EA035597B1 - Method of diagnosing border psychic disorders - Google Patents

Method of diagnosing border psychic disorders Download PDF

Info

Publication number
EA035597B1
EA035597B1 EA201800004A EA201800004A EA035597B1 EA 035597 B1 EA035597 B1 EA 035597B1 EA 201800004 A EA201800004 A EA 201800004A EA 201800004 A EA201800004 A EA 201800004A EA 035597 B1 EA035597 B1 EA 035597B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
eeg
eeg signal
amplitude
signal
value
Prior art date
Application number
EA201800004A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201800004A1 (en
Inventor
Александр Юрьевич Тычков
Алан Казанферович Алимурадов
Петр Павлович Чураков
Анна Николаевна Тычкова
Алексей Викторович Агейкин
Светлана Юрьевна Митрошина
Владимир Борисович Калистратов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет")
Priority to EA201800004A priority Critical patent/EA035597B1/en
Publication of EA201800004A1 publication Critical patent/EA201800004A1/en
Publication of EA035597B1 publication Critical patent/EA035597B1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/24Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
    • A61B5/316Modalities, i.e. specific diagnostic methods
    • A61B5/369Electroencephalography [EEG]

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Psychology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Psychiatry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)

Abstract

A method of diagnosing border psychic disorders relates to medicine, namely, to functional diagnostics. When implementing the method for diagnosing border psychic disorders, an electroencephalogram (EEG) is recorded, spectral power of the EEG signal and its local maxima are calculated, the informative sections of the EEG signal are additionally extracted, the differential amplitude-time characteristic is calculated, the signal is decomposed using Hilbert-Huang transform, and the energy value of energy density surface and local maxima are calculated that allow distinguishing individual amplitude-time components of the EEG signal, and if the amplitude value of the individual amplitude-time components of the EEG signal exceeds the normal value by 3.5 times and is in the range from 30 to 90 mV; the energy value of the energy density surface of the EEG signal exceeds the normal value by 2.5 times and is in the range from 1200 to 1900 V; the number of amplitude-time components of the EEG signal for individual leads is in the range from 10 to 12, then border psychic disorders are diagnosed. Efficient processing of EEG signals leads to an increase in reliable conclusions and, therefore, to an increase in the efficiency of diagnosis and treatment of border psychic disorders.

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к функциональной диагностике.The invention relates to medicine, namely to functional diagnostics.

Эффективность обнаружения маркеров электроэнцефалографических (ЭЭГ) сигналов для диагностики пограничных психических расстройств определяется точностью измерения его амплитудных и временных, частотных и энергетических параметров, достоверностью обнаружения и распознавания его отдельных элементов.The efficiency of detecting markers of electroencephalographic (EEG) signals for the diagnosis of borderline mental disorders is determined by the accuracy of measuring its amplitude and time, frequency and energy parameters, the reliability of detection and recognition of its individual elements.

Классическими способами диагностики пограничных психических расстройств являются психометрические методы, основанные на данных самоотчета пациента о его состоянии личного здоровья. Психометрические методы в настоящее время являются обязательным инструментом для определения изменений состояния пациента на различных этапах терапии психических расстройств.The classic methods for diagnosing borderline mental disorders are psychometric methods based on the patient's self-report data on his personal health. Psychometric methods are currently an indispensable tool for determining changes in the patient's condition at various stages of the treatment of mental disorders.

Для оценки депрессий широко применяется шкала Гамильтона, но она не обладает возможностью регистрации суточных колебаний депрессивных расстройств. Шкала Монтгомери-Асберга, подобно шкале Гамильтона, также не способна учитывать суточные колебания. Известны другие скриннингтесты, применяемые для диагностики психических отклонений о состоянии здоровья человека, как шкала самооценки депрессии и опросник депрессивных состояний. Благодаря данным методам можно идентифицировать признаки, характерные для скрытых депрессий.The Hamilton scale is widely used to assess depression, but it does not have the ability to register daily fluctuations in depressive disorders. The Montgomery-Asberg scale, like the Hamilton scale, is also not able to take into account daily fluctuations. There are other screening tests used to diagnose mental disorders about the state of human health, such as the depression self-assessment scale and the depression questionnaire. Thanks to these methods, it is possible to identify signs characteristic of latent depressions.

