska do akwizycji sygnału16. Dodatkowo, wartości poniżej 100 Ω wymagają sprawdzenia pod kątem utworzenia przewodzącego mostka z elektrolitu pomiędzy dwoma elektrodami7.
Schemat badania powinien wynikać z pytania klinicznego. Przed badaniem należy zebrać informacje o zdarzeniach, lekach i stanie pacjenta, a podczas rejestracji oznaczać zmiany zachowania oraz wykonywane próby. Wytyczne zalecają zebranie minimum 20 minut technicznie zadowalającego zapisu w ramach rutynowego badania EEG. Odcinki z nasilonymi zakłóceniami nie mogą zastępować materiału potrzebnego do oceny, warto natomiast przeznaczyć krótki czas badania na nagranie powtarzalnych wzorców sygnału podczas gdy pacjent rusza gałkami ocznymi oraz mruga7, 11.
Podstawą rutynowego badania jest zapis czuwania przy oczach zamkniętych oraz otwartych. Przy braku przeciwwskazań zaleca się włączenie do protokołu prób aktywacyjnych, w szczególności hiperwentylacji (ang. hyperventilation, HV) i fotostymulacji (ang. intermittent photic stimulation, IPS). Istnieją zalecenia co do czasowego uporządkowania prób w sekwencji badania. U dorosłych zaleca się IPS przed HV, z co najmniej trzyminutową przerwą. Przy podejrzeniu genetycznej padaczki uogólnionej próby aktywacyjne zaleca się przenosić na koniec badania ze względu na możliwość sprowokowania napadu. Zalecany czas HV wynosi co najmniej 3 minuty, z 2 minutami zapisu po jej zakończeniu7. Nie istnieje zatem jedna kolejność odpowiednia dla wszystkich skierowań. Jakość wykonania prób i przyczyny ich pominięcia należy udokumentować. Zalecany dodatkowy kanał EKG w zapisie pomaga rozpoznać zakłócenia związane z czynnością serca, a technik powinien na bieżąco reagować na pogorszenie kontaktu czy napięcie mięśni7, 11, 17.
Dbałość o jakość i wiarygodność zapisu, zaczyna się od przygotowania pacjenta przed badaniem. Przygotowanie zawiera w sobie zarówno odpowiednie poinstruowanie pacjenta przed badaniem jak również przygotowanie skóry głowy badanego przed aplikacją elektrod.
Instrukcja przed badaniem powinna zawierać zalecenia ułatwiające przygotowanie skóry głowy w szczególności zalecenie umycia włosów wieczorem w dniu poprzedzającym badanie oraz niestosowanie dodatkowych środków pielęgnacji włosów. Powinna także zawierać odpowiednio poszerzone zalecenia w zakresie deprywacji snu, jeśli badanie ma odbywać się w tych warunkach4.
Przygotowanie skóry osoby badanej na miejscu wiąże się z wykorzystaniem żelu abrazyjnego, który ma za zadanie delikatnie naruszyć warstwę rogową naskórka i zmniejszyć impedancję na styku skóry i elektrody pomiarowej5. Należy unikać nadmiernego tarcia naskórka a oczyszczanie skóry wykonywać krótkimi ruchami6.
Artefakty obecne w zapisie, a następnie niepoprawnie zinterpretowane, mogą przyczynić się do niepoprawnego rozpoznania patologii.
Pomimo najlepszego przygotowania badania, w zapisie sygnału EEG będą pojawiały się artefakty, czyli wzorce zapisu niepowiązane z aktywnością elektryczną mózgu. Artefakty mogą mieć pochodzenie fizjologiczne lub techniczne. Możemy również podzielić je pod kątem czasu trwania – na zdarzenia krótkie oraz zakłócenia ciągłe – a także pod kątem rozległości przestrzennej – na zlokalizowane lub rozległe. Obecność części artefaktów można skutecznie minimalizować, pozostałych z kolei należy być świadomym podczas interpretacji zapisu.
Wśród artefaktów pochodzenia fizjologicznego wyróżniamy kilka podzbiorów zakłóceń o wyraźnie odmiennej charakterystyce. Mruganie oraz ruchy gałek ocznych generują zmiany w zapisie szczególnie widoczne w odprowadzeniach przednich. Napięcie mięśni czoła lub żwaczy wprowadza szybkozmienne, ostro zarysowane składowe. Żucie bywa źródłem rytmicznych serii artefaktów pochodzenia mięśniowego. Polecenie rozluźnienia szczęk i porównanie z zachowaniem pacjenta pomagają ustalić pochodzenie wzorca o niepewnym pochodzeniu. Wydzielanie potu na powierzchni skóry głowy powoduje wolne przesunięcia linii zapisu, natomiast artefakty pochodzące z aktywności elektrycznej serca lub tętnienia naczyń krwionośnych można rozpoznać poprzez ich cykliczną, impulsową aktywność, wyraźnie zsynchronizowaną z sygnałem EKG, jeśli jest on równocześnie nagrywany18.
