Potentiale evocate

Instrumentaţie biomedicală

POTENŢIALE EVOCATE CORTICALE Activitatea electrică spontană cerebrală poate fi modificată într-o manieră reproductibilă şi detectabila de diverşi stimuli senzoriali, mişcarea voluntara sau execuţia mentală a unei acţiuni. Stimularea senzitivo-senzorială duce la apariţia unor potenţiale care sînt conduse într-o manieră secvenţială până la nivelul cortexului cerebral. De exemplu stimularea unui nerv periferic duce la apariţia unei activităţi electrice corticale ("evocate") cu o topografie precisă : homunculus-ul. Valoarea clinică a înregistrării potenţialelor evocate este evidentă: ele înglobează activitatea electrică a mai multor neuroni de pe "calea" analizatorului respectiv ajutând la diagnosticul afecţiunilor neurologice. Cu toate acestea înregistrarea potenţialelor evocate a fost mult timp subiect al cercetării ştiinţifice mai mult decât al practicii clinice. Motivul îl constituie raportul foarte mic semnal util (potenţial evocat: 0,1-5 μV)/ zgomot (EEG: 30 - 100 μV).

Fig. 1 Semnalul cules (C) este suma dintre semnalul util (A) şi zgomot (B).

- 1 -


Atunci când amplasăm pe scalp electrozi pentru culegerea potenţialelor evocate, semnalul captat este o sumă dintre semnalul util (potenţial evocat) şi zgomot (activitatea electroencefalografică de fond). Având în vedere raportul menţionat anterior, vizualizarea potenţialelor evocate pe o înregistrare obişnuită EEG este practic imposibilă. Tehnicile clasice de extragere a semnalului din zgomot (filtre) nu pot fi aplicate: ele atenuează atât zgomotul cît şi semnalul util, acestea având componente de frecvenţă comune. Pentru extragerea potenţialelor evocate corticale din activitatea electroencefalografică de fond se utilizează în prezent medierea coerentă. Tehnica potenţialelor evocate obţinute prin mediere coerentă a fost introdusă începând cu anii "80 ca metodă de rutină în numeroase laboratoare .

I. MEDIEREA COERENTĂ În sec. XVIII, Laplace a menţionat pentru prima dată posibilitatea de a detecta variaţiile mici dar sistematice din variaţii mari dar neregulate ale unui parametru. În 1947, Dawson preia tehnica suprapunerii fotografice utilizate în timpul celui de-al II-lea Război Mondial pentru a distinge pe radar ţintele de zgomot şi dezvoltă pe aceleaşi principii o tehnica ce permite detectarea potenţialelor evocate ce apar ca urmare a stimulării unui nerv periferic.

Fig. 2 Potenţial evocat obţinut prin metoda suprapunerii fotografice Dawson.

- 2 -


Potenţialele evocate apar sistematic cu aceeaşi latenţă după stimulare. Având deci o relaţie temporală fixă cu stimulul care le evocă, putem spune că potenţialele evocate sînt "coerente" în raport cu stimulul. Activitatea de fond EEG nu este "coerentă" în raport cu stimulul, evoluţia sa fiind aleatorie.

Fig. 3 Latenţa de stimulare reprezintă intervalul dintre două stimulări succesive fiind egală cu suma dintre durata stimulului, durata achiziţiei şi a intervalului post achiziţie (de la sfârşitul achiziţiei până la următorul stimul). Această proprietăţi stau la baza "medierii coerente" prin achiziţia şi prelucrarea semnalului cu ajutorul calculatorului. Procesul constă în achiziţionarea unui număr mare de "epoci". Achiziţia fiecărei epoci este declanşată cu o întârziere fixă de un impuls trigger, ce precede apariţia stimulului. Fiecare din cele J serii de timp (epoci) SJ,N este formată din şir de N valori ale amplitudinii semnalului, N fiind funcţie de durata achiziţiei T şi frecvenţa de eşantionare ν (N = T . ν). S1,N= S1,1 , S1,2 , S1,3 ……… S1,N S2,N= S2,1 , S2,2 , S2,3 ……… S2,N . . SJ,N= SJ,1 , SJ,2 , SJ,3 ……… SJ,N

După medierea coerentă se va obţine un şir SM în care fiecare valoare reprezintă media valorilor şirurilor S1…SJ .

