Phát hiện và dự đoán cơn động kinh

Một số khó khăn trong việc quản lý động kinh kháng trị có thể được cải thiện nhờ khả năng phát hiện các cơn động kinh lâm sàng. Thông tin này có thể hữu ích trong việc lập nhật ký động kinh chính xác và cung cấp liệu pháp trong thời gian dễ bị động kinh nhất. Khả năng phát hiện nhanh chóng và chính xác các cơn động kinh có thể thúc đẩy các liệu pháp nhằm điều trị nhanh chóng các cơn động kinh. Khả năng phát hiện sớm các cơn động kinh và dự đoán sự khởi phát của chúng trước khi xuất hiện sẽ mang lại nhiều lợi thế hơn nữa. Các hệ thống phát hiện và dự đoán sớm này có thể ngăn chặn các cơn động kinh thông qua các liệu pháp nhắm mục tiêu. Các hệ thống như vậy cũng có thể ngăn ngừa tai nạn và hạn chế thương tích .

Hệ thống phát hiện cơn động kinh có khả năng phát hiện các cơn động kinh đang diễn ra và cung cấp cho bác sĩ lâm sàng dữ liệu động kinh chi tiết hữu ích cho việc quản lý bệnh động kinh. Các hệ thống vòng kín được xây dựng xung quanh việc phát hiện cơn động kinh cũng có thể cung cấp liệu pháp nhanh chóng để đáp ứng với các cơn động kinh ngay từ khi khởi phát lâm sàng, do đó hạn chế các biến chứng hoặc có khả năng ngăn chặn sự lây lan của các cơn động kinh.

Hệ thống phát hiện cơn động kinh phải có khả năng xác định sự có mặt hay vắng mặt của các cơn động kinh đang diễn ra. Nhiều thuật toán của các tín hiệu sinh trắc học khác nhau có thể thực hiện điều này ngay cả trước khi cơn động kinh khởi phát lâm sàng. Tất cả các thuật toán phát hiện cơn động kinh đều bao gồm hai bước chính. Đầu tiên, các giá trị hoặc đặc điểm định lượng thích hợp, chẳng hạn như các đặc điểm điện tâm đồ, chuyển động hoặc các dấu hiệu sinh học khác, phải được tính toán từ dữ liệu. Thứ hai, một ngưỡng hoặc tiêu chí dựa trên mô hình phải được áp dụng cho các đặc điểm để xác định sự có mặt hay vắng mặt của cơn động kinh. Bước thứ hai này, được gọi là phân loại, có thể đơn giản như việc ngưỡng hóa một giá trị hoặc có thể yêu cầu các mô hình bắt nguồn từ các thuật toán học máy hiện đại. Các đặc điểm được tính toán theo cách thường là sự thỏa hiệp giữa nhu cầu về tốc độ và nhu cầu về độ chính xác của phát hiện và có thể được thực hiện trước bằng bước xử lý trước hoặc bước lọc. Việc suy ra các đặc điểm phù hợp để phát hiện cơn động kinh phụ thuộc vào dữ liệu sinh lý được đo lường.

Phân loại theo thời gian thực đòi hỏi phải tính toán các đặc điểm tín hiệu, sau đó tính toán kết quả phân loại từ mô hình đã học trước đó. Bước này phải được tối ưu hóa để tốc độ có ích. Một số thuật toán phổ biến nhất cho từng bước này được thảo luận bên dưới trong phần thiết lập bản ghi điện não đồ.

