Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
S. Для инфильтрационной анестезии. Rp: Ung. Anaesthesini 5% - 10,0 D.S. Наружное. Наркотические анальгетики Rp: Sol. Morphini hydrochloridi 1% - 1 ml ...полностью>>
'Документ'
Предназначена для дезинфекции и предстерилизационной (окончательной – перед дезинфекцией высокого уровня) очистки гибких полностью и не полностью погр...полностью>>
'Документ'
высшее (лесное) 1 4  4 Инженер-радиолог Высшее (лесное)....полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

УДК 616.83131-009.24; 616.853

КОМПЛЕКСНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНО - КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММ В ОПРЕДЕЛЕНИИ ЛОКАЛИЗАЦИИ ОЧАГОВ ПАТОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ГОЛОВНОГО МОЗГА.

Е.А. Корсакова, А.В. Мясников, В.Б. Слезин, Э.П. Тихонов.

Санкт – Петербургский электротехнический университет.

Россия, 197376, Санкт – Петербург, ул. профессора Попова д. 5, кафедра биомедицинской электроники и охраны среды.

Тел. 234-01-33

Санкт – Петербургский научно-исследовательский психоневрологический институт имени В.М. Бехтерева.

Россия, 193019, Санкт-Петербург, ул. Бехтерева, 3, лаборатория психофизиологии. Тел. (812) 567-73-32, факс (812) 567-71-28

В настоящее время ведущим в функциональной диагностике является визуальный метод оценки электроэнцефалограмм (ЭЭГ), однако, это не исключает необходимости разработки и применения статистических методов анализа, позволяющих снабдить нейрофизиолога информацией дополняющей визуальную оценку. С этим тесно связана и задача автоматизации обсчета отдельных аспектов ЭЭГ, что ускоряет, облегчает и уточняет постановку врачом диагноза.

Одним из эффективных методов обработки ЭЭГ являются спектральный и корреляционный анализы. Спектральный анализ позволяет судить о наличии в данном процессе тех или иных ритмов ЭЭГ, частота которых соответствует имеющимся в анализаторе фильтрам, и дает информацию об амплитудном значении ритмов каждой частоты. Корреляционный анализ дает возможность оценить исследуемый процесс с точки зрения его периодичности, причем эта сторона процесса не может быть оценена с помощью других используемых в электроэнцефалографии методов. Важным отличием этих двух видов анализа является то, что при спектральном анализе с помощью фильтра выделяются все колебания данного периода, независимо от того, повторяются они периодически или представляют собою лишь отдельные колебания, не переходящие в периодический процесс. При корреляционном же анализе дифференцируются составляющие периодические и непериодические. Таким образом, спектральный и корреляционный анализ гармонично дополняют друг друга.

В настоящей работе была поставлена задача комплексного применения методов, основанных на спектральном и корреляционном анализах ЭЭГ - сигналов с целью получения количественных оценок регистраций ЭЭГ, способствующих классификации наблюдаемых пациентов на класс здоровых и психоневрологических больных и определению локализации очагов патологической активности при эпилепсии и других неврологических заболеваний, таких как энцефалопатия, менингит, алкоголизм, вегетососудистая дистония, последствия черепно-мозговых травм.

Методика

Для разработки и применения методики использовались электроэнцефалограммы 25 человек, в возрасте от 17 до 45 лет. Из них 5 – здоровых, 10 – больных эпилепсией, 10 – с различными неврологическими заболеваниями, среди которых энцефалопатия, менингит, алкоголизм, вегетососудистая дистония, а также больные, с последствиями черепно-мозговых травм.

Регистрация электроэнцефалограмм проводилась на компьютерном электроэнцефалографе «Телепат – 104», в частотном диапазоне 0,3-50 Гц, с 16-ти зон поверхности головы (полная система 10-20 без центральных электродов), с объединенным референтным электродом (с двух мочек ушей), в состоянии спокойного бодрствования испытуемых с закрытыми глазами.

