Спосіб визначення просторової локалізації об’єкта при електроенцефалографії

Спосіб визначення просторової локалізації об'єкта при електроенцефалографії, що включає здійснення електроенцефалографічних вимірювань біопотенціалів, аналого-цифрове перетворення результатів у цифровий сигнал, їх копіювання на комп'ютер, обробку зареєстрованих даних, визначення та оцінку орієнтування дипольних об'єктів, який відрізняється тим, що додатково вимірювання біопотенціалів здійснюють по декількох каналах, по кожному з каналів запису детектують гострохвильову активність спайок, одномоментно виділяють позитивні від'ємні максимуми, мінімуми та близькі до їх нульових відміток значення амплітуд за каналами реєстрації, виділяють вузлові точки, визначають площину нульової напруги біопотенціалів, формують перпендикуляр з точки U 2 (19) 1 3 цифрового копіювання даних, аналіз запису, з використанням методу найменших квадратів, під час якого здійснюють перебір, порівняння виміряних та обчислених значень потенціалу на підставі рівняння Максвелла при послідовному умовному розташуванні координат диполя у різних точках мозку, до отримання меншого значення помилки виміряних й обчислених потенціалів відносно певної заданої величини, при цьому використовують довільні координати диполя та обчислюють для них теоретичні значення потенціалу у точках відведення, а обчислені та виміряні координати диполя порівнюють між собою, зсувають координати теоретичного диполя, які наступним кроком порівнюють з реальними, до отримання мінімального значення помилки [2]. Використання засобів відповідної обробки даних і координат дипольної моделі дещо сприяє підвищенню точності кінцевого результату. Основні недоліки об'єкта, які перешкоджають досягненню вищезазначеного технічного результату, зв'язуються з масивністю обчислень і зайвими витратами машинного часу на обробку даних, особливо, при необхідності виділення гострохвильової активності, а при оцінці всього запису ЕЕГ ці недоліки зростають майже на порядок. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється є спосіб ідентифікації компонентів при енцефалографії, як засіб визначення просторової локалізації об'єкта, що включає здійснення електроенцефалографічних вимірювань біопотенціалів, аналого-цифрове перетворення результатів у цифровий сигнал, їх копіювання на комп'ютер, обробку зареєстрованих даних, визначення та оцінку орієнтування дипольних об'єктів. Наданий спосіб також передбачає визначення просторової локалізації об'єктів, їх дослідження шляхом "поділу" сигналів, визначення локалізації одного з них шляхом лінійного перетворення сигналів, формування їхніх складових по результуючим співвідношенням і подальше визначення просторової локалізації досліджуваних об'єктів, що складається з вибору тимчасової ділянки ЕЕГ з цікавлячим феноменом, розкладання сигналів ЕЕГ на компоненти, перетворення сигналу, автоматичного пошуку координат, орієнтування та визначення параметрів диполя для кожного з них, відображення просторової локалізації об'єктів у 2-х проекціях мозку, з указівкою сферичних координат активного об'єкта і його положення на трьох найближчих до нього гомографічних зрізах [3]. Зменшення масивності обчислень і витрат машинного часу на обробку даних за умов прототипу зумовлено просторовою локалізацією об'єктів при їх дослідженні шляхом "поділу" сигналів, що дозволяє визначити локалізацію одного з них шляхом лінійного перетворення сигналів і сформувати їхні складові по результуючим співвідношенням і моделювання реального розподілу потенціалів на поверхні скальпа за рахунок орієнтування та визначення параметрів диполя для кожного з компонентів розкладання. Проте, дослідження гострохвильової спайкової активності мозку за цих умов призводить до обмеження досліджень певної кількості феноменів, оскільки визначення локалізації об'єктів стримується кількістю 41067 4 залучених електродів. При цьому невизначеність з реальною кількістю незалежних об'єктів при надмірних інтервалах аналізу, коли кількість цих об'єктів перевищує загальну кількість використовуваних відведень, результати обробки даних будуть не цілком коректні. Якщо існує декілька об'єктів порівняних за потужністю, що генерують електричну активність одночасно, то за результатом розподілу біопотенціалів відомий спосіб набуває надмірну складність. Тож, при наявності однодипольної характеристики, в результаті обчислень одержують локалізацію лише тих об'єктів, які зв'язані з кількістю активних електродів, при цьому визначення локалізації активних об'єктів стає нерозв'язною, що стримує функціональні можливості й точність способу. На думку авторів, відоме технічне рішення може бути корисним лише при оцінці одиничного об'єкта активності чи об'єкта, потужність якого істотно вище потужності інших. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалити спосіб визначення просторової локалізації об'єкта при електроенцефалографії, який шляхом реєстрації сукупної активності маси нейронів на поверхні скальпа та розширення просторових координат збільшує функціональні можливості, точність та спрощує дослідження гострохвильової спайкової активності мозку при використанні. Вищезазначений технічний результат досягається тим, що при здійсненні у відомому способі визначення просторової локалізації об'єкта при електроенцефалографії, що включає здійснення електроенцефалографічних вимірювань біопотенціалів, аналого-цифрове перетворення результатів у цифровий сигнал, їх копіювання на комп'ютер, обробку зареєстрованих даних, визначення та оцінку орієнтування дипольних об'єктів, у відповідності з корисною моделлю, що додатково вимірювання біопотенціалів здійснюють по декільком каналам, по кожному з каналів запису детектують гострохвильову активність спайків, одномоментно виділяють позитивні від'ємні максимуми, мінімуми та близькі до їх нульових відміток значення амплітуд за каналами реєстрації, виділяють вузлові точки, визначають площину нульової напруги біопотенціалів, формують перпендикуляр з точки перетинання максимальної амплітуди з площиною нульової напруги біопотенціалів з масивом умовних ліній, до перетинання з покровом черепа, детектують значення біопотенціалів у точках перетинання та, якщо значення біопотенціалів відповідають ізопотенціальним і близьким до нульових характеристик значенням, отримують тривимірні координати активності шляхом обчислення просторових координат дипольного об'єкта у сформованих трикутниках, проектують їх на зображення гомографічних або анатомічних зрізів мозку у фронтальній, сагітальній та вертикальній площинах, візуалізують і оцінюють тривимірне положення джерел патологічної активності, а при детектуванні гострохвильової активності спайків по кожному з каналів запису одночасно обчислюють швидкість наростання електроенцефалографічної амплітуди, з використанням обчислення її приско 5 рення у фазах розвитку і затухання, які зіставляють з тривалістю аналітичної хвилі і параметрами дипольної моделі у тривимірних координатах. Сукупність ознак корисної моделі забезпечує нові правила просторового положення дипольного електричного поля, ключові особливості якого складають послідовність знаходження максимумів і нульових ліній потенціального поля, які зумовлюють одноваріантне виявлення активності досліджуваного об'єкта, підвищення функціональних можливостей, точності та спрощення досліджень гострохвильової спайкової активності мозку при використанні. Основою пропонованого рішення є поширення електричного поля в тканинах мозку близько до лінійної залежності. Рішення поставленої задачі ґрунтується на використанні синхронної генерації клітинного потенціалу, оскільки генерація спайків являє собою сукупну активність маси нейронів, а електрична активність великих груп нейронів зумовлює зіставлення характеристик ЕЕГ з дипольною моделлю. Розподіл потенціалу по поверхні скальпа дозволяє виділити характерні позитивні і негативні максимуми, мінімуми, ізопотенційні лінії, на підставі розташування яких обчислюється положення електричного диполя. Детектування феноменів, що мають характеристики спайків в усіх відведеннях ЕЕГ виявляє відповідність значень біопотенціалу в цих точках ізопотенціальним і близьким до нульових характеристикам потенціалу. Алгоритмізація спайків, у залежності від змін чи прискорення росту потенціалу у точках відведення скальпу, забезпечує необхідну послідовність обробки масиву даних. Формування трикутників забезпечує розрахунок просторових координат дипольного об'єкта, дозволяє отримати координати походження активності за тривимірними осями координат x, y, z. Отримані координати джерел дипольної активності проектуються на умовні зображення гомографічних або анатомічних зрізів мозку людини у фронтальній, сагітальній та вертикальній площинах, що забезпечує візуалізацію тривимірного положення джерел патологічної активності. Обчислення локалізації спайків у тривимірних координатах x, y, z, завдяки пропонованій послідовності побудови схеми локалізації дипольного джерела і простоті математичної моделі при обробці прямокутних трикутників, істотно підвищує функціональних можливостей та спрощує дослідження гострохвильової спайкової активності мозку. Збільшення зон локалізації при використанні об'єкта зумовлює підвищення точності також. Сукупність пропонованих ознак дозволяє визначити апаратні засоби програми до мінімального дискретного відрізка часу, з характеристиками, які перевищують середні значення по усім ділянкам запису біопотенціалів, а відбір останніх, від початку генерації аналізованого компонента до його закінчення, визначає відповідність феномена дипольній моделі, при цьому максимальна амплітуда відповідає мінімальному прискоренню та обчислюється з прискоренням скальпового потенціалу, як ймовірна гостра хвиля або пік. Алгоритм обробки детекування спайків, що забезпечує обчислення швидкості наростання амплітуди ЕЕГ і враховує її 41067 6 прискорення у фазах розвитку та затухання, являє собою nowhow. У зіставленні з тривалістю аналізуємої хвилі та критеріями відповідності дипольної моделі цей алгоритм забезпечує підвищує точність детекції досліджуваних феноменів за рахунок визначення максимумів і мінімумів значень матриці масиву даних, побудови ізопотенційних ліній і використання послідовної серії порівнянь можливих паттернів розподілу