Данная статья предназначена для специалистов таких медицинских специальностей, как невролог, врач функциональной диагностики, эпилептолог, сомнолог и других специалистов по расшифровке ЭЭГ, которые в своей практике часто имеют дело с диагнозом эпилепсия.
В различных программах по анализу ЭЭГ в настоящее время применяются разные методы расчета индекса пароксизмальной активности. В данном материале я расскажу о способах поиска, выделения и анализа эпилептиформной активности, реализованных в программе Нейрон-Спектр.NET.
Что считать эпилептиформной активностью?
Различные графоэлементы на кривых ЭЭГ могут носить эпилептиформный характер:
- Спайк - короткая вспышка электрической активности амплитудой более 80 мкВ и длительностью от 20 до 70 мс. Направлен как правило вверх (на монополярных отведениях). Спайки могут регистрироваться по одному или нескольким соседним отведениям при фокальном эпизоде, или по всем ЭЭГ-отведениям при генерализованной активности.
- Острая волна - немного менее высокочастотная активность на ЭЭГ. По амплитуде она может превышать спайки и обычно начинается от 100 мкВ, а вот по длительности она не такая быстрая: от 70 до 200 мс.
Примечание: ЭКГ-артефакт на ЭЭГ-кривых часто можно принять за спайк-волновую активность. Чтобы избежать такой ситуации, рекомендуется дополнительно с ЭЭГ проводить запись одного ЭКГ-канала. В этом случае можно четко разделить истинные спайки от ЭКГ-артефакта.
- Разряд – графоэлемент имеющий не более 3-х фаз и длительность не более 0,5 сек. Вспышка имеет более 4-х фаз или длительность более 0,5 сек.
- Трехфазные волны - представляют собой позитивные высокоамплитудные резкие колебания более 70 микровольт (как правило тета-диапазона). Положительной волне обычно предшествует медленная негативная волна. Как правило, первая негативная волна имеет более высокую амплитуду, чем вторая.
- Комплекс "Спайк - Медленная волна" - последовательность из вспышки в виде спайка и следующего за ним замедления.
- Многочисленные разряды - последовательность из множества следующих друг за другом спайков, разрядов.
- Замедление биоэлектрической активности - в состоянии бодрствования обычно наблюдается у критически больных пациентов и может свидетельствовать о глубоких нарушениях функционального состояния головного мозга.
Примечание: При отсутствии синхронного видео ЭОГ-артефакт на ЭЭГ-кривых можно принять за медленноволновую активность. Чтобы избежать такой ситуации, рекомендуется дополнительно с ЭЭГ проводить запись двух ЭОГ-каналов. Да и регистрация синхронного видео рекомендована даже при проведении рутинных ЭЭГ-обследований.
- Эпизоды "Вспышка - Подавление" или "Вспышка - Ослабление" - данный паттерн также часто встречается у пациентов в тяжелом состоянии, например, проходящих лечение в отделении реанимации и интенсивной терапии. Характеризуется периодическими эпизодами высокоамплитудной активности на фоне подавленной низкоамплитудной ЭЭГ. Сам по себе данный паттерн не является эпилептиформным, но может предшествовать развитию эпилептического статуса. Паттерн «Вспышка-ослабление» состоит из чередования периодов (длительностью > 0,5 с), отличающихся по амплитуде ЭЭГ более чем в 2 раза. Паттерн «Вспышка-подавление» состоит из чередования периодов активности средней или высокой амплитуды длительностью более 0,5 с (вспышка) и периодов глубокой депрессии (амплитуда потенциалов не более 10 мкВ).
- Эпилептиформная активность - одиночный спайки, разряды, комплексы могут перерасти в лавину подобных графоэлементов, что может свидетельствовать о развитии эпилептического приступа.
Автоматический поиск эпилептиформной активности
В современных компьютерных программах для просмотра и анализа ЭЭГ существуют инструменты как для ручного выделения всех перечисленных графоэлементов, так и для их автоматического поиска. Конечно, автоматический поиск существенно ускоряет работу по просмотру ЭЭГ-кривых, но нужно иметь ввиду, что никакой машинный алгоритм не заменит специалиста.
Автоматический детектор пароксизмальной активности может работать как в режиме просмотра ЭЭГ, когда обследование уже закончено, так и во время его регистрации, в режиме онлайн. Причем в этом режиме программа может не только выводить тревожное предупреждение о фиксации эпилептиформной активности на экране компьютера, но может также и рассылать тревожные оповещения по электронной почте или в мессенджеры лечащему врачу. Обычно такое тревожное сообщение содержит данные о пациенте, о событии и скриншот программы.
