EEG Montage Referensial

Apa itu Elektroda Referensi EEG?

Peran Elektroda Referensi dalam EEG

Setiap pengukuran listrik memerlukan titik perbandingan yang stabil, dan dalam studi EEG, ini adalah fungsi dari elektroda referensi. Karena perangkat keras mengukur perbedaan tegangan antara dua titik berbeda pada kulit kepala, referensi memberikan nilai "nol" relatif untuk aktivitas listrik yang dideteksi oleh sensor lainnya.

Tanpa garis dasar ini, tidak mungkin untuk mengisolasi ritme saraf yang mewakili fenomena ilmu saraf yang kompleks. Dengan mengurangi sinyal yang direkam pada referensi dari sinyal di elektroda aktif, penguat menghasilkan keluaran bersih yang mencerminkan aktivitas saraf dengan mengecualikan derau mode umum (common-mode noise).

Penempatan Elektroda Referensi EEG: Penjelasan Jenis-Jenisnya

Pemilihan lokasi untuk elektroda referensi memengaruhi interpretasi aktivitas spasial otak.

Situs umum meliputi tulang mastoid atau daun telinga, yang dipilih karena merupakan zona yang relatif tidak aktif dibandingkan dengan wilayah di atas korteks serebral. Peneliti terkadang menggunakan konfigurasi telinga terhubung (linked-ear) untuk memitigasi perbedaan individual.

Larik kepadatan tinggi tertentu memungkinkan adanya referensi rata-rata (average reference), di mana peneliti menghitung rata-rata matematis dari semua elektroda untuk berfungsi sebagai titik referensi virtual, meminimalkan bias yang ditimbulkan oleh satu lokasi inferior tunggal.

Mengapa Pilihan Referensi Penting: Masalah Utama

Logika perekaman referensial dapat ditulis sebagai pengurangan sederhana:

Sinyal \= Elektroda Aktif – Situs Referensi

Ubah referensinya, dan Anda akan mengubah pengurangannya. Itu berarti amplitudo bergeser, bentuk gelombang terdistorsi, dan lokasi kulit kepala yang terlihat dari suatu peristiwa dapat berpindah tanpa ada perubahan apa pun di dalam otak.

Ada asumsi umum dalam pengaturan klinis dan penelitian bahwa referensi yang dipilih dengan cermat akan mengungkapkan aktivitas lokal "sebenarnya" di setiap elektroda, bersih dari kontaminasi. Asumsi ini memiliki daya tarik intuitif, tetapi hanya diuji secara ketat dalam serangkaian konteks klinis yang sempit.

Studi yang telah mengujinya secara langsung menunjukkan gambaran yang lebih rumit, di mana montase referensial terkadang berkinerja baik dan terkadang secara aktif menyesatkan penafsir tentang di mana aktivitas di otak sebenarnya terjadi.

Bagaimana Montase Referensial Salah Menempatkan Aktivitas Otak

Demonstrasi paling jelas dari masalah ini berasal dari penelitian tentang potensi evoked kortikokortikal, atau CCEP. Ini adalah respons listrik yang dihasilkan ketika pulsa stimulasi kecil dikirim ke satu bagian otak dan respons direkam di situs lain, sebuah teknik yang digunakan untuk memetakan bagaimana wilayah otak yang berbeda berkomunikasi.

Peneliti yang dipimpin oleh Dickey et al., menggunakan elektroda kedalaman (probe tipis yang dimasukkan langsung ke jaringan otak) membandingkan seberapa baik montase referensial dapat secara benar mengidentifikasi apakah kontak elektroda tertentu berada di materi abu-abu (tempat sel saraf berkumpul dan sebagian besar pemrosesan fungsional terjadi) atau materi putih (kabel penghubung antar wilayah, yang menghasilkan jauh lebih sedikit aktivitas listriknya sendiri).

Hasilnya sangat mencolok. Menggunakan montase referensial, hanya 12 dari 27 kontak elektroda, atau 44%, menunjukkan amplitudo yang lebih tinggi secara signifikan ketika diposisikan di materi abu-abu dibandingkan dengan materi putih.

