Спосіб визначення просторової локалізації об’єкта при електроенцефалографії

Спосіб визначення просторової локалізації об'єкта при електроенцефалографії, що включає здійснення вимірювань потенціалів мозку, аналого-цифрове перетворення результатів, їх передачу на комп'ютер, визначення та оцінку орієнтування дипольних об'єктів, який відрізняється тим, що додатково до вимірювання потенціалів від початку до закінчення реєстрації для всіх каналів запису при електроенцефалографії (ЕЕГ) обчислюють різницю потенціалів в часі за формулою: ΔU=U1-U2, де U1 та U2, мкВ - потенціали в кожний попередній і наступний моменти вимірювання, та обчислюють відношення ΔU до різниці в часі між цими вимірюваннями як ΔU/Δt, де Δt, мкс є постійною величиною, відомою з частоти дискретизації пристрою ЕЕГ, при абсолютних значеннях ΔU/Δt (мкВ/мкс), більших від нормативних, у пам'яті комп'ютера відповідні часу вимірювання значення потенціалу зберігають з позначкою "патологічна активність об'єкта", у іншому випадку - з позначкою "активність об'єкта", якщо алгебраїчний знак ΔU змінюється на протилежний, в пам'яті комп'ютера зберігають значення потенціалу та часу цієї події з U 2 (11) 1 3 імпульсу стандартної форми, при перетинанні заданих верхнього і нижнього граничних рівнів сумарним сигналом, визначення інтервалів між імпульсами порогів, побудову графіків щільності міжімпульсних інтервалів у логарифмічному масштабі та визначення за їх допомогою піків хвильового комплексу [1]. Використання технічного рішення забезпечує розпізнавання піків хвильового комплексу та математичну обробку сигналів при дослідженні спонтанної ЕЕГ. Але його відтворення, зпоза відсутності засобів детекції досліджуваних об'єктів, координат дипольної моделі їх біоелектричної активності та засобів відповідної обробки даних, стримує визначення локалізації деяких об'єктів, наприклад, гострохвильової спайкової активності мозку, що інформує про недостатність функціональних можливостей і точності отримуваного результату. Відомий спосіб багатокрокової локалізації дипольної активності мозку людини, що містить вимірювання біопотенціалів ЕЕГ шляхом аналогоцифрового 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 компонен 43179 4 ти, 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 томографічних 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 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 шляхом реєстрації сукупної активності маси нейронів на поверхні скальпа. Вищезазначений технічний результат досягається тим, що при здійсненні відомого способу визначення просторової локалізації об'єкта при електроенцефалографії, що включає здійснення вимірювань потенціалів мозку, аналого-цифрове перетворення результатів, їх передачу на комп'ютер, визначення та оцінку орієнтування дипольних об'єктів, відповідно з корисною моделлю, додатково до вимірювання потенціалів, від початку до закінчення реєстрації, для всіх каналів запису при електроенцефалографії (ЕЕГ) обчислюють різницю потенціалів в часі за формулою: DU=U1-U2, де U1 та U2, мкВ - потенціали в кожний попередній і наступний моменти вимірювання та обчислюють відношення DU до різниці в часі між цими вимірюваннями як DU/Δt, 5 де Dt, мкс є постійною величиною, відомою з частоти дискретизації пристрою ЕЕГ, при абсолютних значеннях DU/Dt (мкВ/мкс) більших від нормативних, у пам'яті комп'ютера відповідні часу вимірювання значення потенціалу зберігають з позначкою «патологічна активність об'єкта», у іншому випадку - з позначкою «активність об'єкта», якщо алгебраїчний знак DU змінюється на протилежний, в пам'яті комп'ютера зберігають значення потенціалу та часу цієї події з позначкою «вузлова точка», надалі на умовному паперовому або віртуальному комп'ютерному рисунку черепа людини відмічають місце розташування електроду, на якому зареєстровано максимальне абсолютне значення потенціалу (мкВ), яке надалі іменують «maximum» і місця розташування електродів, на яких виміряний потенціал не більший за ±0,1мкВ, які надалі іменують «нульові відмітки», формують на паперовому або віртуальному комп'ютерному рисунку черепа людини геометричну площину за трьома точками «нульових відміток», одна з