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腦波圖導聯組合(EEG montage)簡而言之就是電極在頭皮上放置位置的分布圖,以及如何對其信號進行比較以記錄大腦電活動。在成人中,這種分布圖遵循著成熟的模板,這些模板是圍繞著發育完全且空間足夠容納數十個傳感器的顱骨而建立的。

而新生兒則面臨完全不同的問題。他們的顱骨仍在發育拼合中,大腦正經歷著快速的生理變化,且其皮膚無法承受與成人頭皮相同的處理方式。因此,將成人式的導聯組合應用於新生兒需要一套獨立的設計規則,這些規則是圍繞著未發育完全的顱骨解剖結構以及重症監護的實際情況而制定的。

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什麼是新生兒腦波圖(Neonatal EEG)?

新生兒 EEG 是一項專門的診斷程序,旨在評估新生兒發育中大腦的電活動。由於大腦在出生後的前幾週內發育迅速,因此在這些記錄中觀察到的活動通常與較大兒童或成人發現的活動截然不同。

藉由捕捉這些獨特的模式,醫療保健提供者可以評估神經系統的成熟度,並在不干擾嬰兒護理的情況下,識別出潛在的窘迫或不正常功能的跡象。

為什麼新生兒顱骨解剖結構會改變導極配置設計

新生兒的顱骨並非一個堅實、封閉的殼。存在兩個突出的缝隙:前囟門和後囟門,此時顱骨的骨板尚未融合。這些是柔軟的、由膜覆蓋的開口,無法像素體其他部位的堅硬骨骼那樣,直接在其上方固定電極。

這意味著新生兒 EEG 導極配置(EEG montage)不能簡單地鏡像複製標準的成人電極網格。位置必須經微調調整以落在骨骼上,與教科書上的成人佈局相比,這會改變導極配置的有效覆蓋範圍。

頭部大小使問題更加複雜。新生兒頭皮的表面積僅為成人的一小部分,因此塞入大量電極會面臨空間擁擠、電極與電極接觸以及信號干擾的風險。

皮膚的脆弱性增加了第三個限制。早產兒和足月新生兒的皮膚較薄、較嬌嫩,更容易受到來自黏膠或長時間電極接觸的壓迫性損傷和刺激。

為什麼新生兒腦波圖導極配置中通常使用較少的電極

鑑於這些解剖限制,許多新生兒加護病房默認使用簡化的導極配置,此配置使用最少僅兩個電極且極少超過 12 個,而不是完整成人導極組中的 21 個或更多通道。

這種做法主要出於操作便利性的考量。較少的電極意味著更快的設置、減少對脆弱嬰兒的翻動碰觸,且該系統足夠簡單,方便床邊護理人員操作,而無需專業的腦波圖培訓。簡化的導極配置在數小時或數天的持續觀察中也能維持定位,考慮到黏貼附著力和皮膚耐受性的問題,採用完整的導極組很難維持如此長的時間。

新生兒腦波圖在診斷和治療中的作用

此診斷工具提供了了解嬰兒當前狀態的窗口,使臨床醫生能夠根據新生兒特定的神經需求量身定制支持性護理。藉由準確識別哪些大腦區域處於活躍狀態或顯示出功能減退的跡象,醫生可以對腦病變的嚴重程度進行分類,並相應地調整治療策略。在 NICU(新生兒加護病房)環境中,確保治療重點保持在循證指標上是一項首要任務。

以下是新生兒腦波圖服務的通用工作流程:

  1. 為當前的大腦發育成熟水平建立基準線。

  2. 識別導致癲癇發作事件的特定觸發因素。

  3. 評估藥物對神經節律的影響。

  4. 記錄住院治療過程中的進展情況。

這種系統性的方法不保證特定的臨床結果,但能確保每項干預措施都基於審查時可獲得的最新生理學研究成果。持續觀察的整合有助於醫療團隊觀察長期趨勢,同時對急性變化(例如意外的癲癇活動或背景電壓突然下降)做出快速反應。

振幅整合腦波圖:一種廣泛應用的簡化導極配置技術

新生兒病房中最常用的簡化導極配置工具是振幅整合腦波圖(amplitude-integrated EEG,簡稱 aEEG),通常僅透過成對放置的兩到四個電極(例如 P3 到 P4 以及 O1 到 O2)進行記錄。

這種電極對電極的配對方式,其直接將一個電極與相鄰的電極進行比較,而不是與遠處的參考點進行比較,反映了與 雙極導極配置(bipolar montage)記錄中相同的基本邏輯。顯示該訊號的儀器通常被稱為腦功能監測儀或 CFM,它在時間上壓縮並整流了 原始腦波訊號(raw EEG signal),產生一個簡化的軌跡,使床邊工作人員可以在數小時內一目了然,而無需進行逐分鐘的分析。