Montase Laplacian, yang menghitung aktivitas di setiap elektroda relatif terhadap rata-rata tetangga terdekatnya alih-alih referensi tunggal yang jauh, mengidentifikasi dengan benar 25 dari 27 kontak, atau 93% (P \= 0.0003). Ketika peneliti mengukur seberapa andal setiap montase EEG dapat mengklasifikasikan kontak sebagai materi abu-abu atau putih menggunakan ukuran statistik yang disebut area di bawah kurva (skor 1.0 berarti klasifikasi sempurna, sedangkan 0.5 berarti tidak lebih baik daripada lemparan koin), montase referensial mendapat skor 0.51, yang pada dasarnya adalah kinerja kebetulan.

Sinyal-sinyal tersebut sering kali secara keliru menunjuk ke materi putih sebagai sumber aktivitas yang sebenarnya dihasilkan di tempat lain.

Selain itu, studi kedua oleh Otero et al. memperkuat seberapa besar pilihan referensi dapat menggeser temuan yang tampak, bahkan ketika perbedaan mendasar yang nyata antara kelompok memang ada. Peneliti yang membandingkan anak sekolah yang kekurangan zat besi dengan rekan-rekan mereka yang berkecukupan zat besi menganalisis data EEG mendasar yang sama menggunakan dua montase yang berbeda.

Montase referensial menyoroti aktivitas delta berlebih (frekuensi gelombang otak lambat) yang terkonsentrasi di daerah frontal anak-anak yang kekurangan zat besi. Montase Laplacian, yang diterapkan pada kumpulan data yang identik, justru mengungkapkan aktivitas teta berlebih yang meluas (frekuensi gelombang lambat yang sedikit lebih cepat) yang tersebar di seluruh kulit kepala.

Anak-anaknya sama. Sesi perekamannya sama. Satu-satunya variabel adalah montase, dan itu mengubah pita frekuensi yang ditandai sebagai tidak normal dan wilayah otak tempat ketidaknormalan itu tampaknya berada.

Secara bersama-sama, kedua studi ini menetapkan prinsip kerja: montase referensial dapat benar-benar menyesatkan lokalisasi, dan bahkan ketika perbedaan nyata antara kelompok ada dalam data dasar, topografi tempat perbedaan itu tampaknya berada sangat dibentuk oleh montase mana yang digunakan untuk melihatnya.

Referensi Telinga Ipsilateral vs. Kontralateral: Mana yang Berkinerja Lebih Baik

Jika situs referensi itu sendiri adalah variabel, apakah penting telinga mana yang Anda pilih saat menggunakan montase referensi telingan?

Sebuah studi oleh Bubrick et al. yang menilai pengaturan EEG "garis rambut" (hairline) yang disederhanakan, susunan elektroda yang dikurangi yang dirancang untuk penyaringan cepat di samping tempat tidur, menguji hal ini secara langsung dalam konteks mendeteksi status epileptikus nonkonvulsif, suatu keadaan aktivitas kejang yang sedang berlangsung tanpa kejang fisik yang terlihat yang biasanya dikaitkan dengan kejang.

Peneliti memformat ulang rekaman EEG standar menjadi tiga montase singkat:

1. Sebuah montase bipolar (membandingkan pasangan elektroda yang berdekatan satu sama lain alih-alih dengan referensi yang jauh)

2. Montase referensial ke telinga di sisi yang sama dengan masing-masing elektroda aktif (ipsilateral)

3. Montase referensial ke telinga di sisi yang berlawanan (kontralateral)

Lima ahli neurofisiologi kemudian menafsirkan sampel yang telah diformat ulang tersebut dan pembacaan mereka dibandingkan dengan interpretasi montase penuh yang asli.

