Диссертация (Парциальные спектры спонтанной активности головного мозга человека), страница 6

Этот референсныймассив измеряет магнитный вектор и компоненты тензора градиента фоновогомагнитного окружения. Эта векторная/тензорная информация обрабатываетсясинхронно в комбинации с сигналами, получаемыми от градиометров первогопорядка (биомагнитные сенсоры), таким образом реализуется синтетическийэквивалент реакции градиентов третьего порядка на внешние источники.38Рисунок 1.14 Схема устройства магнитного энцефалографа, адаптировано из[47].Благодаряправильно«ближнепольные»MEGподобранным параметрам,сигналыхорошоответаппроксимируетсясистемынааппаратнымградиометром первого порядка.

Суммарным эффектом является значительноеснижение окружающего шума, за исключением шума, создаваемого самиммагнитным экранированием, без какого-либо затухания сигналов мозга. Алгоритмградиента третьего порядка выполняется в реальном времени электроникойсистемы, или при последующей обработке данных с помощью программногообеспечения. В отличие от адаптивных программных решений, коэффициенты,используемые алгоритмами, постоянны во времени и полностью независимы оториентации дьюара и характера источников магнитного шума. Кроме того,поскольку биомагнитными сенсорами выступают аппаратные градиометрыпервого порядка, пользователю доступны все три порядка градиента. Взависимости от пожеланий пользователя, система может быть сконфигурирована спомощью программного обеспечения таким образом, чтобы она работала с ответомградиента либо первого, либо второго, либо третьего порядка.

Этот выбор можетбыть изменен без увеличения уровней белого шума системы.Шлемообразный конец дьюара с жидким гелием является частьюоптимизированнойкриогеннойсистемы.Размерышлемабазируютсяна39результатах измерений размеров/формы головы более 20 000 взрослых мужчин,что гарантирует 95 процентную пригодность для взрослого мужского населения (и,таким образом, почти для всех детей и взрослых женщин), включая зазор для EEGэлектродов.

Для обеспечения структурной целостностиголовная секциясконструирована в виде одного элемента. Для защиты от электромагнитных помехв вакуумное пространство дьюара встроен экран. Вакуумная щель (расстояниемежду воспринимающими катушками в жидком гелии и поверхностью комнатнойтемпературы в зоне шлема) равна примерно 1.7 см [48]. Кроме того, вакуумноепространство содержит криосорбционный модуль, поддерживающий надежностьвакуума в течение 12 месяцев. Кортикальная 275 канальная CTF MEGTM системапоказана на рисунке 1.15 [49]. Дьюар имеет уникальную температурнуюконструкцию, при которой минимизирована его длина, но обеспечивается низкаяскорость утечки жидкого гелия (меньше 14 литров в день для 275-канальнойконфигурации).

Номинальный объем равен 85 литрам. С помощью стойки, ккоторой прикреплен дьюар, и системы поддержки пациента, дьюар можетпокрывать непрерывный спектр ориентаций субъекта в диапазоне от положениялежа до положения сидя.ДляреализацииуправляющейэлектроникиVSMMedTechбылииспользованы СКВИДы с потоко-контролируемой петлёй и процессоры цифровогосигнала (ЦСП). Использование аналоговых компоненотов только в качествепредусилителя СКВИДа, и завершение петли обратной связи в цифровой форме,позволяет с большой точностью выровнять передаточные функции разныхканалов. В результате использования цифровой реализации, электронныехарактеристикикаждогоканаласинхронизациювыборочныхидентичныисследованийпоиобеспечиваютвсемканалам.высокуюОбеэтихарактеристики важны для успешного подавления шумов синтетическимиградиометрами высоких порядков и других сложных техник обработки сигнала.Более того, с помощью использования ЦСП, электронные характеристикирегулируются микропрограммным обеспечением, что обеспечивает большуюгибкость и возможность дальнейшего совершенствования конструкции.40Рисунок 1.15 Кортикальная 275-канальная система CTF MEG (VSM MedTech).Фотография с сайта http:// http://www.ctfmeg.com/Спомощью(соответствующей32-битнойархитектурыдинамическомудиапазону,дляоцифровкипревышающемусигнала190dB)поддерживается полное разрешение без необходимости переключать диапазон.Поскольку данные СКВИД сенсоров обрабатываются в цифровой форме,измерения во всех каналах производятся одновременно и все каналы обладаютодинаковымипередаточныминеобходимыедлякорректнойфункциями.настройкиВсерегулируемыекаждогоСКВИДапараметры,ипотоко-контролируемой петли (например, постоянный ток подмагничивания (смещения)СКВИДа, усиление петли в прямом направлении, задержка демодуляции,41коэффициент усиления обратной связи и т.п.) регулируются цифровыми схемами.Каждый из этих параметров может регулироваться с записывающей рабочейстанции и может устанавливаться автоматически путём использования интерфейсапрограммы записи данных.