關於這種方法的性能數據非常直接且值得深入研究。在由 Rennie 等人主持的研究中,其將非專業人士的 CFM 解讀與高癲癇發作風險新生兒的同步完整視訊腦波圖(video-EEG)進行了比較,在每小時 6 厘米的慢速紙張速度下,檢測癲癇發作的敏感度(Sensitivity)在 38% 左右,而在每小時 30 厘米的較快設置下,敏感度則可提升至 55%。

實際操作上,這意味著即使在性能較佳的行進速度下,僅使用 CFM 的解讀人員仍漏掉了將近一半經視訊腦波圖證實確有發生的癲癇發作。

泛發性癲癇發作會產生廣泛且通常具有較高振幅的變化,因此能被更可靠地識別。而局部性癲癇、低振幅事件以及持續時間不足一分鐘的癲癇發作, 則經常被完全漏掉。

不同觀察者審查相同軌跡之間的一致性也很薄弱,Kappa 值(一種衡量兩位評估者在排除了機率因素後,意見一致程度的統計指標)僅為 0.01 到 0.39。該範圍更接近於差強人意,而不是可靠的一致性。

此外,另一項獨立研究檢驗了 aEEG 是否能檢測出完全不同類型的大腦壓力:嚴重的低血糖症。

Harris 等人領銜的研究人員,在新生綿羊身上使用針狀電極在相同的 P3-P4 和 O1-O2 部位記錄 aEEG,並誘發胰島素引導的低血糖症,使血糖水平降至 1.0 mmol/L 以下。儘管存在這種嚴重的代謝壓力,且在研究期間有兩隻綿羊出現了癲癇發作,但振幅、訊號連續性或光譜邊緣頻率(與腦電波頻率分佈相關的測量指標)卻沒有可檢測到的變化。

這表明 aEEG 的壓縮式、簡化通道視角可能無法可靠地捕捉到某些瀰漫性的大腦功能紊亂,即便這些紊亂嚴重到足以在某些動物中引起癲癇發作。

綜合來看,這些研究結果支持了一個謹慎的結論。aEEG 之所以維持其普及度,正是因為它實現了不需專業人員不間斷在場的持續床邊監視。但當首要目標是診斷或界定癲癇發作的特徵時,它並不能代替常規的 EEG。

特點

aEEG(簡化版)

完整導極配置

癲癇檢測

漏掉約 50% 的癲癇發作

更好的空間細節

實用性

簡單,持續的床邊監測

複雜,需要專業人員

完整與延伸導極配置:細緻度的主流標準

在光譜的另一端,是完整或延伸的新生兒導極配置,通常由 10 至 23 個電極組成,由國際 10-20 系統改進而來,並進行了調整以避開囟門。這些導極配置旨在捕獲覆蓋整個頭皮的更多空間細節,因為新生兒的癲癇發作常常是局限性的,意味著它們起源於並局限在大腦的一個區域,而不是一次性擴散到各處。

Ibrahim 等人進行的一項研究,在 28 名早產兒和足月新生兒中測試了無線 23 電極帽,為其可行性提供了有用的證據。在校正胎齡 35 週之前進行的 61 次記錄中,89% 可由小兒神經生理學家進行解讀。對於放置在體型最小、最脆弱患者身上的密集排線系統而言,這是一個非常強悍的結果。

有趣的是,在校正胎齡 35 週或之後的記錄中,可解讀率下降到了 48%,這表明隨着嬰兒的發育成熟,實務上的問題(例如活動量增加或頭皮特性的變化)可能會使電極黏附和信號質量的維持變得更難,而不是更容易。

對於為何需要更多電極,可能的解釋是,更多空間採樣點在原理上應該能使定位局部癲癇活動變得更容易,而雙通道 aEEG 導極配置根本無法看清這些活動。

新生兒腦波圖導極配置中的電極類別和放置考量

除了電極數量外,物理硬體和放置策略同樣會塑造新生兒導極配置的表現。標準的臨床指南要求,每當電極位置會落於或靠近開放的囟門時,就必須將電極位置從傳統的 10-20 坐標系上稍作偏移,確保每個電極都錨定在堅硬的骨骼上。

在綿羊低血糖研究中,放置在皮膚下方的針狀電極被用作獲得穩定 aEEG 訊號的一種方法。它們能提供安全、低偽影的連接,但本質上屬於侵入性,因此本研究並未直接展示它們在 NICU 環境中更廣泛的適用性。

電極帽呈現出不同的權衡。在無線 23 電極的研究中,未接受過專業 EEG 培訓的 NICU 人員也能自行放置整個電極帽並開始記錄。這表明電極帽是簡化密集導極配置應用機制的一種方式,有可能消弭完整配置所需的勞動量與歷來偏好簡化導極配置的便利性之間的差距。