Вышеуказанные способы зачастую не могут применяться для объективной диагностике пограничных психических расстройств, но могут быть использованы для оценки эмоционального фона пациента, а также для коррекции дальнейшей терапии.The above methods often cannot be used for an objective diagnosis of borderline mental disorders, but can be used to assess the patient's emotional background, as well as to correct further therapy.

Для неинвазивной диагностики пограничных психических расстройств широко используется биологическая нервно-вегетативная сигнальная система человека. Физическим носителем полезной информации данной биологической системы является электроэнцефалографический (ЭЭГ) сигнал.For the non-invasive diagnosis of borderline mental disorders, the human biological neuro-vegetative signaling system is widely used. The physical carrier of useful information of this biological system is the electroencephalographic (EEG) signal.

ЭЭГ сигнал представляет собой запись изменяющихся во времени биопотенциалов головного мозга. Характер ЭЭГ определяется функциональным состоянием центральной нервной системы. Зависимость ЭЭГ от общего состояния организма при пограничных психических расстройствах широко используют в медико-биологической практике.An EEG signal is a record of the time-varying biopotentials of the brain. The nature of the EEG is determined by the functional state of the central nervous system. The dependence of the EEG on the general state of the body in borderline mental disorders is widely used in biomedical practice.

В настоящее время в области психиатрии ЭЭГ сигнал используется для диагностики и лечения припадков, обмороков, неврологических и психических расстройств, черепно-мозговых травм, инсультов и т.д.Currently, in the field of psychiatry, the EEG signal is used to diagnose and treat seizures, fainting, neurological and mental disorders, traumatic brain injury, strokes, etc.

Изменения на ЭЭГ носят различный характер: начиная от изменения и нарушения амплитудных и частотных характеристик каждого из ритмов, замещение одного ритма другим и заканчивая плоской ЭЭГ картиной. Чаще всего у больных с пограничными психическими расстройствами выявляется генерализация альфа-ритма с его преобладанием в теменно-затылочных областях. Кроме того, возможно усиление альфа-активности при гипервентиляции. У больных с пограничными психическими расстройствами выявляются вспышки медленных волн в передних отделах и пароксизмальная активность.Changes in the EEG are of a different nature: from changes and disturbances in the amplitude and frequency characteristics of each of the rhythms, the replacement of one rhythm by another, and ending with a flat EEG picture. Most often, in patients with borderline mental disorders, generalization of the alpha rhythm with its predominance in the parieto-occipital regions is revealed. In addition, it is possible to increase alpha activity with hyperventilation. In patients with borderline mental disorders, outbreaks of slow waves in the anterior sections and paroxysmal activity are detected.

В зависимости от типа пограничных психических выделяют определенный набор маркеров. При истерическом типе происходит синхронизация альфа-активности в задних отделах головного мозга, усиление медленной активности на фоне гипервентилляции. Для обессивного типа характерны частая смена альфа-ритма периодами десинхронизации, усиление медленной активности на фоне гипервентиляции, отсутствие реакции на открытие глаз и фотостимуляцию. Фобический тип характеризуется выраженным снижением индекса альфа-активности, по сравнению с другими ритмами, за счет усиления выраженности бета- и тета-активности волн. Для неврастенического типа характерно наличие пароксизмальных нарушений на фоне гипервентиляции.Depending on the type of borderline psychic, a certain set of markers is distinguished. In the hysterical type, the alpha activity in the posterior parts of the brain is synchronized, and the slow activity intensifies against the background of hyperventilation. The obsessive type is characterized by frequent changes in the alpha rhythm with periods of desynchronization, increased slow activity against the background of hyperventilation, and lack of response to eye opening and photostimulation. The phobic type is characterized by a pronounced decrease in the alpha activity index, in comparison with other rhythms, due to an increase in the severity of beta and theta activity of waves. The neurasthenic type is characterized by the presence of paroxysmal disorders against the background of hyperventilation.