Các phép đo hoạt động điện não từ lâu đã là một trong những nguồn thông tin có giá trị nhất cho nghiên cứu và chẩn đoán bệnh động kinh, tuy nhiên nguồn tài nguyên phong phú này vẫn có thể chưa được sử dụng hết. Điện não đồ mang theo một lượng lớn thông tin phức tạp có giá trị trong việc phát hiện các cơn động kinh đang diễn ra. Các phương pháp phân tích điện não đồ tự động đang nổi lên từ khái niệm rằng động lực học não bình thường, bao gồm sự đồng bộ hóa hạn chế, tạm thời của hoạt động thần kinh không có tổ chức, phát triển thành trạng thái đồng bộ hóa cao, liên tục kết hợp các vùng lớn của não trong các cơn động kinh. Mặc dù điện não đồ cung cấp một lượng lớn dữ liệu có thể được giải thích thông qua các phương pháp tự động, những bệnh nhân có thể gặp khó khăn khi đeo điện cực điện não đồ trong thời gian dài và các bản ghi điện cực bề mặt kéo dài có thể trở nên khó đọc do trở kháng tăng dần. Ngoài ra, một số bệnh nhân có thể bị trầy xước da do tiếp xúc lâu với điện cực bề mặt.

Cơn động kinh có thể gây ra rối loạn nhịp tim ngắn hạn và dài hạn. Những thay đổi về nhịp tim và dẫn truyền đã được chứng minh là những dấu hiệu sinh học tự chủ quan trọng trong bệnh động kinh, cũng như đóng vai trò then chốt trong bệnh sinh lý. Nhịp tim nhanh có thể xảy ra trước và trong cơn động kinh cục bộ và co cứng-co giật phức tạp, có thể liên quan đến sự phóng điện ở vỏ não đảo phải. Đánh giá những thay đổi điện não đồ ở một nhóm 58 ​​bệnh nhân cho thấy nhịp tim nhanh xảy ra trong cơn động kinh ở hơn 85% bệnh nhân. Nhịp tim nhanh trong cơn động kinh đặc biệt được ghi nhận trong các trường hợp động kinh co cứng-co giật toàn thể và động kinh thùy trán và thái dương. Điều quan trọng là nhịp tim nhanh đã được ghi nhận là xảy ra trước cơn động kinh ở một số bệnh nhân bị động kinh thùy thái dương và do đó, có thể hữu ích trong việc dự đoán cơn động kinh. Mặt khác, nhịp tim chậm dường như liên quan đến mạng lưới não không rõ ràng, đôi khi liên quan đến bán cầu não trái (vỏ não đảo và hạnh nhân).  Nhịp tim chậm và rối loạn dẫn truyền cũng được quan sát thấy trong các cơn động kinh thùy thái dương dẫn đến ngất thứ phát. Hạ huyết áp sau cơn động kinh đã được chứng minh là một biện pháp đánh dấu sinh học tự chủ quan trọng khác có mối tương quan chặt chẽ với tình trạng ức chế đo điện não tổng quát sau cơn động kinh co cứng-co giật toàn thể.

Việc sử dụng các tín hiệu tim trong máy phát hiện co giật thường được áp dụng cho trẻ sơ sinh, những trẻ có dấu hiệu co giật rất khó phát hiện. Do việc sử dụng đo điện não ở trẻ sơ sinh rất khó khăn và đòi hỏi phải có sự giải thích của chuyên gia, nên các hệ thống bổ sung dựa trên những thay đổi về nhịp tim có thể đặc biệt hữu ích trong các đơn vị chăm sóc đặc biệt dành cho trẻ sơ sinh. Việc tính toán các tính năng từ tín hiệu đo điện não có thể yêu cầu một số bước, giống như trong phân tích đo điện não. Một phương pháp đầy hứa hẹn là tính toán nhịp tim bằng thuật toán phát hiện QRS tự động, từ đó tính toán các tính năng phổ khác nhau. Sau đó, một kỹ thuật lựa chọn tính năng dựa trên lớp bao bọc hai pha được áp dụng để nhanh chóng giảm tập tính năng. Ba lược đồ phân loại đã được thử nghiệm, bao gồm phương pháp phân biệt tuyến tính và phương pháp k-láng giềng gần nhất, để phân loại tập tính năng đã giảm. Hệ thống đạt được độ nhạy và độ đặc hiệu lớn hơn 85%.

