Фоностимуляция (1034780), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

5.2 Достоинства и ограничения СА

К достоинствам СА можно отнести:

• Точность оценки центральных частот ритмов, а также их границ и регулярности

• Простота и объективность в определении доминантного и субдоминантных ритмов

• Наглядность в определении топики генерации и межполушарной асимметрии

• Быстрота определения вышеперечисленных характеристик ритмов

На основе любой спектральной характеристики могут быть вычислены обобщенные спектральные показатели для всех интересующих исследователя частотных диапазонов. В качестве таких показателей в ЭЭГ-анализаторах обычно фигурируют следующие (рис. 8):

Аmax — максимальная амплитуда спектра в частотном диапазоне;

Fmax — частота максимальной по амплитуде гармоники;

Аср — средняя амплитуда спектра в частотном диапазоне;

Fcp — средневзвешенная частота, соответствует центру тяжести фигуры, ограниченной кривой спектра в диапазоне, вычисляется по формуле:

где m — число гармоник в частотном диапазоне; F1, Fm — частотные границы диапазона; Аi — амплитуда i-й гармоники;
В исследовательской практике из этих показателей наиболее употребительным является Аср.

Рис. 8. Обобщенные спектральные показатели на примере альфа-диапазона.

Анализ по эпохам и усреднение спектров

Для исследования временной эволюции спектральных показателей продолжительную ЭЭГ-запись разбивают на последовательные эпохи более короткого размера, на каждой из которых выполняется частотный анализ. Часто для получения более гладких зависимостей от времени эпохи выбирают с определенным взаимным перекрытием (до 50%). Для наглядного визуального представления эволюции избранного показателя обычно используют форму столбиковых диаграмм по эпохам (горизонтальная ось времени) с построением серии диаграмм в порядке отведений (рис. 4.46, 4.47). Другим способом представления результатов является серийное топографическое картирование по эпохам (рис. 4.47) или в режиме динамической мультипликации.
Для выявления наиболее стабильных спектральных составляющих на длительных временных интервалах вычисляют усредненные по эпохам частотные характеристики (усреднение производится для каждой спектральной гармоники отдельно).

5.3 Статистическое сравнение спектров

Физиолога часто может интересовать вопрос: насколько близки или отличны спектры двух наблюдаемых им процессов? Это могут быть два разных отведения в одной записи или два одноименных отведения в различных функциональных состояниях. Кроме того, поскольку электрическая активность в частотных диапазонах ЭЭГ существенно различна, то вышеупомянутый вопрос следует решать самостоятельно в рамках каждого диапазона. Однако напрямую статистические методы оценки различий не могут быть применены к спектрам, которые являются не выборками, а экспериментальными зависимостями. Тем не менее в эпоху внедрения математических методов в электрофизиологию техническими энтузиастами было создано и реализовано множество некорректных в указанном смысле методов сравнения спектров, которые до сих пор продолжают существовать и использоваться в некоторых ЭЭГ-анализаторах.
Показатель. Алгоритму ПФ свойственен ряд искажений, в связи с чем получаемый спектр в определенной степени подвержен случайным флюктуациям на соседних частотах, особенно очевидным при высоком частотном разрешении. Поэтому для статистического сравнения следует выбрать показатель, более устойчивый к флюктуациям, чем амплитуда отдельной спектральной гармоники. В качестве такого показателя может подойти средняя амплитуда спектра в частотном диапазоне Аср. Для статистической устойчивости Аср должно вычисляться не менее чем по 4—8 значениям. Отсюда следует, что на типичном частотном диапазоне шириной в 4 Гц было не менее 4—8 спектральных линий, разрешение по частоте должно быть не менее 1—0,5 Гц, поэтому эпоха анализа должна быть не менее 1—2 с.
Выборки. Далее, для применимости критериев различий необходимо наличие в выборках не менее чем 8—10 значений. Поэтому общий временной интервал анализа должен включать не менее 8—10 эпох вышеуказанного размера, т. е. в целом составлять не менее 8—20 с, в течение которых процесс ЭЭГ должен сохранять некоторое подобие стационарности. Только при этих условиях значения Аср на последовательных эпохах можно с определенной степенью условности рассматривать как случайные выборки из некой генеральной совокупности и применять для них статистические методы сравнения.
Критерии. Поскольку выборки малочисленны и нет веских оснований предполагать нормальность их распределения, то для выявления различий предпочтительнее использовать непараметрические критерии. Как известно, непараметрические критерии позволяют оценивать разные аспекты различий, в частности различия в средних значениях (медианах, здесь наиболее употребителен критерий Вилкоксона). По малочисленности выборок и сомнительности их нормального распределения критерием Стьюдента пользоваться не рекомендуется.
Значимость выводов. Итак, физиолога может интересовать как выявление различий спектров (свидетельствующее о различных функциональных состояниях, заболеваниях и т. п.), так и оценка близости спектров. В обоих случаях в качестве первой оценки можно использовать уровень значимости нулевой гипотезы. Как известно, говорить о статистической достоверности различий можно при уровне значимости, меньшем 0,05. Более сложным является вопрос об отсутствии различий, особенно когда необходимо выявить характеристики ЭЭГ, являющиеся эталоном для определенного состояния или заболевания. В этом случае необходимо говорить о противоположном — о достоверном принятии нулевой гипотезы и использовать при этом высокие уровни значимости.
Дополняющей оценкой близости или различия процессов может служить число отведений и частотных диапазонов, в которых выявлены соответствующие факты.