Для синхронного ввода анализируемых данных в компьютер IBM PC и последующей математической обработкой применялся комплекс аппаратурно – программных средств, разработанный в Институте мозга человека РАН (программа WinEEG версия 1.3 2000г.). Статистический анализ полученных данных производился в пакете STATISTICA, версия 5.0. В последующей обработке использовался спектральный, кросскорреляционный и автокорреляционный анализ. Выбирались безартефактные участки регистрации ЭЭГ, длительность которых устанавливалась экспериментально. По результатам спектрального, кросскорреляционного и автокорреляционного анализа проводилась дальнейшая статистическая обработка. Достоверность полученных результатов оценивалась по методу Стьюдента.

Спектральный анализ. В качестве признаков, по которым осуществлялась классификация наблюдаемых пациентов, использовались отношения оценок амплитуд пиков спектров мощности альфа к дельта и альфа к тета диапазонов частот по всем отведениям ЭЭГ - так как для патологии характерно повышение амплитуды медленной активности и ее избыточное количество по отношению к норме [1]. Это объясняется тем, что односторонняя локальная медленноволновая активность появляется вследствие локального коркового поражения, а вспышки генерализованной медленной активности у взрослых бодрствующих людей появляются при патологических изменениях в глубоких структурах головного мозга.

Кросскорреляционный анализ. Находили:

а) коэффициенты кросскорреляции между лобными и затылочными отведениями (F1иO1, F1иO2, F2иO1, F2иO2), как характеристики пространственной системной организации исследуемых процессов.

б) межполушарные коэффициенты кросскорреляции (между отведениями F1иF2, O1иO2, T3иT4), как характеристика степени связи двух процессов.

Автокорреляционный анализ. Определяли автокорреляционные функции (АКФ) по следующим отведениям ЭЭГ: F1,F2,O1,O2,T3,T4. В последующем анализе исследовалась периодичность АКФ по альфа – ритму (да/нет). По нарушению периодичности альфа - ритма по всем вышеупомянутым отведениям можно говорить о патологии в стволе головного мозга, а по нарушению периодичности хотя бы в одном из отведений - о патологии коры головного мозга на данном участке [2].

По всем полученным данным находились средние значения (по пациентам) для нормы, эпилепсии и другим заболеваниям. Полученные результаты исследования электрической активности мозга больных сопоставлялись с данными анализа ЭЭГ здоровых испытуемых. В качестве критерия классификации на больных и здоровых служило отсутствие перекрытия доверительных интервалов, с заданной вероятностью ошибки, оценок нормы и патологии.

Результаты исследования

Оценки отношения амплитуд пиков спектров мощности.

На рисунке представлены средние по пациентам значения отношения пиков спектров мощности ЭЭГ сигналов.


Эпилепсия. Полученные результаты позволяют считать, что наиболее диагностичным признаком при исследовании отношения амплитуд пиков спектров мощности является отношение пиков альфа - и тета-ритмов. Статистически значимые различия признаков при эпилепсии по сравнению с нормой (с вероятностью ошибки p<0.01) получены по лобным, передним центральным, задним центральным областям двух полушарий головного мозга, а также по затылочным, передним височным и средним височным областям левого полушария. Это можно объяснить левосторонней локализацией фокуса эпи - активности у 70% больных констатируемой по предварительной обработке ЭЭГ врачом нейрофизиологом. По отношению пиков спектров мощности альфа - к дельта-ритму статистически значимые различия нормы и эпилепсии (p<0.025) получены по передним центральным областям (F3,F4) и лобной области левого полушария, что также можно объяснить левосторонней локализацией фокуса эпи - активности у 70% больных. Можно выдвинуть положение, что понижение отношения пиков спектров мощности альфа к тета и альфа к дельта указывает на локализацию очага в данной области.

Другие неврологические заболевания. Полученные результаты дают основание полагать, что наиболее диагностичным при исследовании отношения пиков спектров мощности является отношение пиков альфа и дельта ритмов. Статистически значимые различия параметров при вышеупомянутых заболеваниях по сравнению с нормой (p<0.025) получены по левой лобной и передним центральными областями двух полушарий головного мозга.

По отношению пиков спектров мощности альфа к тета-ритму статистически значимые различия (p<0.025) получены по лобной области левого полушария. В данных областях по предварительной обработке ЭЭГ, нейрофизиологом были отмечены локальные нарушения биоэлектрической активности.