Việc sử dụng các hệ thống cảnh báo co giật dựa trên tim ở những người lớn tuổi trở nên phức tạp do những thay đổi phức tạp trong điện tim xảy ra trong các điều kiện sinh lý và bệnh lý, chẳng hạn như tập thể dục, trạng thái cảm xúc, trạng thái bệnh tật và để đáp ứng với nhịp sinh học 24 giờ. Tuy nhiên, hệ thống này có tiềm năng. Trong một nghiên cứu giới hạn trên sáu bệnh nhân bị động kinh thùy thái dương, phân tích phổ công suất của biến thiên nhịp tim đã chứng minh khả năng đưa ra cảnh báo của một hệ thống như vậy. Trong một số cơn động kinh được phát hiện, thuật toán đã được kích hoạt trước khi khởi phát cơn động kinh lâm sàng, cho thấy phương pháp này có thể hữu ích như một công cụ dự đoán cơn động kinh. 

Dự đoán cơn động kinh có khả năng mang lại nhiều lợi thế hơn so với phát hiện cơn động kinh. Các thiết bị như vậy có thể hữu ích trong việc ngăn ngừa tai nạn và cải thiện kết quả, cuối cùng cho phép điều trị sớm hoặc thậm chí ngăn ngừa cơn động kinh. Một cuộc khảo sát trên 141 bệnh nhân mắc bệnh động kinh cho thấy hơn 90% số người được hỏi tin rằng việc phát triển các phương tiện để dự đoán cơn động kinh là quan trọng. Những bệnh nhân này bày tỏ sự ưu tiên về độ nhạy hơn độ đặc hiệu trong dự đoán cơn động kinh. Các hệ thống dự đoán phải có khả năng xác định những thay đổi trước cơn động kinh - nếu có - xảy ra trong vòng vài phút, vài giờ hoặc vài ngày trước khi lên cơn động kinh. Lưu ý rằng các tính năng được sử dụng để dự đoán cơn động kinh trước có thể giống hoặc không giống với các tính năng được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của cơn động kinh.

Những thay đổi điện não đồ trước cơn động kinh về mặt lý thuyết có thể được phát hiện để cho phép dự đoán các cơn động kinh sắp tới. Ví dụ, việc đánh giá đo điện não từ một loạt bệnh nhân bị động kinh thùy thái dương giữa cho thấy những thay đổi đo điện não có thể được ghi nhận sớm nhất là 7 giờ trước khi khởi phát cơn động kinh. Những nỗ lực đầu tiên dựa trên đo điện não để xác định các mô hình tiền cơn chủ yếu dựa vào các phương pháp tuyến tính để tính toán các đặc điểm của EEG trên một cửa sổ trượt. Các mô hình này đã mở đường cho các phương pháp xử lý tín hiệu phi tuyến tính, phân tích sự hình thành tự phát của các mô hình không gian, thời gian và không gian-thời gian.

Dự đoán cơn động kinh dựa trên đo điện não thời gian thực đặt ra một số thách thức so với các phương pháp phân tích đo điện não hồi cứu. Phân tích đo điện não dựa trên thuật toán phức tạp do thực tế là các biểu hiện đo điện não của cơn động kinh khác nhau rất nhiều giữa các bệnh nhân và thậm chí trong cùng một bệnh nhân. Các kỹ thuật diễn giải các phát hiện đo điện não để cung cấp dự đoán cơn động kinh sử dụng nhiều chiến lược khác nhau để tính toán đặc điểm và học có giám sát.

Nhiều tính năng khác nhau đã được tính toán từ chuỗi thời gian đo điện não để phát hiện những thay đổi ngay trước khi cơn động kinh khởi phát. Chúng bao gồm một số phương pháp dựa trên tần số truyền thống hơn được thảo luận bên dưới, cũng như các biện pháp gần đây hơn có nguồn gốc từ lý thuyết hệ thống phức tạp. Ví dụ, entropy hoán vị được phát hiện thay đổi đáng kể lên đến 5 giây trước khi cơn động kinh khởi phát ở mô hình chuột bị động kinh vắng mặt. Entropy Kolmogorov, chiều tương quan, năng lượng wavelet tương đối và entropy gần đúng đều đã chứng minh một số thành công trong việc phát hiện các giai đoạn khởi phát trước cơn động kinh nhưng không thể phân biệt được nhóm đối chứng khỏe mạnh với những người bị động kinh trong giai đoạn không có cơn động kinh. Các kết quả hỗn hợp đã được báo cáo cho các thuật toán phát hiện cơn động kinh tự động dựa trên bốn biện pháp khác nhau (giá trị riêng chính, tổng công suất, entropy Kolmogorov và chiều tương quan).