儘管如此,在同一項研究中,可解讀率仍因胎齡而異,這意味著單憑電極帽格式並不能保證穩定的訊號質量。

新生兒加護病房中的新生兒腦波圖服務

新生兒加護病房內的護理通常需要持續應用專業設備來觀察嬰兒的進展。這些服務整合到日常護理程序中,確保即時捕捉到任何電節律的變化。藉由長期觀察這些模式,工作人員可以對臨床支持進行知情的調整,以幫助嬰兒康復和穩定成長。

為您的寶寶做好腦波圖檢查準備

準備工作包括確保頭皮清潔且無油脂,以便電極能夠保持緊密接觸。技術人員會仔細測量頭部,以確保依據標準化的導極配置協定精確地放置導線。

另外,通常也會附帶連接肌電圖或眼球運動傳感器以收集全面的數據集,因為這些活動有助於區分嬰兒睡眠週期的不同階段。

腦波圖檢查期間需要注意什麼

家長可以預期一段安靜的測試期,在此期間嬰兒會在嬰兒床或保温箱中保持休息。在 神經科學 設備運作的同時,醫療團隊會確保嬰兒保持舒適,通常會圍繞餵食或服藥時間協調測試行程。

有時,若臨床醫生在分析過程中需要過濾噪音或更精確地識別局部電活動變化,可能會考慮採用先進的方法,例如 拉普拉斯導極配置(laplacian montage)

新興技術與未來方向

無線、多通道系統(如在早產兒和足月新生兒中測試的 23 電極帽)指向了一個未來:完整配置的精細度與簡化配置的便利性之間不再存在衝突。

aEEG 的核心吸引力一直以來都是對嬰兒的干擾較小,且不太需要專業人員,而完整導極配置則以複雜度為代價,提供了更出色的空間細節。由非專業 NICU 人員一次性放置、並能將多通道數據傳輸至床邊筆記型電腦的無線帽,暗示著該差距可能正在縮小。

目前尚未測試的是,採用此類系統是否確實能改變臨床結果。在真實世界的 NICU 條件下,無線全配置系統是否能捕捉到標準 aEEG 會漏掉的癲癇發作?且這種更早或更準確的檢測是否能轉化為不同的治療決策或更好的長期神經系統成像結果?

因此,在專門的對比試驗證實這些益處之前,目前的研究建議採用相輔相成的策略——使用 aEEG 進行持續的床邊監測,並使用常規的多通道 EEG 進行癲癇的初步診斷和特化特徵描述。

平衡新生兒大腦的 EEG 細節與實用護理

新生兒骨骼和皮膚的解剖學現實,使我們在監測細節與重症加護中所需的溫和操作之間,產生了真實的權衡。

研究證實,較簡單的雙通道大腦監測儀會漏掉很大一部分的癲癇發作——在一次直接對比中漏掉了將近一半——而短暫或局部的事件通常完全無法檢測到。與此同時,雖然增加多個電極可以提供更豐富的大腦活動空間圖,但我們目前還沒有直接的臨床試驗證明這種額外的細節能捕捉到更多的癲癇發作或改變結果。這意味著,決定使用較少的電極往往是基於實用性的選擇,而非由同等診斷表現所支持的一步。

新興的無線系統可以透過允許工作人員在沒有接受專業培訓的情況下,便利地記錄密集的、多通道腦波圖,從而消除這種衝突。在這些技術於真實的新生兒病房中與現有方法進行對比測試之前,最為謹慎的做法是利用這兩種方法各自不同的優勢互補——使用簡單工具進行持續的床邊監視,並在出現疑似癲癇時使用更完整的電極陣列進行詳細的特徵描述。

這種互補策略根植於每種導極配置能夠和不能夠可靠觀察到的內容,既尊重了嬰兒的脆弱性,又顧及了證據的局限性。新生兒的配置設計不僅必須以便利性為指導,還必須對哪些信號可能會從縫隙中漏掉有清晰明白的認識。

參考文獻

  1. Rennie, J. M., Chorley, G., Boylan, G. B., Pressler, R., Nguyen, Y., & Hooper, R. (2004). Non-expert use of the cerebral function monitor for neonatal seizure detection. Archives of disease in childhood. Fetal and neonatal edition, 89(1), F37–F40. https://doi.org/10.1136/fn.89.1.f37

  2. Harris, D. L., Battin, M. R., Williams, C. E., Weston, P. J., & Harding, J. E. (2009). Cot-side electro-encephalography and interstitial glucose monitoring during insulin-induced hypoglycaemia in newborn lambs. Neonatology, 95(4), 271. https://doi.org/10.1159/000166847

  3. Ibrahim, Z. H., Chari, G., Abdel Baki, S., Bronshtein, V., Kim, M. R., Weedon, J., Cracco, J., & Aranda, J. V. (2016). Wireless multichannel electroencephalography in the newborn. Journal of neonatal-perinatal medicine, 9(4), 341–348. https://doi.org/10.3233/NPM-161643

常見問題

為什麼成人腦波圖導極配置不可以直接使用在新生兒身上?