Анализ коэффициентов кросскорреляции

Эпилепсия. Выявлено, что при эпилепсии, коэффициенты кросскорреляции (Ккр) между лобными и затылочными отделами головного мозга у большинства больных принимают положительный знак (в норме – все Ккр отрицательны). Это свидетельствует о нарастании синфазности процессов в данных отделах мозга и увеличении степени их связи, что согласно литературным данным отражает изменение состояния сознания человека и снижение функционального состояния коры головного мозга [3]. Наряду с этим среди больных эпилепсией есть пациенты, имеющие отрицательные Ккр лобных и затылочных областей. Таким образом, Ккр этих областей можно предложить в качестве не только диагностического признака для различия состояния нормы и вышеуказанных патологий, но и использовать в качестве критерия, отражающего уровень сознания больного эпилепсией. Снижение этого уровня, то есть рост Ккр, может говорить о сложности течения заболевания – обострении патологии головного мозга, и помрачнении сознания больного.

Отмечалось отчетливое соответствие более высоких коэффициентов кросскорреляции между лобной и затылочной областью правой или левой гемисферы с фокусом эпилептической активности: более высокий Ккр между лбом и затылком был в том полушарии, в котором по предварительной, качественной обработке электроэнцефалограммы нейрофизиологом был обнаружен фокус эпи-активности.

На основании этого можно считать, что Ккр является информативным признаком, в соответствии, с которым по ЭЭГ возможно определение очага эпи – активности больных эпилепсией.

Другие неврологические заболевания. Установлено увеличение Ккр по сравнению с нормой между лобными и затылочными отделами головного мозга. У большинства больных Ккр принимают положительный знак, что говорит о нарастании синфазности процессов в данных отделах мозга, увеличении степени их связи. Это указывает на уменьшение функциональной активности головного мозга. Отмеченные количественные признаки совпадают с понижением внимания, ухудшением умственных способностей у больных, о чем говорят предварительные клинические данные врача.

Анализ оценок автокорреляционных функций

Эпилепсия. Периодичность АКФ на основе средних (по пациентам) оценок наиболее нарушена в лобных областях, менее в затылочных областях (см. табл.). Это возможно связано с очаговыми поражениями диэнцефальных структур, которые вызывают наибольшие изменения ЭЭГ передних отделов полушарий [4,5], поскольку последние являются зоной корковой проекции этих отделов мозга. По предварительной, качественной обработке ЭЭГ врачом, диэнцефальные нарушения были обнаружены у большинства больных эпилепсией.

Другие неврологические заболевания

Периодичность АКФ на основе средних (по пациентам) оценок АКФ наиболее нарушена в средних височных и лобных областях, менее - в затылочных областях (см. табл.).

Было отмечено, что у пациентов с поражением ствола головного мозга на мезэнцефальном уровне периодичность АКФ по альфа-ритму отсутствует по всем отведениям ЭЭГ, а у пациентов с очаговым поражением коры мозга, периодичность АКФ отсутствует только в области поражения. Таким образом, нарушение периодичности АКФ по альфа – ритму позволяет дифференцировать уровень поражения головного мозга кора или ствол, а также уточнить локализацию очага в коре.

Таблица

Периодичность АКФ по альфа – ритму (НОРМА)

Пациента

F1

F2

O1

O2

T3

T4

1

1

1

1

1

1

1

2

1

1

1

1

1

1

3

1

1

1

1

1

1

4

1

1

1

1

1

1

5

1

1

1

1

1

1

P

100%

100%

100%

100%

100%

100%

Периодичность АКФ по альфа – ритму (ЭПИЛЕПСИЯ)

Пациента

F1

F2

O1

O2

T3

T4

6

1

1

1

1

1

1

7

1

1

1

1

1

1

8

1

1

1

1

1

0

9

0

1

1

1

0

0

10

0

0

0

0

0

0

11

0

0

1

1

1

1

12

0

0

1

1

0

0

13

0

0

1

1

1

0

14

0

0

0

0

0

0

15

0

0

1

1

0

0

P

30%

40%

80%

80%

50%

30%

Периодичность АКФ по альфа – ритму (ДРУГИЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ)