• Montase bipolar: 71% interpretasi yang benar

• Referensi telinga ipsilateral: 70.5% benar

• Referensi telinga kontralateral: 65% benar

Kesenjangan ini menunjukkan bahwa merujuk ke telinga di sisi yang sama dengan elektroda yang diukur mempertahankan akurasi diagnostik yang lebih baik daripada merujuk ke seluruh kepala ke telinga yang berlawanan.

Namun temuan yang lebih penting berada di bawah perbandingan itu. Bahkan dengan montase yang berkinerja terbaik, sensitivitas untuk mendeteksi kejang yang sebenarnya hanya 72%, dan kejang sering kali salah dibaca sebagai pola yang lebih jinak, termasuk rekaman normal atau perlambatan difus.

Kesimpulannya bukan sekadar bahwa referensi ipsilateral adalah pilihan teknis yang lebih baik. Melainkan bahwa bahkan versi terbaik dari pengaturan referensial yang disederhanakan ini melewatkan lebih dari seperempat kejang, yang membuatnya tidak cukup andal sebagai alat untuk menyingkirkan status epileptikus nonkonvulsif pada pasien di mana taruhan dari diagnosis yang terlewat sangat tinggi.

Referensi Cz di ICU: Keberhasilan Pragmatis

Tidak setiap pengaturan referensial berkinerja buruk. Sebuah studi terpisah tahun 2010 merancang montase tujuh elektroda (Fp1, Fp2, T3, T4, O1, O2, dan Cz) khusus untuk penyaringan kejang cepat pada pasien sakit kritis, menggunakan elektroda verteks Cz sebagai titik referensi bersama untuk semua saluran.

Daya tarik dari desain ini bersifat praktis: dapat diterapkan hanya dengan menggunakan penanda anatomi seperti pupil, telinga, verteks, dan inion, tanpa pita pengukur, dan dapat ditempatkan serta diinterpretasikan dengan cepat oleh residen ketika dukungan teknis penuh EEG tidak tersedia.

Ketika rekaman sistem 10-20 penuh dari pasien sakit kritis diformat ulang menjadi montase referensial-Cz yang disederhanakan ini dan ditinjau secara independen oleh dokter spesialis saraf dan residen senior, sensitivitas rata-rata untuk deteksi kejang adalah 92.5%, dengan spesifisitas 93.5%. Angka-angka ini sangat kontras dengan sensitivitas 72% yang ditemukan dalam studi montase garis rambut dengan referensi telinga di atas, menunjukkan bahwa pilihan Cz sebagai referensi, dikombinasikan dengan tata letak tujuh elektroda khusus ini, dapat menangkap aktivitas kejang lebih andal daripada alternatif berbasis telinga dalam pengaturan ini.

Meskipun demikian, studi ini bersifat retrospektif dan diambil dari sampel kecil, dan penulis sendiri menyatakan dengan jelas bahwa validasi prospektif pada populasi yang lebih besar masih diperlukan sebelum ini dapat diperlakukan sebagai alat klinis yang mapan.

Kapan Montase Referensial Memberikan Nilai Lokalisasi yang Unik

Gambaran bergeser lagi dalam skenario klinis yang berbeda. Melokalisasi kejang yang berasal dari lobus temporal mesial, struktur otak dalam yang terkait dengan memori dan sering terlibat dalam epilepsi.

Peneliti yang dipimpin oleh Parcia SV meninjau 76 rekaman iktal (saat kejang) menggunakan elektroda sfenoid, elektroda tipis yang ditempatkan di dekat dasar tengkorak dekat dengan lobus temporal, dan elektroda kulit kepala standar, menganalisis data dalam montase bipolar dan referensial.

Pada pasien dengan epilepsi lobus temporal mesial, tujuh dari kejang yang direkam dari tiga pasien menunjukkan aktivitas yang terbatas secara eksklusif pada satu elektroda sfenoid sebelum ada elektroda kulit kepala yang menunjukkan keterlibatan, dan pola ini terlihat menggunakan montase referensial. Montase bipolar tidak mengungkapkan aktivitas awal eksklusif yang sama ini.

