Chương 1. Ttổng quan Chương 2. Cơ sở lý thuyết Chương 3. Thiết kế mạch điện và gia công cơ khí mô hình Chương 4.
Thu thập sóng não và lập trình điều khiển xe lăn Chương 5. Kết luận và hướng phát triển của đề tài 20 CHƯƠNG 2.1 Tìm hiểu về tín hiệu điện não EEG 2.1 Nguồn gốc tín hiệu EEG Vỏ não là nguồn gốc của các hoạt động điện của não thu được từ bề mặt của da đầu. Vỏ não được chia làm nhiều khu vực, mỗi khu vực đảm nhiệm các chức năng khác nhau của cơ thể. Sự sắp xếp của các tế bào ở các khu vực khác nhau trên vỏ não cũng khác nhau nhưng nhìn chung thì vỏ não được cấu tạo gồm 6 lớp tính từ ngoài vào trong.1 Cấu tạo vỏ não Các lớp này là không gian của cấu trúc các tế bào thần kinh đặc biệt với các trạng thái và chức năng khác nhau trong đáp ứng xung điện.
Hầu hết các tế bào vỏ não được sắp xếp thành các cột, trong các cột này, neuron được phân bố dọc theo trục chính của các cây dạng nhánh, song song với mỗi cây khác và trực giao với bề mặt vỏ não. Tế bào tháp (pyramidal neuron) là thành phần cấu tạo chủ yếu của vỏ não. Điện thế EEG ghi được từ các điện cực được đặt tiếp xúc với da đầu là sự tổng hợp các thay đổi về điện thế ngoài của tế bào tháp. 21 Số lượng dây thần kinh trong não ước lượng vào khoảng 10^11 loại khác nhau.
Các tế bào thần kinh vỏ não được liên kết mạnh nhất. Tại đây 1 tế bào thần kinh có thể được che phủ bởi 1000 đến 100000 khớp thần kinh. Đáp ứng điện của tế bào thần kinh tương ứng với những mô tả của các tế bào có thể bị kích thích. Các điện áp nghỉ trong khoảng xấp xỉ -70 mV, và điện áp đỉnh mang điện tích dương.
Biên độ của các xung thần kinh vào khoảng 100 mV và kéo dài 1ms, những đánh giá về đặc tính cơ bản của EEG rất phức tạp, chất lượng EEG chủ yếu dựa trên thống kê điều trị, tại đó việc điều trị liên quan đến EEG chủ yếu dựa trên số lượng lớn kinh nghiệm.2 Phân loại tín hiệu EEG theo tần số Năm 1924, nhà tâm thần học Hans Berger là người đầu tiên ghi được sóng điện não EEG. Ông nhận thấy trên bản ghi EEG bình thường, sóng điện não gồm có 4 loại được phân theo tần số như sau: Hình 2.2 Phân loại sóng điện não Sóng Alpha (α): nằm trong khoảng tần số 8-13 Hz, biên độ từ 30-50 μV. Sóng Alpha thể hiện rõ khi ngồi trong phòng tối, trong điều kiện không hoạt động thể lực và trí óc, nằm hay ngồi ở tư thế thoải mái, các cơ được thư giãn và không có các kích thích từ ngoài. Càng tập trung sự chú ý và căng thẳng trong lao động trí óc hoặc khi kích thích 22 lên các thụ cảm thể càng mạnh, sóng Alpha càng nhanh chóng được thay bằng sóng Beta.3 Hình dạng sóng α Sóng Beta (β): nằm trong khoảng 13-35 Hz, biên độ từ 5-20 μV.
Thường ghi nhận được ở vùng đỉnh và vùng trán của sọ khi hoạt động tinh thần nhiều hoặc căng thẳng, hay kích thích hệ thần kinh trung ương mạnh do giác quan (như sự mở mắt).4 Hình dạng sóng β Sóng Theta (θ): nằm trong khoảng 4-8 Hz, biên độ khoảng 50 μV. Sóng này thường được quan sát thấy ở người trưởng thành khi đang trong trạng thái buồn ngủ, trong các giai đoạn ngủ nông hoặc trong gây mê.5 Hình dạng sóng θ Sóng Delta (δ): nằm trong khoảng 0.5-4 Hz, có biên độ cao nhất trong các sóng điện não. Sóng này xuất hiện ở trẻ con, khi ngủ sâu ở người trưởng thành hoặc khi có 23 tổn thương thực thể nặng ở não. Sóng này xuất hiện ở trẻ con, khi ngủ sâu ở người trưởng thành hoặc khi có tổn thương thực thể nặng ở não.6 Hình dạng sóng δ 2.3 Hệ thống hướng dẫn EEG Theo tiêu chuẩn quốc tế 10-20 hệ thống thường được sử dụng để ghi lại tín hiệu sinh học EEG.
