Rola filtrów dolno- i górnoprzepustowych w analizie sygnału EEG 

Filtry dolno- i górnoprzepustowe odgrywają ważną rolę w analizie sygnału EEG, pozwalając na wyodrębnienie istotnych informacji z rejestrowanego zapisu. Filtr dolnoprzepustowy eliminuje składowe sygnału o wysokich częstotliwościach, redukując zakłócenia, takie jak artefakty mięśniowe czy szumy. Z kolei filtr górnoprzepustowy usuwa składowe o niskich częstotliwościach, np. wolne zmiany potencjałów związane z ruchami gałek ocznych lub potem.  

Dzięki filtrom możliwe jest uzyskanie czystego, gładkiego sygnału EEG. Należy jednak pamiętać, że efekt ten może być złudny i zaburzyć prawidłowy odczyt badania EEG. Dlatego zaleca się używanie ich z umiarem i tylko przez doświadczonych techników EEG. 

 W niniejszym artykule Małgorzaty Aniśko, specjalistki EEG, dowiesz się czym są filtry i jak ich używać? 

ARTYKUŁ 

CENTRALNĄ CZĘŚCIĄ UKŁADU NERWOWEGO JEST MÓZG. 

Podstawowym elementem układu nerwowego jest komórka nerwowa zwana neuronem. Układ nerwowy składa się z olbrzymiej liczby neuronów. Neurony kontaktują się ze sobą za pomocą łącz zwanych synapsami. Ich liczba jest wielokrotnie większa niż liczba komórek nerwowych. Każda komórka nerwowa otrzymuje informacje przekazane od innych neuronów, a także od innych wyspecjalizowanych komórek-receptorów narządów zmysłowych, bądź bezpośrednio ze środowiska zewnętrznego przez dendryty. Informacje te przekazuje komórka dalej poprzez akson. 

Informacje, przekazywane i przetwarzane w neuronach, są zakodowane w postaci sygnałów elektrycznych i chemicznych. 

Przewodzenie impulsu nerwowego, wzdłuż samego aksonu, podobnie jak i wzdłuż dendrytów, odbywa się na drodze elektrycznej (dzięki temu możemy rejestrować aktywność elektryczną układu nerwowego m.in., mózgu). 

Elektryczne przewodzenie impulsu nerwowego jest szybsze od transmisji chemicznej, a możliwe jest dzięki istnieniu potencjału spoczynkowego. Warunkiem zaistnienia przewodzenia impulsu nerwowego jest odbiór wystarczająco silnego bodźca. Jeżeli bodziec będzie słaby, czyli podprogowy, to wywoła on jednie lokalną zmianę potencjału. Bodziec wystarczająco silny wywoła potencjał czynnościowy. Potencjał czynnościowy to zaburzenie potencjału spoczynkowego neuronu, które powoduje przewodzenie tego zaburzenia wzdłuż aksonu. Zmiany potencjału stanowią podstawę czynności komórki nerwowej.  

Elektroencefalografia wykorzystuje właśnie tę czynność elektryczną tkanki nerwowej. Bada przy tym potencjały generowane przez komórki nerwowe mózgu odprowadzane z powierzchni głowy.   

Do głowicy wysyłany jest wynik pomiaru sygnału z powierzchni głowy. Następnie przesyłany jest do wzmacniacza wstępnego (zwanego biologicznym), wzmacniacza mocy, aż w końcu trafia do rejestratora.  

ZNACZENIE FILTRÓW 

Niepożądanymi sygnałami w zapisie EEG są artefakty. Wyróżniamy artefakty techniczne i artefakty biologiczne. 

Artefakty biologiczne pochodzą od pacjenta (wywołane np. przez: ruch mięśni skroni, czoła, przełykanie śliny, kaszel, pocenie, artefakt EKG czy rozrusznik serca). W celu stłumienia niepożądanych potencjałów, w aparatach EEG, stosuje się filtry. W aparatach papierowych filtry tworzono łącząc kondensatory i oporniki. Dzisiejsze filtry cyfrowe pełnią taką samą funkcję, jak aparaty papierowe, tzn. analogowe i są po prostu obliczeniami przeprowadzonymi na podstawie zestawów danych. Sygnał badania EEG wymaga przetworzenia, zanim będzie zarejestrowany na monitorze komputera. 

Wyróżniamy filtr wysokiej częstotliwości (dolnoprzepustowy) i filtr niskiej częstotliwości (górnoprzepustowy). 

Podczas rutynowego badania EEG filtr górnoprzepustowy ustawiony jest standardowo na częstotliwości 1. Hz, odpowiadając stałej czasowej wynoszącej 0,16 s. Ustawienie filtra na wyższej częstotliwości może spowodować zniekształcenie i osłabienie niektórych fal wolnych. W takiej sytuacji fale będą miały zwiększoną liczbę faz i może się wydawać, że są złożone z szybszych częstotliwości. Podczas dużej intensywności fal wolnych technicy nie powinni podwyższać tego ustawienia. Natomiast ustawienie filtra wysokiej częstotliwości niżej, może pozwolić lepiej zidentyfikować czynność wolną.  

Opierając się na swoim wieloletnim doświadczeniu, techniczki EEG, odradzam używanie tego filtra, podczas wykonywania badania. Jeżeli go używamy, zalecam ustawienie go w standardowej pozycji, na częstotliwości 1. Hz. 

Filtr dolnoprzepustowy standardowo, w badaniu EEG, ustawiony jest na częstotliwości 70. Hz. Jego częstotliwość jest wtedy nieco wyższa od częstotliwości prądu zmiennego w sieci. Możemy spotkać też filtry o częstotliwości 35. Hz i 15. Hz. 

Jeżeli obniżmy wartość filtra wysokiej częstotliwości, to tym samym zmniejszymy ilość artefaktów, ale równocześnie, takie działanie, spłaszczy amplitudę zapisu. Czasami bywa tak, że obecność artefaktu 60. Hz może być spowodowana złą impedancją (kontakt elektrody ze skórą) pod konkretną elektrodą. Technik EEG powinien zauważyć taką sytuację i ją wyeliminować.  

Stosowanie filtrów o częstotliwości 35. Hz i 15. Hz bardzo mocno osłabia sygnał krzywej EEG. Uważam, że 15. hercowego filtra nie powinniśmy stosować ze względu na znaczną modyfikację kształtu np. potencjału iglicy. W takiej sytuacji, mimo gładkiego zapisu, zmiany mogą nie być dostrzeżone przez lekarza.  

Technicy powinni stosować filtry z rozwagą, by móc odróżnić, lepiej definiować czy eliminować artefakty. 

ŻRÓDŁA:  

Podstawy EEG z miniatlasem, James Rowan 

Atlas EEG i semiologii napadów padaczkowych, Bassel Abou-Khalil, Karl E. Misulis 

AUTORKA: Techniczka elektoencefalografii, Małgorzata Aniśko, wykładowczyni Centrum Edukacji AKSON