28卷2期2009年4月
中 国 生 物 医 学 工 程 学 报
Chinese Journal o f Biomedical Engineering V ol. 28 N o. 2
April 2009
电极位置对振幅整合脑电图的影响
张丹丹 丁海艳
1
2
113
刘云峰 叶大田
12
(清华大学医学院生物医学工程系, 北京 100084)
(清华大学深圳研究生院, 深圳 518055)
The I nfluence of E lectrode Localization on ZH ANG Dan 2Dan 1 DING Hai 2Y an 13212T ian 2
1
(Department o f Biomedical T , Beijing 10008)
2
(G raduate at sity , Shenzhen 518055)
摘 要:, 特别适合于新生儿脑功能监护, 而测量电极的安放位置是。本研究通过对比分析不同脑电导联的aEEG 结果, 探讨aEEG 波形的影响。结果显示, 顶区及中央区附近是aEEG 电极放置的较理想位置;
aEEG 波形的下边界对电极间距较敏感。
关键词:振幅整合脑电图; 电极; 新生儿
K ey w ords :amplitude 2integrated electroencephalogram (aEEG ) ; electrode ; neonate
中图分类号 R318 文献标识码 D 文章编号025828021(2009) 0220317204
引言
及时对新生儿脑发育和脑损伤进行客观而可靠
的评价, 是生物医学工程和临床医生关注的焦点之一。脑电图(EEG ) 可实时反映脑功能的改变, 但常规多导脑电图在脑监护中存在一些不足:解读需要长期经验, 电极多、操作繁杂, 仅适用于短时间检测。振幅整合脑电图(am plitude 2integrated EEG, aEEG ) 克服了上述常规EEG 的不足, 是一种值得推广的脑功能监护技术。aEEG 将长时程的EEG 振幅波形经过压缩整合显示, 临床分析aEEG 信号, 即是对脑电背景波形进行分类, 并将得到的结果作为对脑功能诊断及预后判断的依据。通常新生儿aEEG 背景活动
[1]
分为3类:
(1) 正常, 振幅波谱带上边界>10μV , 下边界>5μV ;
(2) 轻度异常, 上边界>10μV , 下边界≤5μV ; (3) 重度异常, 上边界
收稿日期:2008207201, 修回日期:2008210214
aEEG 能在临床获得应用并深受儿科医生的欢
迎, 原因之一是它采用的电极数目很少。正因为电
极少, 选择合适的电极安放位置尤为重要。同时, 给出令人信服的生理信号采集位置, 对一项临床监护方法的推广也十分必要。本研究试图对此进行研究, 为临床及科研的相关工作提供参考。
1 方法及结果
aEEG 通过双极导联采集单通道的脑电信号, 其波形的具体获取流程可参见文献[2-3]。Prior 等建
[2]
议, 将aEEG 的测量电极安放在双侧顶骨处, 即P32P4。虽然该电极位置自提出以来沿用至今, 但Prior 及其他研究者未曾将其相应的aEEG 波形与从其他位置采集到的aEEG 波形进行比较。本研究首先分析电极在头皮表面的不同分布对aEEG 波形的影响, 接着研究电极间距与aEEG 波形的关系。111 电极分布位置对a EEG 波形的影响
选择C32C4、T32T4、T52T6、F72F8、C32O1、C42O2
基金项目:国家自然科学基金资助项目(60578004) ; 清华大学伍舜德博士医学科学研究基金3通讯作者。 E 2mail :dinghy @mail. tsinghua. edu. cn
318
中 国 生 物 医 学 工 程 学 报28卷
共6对导联作为研究对象(见图1) , 所用脑电数据
由澳大利亚John Hunter 医院神经生理科采集并提供。由于脑电数据采集时没有使用P32P4导联, 所以认为中央区电极C32C4所采集的信号能近似反映顶骨附近(即P32P4) 的结果
。
图1 所选电极在新生儿16导联中的定位(圆圈标识Fig. 1 Selected electrodes (
图2 电极分布位置对正常新生儿a EEG 的影响
Fig. 2 The influence of electrode distribution on neonatal norm al a EEG
age , PM A =胎龄+aEEG 波形进行分析, 图2PM A
为25周、32周和44周各一例新生儿的aEEG 波形。研究证实, 新生儿aEEG 波形同PM A 有密切联系。PM A 极小的新生儿, 其aEEG 波形高度非连续; 约27周后, 可从aEEG 波形中发现睡眠周期; 足月后睡眠周期发育成