Анализ эпилептиформной активности
Найти и выделить эпилептиформную активность на ЭЭГ недостаточно. Далее требуется оценить частоту ее возникновения, локализацию, очаг и вовлеченные зоны головного мозга. Для всего этого предусмотрено окно анализа эпилептиформной активности, состоящее из нескольких закладок.
- Таблица спайков и острых волн, сгруппированных по ЭЭГ-отведениям, отображает количество и амплитуду спайков и острых волн в каждом отведении:
Например, из этой таблицы видно, что у данного пациента во время проведенного обследования максимальное количество спайков зафиксировано по отведению F4-A2. В этом же отведении средняя амплитуда спайков максимальна.
- Картирование спайков и острых волн - служит для отображения топографических карт распределения количества и амплитуды спайков и острых волн по скальпу.
На топографических картах отображаются те же данные, что и в таблице спайков и острых волн, но по картам оценить их локализацию гораздо проще. Количество и средняя амплитуда спайков, судя по топографическим картам, также сосредоточена вокруг зоны F4.
- Список спайков и острых волн - на данной вкладке содержится полный список всех выделенных программой спайков и острых волн. Для каждого элемента выводится его время относительно начала записи и амплитуда. Кроме этого с помощью клика мыши на любом элементе можно просмотреть его на нативных кривых ЭЭГ.
Внизу под данным списком выведены результаты расчета общего количества спайков и острых волн, а также их индекса - количество эпизодов в один час записи.
- Эпизоды - на данной вкладке формируется список уже не разрядов, а продолжительных эпизодов, таких, например, как "Вспышка-Подавление", "Множественные спайки и острые волны", "Комплекс Острая волна-Медленная волна", "Эпилептиформная активность". Эти эпизоды могут быть выделены специалистом вручную или программой автоматически. При выборе выделенного эпизода в списке программа автоматически отображает его на ЭЭГ-кривых.
Для каждого эпизода указано время его начала, окончания и продолжительность. Внизу окна в строке статуса отображается общее количество выделенных эпизодов, индекс (количество эпизодов в час) и индекс по времени (процент записи, занятый выделенными эпизодами).
- Усредненные кривые - на данной вкладке выводится результат усреднения кривых ЭЭГ по расставленным маркерам спайков. Механизм точно такой же, как при регистрации вызванных потенциалов, с той лишь разницей, что в ВП усреднение кривых производится от момента стимула, а здесь - от начала спайка. В результате получается "усредненный спайк", который можно картировать.
В результате картирования усредненного спайка можно увидеть локализацию его максимальной амплитуды на скальпе.
Эти усредненные кривые, как и нативные ЭЭГ-кривые можно экспортировать в сторонние программы анализа ЭЭГ.
Индекс эпилептиформной активности
Как вы уже, возможно, заметили, мы встретились с двумя вариантами расчета индекса эпилептиформной активности:
- Индекс, рассчитанный как процент скомпрометированных секунд - считается как отношение количества секунд, в которых присутствует эпилептиформная активность к общему количеству секунд. Такой метод имеет сильную зависимость от длительности записи и количества видимых на экране секунд. От фрагмента к фрагменту индекс эпиактивности, рассчитанный таким образом, будет существенно изменяться.
- Индекс, рассчитанный как количество эпизодов в час - как ясно из описания этот индекс считается очень просто. Делим общее количество выделенных эпизодов на количество записанных часов обследования и получаем результат. Например, если мы записали 30 минут ЭЭГ, на которых зафиксировали 100 спайков, то индекс получится 100 / 0.5 = 200 спайков в час. Все понятно и прозрачно. Но такой подход хорошо работает только для таких коротких эпизодов, как спайки, острые волны и другие разряды. Для продолжительных во времени эпизодов (например, "эпилептиформная активность") такой расчет индекса может ввести в заблуждение.
- Индекс по времени (в процентах) - рассчитывается как процент отношения суммарной длительности всех выделенных эпизодов эпилептиформной активности к общей продолжительности записи. Другими словами этот индекс показывает, какую часть времени обследования занимали эпи феномены. Например, если мы записали все те же 30 минут ЭЭГ, на которых зафиксировали всего 1 эпизод эпиактивности продолжительностью 3 минуты, то индекс получится 3 / 30 * 100 = 10%.