Пациента

F1

F2

O1

O2

T3

T4

16

1

1

1

1

1

0

17

0

0

0

0

0

0

18

0

1

1

1

0

0

19

0

0

1

1

0

0

20

1

1

1

1

1

1

21

0

0

1

1

0

0

22

1

1

1

1

0

0

23

0

0

1

1

1

1

24

1

1

1

1

1

0

25

1

1

1

1

1

1

P

50%

60%

90%

90%

50%

30%

1 – есть периодичность АКФ по альфа – ритму.

0 – нет периодичности АКФ по альфа – ритму.

P - процент от числа пациентов с периодичными АКФ по альфа – ритму.

Обсуждение результатов

Сравнительная оценка полученных спектральных характеристик ЭЭГ-сигналов здоровых людей и психоневрологических больных позволила по объективным количественным признакам выявить изменение структурных соотношений отдельных частотных составляющих внутри каждой ЭЭГ и уточнить особенности нарушения картины пространственного распределения частотных компонентов ЭЭГ в коре больших полушарий. Наиболее резко перестройка пространственно – временной организации ЭЭГ выявляется при анализе признака равного отношению пиков спектров мощности ритмов альфа к дельта и альфа к тета диапазонов. Обнаруживаемые при этом изменения структуры пространственной организации электрических процессов выражаются в снижении этих признаков, особенно в передних отделах мозга. При эпилепсии уменьшение отношения альфа к тета является наиболее диагностичным признаком, что может служить объективным критерием этого заболевания. Понижение отношение пиков спектров мощности альфа к тета, альфа к дельта указывает на локализацию патологического очага в данной области. Полученная при этом оценка достоверности различия оценок больных и здоровых пациентов составила 99%.

Анализ коэффициентов кросскорреляции различных областей коры позволил количественно охарактеризовать особенности функциональной связи исследуемых отделов мозга в состоянии норма и патология. Нарушение сознания у больных эпилепсией и другими вышеупомянутыми неврологическими заболеваниями сопровождалось увеличением Ккр между лобными и затылочными областями по сравнению с нормой и смене их знака, что свидетельствует о повышении синхронности работы различных отделов коры при снижении уровня сознания пациента. Таким образом, результаты исследования позволяют утверждать, что Ккр между лобными и затылочными областями является диагностичным, то есть достоверным признаком для данных патологий головного мозга. Рост Ккр указывает на тяжесть поражения головного мозга и степень помрачнения сознания больного. При смене отрицательного знака Ккр на положительный, можно говорить о значительных нарушениях функционального состояния мозга, что подтверждалось при сопоставлении наших результатов с клиническими данными, полученными врачом - нейрофизиологом.

Результаты исследования показали, что при эпилепсии Ккр между лобными и затылочными областями может быть дополнительным критерием локализации очагов эпи – активности.

Межполушарные Ккр можно использовать в качестве критерия постоянства, стабильности ЭЭГ, как характеристику степени неустойчивости функционального состояния головного мозга. Отмечались изменения межполушарных Ккр лобных и затылочных областей (F1/F2; O1/O2), что может указывать на нарушения в передних отделах диэнцефальной области, которые дают наиболее выраженные изменения ЭЭГ в лобных отделах головного мозга, и на патологические процессы в мезэнцефальной области, с чем связаны изменения ЭЭГ в затылочных областях [6]. Так как данные нарушения были характерны для большинства больных рассмотренной выборки, можно полагать, что межполушарные Ккр целесообразно использовать в дифференциальной диагностике указанных областей мозга.

Случайная составляющая, которая вызывает затухание АКФ, связана с активностью ствола на мезэнцефальном уровне [7]. У пациентов с поражением ствола головного мозга на мезэнцефальном уровне (по результатам обработки ЭЭГ врачом - нейрофизиологом) периодичность АКФ исчезала по всем областям. У пациентов с наличием стойких, четких изменений на конвекситальной поверхности с ограниченной локализацией только в области нескольких электродов, что говорит о локализации процесса в структурах коры [6], нарушение периодичности АКФ проявлялось только в данной области. Следовательно, по изменению периодичности АКФ можно дифференцировать уровень поражения головного мозга (кора или ствол) и уточнить локализацию очагов патологической активности.