Рассмотрим подробнее известные способы обработки ЭЭГ сигналов и обнаружения маркеров пограничных психических расстройств.Let us consider in more detail the known methods of processing EEG signals and detecting markers of borderline mental disorders.

Известен способ диагностики аффективных расстройств у пациентов с ИБС по данным энцефалографического исследования (аналог) [1].A known method for the diagnosis of affective disorders in patients with coronary artery disease according to encephalographic studies (analogue) [1].

Анализ известного способа-аналога [1] показал, что его работа заключается в регистрации ЭЭГ сигнала, визуальном анализе сигнала врачом, выделении информативных отведений, характерных определенным долям головного мозга, вычислении спектральной мощности сигнала, вычислении локальных максимумов, постановки диагностического заключения.Analysis of the known analogue method [1] showed that its work consists in recording an EEG signal, visual analysis of the signal by a doctor, identifying informative leads characteristic of certain parts of the brain, calculating the spectral power of the signal, calculating local maxima, and making a diagnostic conclusion.

Структурная схема известного способа приведена на фиг. 1.The block diagram of the known method is shown in Fig. 1.

Недостатком данного способа диагностики аффективных расстройств у пациентов с ИБС по данным энцефалографического исследования является низкая эффективность постановки верного диагностического заключения только по визуальному и классическому спектральному анализу.The disadvantage of this method for the diagnosis of affective disorders in patients with coronary artery disease according to encephalographic research is the low efficiency of setting the correct diagnostic conclusion only by visual and classical spectral analysis.

Действительно, в известном способе-аналоге [1] применяется подход обнаружения максимальной мощности сигнала в определенной доле головного мозга, которая не позволяет учесть все локальные особенности и изменения ЭЭГ сигнала в заданном частотном диапазоне. Кроме того, визуальный анализ сигнала обычно является субъективным, требует высокой квалификации и опыта врача. На общее состояние врача могут оказывать влияние утомление, внешние факторы и субъективные ошибки. Другим недостатком известного способа-аналога является вероятность принятия маркера максимальной мощности сигнала за высокий уровень физических и физиологических помех только по результатам классического спектрального анализа ЭЭГ сигнала в амплитудно-временной области.Indeed, the known analogue method [1] uses the approach of detecting the maximum signal power in a certain lobe of the brain, which does not allow taking into account all the local features and changes in the EEG signal in a given frequency range. In addition, visual signal analysis is usually subjective and requires high qualifications and experience of the doctor. The general condition of the doctor can be influenced by fatigue, external factors and subjective errors. Another disadvantage of the known analogue method is the probability of accepting the maximum signal power marker for a high level of physical and physiological interference only according to the results of the classical spectral analysis of the EEG signal in the amplitude-time domain.

- 1 035597- 1 035597

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ ранней электроэнцефалографической диагностики болезни Паркинсона (прототип) [2] позволяющий осуществлять регистрацию ЭЭГ сигнал, разложение сигнала с использованием вейвлет-преобразования, выделение информативного частотного диапазона сигнала, характерного изменениям работы головного мозга в период заболевания, вычисление локальных максимумов, постановка диагностического заключения.The closest to the proposed invention is a method for early electroencephalographic diagnosis of Parkinson's disease (prototype) [2], which allows the registration of an EEG signal, signal decomposition using wavelet transform, the allocation of an informative frequency range of the signal, characteristic of changes in the brain during the period of the disease, the calculation of local maxima , statement of a diagnostic conclusion.

Структурная схема известного способа приведена на фиг. 2.The block diagram of the known method is shown in Fig. 2.

К недостатку известного способа [2] относится низкая эффективность постановки верного диагностического заключения, обусловленная невозможностью адаптации базового вейвлета к локальным особенностям ЭЭГ сигнала.The disadvantage of the known method [2] is the low efficiency of setting the correct diagnostic conclusion, due to the impossibility of adapting the basic wavelet to the local features of the EEG signal.

