Спосіб реєстрації електроенцефалограми

Реферат: Спосіб реєстрації електроенцефалограми включає в себе зняття електроенцефалограми за стандартною методикою, підсилюють дані і піддають їх аналоговій чи цифровій фільтрації, здійснюють аналіз функціонального стану головного мозку з використанням стандартної методики, зберігання результатів в пам'яті і виведення на монітор чи принтер. Після аналогоцифрового перетворення здійснюють додаткову процедуру швидкої медіанної фільтрації. UA 101889 U (54) СПОСІБ РЕЄСТРАЦІЇ ЕЛЕКТРОЕНЦЕФАЛОГРАМИ UA 101889 U UA 101889 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медицини і може використовуватися для зняття електроенцефалограм. Відомий спосіб оцінки нестаціонарності електроенцефалограми (Патент України № 86006, МПК А61В 5/0452, Спосіб оцінки нестаціонарності електроенцефалограми). Спосіб полягає в тому, що здійснюють розбивку на окремі сегменти отриманого від датчиків сигналу ЕЕГ, послідовні порівняння кожного відокремленого сегмента з рештою сегментів та вираховування загальної потужності сигналу, який визначають як суму референтного та чергового сегментів сигналу ЕЕГ, після чого фіксують результати кожного порівняння, який відрізняється тим, що додатково вибирають найбільш типові (стаціонарні) та найменш типові (нестаціонарні) сегменти ЕЕГ та здійснюють операцію порівняння цих сегментів, при цьому таку операцію здійснюють двічі: вперше над безпосередньо отриманим сигналом ЕЕГ, а вдруге - над відфільтрованим сигналом у заздалегідь заданому діапазоні з визначенням типових і атипових сегментів за їх формою та амплітудно-частотною характеристикою з наступним отриманням матриці даних у формі графічної карти-характеристики сегментів ЕЕГ на ній, а співвідношення між сегментами оцінюють за інтенсивністю їх тонового забарвлення на карті-характеристиці. Відомий також спосіб визначення креативності у чоловіків за показниками когерентності електроенцефалограми (Патент України № 74445, МПК А61В 5/0452, Спосіб визначення креативності у чоловіків за показниками когерентності електроенцефалограми). Спосіб полягає в тому, що виконання електроенцефалограми (ЕЕГ), її аналіз за показниками когерентності здійснюють під час інтелектуальної діяльності осіб чоловічої статті, а при додатковому аналізі показників когерентності визначають когерентність електричної активності кори головного мозку для уточнення зв'язків між передньоасоціативними ділянками, між задньоасоціативними ділянками, уточнюють зв'язки, а також визначають відповідні уточненим зв'язкам коефіцієнти і по величині коефіцієнтів та їх співвідношенні оцінюють рівень креативності осіб чоловічої статі. Вказані способи мають той недолік, що не враховують впливу імпульсних завад під час реєстрації електрокардіограми. Найближчим аналогом є спосіб кількісної оцінки функціонального стану головного мозку (Патент України № 44397, МПК А61В 5/00, А61В 5/0476, Спосіб кількісної оцінки функціонального стану головного мозку). Спосіб кількісної оцінки функціонального стану головного мозку, що включає вимір параметрів стану і суміщену з ним оцінку біоелектричної активності мозку по частоті та амплітуді потенціалів, що реєструються, який відрізняється тим, що додатково визначають сумарну біоелектричну активність мозку шляхом її аналогового або цифрового фільтрування, яку поділяють щонайменше на 5 частотних піддіапазонів, в межах кожного з яких визначають щільність спектрів потужності, частотну й амплітудну характеристики. Вказаний спосіб розрахований на реєстрацію електроенцефалограми в цифровому вигляді й оброблювання результатів. При цьому не враховуються особливості