Способ отображения спонтанной биоэлектрической активности головного мозга человека и животных

 

Изобретение относится к медицине, а именно к способам и системам сбора и анализа первичной ЭЭГ-информации, и может быть использовано для оценки функционального состояния мозга человека. Для осуществления способа регистрацию биопотенциалов осуществляют неполяризующимися (хлорсеребряными) электродами в режиме функционирования регистрирующего устройства с постоянной времени не ниже 1,0 с или в режиме постоянного тока. Вычисляют спекторы мощности сверхмедленной биоэлектрической активности, разбивают их на поддиапазоны 0,03 - 0,20; 0,20 - 0,40; 0,40 - 0,65; 0,65 - 0,85 и 0,85 - 1,000 Гц и отображают раздельно по каждому поддиапазону на графическом изображении скальпа на основе установления соответствия между значениями величин спектров мощности и значениями величины интенсивности цвета на цветной или черно-белой шкале, при этом различия изменений значений мощности в указанных поддиапазонах выявляют по изменениям интенсивности цвета в соответствующих участках графического изображения скальпа. 3 ил.

Изобретение относится к способам и системам сбора и анализа первичной электроэнцефалографической (биоэлектрической) информации и может быть использован для описания и выявления особенностей функционального состояния мозга человека (здорового и больного) и животных.

Известен способ отображения данных электроэнцефалограммы, включающий преобразование аналоговых ЭЭГ-сигналов в цифровые с последующим представлением преобразованных ЭЭГ-данных на экране видеомонитора (см.патент США N 4846190, кл. А 61 В 5/04, 1989). Недостаток данного способа состоит в том, что представляемые на экране видеомонитора результаты преобразования ЭЭГ-сигналов не позволяют выявить особенности функционального состояния головного мозга человека, поскольку в способе отсутствуют операции сравнения нормального и текущих функциональных состояний головного мозга.

Также известен способ кросс-корреляционного анализа вызванной биоэлектрической активности мозга, включающий регистрацию вызванных потенциалов, отводимых от расположенных на голове пациента электродов, сбор этих данных и сравнение с соответствующими вызванными потенциалами здоровых испытуемых (по данным кросс-корреляционного анализа вызванной активности). На основе такого сопоставления диагностируются патологические состояния головного мозга человека (см. патент США N 4844086, кл. А 61 В 5/04, 1989). К недостаткам этого способа относится сложность обработки и регистрации вызванной активности мозга, что снижает эффективность оценки функционального состояния ЦНС человека.

Наиболее близким к данному изобретению является способ оценки функционального состояния головного мозга человека и животных, включающий регистрацию на электроэнцефалографе спонтанной корковой биоэлектрической активности от соответствующих стандарту отведений по схеме 10-20% вычисления, накопления и усреднения спектров мощности потенциалов указанной биоэлектрической активности коры головного мозга, их отображения путем наложения значений спектров мощности на графическое изображение скальпа с учетом координат полюсов регистрации и наблюдение за изменениями функционального состояния по динамике изменений отображенных значений спектров мощности [1] Этот способ реализуется следующим образом.

Для получения результирующего сигнала, характеризующего церебральную активность, данные ЭЭГ поступают в ЭВМ по нескольким каналам в течение определенного промежутка времени и преобразуются для нескольких интервалов времени известной продолжительности из аналогового вида в дискретную форму. В результате для каждого из временных интервалов и для каждого из каналов сбора информации формируются определенные импульсы, длительность которых преобразуется в соответствующий частотный диапазон ЭЭГ. Частотный спектр формируется раздельно для каждого канала и промежутка времени. Затем эти спектры в пределах канала усредняются по времени с формированием результирующего (среднего) спектра. Общая полоса такого спектра делится на несколько частотных интервалов, соответствующих диапазонам физиологических ритмов ЭЭГ. Таким образом, для каждого частотного диапазона формируется выходной сигнал, характеризующий церебральную активность.

Сходный способ отображения описан в [2] как анализ спонтанной биоэлектрической активности головного мозга путем регистрации биоэлектрических потенциалов в стандартных точках отведения по схеме 10-20% спектрального анализа, кодирования параметров каждой из точек отведения и преобразования полученной информации в топографическую карту коры головного мозга.

Однако недостатком данного способа является то, что в рассматриваемых патентах и монографии не предусматривается возможность картирования самостоятельного класса биоэлектрических явлений головного мозга спонтанной сверхмедленной (частотой менее 1 Гц) биоэлектрической активности, имеющего высокую функциональную значимость. Между тем при рассмотрении этих биоэлектрических процессов значительно повышается эффективность характеристики функционального состояния головного мозга человека и животных в норме и патологии.