Действительно, в известном способе ранней электроэнцефапографической диагностики болезни Паркинсона применяется фиксированный базовый вейвлет Морле для разложения ЭЭГ сигнала, и поэтому невозможно учесть все локальные особенности (максимумы и минимумы) конкретного исследуемого ЭЭГ сигнала и сопровождающих его помех.Indeed, in the known method for early electroencephalographic diagnosis of Parkinson's disease, a fixed base Morlet wavelet is used to decompose the EEG signal, and therefore it is impossible to take into account all local features (maxima and minima) of a particular investigated EEG signal and its accompanying interferences.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение точности постановки диагностического заключения о наличии пограничного психического расстройства путем обнаружения новых маркеров регистрируемых ЭЭГ сигналов.The proposed invention is aimed at improving the accuracy of making a diagnostic conclusion about the presence of borderline mental disorder by detecting new markers of recorded EEG signals.

Это достигается тем, что в способе обнаружения новых маркеров пограничных психических расстройств на электроэнцефалографических сигналах, заключающемся в регистрации ЭЭГ сигнала, выделении информативных участков сигнала, вычислении спектральной мощности сигнала, вычислении разностной амплитудно-временной характеристики, разложении сигнала с использованием преобразования Гильберта-Хуанга, вычислении значения энергии поверхности энергетической плотности, вычислении локальных максимумов, постановки диагностического заключения.This is achieved by the fact that in the method of detecting new markers of borderline mental disorders on electroencephalographic signals, which consists in recording the EEG signal, isolating informative signal sections, calculating the spectral power of the signal, calculating the difference amplitude-time characteristic, decomposing the signal using the Hilbert-Huang transform, calculating the values of the energy of the surface of the energy density, the calculation of local maxima, the statement of the diagnostic conclusion.

Структурная схема предлагаемого способа приведена на фиг. 3.The block diagram of the proposed method is shown in Fig. 3.

Главной отличительной особенностью предлагаемого способа обнаружения новых маркеров пограничных психических расстройств на электроэнцефалографических сигналах от известного прототипа [2] является применение адаптивного метода преобразования Гильберта-Ханга для разложения исследуемого ЭЭГ сигнала на частотные составляющие.The main distinguishing feature of the proposed method for detecting new markers of borderline mental disorders on electroencephalographic signals from the known prototype [2] is the use of the adaptive method of Hilbert-Hang transformation for the decomposition of the studied EEG signal into frequency components.

Рассмотрим особенности реализации предлагаемого способа обнаружения новых маркеров пограничных психических расстройств на электроэнцефалографических сигналах. Первый этап (Регистрация ЭЭГ сигнала) аналогичен этапу известного способа [2], заключающийся в цифровой регистрации исследуемых сигналов. В рамках данного этапа на базе ГБУЗ ОПБ им. К.Р. Евграфова (г. Пенза) для разработки и исследования предлагаемого способа сформирована верифицированная база ЭЭГ сигналов испытуемых условно здоровых и с симптоматикой пограничных психических расстройств.Let us consider the implementation features of the proposed method for detecting new markers of borderline mental disorders on electroencephalographic signals. The first stage (registration of the EEG signal) is similar to the stage of the known method [2], which consists in digital registration of the signals under study. As part of this stage on the basis of GBUZ OPB im. K.R. Evgrafova (Penza) for the development and research of the proposed method formed a verified base of EEG signals of the subjects of conditionally healthy and with symptoms of borderline mental disorders.

В базу данных ЭЭГ сигналов вошли 100 человек экспериментальной и 100 человек контрольной группы испытуемых. Средний возраст испытуемых составил 39 лет, 42 испытуемых из которых являются мужского пола и 58 женского.The database of EEG signals included 100 people in the experimental group and 100 people in the control group. The average age of the subjects was 39 years old, 42 of whom are males and 58 females.

По клиническим признакам состав каждой группы испытуемых с пограничными психическими расстройствами представлен преимущественно четырьмя диагностическими категориями:According to clinical signs, the composition of each group of subjects with borderline mental disorders is represented mainly by four diagnostic categories:

F48.0 - неврастения - 10 испытуемых;F48.0 - neurasthenia - 10 subjects;

F45.3 - соматоформная дисфункция вегетативной нервной системы - 20 испытуемых;F45.3 - somatoform dysfunction of the autonomic nervous system - 20 subjects;

F43.2 - расстройство приспособительных реакций - 40 испытуемых;F43.2 - disorder of adaptive reactions - 40 subjects;

F41.2 - смешанное тревожное и депрессивное расстройство - 30 испытуемых.F41.2 - mixed anxiety and depressive disorder - 30 subjects.