Do typowych artefaktów technicznych w badaniu EEG zaliczają się zmiany sygnału powiązane z niestabilnością kontaktu elektrod oraz obecnością zakłóceń sieciowych 50 Hz. Niestabilna elektroda może objawić się w zapisie jako nagłe wychylenie izolowane przestrzennie wyłącznie do kanałów powiązanych z daną elektrodą. Zakłócenia sieciowe 50 Hz mogą w sposób ciągły pogarszać czytelność jednego lub wielu kanałów18. Obecność aparatury elektronicznej, szczególnie położonej blisko osoby badanej, może powodować jednak szereg innych zakłóceń o bardzo zróżnicowanej charakterystyce i szerokiej skali wpływu na sygnał. W niektórych wypadkach zakłócenie może całkowicie uniemożliwiać ocenę sygnału do momentu usunięcia jego przyczyny19. Co również istotne, niektóre szczególnie silne źródła zakłóceń mogą znajdować się nawet poza pokojem, w którym dokonuje się rejestracji sygnału20.
Artefakty obecne w zapisie, a następnie niepoprawnie zinterpretowane, mogą przyczynić się do niepoprawnego rozpoznania patologii21. Z tego powodu istotne jest minimalizowanie ich obecności, kontrola otoczenia elektronicznego w pracowni, dokładne oznaczanie zdarzeń podczas badania i znajomość wzorców artefaktów w zapisie. Istotność znajomości wzorców sygnału nie ogranicza się przy tym tylko do artefaktów, ale również do prawidłowych wariantów czynności mózgowej. Pomimo że nie są one artefaktami, również niektóre z nich bywają nadinterpretowane jako zmiany patologiczne2, 18.
Zarejestrowany i zsynchronizowany z sygnałem EEG obraz wideo pacjenta w trakcie badania pozwala powiązać zmiany w sygnale EEG z ruchem, zachowaniem i objawami klinicznymi. W szczególności stanowi on istotne narzędzie wspomagające rozróżnianie zapisu patologicznego od zapisu zakłóconego obecnością artefaktów22. Wytyczne mocno zalecają rutynową rejestrację zsynchronizowanego wideo, a przy podejrzeniu padaczki określają ją jako kluczowy element badania7, 17.
Wytyczne ekspertów zalecają regularne kontrole jakości w ramach funkcjonowania pracowni badań elektrofizjologicznych i podkreślają jednocześnie rolę dbałości o kształcenie ustawiczne personelu17. AKSON Centrum Edukacji oferuje szereg szkoleń umożliwiających poszerzenie kompetencji w zakresie techniki pomiaru oraz kryteriów jakości zapisu. Zachęcamy do zapoznania się z ofertą, w szczególności ze szkoleniami obejmującymi praktykę montażu elektrod i czepków, doskonalenie zawodowe dla techników EEG oraz warsztaty EEG dla lekarzy. W szkoleniach specjalistycznych, takich jak Diagnostyka QEEG w zastosowaniu klinicznym również omawiane są elementy procesu kontroli jakości sygnału. Rozwijanie umiejętności w powyższym zakresie pomoże zespołom pracowni elektrofizjologicznych świadomie wykorzystywać aparaturę i unikać pułapek interpretacyjnych w ocenie zapisu EEG.
Jeśli chcesz wykonać badanie EEG opisane przez specjalistów EEG z wieloletnim doświadczeniem, zapraszamy do Gabinetu EEG Centrum Neurodiagnostyka.
Tworzymy, żeby pomagać.
📧 elmiko@elmiko.pl | 📞 +48 22 644 37 37, +48 606 440 808 | 🌐 elmiko.pl
Bibliografia:
[1] J. E. Cibula, D. S. Demos, i B. G. Fahy, „EEG Artifact Versus Subclinical Status Epilepticus in a Patient Following Cardiac Arrest”, Neurocrit. Care, t. 29, nr 1, s. 110–112, sie. 2018, doi: 10.1007/s12028-018-0533-9.
[2] D. Smith, B. A. Defalla, i D. W. Chadwick, „The misdiagnosis of epilepsy and the management of refractory epilepsy in a specialist clinic”, QJM Int. J. Med., t. 92, nr 1, s. 15–23, sty. 1999, doi: 10.1093/qjmed/92.1.15.
[3] A. Juarez-Garcia, T. Stokes, B. Shaw, J. Camosso-Stefinovic, i R. Baker, „The costs of epilepsy misdiagnosis in England and Wales”, Seizure, t. 15, nr 8, s. 598–605, grud. 2006, doi: 10.1016/j.seizure.2006.08.005.
[4] The British Society for Clinical Neurophysiology, „My EEG Investigation”. [Online]. Dostępne na: https://www.bscn.org.uk/content_wide.aspx?Group=patients&Page=patient_eeg
[5] The Canadian Association of Electroneurophysiology Technologists, „Minimum technical standards clinical electroencephalography: routine adult”, 2016. [Online]. Dostępne na: https://cbret.org/wp-content/uploads/2020/06/Minimal-Technical-Standards-Routine-Adult-2016.pdf
[6] „ASET Position Statement on Skin Safety during EEG Procedures – A Guideline to Improving Outcome”, Neurodiagnostic J., t. 56, nr 4, s. 296–300, paź. 2016, doi: 10.1080/21646821.2016.1246336.