Pola awal yang terisolasi ini hanya terjadi pada pasien dengan epilepsi lobus temporal mesial dan tidak muncul pada epilepsi lobus temporal neokortikal, di mana elektroda sfenoid dan kulit kepala menunjukkan keterlibatan simultan terlepas dari montase mana yang digunakan (p \< 0.04 untuk hubungan antara pola awal khusus sfenoid ini dan onset mesial).

Ini adalah poin tandingan yang berarti untuk kegagalan lokalisasi yang dijelaskan sebelumnya. Dalam konteks klinis khusus ini, aktivitas kejang sumber dalam di dekat elektroda sfenoid, montase referensial menangkap sinyal lokalisasi awal yang dilewatkan oleh montase bipolar.

Manfaatnya tampaknya sangat terikat erat dengan skenario anatomi khusus ini, alih-alih berfungsi sebagai aturan umum bahwa montase referensial mengungguli pendekatan lain.

Mengenali Artefak Terkait Referensi

Karena setiap saluran dalam perekaman referensial dihitung terhadap titik tunggal yang sama, kebisingan apa pun yang mengontaminasi elektroda referensi tersebut akan didistribusikan ke seluruh rekaman. Kedutan otot, gerakan mata, atau elektroda yang tidak terpasang dengan baik di situs referensi tidak hanya merusak satu saluran. Itu muncul, terbalik, di setiap saluran secara bersamaan.

Contoh praktis: jika elektroda referensi mastoid menangkap aktivitas otot dari rahang yang mengatup, sinyal otot ritmis tersebut akan ditumpangkan pada setiap saluran dalam montase, berpotensi meniru pola ritmis meluas yang tampak seperti berasal dari otak itu sendiri padahal sebenarnya itu adalah artefak dari situs referensi.

Ini menimbulkan pertanyaan yang belum terpecahkan tentang studi kekurangan zat besi yang dibahas sebelumnya. Kelebihan delta frontal yang dideteksi menggunakan montase referensial berada di wilayah kulit kepala yang dekat dengan mata, di mana artefak gerakan mata biasanya mengontaminasi rekaman.

Studi tersebut tidak menguji apakah gerakan mata berkontribusi pada temuan ini, dan tidak ada kesimpulan yang boleh diambil bahwa hal itu terjadi. Namun kemungkinan tersebut menggambarkan mengapa temuan topografi apa pun yang dihasilkan oleh montase referensial, terutama yang terlokalisasi di wilayah frontal, layak untuk dilihat kembali sebelum diterima sebagai pola serebral yang asli alih-alih artefak situs referensi.

4 Cara untuk Memitigasi Hambatan Terkait Referensi

Beberapa kebiasaan praktis mengurangi risiko disesatkan oleh distorsi terkait referensi.

1. Selalu identifikasi apa elektroda referensinya sebelum menafsirkan rekaman. Jika bentuk gelombang yang identik atau hampir identik muncul secara bersamaan di setiap saluran, pola tersebut menunjukkan artefak referensi alih-alih sinyal otak asli yang tersebar luas.

2. Lakukan verifikasi silang temuan dengan montase yang berbeda kapan pun memungkinkan. Studi lokalisasi CCEP dan studi kekurangan zat besi keduanya menunjukkan bahwa montase Laplacian atau bipolar dapat memperbaiki lokalisasi materi abu-abu yang salah dan memperjelas pita frekuensi dan wilayah kulit kepala mana yang benar-benar terlibat, menyelamatkan interpretasi yang akan distorsi oleh montase referensial saja.

3. Saat menggunakan pengaturan referensial yang disederhanakan untuk penyaringan cepat, seperti montase garis rambut atau konfigurasi ICU tujuh elektroda, bandingkan kinerjanya dengan rekaman standar emas penuh sebelum memercayainya dalam keputusan berisiko tinggi. Ini adalah perbandingan persis yang dilakukan dalam studi deteksi kejang ICU dan kritik yang diterapkan pada studi penyaringan garis rambut.