区(C32C4) , 以及与之相隔不远的顶区(P32P4) 。
熟,aEEG 表现为高(安静睡眠) 、低(活动睡眠) 波谱带顺次相接的连续波形。由图2可看出, 最能体现新生儿脑发育成熟度的aEEG 波形来自于C32C4导联, 特别是足月后(图中第3列) 由该处记录得到的aEEG 波形睡眠周期明显。另外, 分别由C32O1和C42O2记录的aEEG 波形基本没有差别, 说明正常新
生儿的左右脑半球aEEG 无显著差异。这与EEG 的
[4]
结果(即新生儿EEG 左右差显著) 不同, 证明aEEG 方法关注于大脑活动的整体情况, 从更宏观的
水平对脑功能进行评价。
考察脑异常患儿的aEEG 图形, 见图3。图中各列依次显示围产期窒息脑功能异常(PM A =36周) 、重度缺氧缺血脑病(HIE , PM A =41周) 、癫痫发作(PM A =40周) 各一例患儿的aEEG 波形。与图2类似,C32C4导联采集得到的aEEG 波形特征明显, 能反映患儿异常的脑功能。同时, 图3中T52T6导联得到的波形同其他导联的波形差异较大, 提示在选择aEEG 电极位置时, 应避开T52T6及其附近位置, 以免被其采集到的、不可靠的aEEG 波形所误导。
由以上分析可知, 测量电极在头皮的分布位置不同, 获得的aEEG 波形模式可能出现较大的差别。为获得可靠的aEEG 结果, 电极可放置于脑部中央
图3 电极分布位置对异常新生儿a EEG 的影响
Fig. 3 The influence of electrode distribution on neonatal abnorm al a EEG
112 电极间距对a EEG 波形的影响
在将电极位置锁定到了中央区及顶区附近后,
需要进一步考虑电极间距对aEEG 波形产生的影响。设计临床实验, 选择P12P2、P32P4、P52P6进行研究(见图4) , 同步采集3对电极上的脑电信号(采样率1000H z ) 。对于头围发育正常的足月新生儿, 以上3对电极的间距大约分别为4、7、11cm 。该实验经过北京大学第一医院伦理委员会批准并备案, 脑电记录均获得患儿家长的知情同意。
图5显示了4例新生儿的aEEG 波形, 其特征见
2期张丹丹等:电极位置对振幅整合脑电图的影响
319
表1。由结果可知, 随电极间距增大,aEEG 波形的上下边界幅值同时增加。由于aEEG 绘图方式的特点(即大于6μV 时进行对数压缩, 小于6μV 时采用
[3]
线性坐标) , 导致aEEG 的下边界变化比上边界明显。尽管电极间距波动引起的下边界绝对幅值变化不大, 但在使用统一标准对波形进行分类时也容易引起误判:在图的中间两列(即脑室狭窄患儿和感染患儿的波形) , 如果将测量电极放置在P12P2位置, 就会将“振幅正常”“振幅轻度异常”。因此, 图4 3对顶区导联位置示意图
Fig. 4 The localization of selected p arietal
electrodes
图5 电极间距对新生儿a EEG 的影响
Fig. 5 The influence of electrode distances on neonatal a EEG
表1 图5所示的波形特征
T ab. 1 The w aveform ch aracteristics in Fig. 5
列次
1234
PM A P w 42414041
患儿病历
P12P2
P32P[**************]18
P52P[**************]18
P12P[1**********]12
P32P[1**********]13
P52P[1**********]13
μ波形上边界中位数P V μ波形下边界中位数P V
aEEG 波形特征
正常右脑室狭窄新生儿感染双侧缺氧缺血改变
[**************]7
有规则的睡眠周期波形下边界偏低睡眠周期不明显波形上下边界均低
类结果, 需要慎重操作。
表2 新生儿脑电图特征
T ab. 2 Ch aracteristics of N eonatal EEG
PM A P 周
2 讨论
关于aEEG 电极的安放位置, 至aEEG 问世以来
很少有专文论述。刘晓燕及大熊辉雄研究了各
[4-5]
PM A 阶段新生儿EEG 特征, 见表2。由表2可看出, 顶区和中央区是aEEG 电极安放的合适位置。Prior 等也从生理学角度, 总结了选择P32P4的3条理由:一是不易受肌电和眼电干扰; 二是顶骨附近区域位于大脑大动脉的交汇地带, 对脑缺血非常敏感;
[2]
三是对病人产生的不适感小。
脑电特点