Таким образом, каждый СКВИД канал имеетоптимальный и стабильный статус работы и не нуждается в перенастройке.Данные,полученныеот128ЭЭГэлектродов,могутсобиратьсяодновременно с проведением МЭГ измерений. Для того, чтобы минимизироватьпертурбации магнитного поля, которые обычно интерферируют с записями МЭГ,электроэнцефалографические электроды сделаны из немагнитных материалов снизкой проводимостью. Помимо ЭЭГ, система также содержит 8 каналов дляэлектроокулографических и/или электромиографических измерений и ещё 27каналов для мониторинга различных входящих и/или выходящих сигналов.Данные регистриуются управляющей электроникой системы и передаются взаписывающий компьютер, работающий под управлением операционной системойLINUX, для их отображения и последующего сохранения в базе данных.Периферийный интерфейсный модуль (PIU) выполняет множество функций,не связанных непосредственно с СКВИДами или ЭЭГ сенсорными системами.

Этифункциивключаютуправлениедрайверамикатушекпространственнойлокализации положения головы, входы для внешнего сигнала, выходы длявнешнего сигнала и запуск от внешних устройств.АЦП задает форму сигнала, которая преобразуется драйвером в токвозбуждения катушки. На резисторе, включенном последовательно катушке,измеряется напряжение и передается обратно в ЦАП для оцифровки и фильтрации.Эти драйверы могут использоваться для управления катушками пространственнойлокализации и/или внешними устройствами, которые могут быть включены вразъемы внешнего выхода на передней панели консоли.Кластер обработки данных в режиме реального времени обеспечиваетвозможность сложной обработки в режиме реального времени. Она включает всебя коррекцию перекрестных помех, устранение шума путём формированияградиентов более высокого порядка, прореживание (включая фильтрацию и42ресэмплинг), задаваемую пользователем фильтрацию и непрерывную локализациюпространственного положения головы (CHL).

Для регистрации положения головыпациента относительно сенсорного массива MEG, три маленькие катушкипомещаются на голову пациента в анатомически заметных местах (обычно вверхненосовой точке и точках, расположенных впереди ушных раковин). Ккатушкам прикладываются синусоидальные сигналы (на трех отдельных частотах),каждая из катушек производит свой собственный магнитный сигнал.

Магнитноеполе от каждой из трёх катушек одновременно регистрируется массивом датчиковМЭГ системы и обрабатывается алгоритмом, который точно определяет положениеи ориентацию каждой катушки в трехмерном пространстве. После установлениячастотной сигнатуры для каждой катушки, строится система координат головы, иданныеМЭГрегистрируютсяотносительноэтойсистемыкоординат.Пространственная точность этого метода превышает 2 мм [50;46]. Похожий подходможет быть применен для CHL, причем возбуждающие частоты находятся вышечастот исследуемого MEG сигнала.1.3.6 Методы и программы обработки данных магнитнойэнцефалографииМногоканальные магнитные энцефалограммы представляют собой сложныепространственно-временные ряды, для анализа которых используется широкийспектр математических методов.

Эти методы нацелены на выделение магнитногополя, которое порождается изучаемым в данном эксперименте источникомэлектрической активности мозга [51]. По выделенным паттернам магнитного полярешается обратная задача магнитной энцефалографии, состоящая в определениипространственной структуры источника поля, а интерпретация результатов требуетиспользования анатомических данных – магнитно-резонансной томограммы (МРТ)[52]. Следует отметить, что в типичном эксперименте по изучению спонтаннойактивности мозга производится измерение до 100 миллионов значений поля,поэтому магнитная энцефалография с самого начала своего развития потребовала43создания мощного программного обеспечения. Это программное обеспечениеразрабатывается в различных лабораториях мира, как правило, с учетом спецификирешаемых задач.Рассмотрим современное состояние дел в этой области [53]. В работе [54]описывается FieldTrip, пакет программ для анализа МЭГ и ЭЭГ.