4. Untuk evaluasi prasubedah dan tugas lokalisasi berisiko tinggi lainnya, jangan mengandalkan montase referensial secara terisolasi. Kombinasikan dengan montase lain dan konteks klinis, mengikuti pendekatan yang digunakan dalam pekerjaan lokalisasi CCEP dan studi elektroda sfenoid pada epilepsi lobus temporal mesial.

Ringkasan

Montase referensial mudah diatur dan, dalam keadaan tertentu, dapat memberikan informasi klinis yang berguna yang dilewatkan oleh montase lain, seperti yang terlihat pada penyaringan kejang ICU dengan referensi Cz dan dalam lokalisasi sfenoid awal dari kejang lobus temporal mesial. Namun keluarannya sangat dibentuk oleh situs referensi yang dipilih, dan ketergantungan itu dapat menghasilkan lokalisasi palsu, seperti yang terlihat dalam penelitian CCEP elektroda kedalaman, atau melewatkan sebagian besar kejang secara langsung, seperti yang terlihat dalam perbandingan penyaringan garis rambut dari referensi telinga.

Banyak pilihan referensi yang digunakan secara rutin dalam pengaturan klinis dan penelitian, termasuk telinga yang terhubung dan proses mastoid, belum menjadi sasaran perbandingan langsung seperti yang terlihat dalam studi ini. Keandalan mereka sering kali diasumsikan alih-alih didemonstrasikan. Kesenjangan ini penting bagi siapa saja yang bekerja dengan data ilmu saraf yang diambil dari EEG, baik di rumah sakit, laboratorium penelitian, atau ruang kelas yang mempelajari sinyal otak untuk pertama kalinya.

Kebiasaan paling berguna saat membaca rekaman EEG referensial apa pun adalah mengajukan dua pertanyaan sebelum menafsirkan satu gelombang: apa elektroda referensinya, dan aktivitas apa, baik serebral atau lainnya, yang mungkin disumbangkannya ke setiap saluran di halaman tersebut?

Referensi

1. Dickey, A. S., Alwaki, A., Kheder, A., Willie, J. T., Drane, D. L., & Pedersen, N. P. (2022). The Referential Montage Inadequately Localizes Corticocortical Evoked Potentials in Stereoelectroencephalography. Journal of clinical neurophysiology : official publication of the American Electroencephalographic Society, 39(5), 412–418. https://doi.org/10.1097/WNP.0000000000000792

2. Otero, G. A., Aguirre, D. M., Porcayo, R., & Fernández, T. (1999). Psychological and electroencephalographic study in school children with iron deficiency. The International journal of neuroscience, 99(1-4), 113–121. https://doi.org/10.3109/00207459908994318

3. Bubrick, E. J., Dworetzky, B. A., & Bromfield, E. B. (2007). Assessment of hairline EEG as a screening tool for nonconvulsive status epilepticus. Epilepsia, 48(12), 2374–2375. https://doi.org/10.1111/j.1528-1167.2007.01260_4.x

4. Karakis, I., Montouris, G. D., Otis, J. A., Douglass, L. M., Jonas, R., Velez-Ruiz, N., ... & Espinosa, P. S. (2010). A quick and reliable EEG montage for the detection of seizures in the critical care setting. Journal of Clinical Neurophysiology, 27(2), 100-105. https://doi.org/10.1097/wnp.0b013e3181d649e4

5. Pacia, S. V., Jung, W. J., & Devinsky, O. (1998). Localization of mesial temporal lobe seizures with sphenoidal electrodes. Journal of clinical neurophysiology, 15(3), 256-261. https://doi.org/10.1097/00004691-199805000-00010

Pertanyaan yang Sering Diajukan

Apa itu montase EEG referensial?

Montase referensial mengurangi tegangan pada elektroda referensi tunggal yang digunakan bersama dari tegangan di setiap elektroda kulit kepala yang aktif. Pengurangan tunggal ini membentuk amplitudo, bentuk gelombang, dan lokasi yang tampak dari setiap sinyal otak yang ditampilkan.