脑电活动以颅顶、中央区、枕区或旁中线导联最突出, 颞区常显示低电压。枕区可出现不成熟尖形theta 节律暴发。额区偶见高波幅一过性棘波。
额区和颞区常出现散发的一过性尖波。枕区和顶区尖波少见。
额区和颞区常出现散发的一过性尖波。枕、颞、中线区有较多delta 刷和theta 暴发。颞区和枕区可见少量delta 暴发。
额区一过性尖波逐渐减少。颞区尖波仍存在。额区和颞区可有少量散发尖波。
28～3132～3435～3738～42>42
320
中 国 生 物 医 学 工 程 学 报28卷
疾病诊断和病人监护是现代医学不可缺少的两
个方面。在新生儿神经系统领域同样如此。常规EEG 较好地解决了脑功能异常的诊断问题,aEEG 则
为新生儿的脑监护提供了方便。前者采用多个导联, 能获得脑电波形及空间分布的详细信息, 是临床电生理检查的“金标准”; 后者是一种简化的脑功能监护手段, 由于其操作便捷、图形直观, 适合病房内长时间的脑电监测。为了使aEEG 方法能提供更多的脑功能信息, 有时也需要根据不同情况, 在便捷性和信息完整性之间进行折中, 即适当增加aEEG 的电极数量。
时, 还设计实验, 研究测量电极间距在小范围内变化时aEEG 波形的改变。结果显示,aEEG 波形的下边界对电极间距较敏感, 建议严格将电极放置于P32P4位置, 以便与aEEG 分类的统一标准进行比较。
参考文献
[1]
Naqeeb NA , Edwards AD , C owan FM , et al . Assessment of neonatal encephalopathy by am plitude 2integrated electroenceph 2alography [J].Pediatrics , 1999, (6) :1263-1271.
[2][3]
Prior PF , M aynard D. function [M ].New Y ork :LSE , , . 振幅整合脑电图的实现及其在[J], 中国医疗器械信息,
, (3) :43-47.
3 结论
,
, 认为顶区及中央区附近是同
4][5]
刘晓燕. 临床脑电图学[M].北京:人民卫生出版社, 2005. 大熊辉雄. 临床脑电图学[M].北京:清华大学出版社,
2005.
28卷2期2009年4月
中 国 生 物 医 学 工 程 学 报
Chinese Journal o f Biomedical Engineering V ol. 28 N o. 2
April 2009
电极位置对振幅整合脑电图的影响
张丹丹 丁海艳
1
2
113
刘云峰 叶大田
12
(清华大学医学院生物医学工程系, 北京 100084)
(清华大学深圳研究生院, 深圳 518055)
The I nfluence of E lectrode Localization on ZH ANG Dan 2Dan 1 DING Hai 2Y an 13212T ian 2
1
(Department o f Biomedical T , Beijing 10008)
2
(G raduate at sity , Shenzhen 518055)
摘 要:, 特别适合于新生儿脑功能监护, 而测量电极的安放位置是。本研究通过对比分析不同脑电导联的aEEG 结果, 探讨aEEG 波形的影响。结果显示, 顶区及中央区附近是aEEG 电极放置的较理想位置;
aEEG 波形的下边界对电极间距较敏感。
关键词:振幅整合脑电图; 电极; 新生儿
K ey w ords :amplitude 2integrated electroencephalogram (aEEG ) ; electrode ; neonate
中图分类号 R318 文献标识码 D 文章编号025828021(2009) 0220317204
引言
及时对新生儿脑发育和脑损伤进行客观而可靠
的评价, 是生物医学工程和临床医生关注的焦点之一。脑电图(EEG ) 可实时反映脑功能的改变, 但常规多导脑电图在脑监护中存在一些不足:解读需要长期经验, 电极多、操作繁杂, 仅适用于短时间检测。振幅整合脑电图(am plitude 2integrated EEG, aEEG ) 克服了上述常规EEG 的不足, 是一种值得推广的脑功能监护技术。aEEG 将长时程的EEG 振幅波形经过压缩整合显示, 临床分析aEEG 信号, 即是对脑电背景波形进行分类, 并将得到的结果作为对脑功能诊断及预后判断的依据。通常新生儿aEEG 背景活动
[1]
分为3类:
(1) 正常, 振幅波谱带上边界>10μV , 下边界>5μV ;
(2) 轻度异常, 上边界>10μV , 下边界≤5μV ; (3) 重度异常, 上边界
