Спосіб кількісної оцінки функціонального стану головного мозку

1 Спосіб кількісної оцінки функціонального стану головного мозку, що включає вимір параметрів стану й суміщену з ним оцінку біоелектричної активності мозку по частоті й амплітуді потенціалів, що реєструються, який відрізняється тим, що додатково визначають сумарну біоелектричну активність мозку шляхом и аналогового або цифрового фільтрування, яку поділяють щонайменше на 5 частотних піддіапазонів, в межах кожного з яких визначають ЩІЛЬНІСТЬ спектрів потужності, частотну й амплітудну характеристики 2 Спосіб кількісної оцінки функціонального стану головного мозку за п 1, який відрізняється тим, що частотні піддіапазони відповідають піддіапазонам альфа, бета-1, бета-2, тета дельта - ритмів. Винахід відноситься до медицини, а саме, до визначення і виміру при реєстрації біоелектричних сигналів частин організму, також до енцефалографи, і може бути використаний в нейрофізіологи, здебільшого при вивченні біоелектричної активності кори головного мозку і його утворень ВІДОМІ способи кількісної оцінки функціонального стану головного мозку, що включають вимір параметрів стану і оцінку біоелектричної активності мозку та його структур по частоті та амплітуді потенціалів, що реєструються, з використанням алгоритмів обчислення даних по різноманітним критеріям, наприклад по даним когерентності або спектрів потужності, часової або топографічної симетрії біоелектричних явищ [ 1,2,3 ] Загальним недоліком відомих способів є низька вірогідність цих результатів Це обумовлено проведенням візуальної ідентифікації та наявності помилок виміру даних, а також великим інтервалом часу між моментом реєстрації вхідних показників і завершенням отримання оціночних даних або характеристик Найбільш близьким по технічній суттєвості й досягаемому результату до способу, що заявляється є спосіб кількісної оцінки функціонального стану головного мозку, що містить вимір параметрів стану й суміщену з ним оцінку біоелектричної активності мозку по частоті й амплітуді потенціалів, що реєструються, в якому визначення частоти здійснюють за даними спектрального аналізу, а амплітуди - по ЩІЛЬНОСТІ спектру потужності сигналу [4] Суміщення результатів реєстрації вхідних показників і оціночних даних шляхом динамічної обробки даних декілька підвищує вірогідність і скорочує час отримання цього результату Однак, визначення частоти та амплітуди коливань біопотенціалів мозку, що носить в значній мірі властивості стаціонарного випадкового процесу, за даними показників спектральної потужності, отриманих у відносно широкому інтервалі частот, істотно обмежує підвищення вірогідності очікуємих кінцевих результатів [5,6 ] До основи вдосконалення відомого способу кількісної оцінки функціонального стану головного мозку поставлена задача подальшого підвищення вірогідності кінцевого результату за рахунок поліпшення точності виміру амплітуди й частоти коливань біопотенціалів головного мозку під час їх реєстрації Означений технічний результат досягається тим, що при здійсненні відомого способу кількісної оцінки функціонального стану головного мозку, що містить вимір параметрів стану й суміщену з ним оцінку біоелектричної 1 со 44397 активності мозку по частоті и амплітуді потенціалів, що реєструються, згідно з пропозицією, додатково визначають сумарну біоелектричну активність мозку шляхом одночасним и аналогового або цифрового фільтрування, яку поділяють щозаменше на 5 частотних піддіапозонів, в межах кожного з яких визначають ЩІЛЬНІСТЬ спектрів потужності, частотну й амплітудну характеристики, за умовою, що частотні підціапазони відповідають піддіапазонам альфа-, бета-1, бета-2, тета- й дельта - ритмів Аналогове або цифрове фільтрування сприяє поділу широполосної сумарної біоелектричної активності на більш вузькі ідентифікаційні фрагменти, дозволяє усунути фізичний шум гармонік та пересунути контролюємі параметри до області більш вірогідних значень Разом із