реєстрації. Головним недоліком вказаного способу є те, що хоча передбачені процедури аналогової або цифрової фільтрації перед оцифровуванням даних та їх передаванням до комп'ютера з метою спектрального аналізу, але фільтри цього типу дозволяють зменшити вплив завад лише одного класу - флуктуатаційних. Але, на етапах зняття інформації та її передавання, на інформативні сигнали здійснюється також вплив імпульсних завад, які їх спотворюють і суттєво зменшують вірогідність отриманих результатів. В основу корисної моделі поставлено задачу створення способу реєстрації електроенцефалограм, в якому за рахунок введення нових операцій забезпечується зменшення впливу імпульсних завад, завдяки чому підвищується вірогідність отриманої інформації. Поставлена задача вирішується введенням додаткової процедури вилучення імпульсних завад. Останнім часом для вилученняімпульсних завад широко використовуються медіанні фільтри (Эффективность приёма сигналов на фоне комбинированной помехи с дополнительной обработкой в медианном фильтре [Електронний ресурс] / Ю.С. Радченко // Журнал радиоэлектроники. 2001. № 7. Режим доступу до журн.: http://jre.cplire.ru/win/ju101/2/text.html), які вважаються дуже перспективними. Виходячи з таких міркувань, доцільно на першому етапі здійснювати медіанну фільтрацію, яка з великою імовірністю дозволяє вилучати короткі імпульсні завади t  з потоку xt  . ˆ 1 UA 101889 U Медіанний фільтр являє собою ковзне вікно, яке зазвичай охоплює непарну кількість вибірок ˆ ˆ N аналогового сигналу xt  . Вихідною величиною фільтра y j є відрахунок, для якого у вікні існує N  1 5 відрахунків менших або рівних йому за величиною та стільки ж більших або рівних 2 йому за величиною (Особенности использования медианных фильтров в системах управления [Електронний ресурс] / И.В. Семёнов. - С.-Пб.: ГНЦ РФ-ЦНИИ "Электроприбор", 2006. - 7 с. Режим доступу: http.//www.elektropribor.spb.ru):   ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ y j  med x 0 , x1,..., x j ,..., x N  2 , x N1 , 10 15 Порядок фільтра N визначається розміром апертури (вікна), яке використовується для фільтрації. Найпростішим, за визначенням, є одновимірний медіанний фільтр із тривідрахунковим вікном (Одномерный цифровой медианный фильтр с трёхотсчётным окном [Електронний ресурс] / Н. Воробьёв // Chip News. - 1999. - № 8. - Режим доступу до журн.: http://chipinfo.ru/literature/chipnews/199908/29.html). Для цього фільтра сформульовані основні принципи апаратної реалізації, але для фільтрів вищих порядків вона виявляється дуже складною. Програмна реалізація виявляється суттєво простішою, оскільки для цифрових біполярних сигналів значення вихідного сигналу дорівнює арифметичній сумі ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ y j  x j  x j 1  ...  x j  N  2 , x j  N 1 , 20 30 35 (2) При виділенні інформативного сигналу в широкосмуговій системі передавання медіанний фільтр повинен працювати в режимі рекурсивного формування апертури таким чином, що частина значень, які попали до апертури фільтра, є вихідними сигналами для попередніх вузлів. Визначення величин y j для такого режиму здійснюється відповідно до виразу yj  25 (1) N 1  xi , (3) i0 y ,i  0,N  2; дe x i   i ˆ ; x i ,i  N  1 ˆ xi - значення вхідного файлу, що попадають до апертури; y j - значення вихідних сигналів рекурсивного фільтра для попередніх вузлів. Задіяння коефіцієнту запасу медіанного фільтра надає нові властивості алгоритму фільтрації. Це дозволяє виключити ситуації, коли вхідний сигнал фільтра стає кореневим, тобто не змінюється під час проходження крізь нього. Крім цього, алгоритм медіанної фільтрації, побудований