CHƯƠNG 1- CƠ SỞ VẬT LÝ VÀ Y - SINH CỦA ĐIỆN NÃO ĐỒ 1. Cơ chế phát sinh và các đặc trưng của các tín hiệu trong điện não đồ 1.1 Cơ chế Điện – Sinh lý của não Điện não đồ (EEG – Electroencephalogram ) đo và biểu diễn sự thay đổi điện thế theo thời gian của các điện cực được đặt ở các vị trí khác nhau trên da đầu tương ứng với các vùng của vỏ não trên đồ thị máy tính. Thông qua các đặc trưng biên độ, tần số, phân bố không gian, hình thái, sự phân cực của điện thế, EEG cho ta các thông tin về các hoạt động của não. Dựa trên các đặc trưng đó, các chuyên gia có thể đánh giá, phân tích các biểu hiện bất thường của bộ não để phát hiện bệnh động kinh dựa trên sự xuất hiện các gai động kinh trong EEG.
Trong quá trình hoạt động, não sẽ phát ra các xung điện lan truyền theo các dây thần kinh. Các xung điện này phản ánh trạng thái hoạt động và kích thích của bộ não. Các xung điện não sẽ lan truyền đến lớp vỏ não có độ dày khoảng 2-3mm. Bề mặt của vỏ não có dạng các lớp, khe nhỏ với nhiều kích thước khác nhau lằm làm tăng diện dích hệ thần kinh, với tổng diện tích hơn 2,5m 2 bao gồm hơn 10 tỉ nơ-ron thần kinh [10].
Vỏ não bao gồm 2 bán cầu đối xứng: bán cầu trái và bán cầu phải, được tách biệt bởi rãnh sâu. Mỗi bán cầu được chia thành bốn thùy khác nhau: thùy trán (frontal lobe), thùy thái dương (temporal lobe), thùy đ ỉnh (parietal lobe), thùy chẩm (occipital lobe) (hình 1. Mỗi vùng trên các thùy có các vai trò khác nhau: - Các vùng sơ cấp (chiếm diện tích tương đối nhỏ): các nơ-ron (các tế bào thần kinh được gọi chung là nơ-ron) trong vùng này có một mục đích cụ thể như vùng chuyên về vận động (the motor cortex) nằm ở thùy trán, vùng thần kinh cảm giác về âm thanh nằm ở vùng trên của thùy thái dương. - Các vùng thứ cấp: các nơ-ron ở vùng này làm nhiệm vụ phân tích, hỗ trợ cho các nơ-ron vùng sơ cấp.
Các nơron này cũng chứa các thông tin tham chiếu để so sánh giữa các thông tin hiện tại với các thông tin được tích lũy trước đó. TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail. Phân chia các thùy trên vỏ não [10] 1.2 Các hoạt động điện trên màng tế bào não EEG ghi hoạt động điện trên da đầu không phải là hoạt động riêng lẻ của từng nơ- ron mà là tổng hợp hoạt động điện của hàng triệu nơ-ron. Dòng đo được có nguồn gốc tại khớp (synapse) trong quá trình kích thích.
Sự kết nối các Nơ-ron [10] Biên độ của tín hiệu EEG liên quan tới mức độ đồng bộ của các nơ-ron khi chúng tương tác lẫn nhau. Sự kích thích đồng thời của một nhóm các nơ-ron sẽ tạo ra tín hiệu có biên độ lớn trên bề mặt da bởi vì các tín hiệu có nguồn gốc từ các nơ-ron độc lập được cộng lại. Ngược lại, các nơ-ron kích thích không đồng bộ sẽ tạo ra EEG có biên độ thấp. Biên độ EEG phụ thuộc vào chủ thể đo như tình trạng tâm lý, lứa tuổi và phụ thuộc TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 6 vào kỹ thuật đo như loại điện cực, đạo trình, khoảng cách từ điện cực đến nguồn thế v.
Biên độ EEG giảm khi tăng trở kháng. Sự thay đổi biên độ điện thế được quan sát rõ nếu sự thay đổi này xảy ra gần các điện cực hoặc được tạo bởi một vùng mô có diện tích lớn. Sự thay đổi cũng có thể quan sát rõ khi điện thế tăng, giảm chậm. Việc định lượng các đặc trưng của tín hiệu EEG có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu trạng thái của não.3 Đặc điểm của các tín hiệu chính trong điện não đồ 1.