тим, визначення амплітуди сигналів по ЩІЛЬНОСТІ спектрів потужності у вузьких частотних діапазонах виключає вплив систематичних помилок, що з'являються в спектрах потужності сумарного сигналу від генерації домінуючою частотою паразитних гармонійних коливань Що стосується аналогового або цифрового фільтрування, завдяки якому біоелектричну активність поділяють щозаменше на 5 частотних піддіапазонів, то цим лише уточнюються умови реєстрації означених ритмів без надання самостійного правового значення При цьому, використання частотних піддіапазонів у КІЛЬКОСТІ менш за 5 недоцільно, бо контролюємі параметри при цьому пересуваються до області менш вірогідних даних Сукупність відзнак що пропонується значно покращує точність реєстрації амплітуди та частоти коливань біопотенціалів головного мозку і в зв'язку з цим забезпечує підвищення достовірності очікуємого кінцевого результату при використанні Отже, сукупність запропонованих відзнак є істотною, оскільки має причинно-наслідковий зв'язок з важливим технічним результатом Поряд із цим, зіставлення істотних відокремлювальних ознак об'єкту що заявляється з прикметами прототипу інформує про їхню ВІДПОВІДНІСТЬ умові винаходу "новизна" Рішення задачи, що заявляється, також відповідає критерію "винахідницький рівень", оскільки відомостей відносно використання ознак, еквівалентних або тотожних до заявляємо та звязаних з аналогічними перетвореннями технічного результату, заявником не встановлено ВІДОМОСТІ, ЩО підтверджують можливість здійснення об'єкта, про який йдеться, з отриманням означеного вище технічного результату, полягають в наступному Для кількісної оцінки функціонального стану головного мозку використовувались білі щури лінії Вівтар, відомий фармакологічний препарат, наприклад тюпентал-натрій, як наркозний засіб, ВІДПОВІДНО, аналоговий аналізатор типу MB- 5202 і звязаний з ним компютер класу IBM - 486 з ВІДПОВІДНИМ апаратним і програмним забезпеченням Тюпентал - натрій вводився 4 внутрішньобрюшинно в дозі 50 мг/кг Сумарна біоелектричне активність аналоговим аналізатором поділялася на 5 частотних під діапазонів (рі) 1,5 - 3,0, (р2) 4,0-7,0, (а) 8,0-13,0, (т) 14,0-20,0, і (а)21,0-30,0 Гц Використання фармакологічного аналізу дозволяло модифікувати функціональний стан головного мозку тварин і, ВІДПОВІДНО, характер йоге біоелектричної активності, що реєструвався як в стані іммобілізаціиного стресу, так і в стані наркозу Після ІНЄКЦІІ препарату вимірювали параметри стану головного мозку шляхом реєстрації біоелектричних потенціалів, що відводилися з проекції фронтальної зони кори головного мозку Потенціали у вигляді біоелектричних сигналів подавалися до входу широполосного багатоканального підсилювача біоелектричних потенціалів, надалі - на аналоговий фільтр аналізатора, де вони розподілялися на частотні піддіапазони, ВІДПОВІДНО областям альфа-, бета-1, бета-2, тетай дельта - ритмів та перетворювались у цифрову форму, надходили до комп ютера, де вмонтованим програмним модулем оброблялись за алгоритмом швидкого перетворення Фур'є, обчислювались спектри потужності, визначались і виводились на периферійні прилади амплітудні та частотні характеристики поточної біоелектричної активності фронтальної зони кори головного мозку Водночас на діаграмній стрічці реєструвалася сумарна електроенцефалограма (ЕЕГ) та результати и розкладу на аналоговому аналізаторі, що дозволяло у подальшому порівнювати амплітуди коливань контролюємих біопотенціалів, здобутих прямим вимірюванням, з даних вимірів, отриманих як по спектру потужності сумарної біоелектричної активності, так і по спектрам потужності окремих частотних піддіапазонів Для порівняння результатів оцінювали амплітуди хвильової активності головного мозку, визначеної по різноманітним методикам Було проведено 20 експериментів на білих щурах, що знаходилися в станах іммобілізаціиного стресу та наркозу, викликаного введенням розчину тюпентала-натрію в дозі 50 мг/кг Порівнювалася середня