- 3 -


Potenţialele evocate fiind coerente se sumează liniar (amplitudinea x J), în timp ce suma activităţii de fond aleatorii EEG va creşte cu rădăcina pătrată a numărului de epoci sumate (amplitudinea x J ).

JJJJ

SSSSS

J

iNJ

J

iJ

J

iJ

J

iJ

M

∑∑∑∑===== 1

,1

3,1

2,1

1,

.............,,

Fig. 4 Reprezentare schematică a medierii coerente pe 6 serii de timp. De exemplu pentru 100 de epoci sumate, potenţialul evocat va creşte de 100 de ori în timp ce activitatea de fond EEG va creşte de 100= 10 ori., rezultând un raport semnal/zgomot de 10:1. Este evident că acest raport va fi cu atât mai mare cu cît numărul de epoci achiziţionate şi mediate va fi mai mare (tabelul 1).

Număr de epoci J J Raport

semnal/zgomot 10 3,16 3,16 : 1 25 5 5 : 1

100 10 10 : 1 2000 44,72 44,72 : 1

Instrumentaţia necesară pentru obţinerea potenţialelor evocate este formată din :

- 4 -


• electrozi de culegere de bună calitate (potenţial de electrod redus) asemănători celor utilizaţi în electroencefalografie, a căror modalitate de amplasare depinde de tipul de potenţial evocat (a se vedea mai jos);

• Bloc pentru măsurarea impedanţei de electrod; • preamplificatoare , amplasate cît mai aproape de locul de

culegere, sînt necesare datorită amplitudinii foarte mici a potenţialelor;

• Amplificatoare diferenţiale cu câştig mare (50000), zgomot redus (< 1 microvolt), rejecţie mare de mod comun (>100 dB) şi bandă largă (1-3000 Hz);

• Filtre Notch pentru frecvenţa de 50 Hz; • Convertor analog - digital pentru achiziţia semnalelor şi digital-

analog pentru generarea stimulilor şi a impulsurilor trigger; • Microcalculator incorporat în echipament sau extern, pentru

prelucrarea şi stocarea datelor ; Cu ajutorul unor astfel de echipamente poate fi realizata înregistrarea de potenţiale evocate auditive (PEA), potenţiale evocate vizuale (PEV) sau potenţiale evocate somato - senzoriale (PESS). Aceeaşi tehnică poate fi utilizată şi pentru culegerea / interpretarea unor potenţiale evocate periferice (necorticale): electro retinografice (ERG), electrocochleografia (EChG).

II. POTENŢIALE EVOCATE VIZUALE (PEV) Potenţialele evocate vizuale (PEV) reprezintă activitatea electrică indusă în cortexul vizual de stimularea luminoasă a ariei maculare şi perimaculare a retinei. Datorită particularităţilor anatomo-fiziologice ale căii optice, este evident că stimularea separată pe întreaga arie vizuală a unui ochi, semnalul va fi dirijat către ambele arii corticale deoarece fibrele din partea nazală a retinei se încrucişează la nivelul chiasmei optice. Acest tip de stimulare este utilă pentru evaluarea căilor vizuale anterioare (nerv optic, chiasmă), în timp ce stimularea separată a unei jumătăţi a câmpului vizual va fi utilizată pentru evaluarea funcţională a căii optice retrochiasmatice (tract optic, radiaţii, cortex vizual).

- 5 -


A. Stimularea Pentru inducerea PEV pot fi utilizate două tipuri de stimuli: pattern-uri sau flash-uri. Patern-urile sînt în mod obişnuit imagini alb-negru produse pe un monitor TV ale unei table de şah, care se inversează (alb-negru, negru-alb). Funcţie de acuitatea vizuală, gradul de fixare şi de dimensiunea pupilei subiectului investigat, se selectează următorii parametri de stimulare:

• frecvenţa de inversare 1 - 2 pe secundă; • unghiul vizual V= 57,3*L/D, unde L este dimensiunea unui

pătrat al tablei de şah şi D este distanţa dintre ochi şi ecranul monitorului;

• luminozitatea monitorului se păstrează constantă pe parcursul unei determinări.