收稿日期:2008207201, 修回日期:2008210214
aEEG 能在临床获得应用并深受儿科医生的欢
迎, 原因之一是它采用的电极数目很少。正因为电
极少, 选择合适的电极安放位置尤为重要。同时, 给出令人信服的生理信号采集位置, 对一项临床监护方法的推广也十分必要。本研究试图对此进行研究, 为临床及科研的相关工作提供参考。
1 方法及结果
aEEG 通过双极导联采集单通道的脑电信号, 其波形的具体获取流程可参见文献[2-3]。Prior 等建
[2]
议, 将aEEG 的测量电极安放在双侧顶骨处, 即P32P4。虽然该电极位置自提出以来沿用至今, 但Prior 及其他研究者未曾将其相应的aEEG 波形与从其他位置采集到的aEEG 波形进行比较。本研究首先分析电极在头皮表面的不同分布对aEEG 波形的影响, 接着研究电极间距与aEEG 波形的关系。111 电极分布位置对a EEG 波形的影响
选择C32C4、T32T4、T52T6、F72F8、C32O1、C42O2
基金项目:国家自然科学基金资助项目(60578004) ; 清华大学伍舜德博士医学科学研究基金3通讯作者。 E 2mail :dinghy @mail. tsinghua. edu. cn
318
中 国 生 物 医 学 工 程 学 报28卷
共6对导联作为研究对象(见图1) , 所用脑电数据
由澳大利亚John Hunter 医院神经生理科采集并提供。由于脑电数据采集时没有使用P32P4导联, 所以认为中央区电极C32C4所采集的信号能近似反映顶骨附近(即P32P4) 的结果
。
图1 所选电极在新生儿16导联中的定位(圆圈标识Fig. 1 Selected electrodes (
图2 电极分布位置对正常新生儿a EEG 的影响
Fig. 2 The influence of electrode distribution on neonatal norm al a EEG
age , PM A =胎龄+aEEG 波形进行分析, 图2PM A
为25周、32周和44周各一例新生儿的aEEG 波形。研究证实, 新生儿aEEG 波形同PM A 有密切联系。PM A 极小的新生儿, 其aEEG 波形高度非连续; 约27周后, 可从aEEG 波形中发现睡眠周期; 足月后睡眠周期发育成
区(C32C4) , 以及与之相隔不远的顶区(P32P4) 。
熟,aEEG 表现为高(安静睡眠) 、低(活动睡眠) 波谱带顺次相接的连续波形。由图2可看出, 最能体现新生儿脑发育成熟度的aEEG 波形来自于C32C4导联, 特别是足月后(图中第3列) 由该处记录得到的aEEG 波形睡眠周期明显。另外, 分别由C32O1和C42O2记录的aEEG 波形基本没有差别, 说明正常新
生儿的左右脑半球aEEG 无显著差异。这与EEG 的
[4]
结果(即新生儿EEG 左右差显著) 不同, 证明aEEG 方法关注于大脑活动的整体情况, 从更宏观的
水平对脑功能进行评价。
考察脑异常患儿的aEEG 图形, 见图3。图中各列依次显示围产期窒息脑功能异常(PM A =36周) 、重度缺氧缺血脑病(HIE , PM A =41周) 、癫痫发作(PM A =40周) 各一例患儿的aEEG 波形。与图2类似,C32C4导联采集得到的aEEG 波形特征明显, 能反映患儿异常的脑功能。同时, 图3中T52T6导联得到的波形同其他导联的波形差异较大, 提示在选择aEEG 电极位置时, 应避开T52T6及其附近位置, 以免被其采集到的、不可靠的aEEG 波形所误导。
由以上分析可知, 测量电极在头皮的分布位置不同, 获得的aEEG 波形模式可能出现较大的差别。为获得可靠的aEEG 结果, 电极可放置于脑部中央
图3 电极分布位置对异常新生儿a EEG 的影响
Fig. 3 The influence of electrode distribution on neonatal abnorm al a EEG
112 电极间距对a EEG 波形的影响
在将电极位置锁定到了中央区及顶区附近后,
需要进一步考虑电极间距对aEEG 波形产生的影响。设计临床实验, 选择P12P2、P32P4、P52P6进行研究(见图4) , 同步采集3对电极上的脑电信号(采样率1000H z ) 。对于头围发育正常的足月新生儿, 以上3对电极的间距大约分别为4、7、11cm 。该实验经过北京大学第一医院伦理委员会批准并备案, 脑电记录均获得患儿家长的知情同意。
图5显示了4例新生儿的aEEG 波形, 其特征见
2期张丹丹等:电极位置对振幅整合脑电图的影响
319