Выводы

Полученные в результате применения разработанной методики количественные оценки позволяют выдвинуть следующие критерии дополняющие, уточняющие и объективизирующие качественные данные, полученные врачом – нейрофизиологом:

- критерием в локализации очагов патологической активности может служить уменьшение отношений пиков спектров мощности альфа к дельта и альфа к тета в зоне очага.

  • критерием в локализации очагов эпи – активности может служить рост коэффициентов кросскорреляции между лобными и затылочными отделами. Это может быть использовано в уточнении локализации в случае зеркального пароксизмального очага, а также в случае расположения очага в медиобазальных областях и других случаях, когда определение локализации затруднено.

  • Нарушение периодичности АКФ по альфа – ритму позволяет дифференцировать уровень поражения головного мозга (кора или ствол), а также уточнить локализацию очага в коре.

Список использованной литературы

  1. Зенков Л.Р. Клиническая электроэнцефалография. – Таганрог: ТРТУ, 1996. – 358 с.

  2. Ливанов М.Н., Русинов В.С. Математический анализ электрических явлений головного мозга. – М.: Наука, 1965.

  3. Рыбина И.Я. Табулина Л.Д. Межполушарная асимметрия биоэлектрической активности головного мозга при фокальной эпилепсии. – Л.: НИПИ им. Бехтерева, 1987.

  4. Болдырева Г.Н. Межцентральные отношения в коре головного мозга человека в норме и при очаговом поражении диэнцефальных структур (по данным математического анализа ЭЭГ); Автореф. дисс. докт. биол. наук. – М.: Институт ВНД и НФ АН СССР, 1978. – 34 с.

  5. Русинов В.С., Гриндель О.М., Брагина Н.Н. и др. Спектральный анализ ЭЭГ человека при остро развивающихся очагах раздражения на уровне диэнцефальных и стволовых отделов мозга // Журнал высшей нервной деятельности. – 1984. – Т. 34. - № 1. – С. 14-23.

  6. Поворинский А.Г., Заболотных В.А. Пособие по клинической электроэнцефалографии. – Л.: Наука, 1987. – 62 с.

  7. Слезин В.Б. Рыбина И.Я. Электроэнцефалографические исследование больных с бессудорожной формой и начальными проявлениями эпилепсии. – Л.: НИПИ им. Бехтерева, 1986. – 25 с.

Резюме

Разработана и апробирована методика комплексного применения спектрального и корреляционного анализа электроэнцефалографических сигналов с целью получения количественных оценок регистраций электроэнцефалограмм, способствующих классификации наблюдаемых пациентов на класс здоровых и психоневрологических больных и определению локализации очагов патологической активности при эпилепсии и других неврологических заболеваний, таких как энцефалопатия, менингит, алкоголизм, вегетососудистая дистония, последствия черепно-мозговых травм. Получены новые объективные количественные оценки регистраций ЭЭГ, характеризующие нарушения функционального состояния головного мозга. На их основе выдвинуты критерии, дополняющие и уточняющие качественные данные, полученные врачом – нейрофизиологом.

Summary

The new technique of complex using the spectral and correlation analyses of the human EEG was studied. It is intended for estimation recorded EEG for supervised patients classification by normal and abnormal and for determination of the location of the abnormal activity under epilepsy and other illnesses. New objective quantitative estimations of the recorded EEG were obtained. These estimations can characterize a disturbance of the brain functional condition. The marks given by that estimations are made. These marks could be employ as addition to qualitative estimation given by neurophysiologist. It could make the determination of diagnosis more exactly and more rapidly.



Похожие документы:

  1. I. Теоретические основы пограничной психиатрии

    Документ
    ... заболеваний и локализация патологического процесса ... определенная преемственность. Канонический корреляционный анализ ... Электроэнцефалограмма представляет собой запись электрической активности головного мозга, ... комплексное и динамичное применение ...

Другие похожие документы..