Flash-urile sînt obţinute cu ajutorul unei lămpi cu descărcare în gaze. Parametrii de stimulare sînt :

• frecvenţa 0,5 - 1 /s; • intensitatea luminoasă; • distanţa intre ochi şi lampă 30 - 45 cm.

B. Tehnica de înregistrare Pentru culegerea semnalului se utilizează trei electrozi: activ, de referinţă şi de masă. Electrozii activi se amplasează în aria occipitală, simetric faţă de linia mediană, în două puncte situate la 5 cm deasupra şi 5 cm lateral (dreapta şi stînga) faţă de inion. Electrodul de referinţă se amplasează în aria frontală, pe linia mediană, la 12 cm deasupra nazionului. Electrodul de masă se poate amplasa pe lobul urechii.

- 6 -


Fig. 5 Modul de amplasare a electrozilor pentru culegerea PEV. Banda de frecvenţă a amplificatorului va fi limitată cu ajutorul filtrelor la 0,2 - 500 Hz. Numărul stimulărilor şi implicit numărul epocilor achiziţionate pe care se face medierea este de 100-200 iar lungimea acestor epoci este de 250 - 500 ms. PEV normal este format dintr-o succesiune de unde pozitive şi negative care sînt interpretate funcţie de latenţa cu care apar în raport cu stimulul. Undele sînt notate cu N (negativ), P (pozitiv) şi un indice care reprezintă valoarea normală medie a latenţei pentru unda respectivă. În succesiunea lor normală aceste unde sînt : N75, P100 şi N145 . Având în vedere diferenţele dintre echipamentele de stimulare , culegere şi prelucrare precum şi variabilitatea factorilor de mediu se recomandă ca intervalul valorilor normale (media + 3DS) să se stabilescă individual în fiecare laborator. Printre aspectele patologice ale PEV se numara: absenta undelor, latenţa P100 crescută, forma distorsionată şi diferenţele interoculare mai mari de 8-10 ms. Latenţa P100 crescută este caracteristică demielinizării căilor vizuale anterioare, în timp ce scăderea amplitudinii P100 este frecvent întîlnită în leziunile compresive. Latenţele crescute la stimularea unilaterală (dreapta sau stînga), pot indica o leziune a nervului optic ipsilateral, aspect caracteristic pentru neuropatiile optice demielinizante din scleroza multiplă.

III. POTENŢIALE EVOCATE AUDITIVE (PEA) Potenţialele evocate auditive, cu latenţă scurtă sunt formate dintr-o succesiune de potenţiale generate de nervul acustic şi de căile auditive, ca răspuns la stimularea acustică. Multitudinea componentelor PEA deriva din diferitele tracturi şi nuclee ce intră în componenţa căii auditive (receptor cohlear, nerv acustic, nuclei cohleari ventrali şi dorsali, nucleu olivar superior, corp trapezoid, lemnisc lateral, coliculi inferiori, corpi geniculaţi mediani, aria de proiecţie din lobul temporal).

A. Stimularea Stimularea este realizată cel mai frecvent cu ajutorul click-urilor cu o banda larga de frecvenţă. Asemenea click-uri au componente de

- 7 -


frecvenţă între 100 Hz şi 8 kHz, componente ce asigură stimularea unei arii largi de receptori cohleari. Click-urile cu durată de 100 �s pot fi generate cu ajutorul unui instrument standard pentru audiometrie, prevăyut cu căşti. Forma potenţialelor depinde de următorii parametri de stimulare:

• Polaritatea determină sensul în care se mişcă membrana difuzorului căştii: spre timpan (click-uri de comprimare) sau în sens opus timpanului (click-uri de rarefiere).

• Frecvenţa de stimulare poate fi între 1-70 Hz, cel mai des fiind utilizate frecvenţe de 8-10 Hz.

• Intensitatea, măsurată în dB, poate fi măsurată utilizând două scale. Scala nivelului auditiv are ca punct de 0 media pragului auditiv determinată pe un lot de subiecţi normali. Scala sensibilităţii are ca punct de 0 pragul auditiv al pacientului.