Đặc điểm của tín hiệu điện não EEG EEG được đặc trưng bởi biên độ, tần số, hình thái, sự phân cực, phân bố vị trí và điều kiện làm thay đổi của hiệu điện thế. Các tín hiệu được ghi trên da đầu có biên độ biến thiên từ vài μV đến xấp xỉ 200μV và tần số nằm trong phạm vi từ 0. Nếu trạng thái của đối tượng đo ổn định trong một khoảng thời gian, các nhịp này có dạng tuần hoàn [10]. Các nhịp cơ bản được chia thành 5 dải.
+ Nhịp delta: tần số 0.5 - 4Hz + Nhịp theta: tần số 4-7,5Hz + Nhịp alpha: 8-13,5Hz + Nhịp beta: 14-30Hz + Nhịp gamma: có tần số lớn 30Hz Nhịp delta: Có tần số nằm trong khoảng từ 0.5- 4Hz: nhịp delta xuất hiện trong giấc ngủ sâu và có thể xuất hiện trong giai đoạn thức giấc. Biên độ nhịp delta lớn, trung bình 100μV. Nhịp này là bình thường ở trẻ nhỏ, nhưng xuất hiện ở người lớn khi thức là dấu hiệu của các tổn thương hoặc bệnh ở não. Nhịp theta: Nhịp theta có phạm vi tần số từ 4-7.5Hz, biên độ và hình thái thay đổi, xuất hiện ở vùng trán tới vùng trung tâm.
Biên độ nhỏ cỡ 15μV. Nhịp theta ở vùng trán được quan sát dễ dàng khi có các hoạt động cảm xúc, tập trung hoặc các hoạt động trí óc. Thông thường, nhịp theta tăng cường hoạt động khi chủ thể ở trạng thái buồn ngủ hoặc ngủ. Nhịp theta đóng vai trò quan trọng ở trẻ nhỏ.
Sự xuất hiện với một số lượng lớn các nhịp theta không liên tục ở người lớn khi thức là dấu hiệu bất thường có nguyên nhân từ nhiều bệnh lý khác nhau[10]. Nhịp alpha: Nhịp alpha biến thiên trong khoảng 8-13,5Hz (chu kỳ sóng từ 75ms đến 125ms). Thông thường, biên độ của nhịp alpha không vượt quá 50μV. Nhịp Alpha bình thường bắt đầu xuất hiện ở trẻ em 3 tuổi với tần số 8Hz.
Alpha là nhịp nổi trội ở TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 7 người lớn khi thức và thư giãn với mắt nhắm. Nhịp alpha giảm hoặc mất đi khi người bệnh mở mắt, hoặc nghe một âm thanh lạ, lo lắng, hoạt động trí óc. Khi nhắm mắt nhịp alpha lại xuất hiện. Nhịp alpha thường có dạng hình sine hoặc tròn.
Trong một số ít trường hợp, nhịp alpha có dạng như sóng nhọn. Trường hợp này, phần âm có dạng nhọn, phần dương có dạng tròn. Alpha là nhịp nổi trội nhất trong các nhịp quan sát được trong hoạt động điện não. Nhịp alpha đo được ở nửa sau của đầu, xuất hiện trên tất cả các thuỳ phía sau đầu, phân bố nhiều và có biên độ lớn nhất ở vùng chẩm.
Khoảng ¼ số người lớn bình thường rất khó quan sát nhịp alpha. Nhịp alpha bất đối xứng lớn hơn 50% giữa hai bán cầu được coi là bất thường, đặc biệt trong trường hợp biên độ bên trái lớn hơn bên phải[10]. Nhịp beta: Nằm trong miền tần số từ 14-30Hz (chu kỳ sóng từ 34ms đến 71ms), thường quan sát được trong khoảng 18-25Hz. Biên độ nhịp beta thông thường nhỏ hơn 20μV.