Кросс-спектральный анализ развивает одномерный анализ Фурье и позволяет анализировать одновременно два ряда.

6. Схема БТС ЭЭГ головного мозга

Общая блок-схема анализатора ВП представлена на рис. 9. Биопотенциалы мозга, снимаемые электродами с поверхности головы, поступают в усилитель. Усилитель, со­стоящий из входных, промежуточных и оконечных каскадов, обеспечивает усиление ЭЭГ в сотни тысяч и более раз.

Рис.9 Блок-схема установки для выделения ВП.

После усиления сигнал проходит через аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который преобразует аналоговый сигнал в цифровой, затем поступает в память ком­пьютера, где с ним проводятся операции синхронного усреднения при тех или иных за­даваемых условиях; результат может быть выведен на экран или распечатан на принте­ре с соответствующими числовыми параметрами. Синхронизация для запуска и начала усреднения подается либо от генератора стимулов (внешняя синхронизация), либо от блока стимуляции, управляемого процессором. В последнем случае под управлением процессора (устройства для выделения и обработки ВП) происходит запуск как начала усреднения, так и начала стимуляции — внутренняя синхронизация. В стимуляторах, обеспечивающих проведение зрительной, слуховой, электрической и других видов сти­муляции, предусматриваются изменения и настройка различных видов и параметров стимуляции, в частности, интенсивности, частоты, длительности и прочих характерис­тик подаваемого стимула.

В настоящее время имеется достаточно большое количество как зарубежных, так и отечественных компьютеризированных систем, предоставляющих возможность про­водить полномасштабные исследования по вызванным потенциалам различной мо­дальности и латентности. Для примера, российское предприятие «Медиком МТД» (г. Таганрог) производит компьютеризированные электроэнцефалограф-анализатор «Энцефалан-131-03» и нейромиоанализатор НМА-4-01 «Нейромиан», позволяющие исследовать различные виды ВП.

6.1 Усилители для регистрации ВП

Усилители обеспечивают усиление входного сигнала до нужной величины в задан­ном диапазоне частот и с достаточно низким уровнем шума. Для длиннолатентных ВП параметры усилителей аналогичны электроэнцефалографическим. Для коротколатентных, более высокочастотных и низкоамплитудных ВП требуется гораздо больший ко­эффициент усиления и широкая полоса пропускания частот, например, для стволовых слуховых ВП и некоторых соматосенсорных ВП-до нескольких кГц. Эти усилители по своим параметрам больше похожи на усилители для электромиографии (ЭМГ) и поэто­му чаще миографы и усреднители ВП объединяются в одном приборе.

Основными характеристиками усилителя являются коэффициент усиления, чувст­вительность, полоса пропускаемых частот, величина подавления синфазных помех, уровень шумов.

Коэффициент усиления представляет собой отношение величины сигнала на выходе усилителя к его величине на входе, измеряется в относительных единицах и имеет вели­чину от 100 000 до 1 000 000 раз. Коэффициент усиления является больше технической характеристикой усилителя. Для практических целей более удобной характеристикой является понятие чувствительности.

Чувствительность-это отношение величины сигнала на входе к отклонению пера регистратора или к величине его на мониторе. В электроэнцефалографах эта величина обычно составляет от 7 мкВ/мм до 800 мкВ/мм и более. Чувствительность в данном слу­чае отражает то, что 7 мкВ входного сигнала вызывают отклонение пера или сигнала на экране дисплея на 1 мм (или 800 мкВ на 1 мм). Таким образом, чувствительность озна­чает, какую величину сигнала нужно приложить, чтобы вызвать отклонение на 1 мм или на одно деление (такое представление часто используется в компьютеризированных си­стемах при выводе сигналов на монитор или принтер). Следует обратить внимание на то, что чем больше эта величина, тем меньше усиление. То есть величины чувствитель­ности и усиления находятся в обратных соотношениях.