яких розташована контралатерально іншим двом, формують перпендикуляр від місця зображення точки «maximum» до його перетинання із зображенням площини «нульової» напруги біопотенціалів, далі від точки цього перетинання проводять пряму лінію, яка належить даній площині, до зображення контралатеральної точки «нульової відмітки» і далі знов до зображення точки «maximum», внаслідок чого геометричними способами отримують прямокутний трикутник та шляхом обчислення його сторін - тривимірні просторові координати центра розташування об'єкта активності при ЕЕГ, які внаслідок попередніх дій співпадають з координатами вершини прямого кута трикутника, проектують точку з отриманими координатами на зображення анатомічних зрізів мозку у фронтальній, сагітальній та вертикальній площинах та додатково візуалізують її положення з допомогою кольорових точок, позначок «патологічна активність об'єкта» або «активність об'єкта». Спосіб визначення просторової локалізації об'єкта при електроенцефалографії має суттю пов'язану побудову в просторі геометричних площин і ліній, відповідних максимумам, ізопотенціальним лініям дипольного електричного поля та базується на залежностях значень дипольного потенціалу від значень відстані то точок його реєстрації. Можливість такого способу пов'язана з електрофізичними властивостями об'єктів генерації електричних потенціалів мозку людини, які мають властивості диполю. Диполь (Д.) визначають як сукупність двох рівних по абсолютній величині різнойменних крапкових зарядів, що знаходяться на деякій відстані друг від друга. Враховуючи, що основною характеристикою електричного Д. є його дипольний момент - вектор, спрямований від негативного заряду до позитивного, а дипольний момент визначає електричне поле Д., при цьому на1 3 , тобто пруга цього поля зменшується як x зворотно пропорційна кубу відстані (від крапкового заряду зворотно пропорційна квадрату відстані). Напрямок вектору поля E , базуючись на власти 43179 6 востях диполю, можливо визначити, вимірюючи напругу точок в просторі цього поля, а запропонована заявником послідовність вимірів і обчислень потенціалів об'єктів генерації цього поля при ЕЕГ означає можливість задовільного в практичних цілях визначення локалізації його центру, тобто локалізації об'єкта при ЕЕГ. Вимірювання потенціалів на всьому протязі (весь час) запису ЕЕГ, від початку до закінчення реєстрації, для всіх каналів запису при ЕЕГ забезпечує просторову і часову дискретність точок реєстрації, необхідних для визначення вектору дипольного поля. Обчислення різниці потенціалів в часі за наведеною формулою DU=U1-U2, де U1 та U2, мкВ потенціали в кожній дискретній точці часу при вимірюванні та обчислення відношення DU до різниці в часі між цими вимірюваннями потрібне для визначення моменту або часу розвитку як патологічного феномену ЕЕГ, так і виявлення характерної послідовності змін потенціалу, яка відповідає дипольній моделі. Тому ці періоди запису ЕЕГ зберігають з позначками «патологічна активність об'єкта» або «активність об'єкта», і якщо алгебраїчний знак DU змінюється на протилежний, це означає перехід потенціалу від збільшення до зменшення або навпаки, в обох випадках цей момент є часом генерації диполем найбільшого потенціалу і позначається як «вузлова точка». Надалі на умовному паперовому або віртуальному комп'ютерному рисунку (що значно простіше і доступно з огляду на стан розвитку систем обробки інформації) черепа людини відмічають місця реєстрації максимального абсолютного значення потенціалу (мкВ), місця розташування електродів, на яких виміряний потенціал не більший за ±0,1мкВ, які надалі іменують «нульові відмітки». Ця послідовність дій необхідна для маркування місця найближчого розташування центру об'єкту активності при ЕЕГ до одного з нашкірних електродів, розташованих за міжнародними стандартами ЕЕГ, та визначення площини, на якій фізично розташований центр даної електричної активності. Це можна вважати максимально коректним заходом, враховуючи, що величина потенціалу і величина відстані до електроду пов'язані з великою (зворотно кубічною) пропорційністю. Подальше формування на паперовому або віртуальному комп'ютерному рисунку