Для регистрации ЭЭГ сигналов в работе используется 8-канальный электроэнцефалограф Нейроспетр-1.An 8-channel electroencephalograph Neurospetr-1 is used to record EEG signals.

Для проведения исследований сформирована выборка из 100 испытуемых условно здоровых и 100 испытуемых с пограничными психическим расстройствами. Общее количество зарегистрированных сигналов испытуемых составило 1600 ЭЭГ сигналов (200 испытуемых по 8 сигналов отведений).To conduct the research, a sample was formed of 100 relatively healthy subjects and 100 subjects with borderline mental disorders. The total number of recorded signals of the subjects was 1600 EEG signals (200 subjects with 8 lead signals).

Следующий этап Выделение информативных участков сигнала заключается в выделении отдельных областей сигнала во всех (восьми) отведениях в амплитудно-временной области, характерных периодам времени регистрации сигнала до/после воздействия на пациента внешним раздражителем. Выделение информативных участков сигнала осуществляется согласно следующим формулам:The next stage in the selection of informative signal sections consists in the selection of individual signal regions in all (eight) leads in the amplitude-time domain, characteristic of the time periods of signal registration before / after the patient is exposed to an external stimulus. The selection of informative signal sections is carried out according to the following formulas:

6,)» О где tm - отсчет времени ЭЭГ сигнала в момент возникновения психического расстройства; tn - отсчет времени сигнала в момент завершения записи ЭЭГ сигнала в период психического расстройства, но не более 30 с.6,) »About where t m is the EEG signal time count at the moment of the onset of a mental disorder; t n - time count of the signal at the end of the EEG signal recording during the period of mental disorder, but not more than 30 s.

T2=(tk- tm\ (2) где tk - отсчет времени сигнала равный длительности (tm-tn).T2 = (t k - t m \ (2) where t k is the signal time count equal to the duration (t m -tn).

Данный этап позволяет выделить диапазон исследуемого ЭЭГ сигнала в период воздействия внешними раздражителями, таким образом, сформировать выборку данных для эффективного обнаружения новых маркеров исследуемых ЭЭГ сигналов в период пограничных психических расстройств. Результатом данного этапа является формирование 3200 ЭЭГ сигналов.This stage makes it possible to identify the range of the studied EEG signal during the period of exposure to external stimuli, thus, to form a data sample for the effective detection of new markers of the studied EEG signals during the period of borderline mental disorders. The result of this stage is the formation of 3200 EEG signals.

- 2 035597- 2 035597

Третий этап Вычисление спектральной мощности сигнала аналогичен этапу известного способааналога [1] и заключается в получении спектральной характеристики выделенных участков сигналов посредством классического преобразования Фурье.The third stage Calculation of the spectral power of the signal is similar to the stage of the known analogue method [1] and consists in obtaining the spectral characteristics of the selected signal sections by means of the classical Fourier transform.

Однако, в работках известного способа-аналога [1] данный этап является промежуточным для вычисления локальных максимумов ЭЭГ сигнала во всех отведения.However, in the works of the known analogue method [1], this stage is intermediate for calculating the local maxima of the EEG signal in all leads.

На фиг. 4 представлены соответствующие результаты построения спектральной мощности ЭЭГ сигнала. В предлагаемом способе данный этап позволяет сделать вывод, что амплитуда на участках ЭЭГ сигнала в 1 -ом и 2-ом отведении у испытуемых с пограничными психическими расстройствами в частотном диапазоне (0-10) Гц в 1,5-2 раза выше в сравнении того же показателя у условного здоровых испы туемых.FIG. 4 shows the corresponding results of constructing the spectral power of the EEG signal. In the proposed method, this stage allows us to conclude that the amplitude of the EEG signal in the 1st and 2nd leads in subjects with borderline mental disorders in the frequency range (0-10) Hz is 1.5-2 times higher in comparison with that the same indicator in conditionally healthy subjects.