Mengapa mengubah elektroda referensi mengubah apa yang ditunjukkan EEG?

Sinyal yang ditampilkan sama dengan aktivitas otak di bawah elektroda aktif dikurangi aktivitas apa pun yang ada di situs referensi. Memilih referensi yang berbeda mengubah pengurangan itu, yang dapat menggeser amplitudo, mendistorsi bentuk gelombang, dan memindahkan sumber peristiwa yang tampak.

Dapatkah montase referensial menyesatkan tentang dari mana aktivitas otak berasal?

Ya. Dalam studi elektroda kedalaman, montase referensial berkinerja tidak lebih baik daripada kebetulan dalam membedakan aktivitas materi abu-abu dari materi putih, sementara montase Laplacian mengidentifikasi sebagian besar dengan benar. Studi lain menemukan bahwa montase referensial dan Laplacian menandai pita frekuensi yang berbeda dan wilayah kulit kepala yang berbeda untuk kumpulan data yang sama, menunjukkan montase tersebut sangat membentuk topografi.

Referensi telinga mana yang lebih andal, ipsilateral atau kontralateral?

Dalam pengaturan EEG garis rambut untuk mendeteksi kejang nonkonvulsif, merujuk ke telinga ipsilateral (sisi yang sama) menghasilkan akurasi diagnostik yang sedikit lebih tinggi daripada merujuk ke telinga kontralateral. Namun, bahkan konfigurasi ipsilateral yang lebih baik melewatkan sebagian besar kejang, membuatnya tidak cukup untuk menyingkirkan kondisi tersebut.

Bagaimana kinerja montase berreferensi Cz dalam penyaringan kejang ICU?

Ketika Cz digunakan sebagai referensi dalam tata letak tujuh elektroda yang disederhanakan, sensitivitas untuk deteksi kejang adalah di atas 90% dalam studi retrospektif. Ini jauh lebih tinggi daripada montase garis rambut dengan referensi telinga, tetapi validasi prospektif pada populasi yang lebih besar masih diperlukan sebelum dapat dianggap sebagai alat klinis yang terbukti.

Kapan montase referensial mengungkapkan aktivitas kejang yang dilewatkan oleh montase bipolar?

Pada epilepsi lobus temporal mesial, montase referensial dengan elektroda sfenoid terkadang menunjukkan aktivitas kejang awal yang terbatas pada satu sadapan sfenoid sebelum ada elektroda kulit kepala yang terlibat. Pola awal yang terisolasi ini tidak terlihat dalam montase bipolar dan spesifik untuk onset lobus temporal mesial.

Bagaimana artefak terkait referensi dapat dikenali dalam montase referensial?

Jika bentuk gelombang yang identik atau hampir identik muncul secara bersamaan di semua saluran, itu kemungkinan mencerminkan derau di situs referensi alih-alih aktivitas otak yang meluas. Aktivitas otot atau gerakan ritmis apa pun pada elektroda referensi akan tercetak pada setiap saluran.

Langkah praktis apa yang mengurangi risiko disesatkan oleh montase referensial?

Selalu identifikasi elektroda referensi sebelum menafsirkan rekaman, dan lakukan verifikasi silang temuan dengan montase yang berbeda seperti susunan Laplacian atau bipolar. Untuk keputusan berisiko tinggi, konfirmasikan pengaturan referensial yang disederhanakan dengan rekaman standar emas yang lengkap.

Apa itu montase Laplacian dan mengapa disebutkan sebagai alternatif?

Montase Laplacian menghitung aktivitas di setiap elektroda relatif terhadap rata-rata tetangga terdekatnya alih-alih referensi tunggal yang jauh. Penelitian menunjukkan bahwa ini memberikan lokalisasi aktivitas materi abu-abu yang lebih akurat dan mengungkapkan pola topografi yang dapat terlewatkan atau terdistorsi oleh pendekatan referensial.