[7] M. E. Peltola et al., „Routine and sleep EEG: Minimum recording standards of the International Federation of Clinical Neurophysiology and the International League Against Epilepsy”, Clin. Neurophysiol., t. 147, s. 108–120, mar. 2023, doi: 10.1016/j.clinph.2023.01.002.
[8] P. Tallgren, S. Vanhatalo, K. Kaila, i J. Voipio, „Evaluation of commercially available electrodes and gels for recording of slow EEG potentials”, Clin. Neurophysiol., t. 116, nr 4, s. 799–806, kwi. 2005, doi: 10.1016/j.clinph.2004.10.001.
[9] J. Górecka i P. Makiewicz, „The Dependence of Electrode Impedance on the Number of Performed EEG Examinations”, Sensors, t. 19, nr 11, s. 2608, cze. 2019, doi: 10.3390/s19112608.
[10] E.-R. Symeonidou, A. D. Nordin, W. D. Hairston, i D. P. Ferris, „Effects of Cable Sway, Electrode Surface Area, and Electrode Mass on Electroencephalography Signal Quality during Motion”, Sensors, t. 18, nr 4, s. 1073, kwi. 2018, doi: 10.3390/s18041073.
[11] S. R. Sinha et al., „American Clinical Neurophysiology Society Guideline 1: Minimum Technical Requirements for Performing Clinical Electroencephalography”, J. Clin. Neurophysiol., t. 33, nr 4, s. 303–307, sie. 2016, doi: 10.1097/WNP.0000000000000308.
[12] M. M. Stecker i T. Patterson, „Strategies for minimizing 60 Hz pickup during evoked potential recording”, Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. Potentials Sect., t. 100, nr 4, s. 370–373, lip. 1996, doi: 10.1016/0168-5597(96)95114-X.
[13] S. R. Atcherson, H. J. Gould, M. A. Pousson, i T. M. Prout, „Variability of Electrode Positions Using Electrode Caps”, Brain Topogr., t. 20, nr 2, s. 105–111, grud. 2007, doi: 10.1007/s10548-007-0036-z.
[14] A. Bach Justesen et al., „Added clinical value of the inferior temporal EEG electrode chain”, Clin. Neurophysiol., t. 129, nr 1, s. 291–295, sty. 2018, doi: 10.1016/j.clinph.2017.09.113.
[15] E. S. Kappenman i S. J. Luck, „The Effects of Electrode Impedance on Data Quality and Statistical Significance in ERP Recordings”, Psychophysiology, t. 47, nr 5, s. 888–904, wrz. 2010, doi: 10.1111/j.1469-8986.2010.01009.x.
[16] A. D. Legatt, „Impairment of Common Mode Rejection by Mismatched Electrode Impedances: Quantitative Analysis”, Am. J. EEG Technol., t. 35, nr 4, s. 296–302, grud. 1995, doi: 10.1080/00029238.1995.11080527.
[17] D. Dash et al., „Update on Minimal Standards for Electroencephalography in Canada: A Review by the Canadian Society of Clinical Neurophysiologists”, Can. J. Neurol. Sci., t. 44, nr 6, s. 631–642, lis. 2017, doi: 10.1017/cjn.2017.217.
[18] U. Amin, F. A. Nascimento, I. Karakis, D. Schomer, i S. R. Benbadis, „Normal variants and artifacts: Importance in EEG interpretation”, Epileptic. Disord., t. 25, nr 5, s. 591–648, 2023, doi: 10.1002/epd2.20040.
[19] W. O. Tatum, B. A. Dworetzky, W. D. Freeman, i D. L. Schomer, „Artifact: recording EEG in special care units”, J. Clin. Neurophysiol. Off. Publ. Am. Electroencephalogr. Soc., t. 28, nr 3, s. 264–277, cze. 2011.
[20] NHS Scotland Property and Environment Forum, „Scottish Health Technical Memorandum 2014 (Part 2 of 4): Design Considerations – Abatement of electrical interference”, 2001. [Online]. Dostępne na: https://www.nss.nhs.scot/media/4000/shtm-2014-part-2-v2-jun-2001-jul-2015-archived.pdf
[21] J. H. McKay i W. O. Tatum, „Artifact Mimicking Ictal Epileptiform Activity in EEG”, J. Clin. Neurophysiol., t. 36, nr 4, s. 275–288, lip. 2019, doi: 10.1097/WNP.0000000000000597.
[22] S. V. Mathias i M. Bensalem-Owen, „Artifacts That Can Be Misinterpreted as Interictal Discharges”, J. Clin. Neurophysiol., t. 36, nr 4, s. 264–274, lip. 2019, doi: 10.1097/WNP.0000000000000605.