Nhịp beta có biên độ lớn hơn 25μV là bất thường. Đây là nhịp không đều, có biên độ nhỏ, quan sát trong lúc buồn ngủ, ngủ nhẹ hoặc hoạt động trí óc. Nhịp beta cũng xuất hiện ở giai đoạn giấc ngủ REM ở giai đoạn 3. Khi có sự hoảng loạn, nhịp beta tăng.
Nhịp beta quan sát thấy chủ yếu ở vùng trán và vùng trung tâm. Nhịp beta ở vùng trung tâm bị mất khi có các hoạt động vận động hoặc kích thích xúc giác. Nhịp này cũng tăng lên quanh các vùng có khối u hay các khuyết tật về xương. Beta là nhịp bình thường thấy ở người lớn [10].
Nhịp gamma: Có tần số lớn 30Hz, biên độ nhỏ, tần suất xuất hiện thấp. Nhịp này liên quan với trạng thái hoạt động xử lý thông tin của vỏ não. Sử dụng một điện cực đặt trên vùng vận động và kết nối với kỹ thuật ghi độ nhạy cao, nhịp gamma có thể quan sát được khi di chuyển các ngón tay[10]. Đặc điểm tín hiệu động kinh (gai động kinh) Tín hiệu động kinh hay còn gọi là gai động kinh là biểu hiện sự thay đổi điện thế của vỏ não do các rối loạn kinh niên (mạn tính) được đặc trưng bởi các cơn không kích thích lặp đi lặp lại.
Trong tín hiệu EEG, các gai động kinh xuất hiện theo từng cơn do sự phóng điện đồng bộ, bất thường, quá mức và không điều khiển được của các nơ-ron thần kinh trong não. Các tín hiệu kích thích tăng cường các hoạt động điện của các nơ-ron, ngược lại các tín hiệu kiềm chế làm giảm hoạt động. Bình thường các tín hiệu này là cân bằng, tuy nhiên, sự bất cân bằng sẽ gây ra cơn động kinh Việc chẩn đoán động kinh dựa trên sự xuất hiện của các gai động kinh trên các đường điện não truyền thống không dễ dàng bởi vì các dấu hiệu bệnh lý rất khó phát hiện và các dấu hiệu này xảy ra bất kỳ. Để ghi nhận được một cơn động kinh, EEG phải được TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 8 theo dõi trong nhiều giờ, thậm chí nhiều ngày.
Đây là một điều kiện không dễ gì thực hiện được. Do đó, các thầy thuốc chuyên khoa thần kinh trước hết sẽ tìm kiếm các dấu hiệu mách bảo trên các đường EEG được đo khi bệnh nhân ngoài cơn, để chẩn đoán hoặc ít nhất ghi nhận yếu tố đáng quan tâm. Dấu hiệu phổ biến là các gai (spike), nhọn (sharp), đa gai, các sóng chậm có biên độ lớn nằm tách biệt, phức hợp gai sóng đo được giữa các cơn. Sự khác biệt giữa gai và nhọn là khoảng thời gian: gai kéo dài ngắn hơn 70ms, sóng nhọn có thời gian kéo dài từ 70-200ms [10].
Nhận dạng Gai động kinh (Spikes) Gai động kinh là một dạng bất thường của điện não đồ thường là dấu hiệu nhận biết bệnh động kinh. Gai có thời gian tồn tại từ 20-70ms, được đặc trưng bởi đường đi lên dốc đứng tạo ra đỉnh nhọn, nổi bật trên các sóng cơ bản, biên độ tương đối lớn. Các dạng gai phổ biến được trình bày như trên hình 1. Dạng phức Hình 1.
Dạng phức hợp hợp gai – sóng [10] gai và sóng[10] đa gai [10] 1. Nguồn gốc và các đặc trưng tần số, biên độ của các loại nhiễu chính trong điện não đồ. Trong các tín hiệu điện não đồ chúng ta đo được thường xuyên xuất hiện các loại tín hiệu lạ không phải là tín hiệu điện não xuất phát từ da đầu, chúng được gọi là nhiễu (artifact). Các nhiễu này được chia thành hai nhóm chính.
Nhóm thứ nhất là nhiễu do thiết bị và mang tính hệ thống (do tiếp xúc điện cực và sai số thiết bị đo), loại nhiễu này thường khá dễ dàng nhận biết và loại bỏ vì nó có tính tương quan cao.