полів диполя. Виходячи з цього, використання заявленого технічного рішення додатково забезпечує опрацювання великих за розмірами записів ЕЕГ і зменшує час їх обробки, що, з урахуванням можливості отримання оптимальних показань при дослідженні гострохвильової спайкової активності мозку, дозволяє кваліфікувати його більш ефективним, ніж об'єкти минулого покоління аналогічного призначення. Отже, кожна з відмітних ознак корисної моделі є істотною, оскільки сприяє перетворенню технічного результату, а вилучення будь-якої з них із пропонованої сукупності стримує досягнення останнього. Сукупність ознак корисної моделі є суттєвою, бо має логічний зв'язок з отриманням заявленого технічного результату, відповідає критерію "новизна" і має високий винахідницький рівень, оскільки явним чином не випливає з досліджуваного рівня техніки. Сутність корисної моделі пояснюється скріншотами: на Фіг.1 відбита потенційна карта локалізованого досліджуваного об'єкта, на Фіг.2 - карта тривимірної моделі голови, з одиничним локалізованим спайком і "проясненою" лобовою областю моделі голови, на Фіг.3 - карта локалізованого досліджуваного об'єкта на "розібраній" моделі голови, на Фіг.4 - псевдокарта тривимірної моделі голови, з множинними локалізованими спайками. Відомості, що підтверджують можливість здійснення способу визначення просторової локалізації об'єкта при електроенцефалографії. Для здійснення способу визначення просторової локалізації об'єкта потрібна апаратура ЕЕГ запису, комп'ютер з відповідним програмним забезпеченням та програмний алгоритм обробки даних. Спосіб визначення просторової локалізації об'єкта при електроенцефалографії здійснюють на підставі електроенцефалографічних вимірювань біопотенціалів, аналого-цифрового перетворення результатів у цифровий сигнал, їх копіювання на комп'ютер, обробки зареєстрованих даних, визначення та оцінки орієнтування дипольних об'єктів. Вимірювання біопотенціалів здійснюють за 19 каналами, по кожному з яких детектують гострохвильову активність спайків, одномоментно виділяють позитивні від'ємні максимуми, мінімуми та близькі до їх нульових відміток значення амплітуд за каналами реєстрації. Після виділення вузлових точок, визначають площину нульової напруги біопотенціалів, формують перпендикуляр з точки перетинання максимальної амплітуди з площиною нульової напруги біопотенціалів з масивом умовних ліній, до перетинання з покровом черепа. Значення біопотенціалу у точках перетинання детектують та, якщо значення біопотенціалу 7 відповідають ізопотенціальним і близьким до нульових характеристик значенням, отримують тривимірні координати активності шляхом обчислення просторових координат дипольного об'єкта у сформованих трикутниках. Трикутники проектують на зображення гомографічних або анатомічних зрізів мозку у фронтальній, сагітальній та вертикальній площинах, візуалізують і оцінюють тривимірне положення джерел патологічної активності. При детектуванні гострохвильової активності спайків одночасно по кожному з каналів запису обчислюють швидкість наростання електроенцефалографічної амплітуди, з використанням алгоритму, її прискорення у фазах розвитку і затухання, які зіставляють з тривалістю аналітичної хвилі і параметрами дипольної моделі у тривимірних координатах. За умов відповідності дипольної моделі, дотримуються наступної послідовності аналізу: від точки карти з максимальним значенням потенціалу до точки з максимальним протилежним знаком проводять "умовну лінію"; через точки скальпу, з близькими до нульових значень, формують умовну площину; при орієнтуванні, за визначеними умовами дипольної відповідності, "умовну лінію" роблять перпендикуляром до сформованої площини. Координати перетинання "умовної лінії" зі сформованою площиною, що обчислюються шляхом рішення прямокутних трикутників, повинні від 41067 8 повідати центру диполя. Подальше картування проводять з використанням тривимірної чи псевдотривимірної моделі (Фіг.1-4). Тож, вище надані відомості інформують про можливість використання заявленого способу в практичній нейрофізіології, з можливістю перевершення технічного результату. Його використання в нейрофізіології, як способу оцінки патологічної активності мозкових структур, допоможе розробити своєчасні терапевтичні заходи при лікування епілепсії, епілептичних синдромів та енцефалопатії, що відповідає критерію "промислова придатність", а з урахуванням попередніх тверджень, пропоноване технічне рішення може бути кваліфіковане винаходом. Джерела інформації: 1. Способ идентификации пик-волнового комплекса в ЭЭГ: Пат. 2192778 России, МПК А61В 5/0476 / Сбитнев В.И., Степанова Т.С. Лебедев К.Э., Любаров М.И., Ампилова Н.Б. (Россия). №2000118715/14 заявл. 07.07.00; опубл. 20.07.02. 2. Гнездицкий В.В. Обратная задача ЭЭГ и клиническая электроэнцефалография (картирование и локализация источников электрической активности мозга). Таганрог: Из-во ТРТУ, 2000. 640с. 3. NeuroCom / Инструкция по эксплуатации. Харьков: "НТЦ радиоэлектронных приборов и технологий", 2003. - 153с. 9 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 41067 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601