Nhiều kỹ thuật được đề cập ở trên đã được áp dụng để xác định giai đoạn tiền cơn có thể được sử dụng trong dự đoán cơn động kinh. Trong một nghiên cứu, các đặc điểm phổ bậc cao được tính toán từ mẫu 300 đo điện não đã hiển thị các phạm vi duy nhất cho các lớp bình thường, tiền cơn và cơn động kinh có thể được sử dụng để dự đoán cơn động kinh. Các thử nghiệm với mạng nơ-ron thần kinh hồi quy đã phát hiện ra các giai đoạn tiền cơn xảy ra vài phút trước cơn động kinh lâm sàng. Một nghiên cứu khác, sử dụng mạng nơ-ron thần kinh xác suất, đã có thể dự đoán 100% cơn động kinh trong phạm vi dự đoán 10 phút. 

Trong khi phần lớn nghiên cứu về hệ thống cảnh báo động kinh tập trung vào các phương pháp dựa trên đo điện não để phát hiện động kinh, thì cách tiếp cận này hàm ý một số hạn chế. Các hệ thống hiện có có độ nhạy và độ đặc hiệu kém, mặc dù các hệ thống này liên tục được cải tiến. Một số ít phương pháp trong số này đã được thử nghiệm có triển vọng. Người ta vẫn chưa biết liệu giới hạn phát hiện động kinh bằng đo điện não là do giới hạn vốn có trong điện sinh lý não, chất lượng phần cứng đo điện não hay các thuật toán được sử dụng để phân tích dữ liệu này. Có thể tìm thấy các tính năng mới có khả năng dự đoán cao về thời điểm khởi phát động kinh. 

Thăm dò điện có thể chủ động kiểm tra khả năng kích thích của não bằng cách kích thích và ghi lại phản ứng, do đó cung cấp các biện pháp về khả năng kích thích của vỏ não được kích thích. Cụ thể, một đầu dò từ tính hoặc điện xuyên sọ được sử dụng để truyền kích thích đến não và phản ứng tạm thời hoặc trạng thái ổn định được đo lường. Sau đó, tín hiệu được xử lý và khả năng kích thích của tế bào thần kinh được ước tính bằng cách trích xuất một đặc điểm của phản ứng đo điện não bằng cách sử dụng phương sai pha trung bình, nghĩa là sự thay đổi trong tần số tức thời của các phản ứng. Trong một thử nghiệm giới hạn được thực hiện trên hai bệnh nhân, kỹ thuật này đã được chứng minh là có các đặc điểm thay đổi theo trạng thái ngủ/thức, các lần phóng điện giữa các cơn động kinh và các cơn động kinh. 

Hệ thống tư vấn cấy ghép dài hạn

Điện não đồ nội sọ ở những bệnh nhân mắc chứng động kinh kháng trị đã được phát triển như một công cụ khả thi trong việc dự đoán cơn động kinh ở những bệnh nhân ngoại trú. Một nhóm người Úc đã cấy ghép một thiết bị tư vấn cơn động kinh cho 15 bệnh nhân và phát hiện ra tỷ lệ nhạy cảm cao, từ 65 đến 100%, không có tác động đáng kể đến chất lượng cuộc sống, mức độ nghiêm trọng của cơn động kinh và các biện pháp đối với các rối loạn lo âu và trầm cảm. 

BS. Phạm Thị Hồng Vân (Thọ Xuân Đường)