черепа людини геометричної площини за трьома точками «нульових відміток», основане на тому, що будь-яку площину можливо побудувати за трьома точками, а рішення сторін сформованого прямокутного трикутника є рутинною процедурою, яка надає можливість встановити тривимірні просторові координати центра розташування об'єкта активності при ЕЕГ, які внаслідок попередніх дій співпадають з координатами вершини прямого кута трикутника. Для більш ефективного візуального означення вже винайдених координат об'єкту, проектують точку з отриманими координатами на зображення анатомічних зрізів мозку у фронтальній, сагітальній та вертикальній площинах та додатково візуа 7 лізують її положення з допомогою кольорових точок, позначок «патологічна активність об'єкта» або «активність об'єкта», враховуючи, що ці позначки були отримані і збережені раніше. Сукупність ознак корисної моделі забезпечує нові правила знаходження просторового положення дипольного електричного об'єкту, ключові особливості якого складають послідовність знаходження і зумовлюють одноваріантне виявлення центру активності досліджуваного об'єкта. Основою пропонованого рішення є особливості поширення електричного поля в тканинах мозку. Рішення поставленої задачі ґрунтується також на використанні синхронної генерації клітинного потенціалу, а електрична активність великих груп нейронів зумовлює зіставлення характеристик ЕЕГ з дипольною моделлю. Реєстрація потенціалу на всій поверхні скальпа дозволяє виділити характерні позитивні і негативні максимуми, мінімуми, ізопотенційні лінії, на підставі розташування яких обчислюється положення електричного диполя (див. Фіг.1), де наведено схематичне зображення типових хвиль спайку, як вони реєструються за каналами ЕЕг (на Фіг.1 позначка «0» - канал з записом нульового потенціалу, позначка «max» канал з записом найбільшого потенціалу, позначка-стрілка «t» - умовний маркер моменту часу). Сукупність пропонованих ознак дозволяє використовувати наявні в медичній практиці апаратні пристрої ЕЕГ, а можливість обробки отриманих даних як віртуально - у пам'яті комп'ютера, так і при графічній обробці одного чи декількох феноменів надає користувачу можливість вибору, при цьому варіант обробки з використанням комп'ютеру відповідає сучасному рівню наявних технічних засобів. Використання заявленого технічного рішення додатково забезпечує опрацювання великих за розмірами записів ЕЕГ і зменшує час їх обробки при дослідженні активності мозку, що 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. 43179 8 Сутність корисної моделі також пояснюється скріншотами (Фіг.2), де відбита потенційна карта локалізованого досліджуваного об'єкта; на Фіг.2 позначки 1, 2, 3 - умовне зображення електродів з «нульовим потенціалом», позначка 4 - зображення електроду з «max» потенціалом, позначка 5 (пунктир) - умовне зображення сформованої на малюнку площини, 6 - формування трикутника (від точки 4 до позначки «а» і точки «1», позначка «б» - загальноприйняте зображення диполя. 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, яке стандартно додається при придбанні енцефалографа і має можливості індивідуалізації обробки даних (відомі ЕЕГ системи виробників України забезпечують імпорт будь-яких даних ЕЕГ в формат Ехеl або текстовий) або засоби графічної роботи (папір, олівці, лінійка тощо) чи графічні редактори стандартного програмного обладнання операційних систем. Вимірювання біопотенціалів здійснюють за загальноприйнятими міжнародними стандартами ЕЕГ. Тож, вищенадані відомості доводять можливість відтворення дійсного способу в практичній нейрофізіології, з можливістю перевершення технічного результату за допомогою засобів, що стали відомі за подією пріоритету. Його використання позбавлене негативних наслідків або ускладнень відносно стану здоров'я людини та дозволяє підвищити ефективність діагностики, оптимізувати терапевтичні заходи при лікуванні енцефалопатії, епілепсії, епілептичних синдромів. Джерела інформації: 1. Способ идентификации пик-волнового комплекса в ЭЭГ: Пат. 2192778 России, МПК А61В5/0476 / 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 43179 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