Trong hệ thống này, 21 điên cực được đặt trên bề mặt của da đầu, các vị trí được xác định như sau: điểm tham chiếu liên quan đến mũi, là điểm ở hốc mũi, ở giữa 2 mắt, mẩu ngoài xương chẩm, phần xương lồi lên nằm trên hộp sọ, trên đường thẳng chính giữa phía sau gáy. Từ những điểm này, chu vi hôp sọ được xác định thông qua mặt phẳng nằm ngang và phần nằm ở giữa. Vị trí của các điện cực được xác định bằng cách chia mặt phẳng này cho 10% hoặc 20%. Ba điện cực khác được bố trí cách đều các điện cực lân cận Hình 2.7 Vị trí gắn các điện cực trên đầu Thêm vào với 21 điên cực của hệ thống quốc tế 10-20, trung bình 10% vị trí các điện cực được sử dụng.
Vị trí và tên gọi của các điện cực được định chuẩn bởi tổ chức ghi điện não Hoa Kỳ (Sharbrough et al. Trong khuyến nghị 24 này, 4 điên cực được đặt tên khác so với hệ thống 10-20, chúng bao gồm T7, T8, P7 và P8. Những điện cực này được tô màu đen với chú thích màu trắng trong hình biểu diễn. Bên cạnh hệ thống quốc tế 10-20, tồn tại nhiều hệ thống điện cực khác cho phép đo điện thế trên da đầu.
Hệ thống Queen Square về vị trí của các điện cực được đề xuất trong các mẫu bản ghi về các điện thế gợi trong lâm sàng, trong các lưỡng cực hoặc đơn cực có thể được sử dụng trong việc đo EEG. Trong các phép đo sau, điện thế của mỗi điện cực được so sánh với điên cực trung lập hay trung bình các điện cực.8 Phân bố sóng.4 Xác định sóng dựa vào hình dạng Có một số sóng có hình dạng đặc trưng, bất kể là tần số của chúng là như thế nào, và do vậy có thể nhận biết được nhờ vào hình dạng của chúng. Ngoài ra, có thể có 1 cặp hoặc 1 nhóm các sóng có hình dạng đặc trưng. Một ví dụ về những sóng có hình dạng đặc trưng là các gai (spikes) và các sóng nhọn (sharp waves) – các sóng này có đường dốc lên gấp tới đỉnh rồi dốc xuống tương đối đột ngột, như vậy nền (cạnh đáy) của sóng tương đối nhỏ so với biên độ (chiều cao) của sóng.
Có một số sóng có thể nhận biết được nhờ vào hình dạng, bao gồm 2 loại chính là những sóng có hình dạng đặc biệt, những phức bộ sóng có hình dạng đặc biệt Những sóng có thể nhận biết được nhờ vào hình dạng bao gồm: các gai (spikes) hoặc sóng chậm (slow waves). Các gai là những só có nền (cạnh đáy) hẹp trong khi có biên độ (amplitude - chiều cao) tương đối cao, tạo cho sóng có hình dạng cao và hẹp với 1 đỉnh nhọn. Sóng nhọn là sóng có đáy hơi rộng hơn một chút so với các gai, nhưng nghĩa thì cũng giống hệt – nó là chỉ điểm cho thấy có hoạt động điện gây cơn kịch phát (seizure activity) và nó gợi ý có phóng điện hay hoạt động điện đồng bộ đa ổ (multiple 25 synchronous firing or activity) của các đuôi gai của tế bào thần kinh (dendrites). Sóng nhọn được coi là biểu hiện của một ổ phóng điện ở cách vị trí ghi một khoảng nào đó, còn gai được coi là do ổ phóng điện nằm rất gần với vị trí ghi, các dạng sóng phức hợp (complex wave pattern), các dạng sóng có tính đặc hiệu do hình dạng của chúng bao gồm 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).9 Gai và sóng 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. 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.10 Đa gai và sóng Nhiễu (Artifacts) 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. 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. 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.