表1。由结果可知, 随电极间距增大,aEEG 波形的上下边界幅值同时增加。由于aEEG 绘图方式的特点(即大于6μV 时进行对数压缩, 小于6μV 时采用
[3]
线性坐标) , 导致aEEG 的下边界变化比上边界明显。尽管电极间距波动引起的下边界绝对幅值变化不大, 但在使用统一标准对波形进行分类时也容易引起误判:在图的中间两列(即脑室狭窄患儿和感染患儿的波形) , 如果将测量电极放置在P12P2位置, 就会将“振幅正常”“振幅轻度异常”。因此, 图4 3对顶区导联位置示意图
Fig. 4 The localization of selected p arietal
electrodes
图5 电极间距对新生儿a EEG 的影响
Fig. 5 The influence of electrode distances on neonatal a EEG
表1 图5所示的波形特征
T ab. 1 The w aveform ch aracteristics in Fig. 5
列次
1234
PM A P w 42414041
患儿病历
P12P2
P32P[**************]18
P52P[**************]18
P12P[1**********]12
P32P[1**********]13
P52P[1**********]13
μ波形上边界中位数P V μ波形下边界中位数P V
aEEG 波形特征
正常右脑室狭窄新生儿感染双侧缺氧缺血改变
[**************]7
有规则的睡眠周期波形下边界偏低睡眠周期不明显波形上下边界均低
类结果, 需要慎重操作。
表2 新生儿脑电图特征
T ab. 2 Ch aracteristics of N eonatal EEG
PM A P 周
2 讨论
关于aEEG 电极的安放位置, 至aEEG 问世以来
很少有专文论述。刘晓燕及大熊辉雄研究了各
[4-5]
PM A 阶段新生儿EEG 特征, 见表2。由表2可看出, 顶区和中央区是aEEG 电极安放的合适位置。Prior 等也从生理学角度, 总结了选择P32P4的3条理由:一是不易受肌电和眼电干扰; 二是顶骨附近区域位于大脑大动脉的交汇地带, 对脑缺血非常敏感;
[2]
三是对病人产生的不适感小。
脑电特点
脑电活动以颅顶、中央区、枕区或旁中线导联最突出, 颞区常显示低电压。枕区可出现不成熟尖形theta 节律暴发。额区偶见高波幅一过性棘波。
额区和颞区常出现散发的一过性尖波。枕区和顶区尖波少见。
额区和颞区常出现散发的一过性尖波。枕、颞、中线区有较多delta 刷和theta 暴发。颞区和枕区可见少量delta 暴发。
额区一过性尖波逐渐减少。颞区尖波仍存在。额区和颞区可有少量散发尖波。
28～3132～3435～3738～42>42
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中 国 生 物 医 学 工 程 学 报28卷
疾病诊断和病人监护是现代医学不可缺少的两
个方面。在新生儿神经系统领域同样如此。常规EEG 较好地解决了脑功能异常的诊断问题,aEEG 则
为新生儿的脑监护提供了方便。前者采用多个导联, 能获得脑电波形及空间分布的详细信息, 是临床电生理检查的“金标准”; 后者是一种简化的脑功能监护手段, 由于其操作便捷、图形直观, 适合病房内长时间的脑电监测。为了使aEEG 方法能提供更多的脑功能信息, 有时也需要根据不同情况, 在便捷性和信息完整性之间进行折中, 即适当增加aEEG 的电极数量。
时, 还设计实验, 研究测量电极间距在小范围内变化时aEEG 波形的改变。结果显示,aEEG 波形的下边界对电极间距较敏感, 建议严格将电极放置于P32P4位置, 以便与aEEG 分类的统一标准进行比较。
参考文献
[1]
Naqeeb NA , Edwards AD , C owan FM , et al . Assessment of neonatal encephalopathy by am plitude 2integrated electroenceph 2alography [J].Pediatrics , 1999, (6) :1263-1271.
[2][3]
Prior PF , M aynard D. function [M ].New Y ork :LSE , , . 振幅整合脑电图的实现及其在[J], 中国医疗器械信息,
, (3) :43-47.
3 结论
,
, 认为顶区及中央区附近是同
4][5]
刘晓燕. 临床脑电图学[M].北京:人民卫生出版社, 2005. 大熊辉雄. 临床脑电图学[M].北京:清华大学出版社,
2005.