新生兒顱骨有軟質開口,稱為囟門,此時骨頭尚未融合,因此不能在那裡放置電極。他們較小的頭部和嬌嫩的皮膚也需要微調位置,以防止擁擠和皮膚受損。

什麼是振幅整合腦波圖 (aEEG),為什麼它常在新生兒護理中使用?

aEEG 僅使用兩到四座電極,並將大腦的電信號壓縮成簡化的趨勢線,以便進行長期觀察。它被廣泛使用,是因為它可以用於持續的床邊監測,而無需依靠專業的腦波圖人員。

為什麼許多 NICU 選擇簡化電極導極配置,而不是完整的配置?

較少的電極意味著更快的設置、減少對脆弱嬰兒的翻動碰觸,且該系統可由常規的床邊工作人員運作。這使得在數小時或數天內的持續監控實務上可行許多。

完整電極導極配置能為新生兒提供什麼優勢?

完整配置捕獲了覆蓋整個頭皮的更多空間細節,這有助於檢測局限性癲癇發作,而受限的設置可能會完全遺漏這些發作。該邏輯是基於一般的 EEG 原理:更多的記錄位置可以提高大腦活動的定位表現。

在新生兒身上放置電極時,有哪些關鍵的解剖學挑戰?

電極位置必須避開開放的囟門,並放置在堅實的骨骼上,以記錄乾淨的信號。微小的頭皮也需要仔細安排放置間距,以防止電極之間的接觸並保護嬌嫩的皮膚。

在測試過程中,嬰兒是否有任何風險?

該程序是非侵入性的,通常被認為對新生兒非常安全,最常見的風險是電極貼附部位的輕微皮膚刺激,或極罕見的局部感染。

此工具能治療嬰兒的病情嗎?

不能,它本身是診斷和監控設備以提供數據,然後再由醫療專業人員進行知情調整,以支持嬰兒的臨床方案或藥物管理計劃。

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Emotiv 是一家神經科技領導者,透過可近用的 EEG 和腦部資料工具,協助推動神經科學研究進展。

克里斯蒂安·布戈斯

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10-5 腦電圖系統

每個腦電圖(EEG)都基於同一個基本前提運作:大腦內部產生的電活動會向外穿過組織、顱骨和頭皮,並在頭皮表面被放置的感測器接收。該讀數的準確性很大程度上取決於您使用了多少個感測器以及將它們放在哪裡。

10-5 電極系統的出現正是為了以數學精度回答該定位問題,為研究人員和臨床醫生提供了一張擁有 300 多個可能記錄點位的標準化地圖。這與自 1950 年代以來一直作為臨床腦電圖基礎的原版 10-20 系統中所使用的 21 個位置相比,有了顯著的增加。

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雙香蕉導程腦電圖

任何看過臨床腦波圖(EEG)列印輸出的人,可能都看過一種特殊的波幅模式,在每個大腦半球以兩條弧線穿過頁面。這種視覺特徵屬於「雙香蕉導聯」(double banana montage),這是腦波圖判讀中最廣泛使用的雙極導聯方式之一。

儘管其名稱有些非正式,但雙香蕉導聯具有實質的診斷價值,且其結構準確地決定了讀者能與不能看清哪些類型的大腦活動。對於任何試圖精準解讀腦波圖報告的人來說,了解它的構建方式以及其局限性至關重要。

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10-10腦電圖電極放置系統

10-10 系統是國際 10-20 電極放置方法的延伸,旨在為研究人員提供更密集、更均勻的頭皮電極網格,用於腦波圖 (EEG) 記錄。它填補了較舊的 10-20 佈局留下的空間空白,將覆蓋範圍從 19 個標準位置擴展到 74 個或更多的記錄位點。

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在 EEG 研究中,最廣泛使用的參考選擇之一是共用平均參考(CAR),它會相對於頭皮上所有通道的平均值重新計算每個通道的數值。

CAR 被公認為是清除雜訊的預設方法。它幾乎會自動出現在 BCI 流程、已發表的論文和開源工具箱中。但仔細研究現有的研究,會發現其情況比其名聲所暗示的更為複雜。

本文將逐步介紹 CAR 背後的數學原理、它所依賴的假設,以及這些假設在何種條件下會失效。

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