Классическими работами, посвященными оценке функционального состояния головного мозга на основе исследования его сверхмедленной активности являются работы Аладжаловой Н.А. Психофизиологические аспекты сверхмедленной ритмической активности головного мозга. М. Наука, 1979 и Илюхиной В.А. Сверхмедленные физиологические процессы и межсистемные взаимодействия в организме. Л. Наука, 1986. В них анализ сверхмедленной биоэлектрической активности мозга основывается на длительной многоканальной регистрации без наглядного представления в распределении различных частотных составляющих процесса по различным областям коры и одновременной оценки их мощностных соотношений. Классификация сверхмедленной биоэлектрической активности в этих работах носит довольно формальный характер: по порядку мощности ритмики (милливольты, десятки и единицы микровольт) либо по периоду колебаний (секундные, декасекундные, минутные и т.д. колебания) без разбиения этих частотных полос на поддиапазоны.

Целью настоящего изобретения является описание и выявление особенностей функционального состояния головного мозга человека и животных на основе выделения, визуализации и динамического анализа спонтанной сверхмедленной биоэлектрической активности мозга посредством картирования.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе регистрацию биопотенциалов проводят от неполяризующихся (хлорсеребряных) электродов в режимах функционирования электроэнцефалографа, определяющихся задачей исследования и возможностями прибора, но с постоянной времени не ниже 1 с, в том числе и в режиме дс, т.е. постоянного тока. Затем посредством быстрого преобразования Фурье вычисляется спектр мощности сверхмедленной биоэлектрической активности с последующим разбиением его на частотные поддиапазоны 0,03-0,20; 0,20-0,40; 0,40-0,65; 0,65-0,85 и 0,85-1 Гц, а отображение спектров мощности производят раздельно по каждому поддиапазону на графическом изображении скальпа на основе установления определенного соответствия между значениями величин спектров мощности и интенсивностью цвета на цветной или черно-белой шкале; при этом различия изменения значений мощности в указанных поддиапазонах выявляются по изменению интенсивности цвета соответствующих участков графического изображения скальпа.

Следует отметить, что в нашем способе разбиение сверхмедленной активности производится на более дробные, чем предлагалось Н.А.Аладжановой и В.А.Илюхиной, функционально значимые частотные поддиапазоны.

Сущность способа поясняется фигурами, где в качестве иллюстрации представлены прогностически значимые варианты топокарт сверхмедленной биоэлектрической активности мозга больных с опухолью ствола при благоприятном (фиг. 1), осложненном (фиг.2) и неблагоприятном (фиг.3) течении послеоперационного периода. Способ реализуется регистрацией корковых биопотенциалов при постоянной времени электроэнцефалографа 5,0 с и максимальной анализируемой частоте 1,0 Гц; вычислением спектра мощности с последующим разбиением его на вышеуказанные поддиапазоны и раздельным отображением величин спектра мощности на схеме скальпа.

Эти примеры реализации способа демонстрируют следующее.

В первом случае (фиг.1), начиная с первых суток после операции, на топокартах выявляется отчетливое преобладание по мощности частотных составляющих второго поддиапазона 0,20-0,40 Гц). Во втором примере (фиг.2) превалирование частотных составляющих второго поддиапазона проявляется позже (на 4-е сутки после операции), тогда как в первые сутки мощности спектральных составляющих второго и третьего поддиапазонов практически равны по величине. В 3-ем наблюдении (фиг.3), начиная с первых суток после операции, прослеживается явное доминирование мощности сверхмедленной активности в третьем поддиапазоне, сопутствующее угнетению сознания больного до комы и грубому нарушению витальных функций. Это превалирование сохраняется вплоть до наступления летального исхода (30-е сутки), несмотря на интенсивное лечение и относительную стабилизацию состояния на 27-е сутки.

На основе предложенного способа выявлены особенности различие функциональных состояний ЦНС здоровых людей и больных с очаговыми поражениями головного мозга в раннем послеоперационном периоде. При этом продемонстрирована прогностически положительная значимость второго поддиапазона и отрицательная третьего у нейрохирургических больных в экстремальных состояниях.

Формула изобретения

СПОСОБ ОТОБРАЖЕНИЯ СПОНТАННОЙ БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ, включающий ее регистрацию на электроэнцефалографе или усилителе биопотенциалов от электродов, расположенных по схеме 10 - 20%, вычисление, накопление и усреднение спектров мощностей потенциалов, их отображение с помощью наложения значений спектров мощности на графическое отображение скальпа с учетом координат полюсов регистрации, отличающийся тем, что регистрацию осуществляют неполяризующимися электродами в режиме функционирования регистрирующего устройства с постоянной времени не ниже 1 с или в режиме постоянного тока, после вычисления спектров мощности биоэлектрической активности их разбивают на поддиапазоны 0,03 - 0,20 Гц; 0,20 - 0,40 Гц; 0,40 - 0,65 Гц; 0,65 - 0,85 Гц и 0,85 - 1,0 Гц, а отображение спектров мощности на графическом изображении скальпа производят раздельно по каждому поддиапазону путем установления соответствия между значениями величин спектров мощности и интенсивности цвета на цветной или черно-белой шкале.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3