B. Tehnica de înregistrare Electrozii de culegere sunt plasaţi pe lobii urechilor (sau mastoide) şi în veretex. Electrodul de masă poate fi plasat median, deasupra nazionului. Stimularea se face monoauricular, urechea contralaterală fiind acoperită pentru a împiedica interferenţele. Înregistrarea se poate face pe doua canale: pe un canal se înregistrază o derivaţie între vertex şi lobul urechii ipsilateral (în raport cu stimularea) iar pe al doilea canal se înregistrează derivaţia înre vertex şi urechea contralaterală. Banda de frecvenţă a amplificatorului se setează cu ajutorul filtrelor astfel: limita inferioară 30 - 100 Hz iar limita superioară între 2500 - 3000 Hz. Numărul stimulărilor şi implicit numărul epocilor achiziţionate pe care se face medierea este de 1000-4000, durata fiecărei epoci achiziţionate fiind de 10 - 15 ms.

- 8 -


Fig. 6 Modul de amplasare a electrozilor pentru culegerea PEA. Înregistrarea acestui tip de trasee are aplicaţii importante în: - determinarea pragului auditiv la pacienţi necooperanţi, în special nou-nascuti şi copii mici, cu diagnosticarea precoce a surdităţii; - definirea medico - legală a morţii cerebrale datorată distrucţiilor întinse a structurilor trunchiului cerebral; - evaluarea tulburărilor trunchiului cerebral ca: * scleroza multipla, * tumori (cerebrale, ale unghiului pontin, nervului VIII, evaluarea longitudinala a afecţiunilor demielinizante) (Thornton, 1976, Brackmann, 1977) Unda Valoare medie SD (deviaţia standard) I 1.7 0.15 II 2.8 0.17 III 3.9 0.19 IV 5.1 0.24 V 5.7 0.25

IV. POTENŢIALE EVOCATE SOMATO SENZORIALE (PESS) Înregistrarea PESS poate fi privită ca o extensie a măsurării vitezei de conducere nervoase la căile somatosenzoriale centrale. În

- 9 -


principiu se realizează o stimulare a unui nerv periferic (cel mai frecvent median sau tibial posterior). Impulsurile nervoase declanşate sunt conduse prin trunchiurile, plexurile şi rădăcinile nervilor la măduvă. După parcurgerea coloanelor dorsale, fibrele fac sinapsă şi se încrucişează la nivelul lemniscului medial. Fibrele de la nivelul lemniscului fac apoi sinapsă la nivelul talamusului, de unde se distribuie în cortexul senzorial prin fasciculele talamocorticale. Potenţialele generate ca răspuns la stimularea electrică pot fi înregistrate la nivelul plexurilor, a măduvei spinale şi la nivelul cortexului senzorial.

A. Stimularea Punctul de stimulare depinde de nervul investigat. (a se vedea capitolul Viteza de conducere nervoasă) Electrodul de stimulare negativ va fi plasat proximal. În practică sunt utilizaţi următorii parametri de stimulare:

• Frecvenţa de stimulare 4 -7 Hz; • Forma stimulilor: rectangulară, cu durata de 0,1 - 0,2 ms; • Intensitatea de stimulare va intensitatea cea cronaxică (de

două ori mai mare decât pragul). Variază între 1 -20 mA.

B. Tehnica de înregistrare Modul de amplasare a electrozilor depinde de nervul investigat (stimulat). În cazul nervilor membrului superior, electrozii de culegere sunt plasaţi astfel:

• la nivelul plexului brahial (în punctul Erb), • la nivelul măduvei (C2, C5 sau C7) • pe scalp deasupra ariei somatosenzoriale contralaterale (Fig.7), • electrodul de referinţă este amplasat pe linia mediană, în zona

frontală sau centrală.

- 10 -


Fig. 7 Modul de amplasare a electrozilor pentru culegerea potenţialelor evocate somato - senzoriale ce apar la stimularea nervului median

- 11 -


Fig. 8 Caracteristicile potenţialelor evocate: vizuale (A), auditive(B), somato-senzoriale (C).