для рекурсивного режиму, має суттєво більшу спроможність для згладжування низькоамплітудного шуму. Для медіанного фільтра можна достатньо просто реалізувати алгоритм швидкого оброблювання, який базується на побудові різницевих матриць за допомогою порогової функції , 1 x  0 насичення Fij  f x i  x j , в якій f x    . Для фільтра з апертурою N=5 при перших п'яти 0, x,  0 значеннях матриця F0 буде мати вигляд  f x 0  x 0  f x 0  x1  F0  f x 0  x 2  f x 0  x 3  f x 0  x 4   f x1  x 0  f x1  x1  f x1  x 2  f x1  x 3  f x1  x 4  f x 2  x 0  f x 2  x1  f x 2  x 2  f x 2  x 3  f x 2  x 4  f x 3  x 0  f x 3  x1  f x 3  x 2  f x 3  x 3  f x 3  x 4  або в узагальненому вигляді 40 2 f x 4  x 0  f x 4  x1  f x 4  x 2  , f x 4  x 3  f x 4  x 4  (4) UA 101889 U F00 F10 F20 F30 F40 F01 F0  F02 F03 F04 F11 F12 F13 F14 F21 F22 F23 F24 F31 F32 F33 F34 F41 F42 , F43 F44 (5) Зсув на одну позицію вздовж ряду значень дає матрицю F1 , в якій потрібно розраховувати лише дев'ять значень, розташованих у виділеній області. F41  F51 F12 F22 F32 F42 F13 F23 F34 F43   F52 F53 F14 F24 F35 F44  F54  F15  F25  F35   F45 F55 F11 F1  F21 F31 , (6) 5 Fi   Fij   f x i  x j  , N N j0 j0 (7) Сума різниць значень Fij за стовпчиками показує номер значення по величині і дає можливість сортувати зареєстровані значення x j за величиною: 1 відповідає мінімальному, N максимальному, a N  1 10 15 2 медіанному значенню. Приклад: - електроенцефалограму знімають за стандартною методикою; - дані підсилюють і піддають аналоговій чи цифровій фільтрації; - отримані аналогові сигнали оцифровують і передають до комп'ютера; - оцифровані дані оброблюють за допомогою процедури швидкої медіанної фільтрації: - формують матрицю F0 для перших N зареєстрованих значень згідно з вибраною апертурою фільтра; - розраховують значення Fij для кожного зі стовпчиків матриці F0 ; - вибирають необхідне значення з перших N зареєстрованих; - для матриці Fn визначають значення Fn 1n  j та Fn  jn 1 ; 20 25 30 - до стовпчика Fn  j матриці Fn додають значення Fn  jn  N 1 ; - аналіз функціонального стану головного мозку здійснюють з використанням стандартної методики; - результати зберігають в пам'яті і виводять на монітор чи принтер. Оскільки під час оброблювання зареєстрованих даних здійснюється зменшення впливу імпульсних завад, то вірогідність отриманих результатів є значно більшою від початкової. Ймовірності помилок першого pI (а) та другого pII (б) роду без медіанного фільтра ( p ) та з використанням ( pm ) залежно від співвідношення сигнал/шум наведені відповідно на фіг. 1 та фіг. 2. Даний спосіб доцільно виконувати на базі персонального комп'ютера або однокристального мікроконтролера. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб реєстрації електроенцефалограми, що включає в себе зняття електроенцефалограми за стандартною методикою, підсилюють дані і піддають їх аналоговій чи цифровій фільтрації, здійснюють аналіз функціонального стану головного мозку з використанням стандартної методики; зберігання результатів в пам'яті і виведення на монітор чи принтер, який відрізняється тим, що після аналого-цифрового перетворення здійснюють додаткову 3 UA 101889 U процедуру швидкої медіанної фільтрації, яка полягає у формуванні матриці F0 для перших N зареєстрованих значень згідно з вибраною апертурою фільтра, розрахунку значення Fij для кожного зі стовпчиків матриці F0 , вибору необхідного значення з перших N зареєстрованих, визначенні значень Fn 1n  j та Fn  jn 1 для матриці Fn , додаванні значення Fn  jn  N 1 до 5 стовпчика Fn  j матриці Fn . 4 UA 101889 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5