Разница между этими двумя подходами расчета индекса может быть колоссальной. Рассмотрим пример: на ЭЭГ-записи длительность 2 часа зафиксирован один эпизод эпиактивности. Индекс, рассчитанный по количеству эпизодов в час будет равен 0.5. Казалось бы, не так уж и много. Но если предположить, что продолжительность этого единственного эпизода составила 30 минут, то индекс по времени будет равен 25%. А это уже совсем другая картина.
Иными словами, индекс, рассчитанный как количество эпизодов в час хорошо работает только для краткосрочных феноменов, таких, как спайки. Для эпизодов с продолжительностью более нескольких секунд дополнительно нужно принимать во внимание индекс, рассчитанный как процент по времени. Анализ этих двух расчетов в совокупности дает более полную картину.
Тренды ЭЭГ
Как уже упоминалось, для ускорения анализа длительных ЭЭГ-записей могут применяться автоматические алгоритмы поиска эпиактивности. Но у них есть недостатки: срабатывание на артефакты, ложно-положительные и ложно-отрицательные выделения. Для более надежного анализа ЭЭГ и выделения всех действительно важных эпизодов рекомендовано просматривать запись в ручном режиме. Но и этот процесс можно существенно ускорить. Для этого можно воспользоваться таким инструментом, как тренды ЭЭГ. В окне трендов выводятся заданные параметры, рассчитанные по всему обследованию, например, средняя амплитуда ЭЭГ, индекс альфа ритма, количество спайков в минуту и многие другие. С помощью трендом можно быстро отследить нестабильные участки записи и с помощью клика мыши просмотреть нативные кривые ЭЭГ на этом участке.
Видео-ЭЭГ
При анализе трендов и даже при визуальном просмотре нативных кривых часто возникает вопрос: "Факт или артефакт?". Иными словами, бывает довольно сложно дифференцировать действительно эпилептиформную активность от, например, артефакта движения. С этой задачей прекрасно справляется ЭЭГ-видеомониторинг. С помощью синхронной видеозаписи можно не только сопоставить клиническую картину с электрической активностью головного мозга во время приступа, но и достоверно отбросить артефакты записи. Эффективность ЭЭГ-видеомониторинга при диагностике эпилепсии в сравнении с обычной ЭЭГ гораздо выше. Недаром ЭЭГ-видеомониторинг называют "золотым стандартом" в диагностике эпилепсии.
Стандарт проведения ЭЭГ-видеомониторинга
В 2022 году ILAE совместно с IFCN опубликовали рекомендации по проведению длительного ЭЭГ-видеомониторинга с целью диагностики эпилепсии.
Локализация эпиактивности в сторонних программах
После того, как эпилептиформная активность выделена на ЭЭГ, кроме встроенных инструментов анализа можно прибегнуть к помощи стороннего программного обеспечения, например, для локализации очага эпилептиформной активности:
- BrainLoc - Российский программный продукт предназначен для трехмерной локализации источников патологической активности в головном мозге по ЭЭГ:
- LORETA - Программа LORETA - low-resolution brain electromagnetic tomography широко применяется в научных исследованиях:
- Encevis EpiSource - австрийский программный продукт под общим названием Encevis предназначен для всестороннего анализа ЭЭГ: построения трендов, трехмерной локализации источников патологической активности, поиска спайков, выделения артефактов и пр.
Все перечисленные программы являются платными и приобретаются отдельно от оборудования для ЭЭГ-регистрации. Передача в них данных ЭЭГ обычно осуществляется через формат EDF (European Data Format). Из некоторых ЭЭГ-программ экспорт в эти программные пакеты осуществляется автоматически.
Заключение
Существует большое разнообразие математических инструментов для всестороннего анализа электрической активности головного мозга. Но все их стоит применять только четко понимая, как они работают, какую информацию предоставляют и какие ограничения имеют.
Полезные материалы:
- Иванов А.А. Обзор вариантов расчета индекса эпилептиформной активности на ЭЭГ. Эпилепсия и пароксизмальные состояния. 2024;16(4):402-408. https://doi.org/10.17749/2077-8333/epi.par.con.2024.203
- Скальповый и инвазивный мониторинг у пациентов с фармако резистентной эпилепсией.
- Паттерны ЭЭГ.