Potenţiale evocate periferice I. Electroretinografia (ERG)

- 12 -


Reprezintă înregistrarea grafică a potenţialelor de acţiune retiniene, apărute ca o consecinţa a unei stimulări luminoase adecvate. În acest test, un electrod (*) este plasat pe polul anterior al globului ocular pentru a obţine răspunsul electric la lumina. Când ochiul este stimulat cu blitz sau lumina continua electrodul culege un potenţial electric care poate fi afişat pe un osciloscop. Testul precizează oportunitatea unei intervenţii chirurgicale pe o retina încă funcţională. Tehnica de lucru Pacientului întins pe o canapea i se instilează anestezic intraocular (Xilina). Se aplica pe cornee un electrod de forma şi dimensiunile unei lentile de contact. Se utilizează doua surse de lumina cu un spectru larg de lungimi de unda ( pentru a putea separa domeniile funcţionale ale conurilor şi bastonaşelor). În mod normal, cu cît lumina este mai intensa, cu atât răspunsul este mai amplu. La început încăperea este iluminata, apoi se stinge lumina pentru 20 min. Se aplica stimuli de lumina alba de durata şi intensitate variabila. Timp total de examinare: 1 ora. Aspecte normale: Traseul ERG la om include doua unde notate în mod convenţional a şi b. - Unda "a" este datorata hiperpolarizării receptorilor retinieni şi prezintă doua componente: a1 şi a2. Unda a1 reflectă activitatea conurilor (componenta fotopica), iar a2 se manifesta in special in cursul adaptării la întuneric (bastonaşe, componenta scotopică). Stimularea cu lumina roşie disociază cele doua componente. Latenta undei "a" este între 5 - 20 ms iar amplitudinea intre 50 - 300 �V. - Unda "b" este consecinţa activării celulelor Muller (celule intermediare cu rol de integrare şi prelucrare intraretiniană a informaţiei) de către celulele receptoare. Prezintă doua componente (b1 şi b2), cu origine similara undelor a1 şi a2. Amplitudinea undei "b" (100 - 300 V), uşor accesibila măsurătorii este un parametru

- 13 -


important clinic. Alte unde pe traseul ERG ( b' , c, d, e, f, g, h = potenţiale oscilatorii tardive) au o semnificaţie clinica redusa. Stimularea luminoasa intensa a retinei (ebluisare) determină răspunsul sistemului fotopic (conuri), concretizat prin dedublarea undelor "a" şi "b" şi apariţia potenţialelor oscilatorii. Utilizarea unor stimuli cu lungime mare de unda (lumina roşie) şi intensitate suficienta produce un răspuns fotopic izolat. În timpul adaptării la întuneric, stimulii cu intensitate mica sau lungime de unda scurta produc răspuns predominant din parte sistemului scotopic (bastonaşe) caracterizat prin unda "a" lenta, urmata de unda "b" ampla şi larga; în acest mod ERG este capabila sa reflecte dualitatea funcţională a retinei. Aplicaţii clinice Testul este utilizat în studiul afecţiunilor ereditare şi dobândite ale retinei, incluzând degenerarea retiniana, acromatopsia şi desprinderea de retina. Când aceste afectiuni implica ambele sisteme receptoare retiniene (celule cu conuri şi bastonase), ERG diferentiaza anomalii specifice fiecarui sistem. Modificari ale ERG sint asociate cu: - afectiuni vasculare ischemice (arterioscleroza, arterita cu celule gigante); - depunere intraoculara a cuprului - afectiuni oculare de natura medicamentoasa (cloroquina, quinina); - deslipiri de retina; - deficienta de vitamina A - opacifieri ale mediilor retiniene. Afectiunile maculei nu modifica aspectul standard al ERG. Dereglari maculare pot fi detectate utilizînd ERG focalizata. II. Electrooculografia (EOG) Prezenta unei diferente de potenţial între polul anterior şi posterior al ochiului a fost demonstrata de Du Bois Raymond (1849). Meyers (1929) arata ca miscarea ochilor produce variatii de potenţial care pot fi culese cu electrozi de suprafata. Ochiul este un dipol electric, cu corneea pozitiva comparativ cu retina, cu un potenţial de repaus, de aprox. 6 mV, între polul anterior şi posterior. Semnalele sînt generate de miscarile oculare laterale iar