амплітуда коливань біопотенціалів в діапазонах 1,5-3,0, 4,0-7,0, 8,013,0, 14,0-20,0, та 21,0-30,0 Гц По результатам прямого виміру на сумарній електроенцефалограмі після візуальної ідентифікації, прямого виміру амплітуди коливань, аналогової фільтрації останніх та реєстрації на діаграмній стрічці, здійснювали компьютеры виміри з обчисленням даних, що складалися по спектру потужності сумарної біоелектричної активності Результати проведених досліджень надані в таблицях № 1 та № 2, в яких відбиті амплітуди коливань біопотенціалів головного мозку у білих щурів у стані іммобілізаціиного стресу та наркозу, що були отримані по різноманітним методикам В умовах іммобілізаціиного стресу тварини виявляли ознаки рухового збудження, їхня ЕЕГ характеризувалася домінуванням 44397 високочастотних коливань, на фоні яких періодично спостерігалися групи альфа-подібних хвиль (Таблиця №1) Усереднений спектр потужності ЕЕГ і відповідна йому амплітудна характеристика мали вигляд положистої кривої з максимумом на частоті 22,5 Гц, чому відповідала амплітуда коливань 18,4 мкВ Максимум амплітуди коливань після аналогового фільтрування пересувався до області частот від 17,5 до 19,2 Гц і складав біля 28,6 мкВ як при прямому вимірі, так і при спектральному аналізі На ЕЕГ тварин, які перебували у стані наркозу, переважно відчувалися високоамплітудні низькочастотні коливання потенціалу типу дельта- і тета -хвиль, модульовані високочастотними коливаннями ( Таблиця №2 ) Усереднений спектр потужності ЕЕГ мав вигляд двогорбої кривої з максимумами на частотах 1,2 Гц і 4,1 Гц при амплітудах ВІДПОВІДНО 173 та 96 мкВ Амплітуди коливань, що визначались по спектрам потужності після аналогового фільтрування, складали 262 мкВ на частоті 2,4 та 161 мкВ на частоті 6,25 Гц Амплітудні характеристики коливань 6 біопотенціалів сумарної ЕЕГ, що отримувалися шляхом проведення прямих вимірів, істотно не відрізнялися від значень, зареєстрованих по спектрам потужності в означених діапазонах Отримані результати показали, що амплітуда коливань потенціалів головного мозку, що визначається шляхом прямих вимірів на діаграмній смужці, відрізняється від величин, одержуваних шляхом розрахунків по спектру потужності сумарної електроенцефалограми Це повязане з тим, що по відношенню до домінуючої частоти коливань ІНШІ частоти, що виступають в ролі шуму, призводять до зміщення спектру потужності і появи істотних помилок Отже, спосіб кількісної оцінки функціонального стану головного мозку що пропонується полягає в спектральному аналізі не сумарної біоелектричної активності, а в аналізі її вузьких частотних смуг, заздалегідь виділених шляхом аналогового фільтрування, що зміщує спектральні характеристики до області більш вірогідних даних та, підвішує точність виміру амплітуди коливань біопотенціалів головного мозку на 20-30% Таблиця № 1 № п/п 1 2 3 4 5 Амплітуда коливань ЕЕГ білих щурів в стані іммобілізаціиного стресу, мкВ Діапазон частот, Об'єкт та методвимірювання амплітуди гц 1,5-3,0 4,0-7,0 8,0-13,0 14,0-20,0 21,0-30,0 ЕЕГ після аналогової фільтрації прямий вимір ЕЕГ сумарна, спектр потужності комп'ютерні технології 27,3 28,6 24,4 Таблиця № 2 №, п/п 1 2 3 4 5 Амплітуда коливань ЕЕГ білих щурів в стані наркозу, мкВ Діапазон частот, Об'єкт та метод вимірювання амплітуди гц 1,5-3,0 4,0-7,0 8,0-13,0 14,0-20,0 21,0-30,0 ЕЕГ після аналогової фільтрації прямий вимір 251 156 Джерела інформації 1 Зенков Л Р , Ронкин М А Функциональная диагностика нервных болезней //М Медицина 1991 -С 141 -146 2 Заявка ЄПВ № 0437012, МПК А61 В, 5/0484, 1991 3 Патент США № 4844086, МПК А61 В, 5/04, 1989 ЕЕГ сумарна, спектр потужності комп'ютерні технології 262 161 173 96 4 Патент России № 2029492, МПК А61 В, 5/04, 1995 5 Бендат Д.Пирсол А Применение корреляционного и спектрального анализа//М Мир, 1983 6 Отнес Р , Эноксон Л // Прикладной анализ временных рядов Основные методы М Мир, 1982 44397 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90