Чувствительность-это характеристика всего тракта усиления, включая собственно усилитель и регистратор сигнала. В современных усилителях ВП эта величина достигает 1 мкВ/мм и меньше, что связано с малыми величинами сигнала ВП. Чувствительность усилителя ограничена его собственными шумами. Шумами усилителя называют величи­ну сигнала на выходе при закороченном входе (через сопротивление 10 кОм). Эта величина в современных усилителях составляет от 0,5 до 3 мкВ. Существенной особенностью этого показателя является то, в какой полосе частот обеспечивается эта величина.

Полоса частот регулируется как снизу, так и сверху. Снизу полоса частот регулирует­ся изменением постоянной времени усилителя. В стандартных ЭЭГ-усилителях исполь­зуется постоянная времени со значениями 1; 0,3; 0,1 и 0,05 с, что соответствует пропус­канию низкочастотных сигналов 0,16; 0,5; 1,5 и 2 Гц. На калибровочной кривой она ха­рактеризуется быстротой спада прямоугольного сигнала. В усили­телях для регистрации ВП могут использоваться и меньшие постоянные времени, кри­вая калибровочного сигнала для которых носит более дифференцированный вид, что соответствует ограничению полосы частот снизу до 5, 10, 20 и даже 100 Гц.

Сверху полоса частот регулируется достаточно широко при выделении как длиннолатентных, так и коротколатентных сигналов ВП. Обычно ограничение частотной по­лосы составляет для длиннолатентных ВП 100 Гц, для коротколатентных ВП — 1-3 кГц. По форме прямоугольного калибровочного сигнала это определяется величиной сгла­женности вершины.

Для вырезания сетевой помехи частотой 50 Гц применяется специальный фильтр, называемый «фильтр-пробка» или «notch-filtr». Количественной характеристикой фильтра является коэффициент режекции (отношение коэффициента передачи фильт­ра в полосе пропускания к коэффициенту передачи на частоте режекции), выражаемый в дБ. 100-кратное подавление соответствует 40 дБ.

Усилитель сигналов ВП обычно представляет собой дифференциальный усилитель с двумя входами: активным и пассивным. Обычно принято, что при подаче на активный вход положительного сигнала отклонение на выходе будет отрицательным, и наоборот. Соответственно подача сигнала на пассивный вход вызывает обратные соотношения. Эти соглашения при конструировании нейрофизиологических усилителей составляют так называемую конвенцию по полярности.

Современные усилители любую внешнюю помеху, синфазно попадающую на оба входа усилителя, многократно подавляют. Показателем, характеризующим подавление усилителем ВП синфазных помех, является коэффициент подавления синфазных по­мех (КПСП). Например, обычный усилитель для ВП имеет подавление синфазной по­мехи от 10 тысяч до миллиона раз, то есть КПСП составляет 80-120 дБ. Применение та­ких усилителей обеспечивает подавление внешних помех в широком диапазоне частот и дает возможность регистрировать ВП без специальных экранированных камер в усло­виях реанимации и операционной.

6.2 Характеристика АЦП и требования к визуализации

Перевод аналогового сигнала в цифровую форму производится с помощью АЦП, ха­рактеристики которого должны быть такими, чтобы максимально хорошо передать Форму сигнала. На передачу сигнала и его отображение на дисплее влияют следующие факторы:

1. Временная дискретизация по одному каналу. Согласно теореме Кательникова, дис­кретное представление сигнала достоверно и обратимо только в том случае, если исход­ный аналоговый сигнал не содержит в своем спектре компонентов, частота которых вы­ше половины частоты дискретизации (частоты Найквиста). Для длиннолатентных ВП с максимальной частотой до 100 Гц интервал дискретизации равен 1/2F= 1/200=5 мс, т.е. достаточная частота дискретизации — 200 Гц на канал, но это теоретически. Практиче­ски спектр сигнала не может быть ограничен строго 100 Гц. Фильтров с прямоугольной амплитудно-частотной характеристикой в природе не существует. Любой реальный фильтр имеет переходную полосу, в которой фильтр изменяет свои свойства «прозрач­ности». Таким образом, частота Найквиста должна быть расположена там, где фильтр ограничения спектра достаточно непрозрачен, т.е. имеется достаточное подавление. Эта «достаточность» зависит от разрядности АЦП, добротности фильтра и от ожидаемой мощности подавляемых высокочастотных компонентов сигнала. Как правило, отноше­ние частоты дискретизации к верхней частоте спектра сигнала составляет от 2,5 до 5. Для регистрации длиннолатентных ВП в полосе 100 Гц необходимая частота дискрети­зации составляет 250-500 Гц.

Характеристики

Список файлов курсовой работы