- 14 -


marimea semnalului este proportionala cu marimea diferentei de potenţial corneo - retinian. EOG reprezinta înregistrarea grafica a variatiei dipolului electric al globului ocular, generate prin miscarile spontane sau evocate ale acestuia. Termenul de EOG este utilizat pentru a descrie utilitatea clinica a unui test care compara potentialul de repaus retinian al ochiului adaptat la lumina cu cel adaptat la întu neric şi pentru investigarea nistagmusului. Testul clinic Diferenta de potenţial dintre polul anterior şi cel posterior al glubului ocular se masoara indirect. Electrozii pot fi plasati în doua moduri: - de o parte şi alta a fiecarui ochi; - lateral de fiecare ochi, punctul de referinta fiind plasat central în mijlocul fruntii. Pentru stimularea miscarilor orizontale a ochilor se utilizeaza LED-uri sau lumina rosie (pentru a nu modifica valoarea potentialului corneo-retinian). La începutul testului se determina doua puncte de fixatie (pentru a preciza amplitudinea maxima a deplasarii globilor oculari), după care pacientul este instruit sa priveasca brusc la aceste puncte, alternativ, stinga şi dreapta. O alta procedura este aceea în care pacientul priveste o serie de stimuli luminosi care se aprind succesiv. Aceasta manevra de privire stinga dreapta produce o deplasare sinusoidala a ochilor. Semnalul sinusoidal generat (cu o frecventa proprie de 0.5 Hz), poate fi filtrat pentru a elimina artefacte determinate de clipire şi deplasarea liniei izoelectrice. Semnalul cules este amplificat şi înregistrat. III. Audiometria Metoda obiectiva de examinare a functie auditive prin stimulare sonora cu frecventa şi amplitud ine variata, generata de un aparat electro- acustic (audiometru). Audiometrul este un generator de tonuri pure (fara armonici) de amplitudini şi frecvente variabile. Testarea curenta a acuitatii auditive necesita sunete cu frecventa intre 128 Hz şi 12 KHz şi intensitate între - 10 şi 130 dB.

- 15 -


Un decibel este diferenta de intensitate minima perceputa înca de o ureche sanatoasa. Testarile audiometrice se executa în camere silentioase, izolate fonic (camere anecoide) şi cuprind urmatoarele probe: a) audiometria tonala liminara (determinarea pragului auditiv). Rezultatele se noteaza pe un grafic denumit audiograma. b) conducerea aerica se testeaza cu castile plasate etans pe urechi. c) conducerea osoasa se testeaza cu ajutorul diapazonului sau difuzor special plasat pe mastoida. Testarea cu sonda acustica este un examen special al conducerii osoase executat cu ajutorul unor sonde subtiri care permite transmiterea directa a energiei vibratorii la nivelul lantului osicular. Semnificatie functionala: Din punct de vedere otologic se considera ca normal auzul care percepe sunete de intensitati între 0 şi cel mult 10 - 15 dB ( -10 dB înseamna un auz cu 10 dB mai bun decât auzul considerat în general normal). Pentru a evita perceperea bilaterala a stimulului, sensibilitatea urechii opuse este blocata cu un sunet de fond (zgomot alb) de spectru larg. Stimularea sonora sustinuta a urechii examinate determina fenomene de adaptare caracteri zate prin scaderea temporara a acuitatii auditive. Oboseala este un fenome similar adaptarii cu diferenta ca scaderea acuitatii audotive este de lunga durata (ore, zile) şi apare sub actiunea unor sunete (zgomote) cu intensitatea de peste 80 dB. Oboseala este considerata ca o stare patologica. Audiometria conventionala se limiteaza la testarea frecventelor între 128 şi 8000 Hz. Audiometria tonurilor înalte: cu toate ca frecventele din spectrul vocii vorbite (importante pentru comunicare) se încadreaza în domeniul 2000 - 3000 Hz, testarea frecventelor înalte (10 - 18 KHz) este utila pentru recunoasterea precoce şi prevenirea hipoacuziilor de perceptie profesionale şi iatrogene. Audiometria vocala (acumetria) realizeaza un studiu sintetic al auditiei testînd atât pragul auditiv cît şi inteligibilitatea cuvintelor. Apreciaza functia globala a organului auditiv cu ajutorul unei liste de cuvinte alese după reguli bine stabilite (Constantinescu, Hociota,

- 16 -


1966). Se testeaza atât pragul de sensibilitate (exprimat în dB) cît şi capacitatea de discriminare a cuvintelor exprimata procentual.

- 17 -

Documents

Potentiale evocate