Следующий, четвертый этап предлагаемого способа обнаружения новых маркеров пограничных психических расстройств на электроэнцефалографических сигналах Вычисление разностной амплитудно-временной характеристики парных отведений ЭЭГ заключается в том, что для каждой пары отведений (симметричные отведения коры головного мозга) выделенных участков T1 и T2 вычисляют их разность и сравнивают полученное значение амплитуды с пороговым значением.The next, fourth stage of the proposed method for detecting new markers of borderline mental disorders on electroencephalographic signals Calculation of the difference amplitude-temporal characteristics of paired EEG leads is that for each pair of leads (symmetric leads of the cerebral cortex) of the selected areas T1 and T2, their difference is calculated and compared the received amplitude value with a threshold value.

На фиг. 5 приведены участки парных отведений ЭЭГ сигнала. Выявлено, что амплитуда разности отведений в период пограничных психических расстройств в 1,5-2 раза выше в сравнением того же пока зателя у условного здоровых испытуемых.FIG. 5 shows the sections of paired derivations of the EEG signal. It was revealed that the amplitude of the difference in leads in the period of borderline mental disorders is 1.5-2 times higher in comparison with the same indicator in conditionally healthy subjects.

Следующий этап Разложение сигнала с использованием преобразования Гильберта-Хуанга включает в себя последовательное выполнение действий [3]:The next stage Signal decomposition using the Hilbert-Huang transform includes the sequential execution of actions [3]:

1. Определение локальных экстремумов (максимумов и минимумов) частотных составляющих ЭЭГ сигналов /j(ti):1. Determination of local extrema (maxima and minima) of frequency components of EEG signals / j (ti):

значение i-го отсчета /j(ti) является локальным максимумом, если выполняется условие /j(ti.1)< /j(ti)>/j(ti+1);the value of the i-th sample / j (ti) is a local maximum if the condition / j (t i . 1 ) </ j (ti)> / j (ti +1 ) is fulfilled;

значение i-го отсчета /j(ti) является локальным минимумом, если выполняется условие /j(ti.1)> /j(ti)</j(ti+!).the value of the i-th sample / j (ti) is a local minimum if the condition / j (t i . 1 )> / j (ti) </ j (ti +!) is satisfied.

2. Определение верхней ej(ti) и нижней gj(ti) огибающих частотных составляющих ЭЭГ сигнала с помощью кубической сплайн-интерполяции [4] по найденным локальным экстремумам /j(ti):2. Determination of the upper ej (ti) and lower gj (ti) envelopes of the frequency components of the EEG signal using cubic spline interpolation [4] according to the found local extrema / j (ti):

еЛ) = аЛ3+Ь„1(2+cBt,+dB (3), gj th) = α,- ζ3 + b{ t,2 + C; tt + d( (4), где ав, Ьв, св, du - коэффициенты для каждого значения i-го отсчета верхней огибающей частотных составляющих ЭКС; ан, Ьн, сн, dн - коэффициенты для каждого значения i-го отсчета верхних огибающих частотных составляющих ЭЭГ сигнала. e A) = a A 3 + b „1 ( 2 + cBt, + d B (3), gj th) = α, - ζ 3 + b {t, 2 + C; tt + d ( (4), where a in , b in , c in , du are the coefficients for each value of the i-th sample of the upper envelope of the frequency components of the ECS; a n , b n , s n , d n are the coefficients for each value of the i-th sample of the upper envelopes of the frequency components of the EEG signal.

3. Вычисление среднего значения огибающих частотных составляющих ЭЭГ сигнала в соответст- вии с выражением:3. Calculation of the average value of the envelopes of the frequency components of the EEG signal in accordance with the expression:

где hj(ti) - среднее значение огибающих частотных составляющих ЭЭГ сигнала;where hj (ti) is the average value of the envelopes of the frequency components of the EEG signal;

ej(ti) и gj(ti) верхняя и нижняя огибающая исходных частотных составляющих ЭЭГ сигналов соответственно.e j (t i ) and g j (t i ) are the upper and lower envelopes of the initial frequency components of the EEG signals, respectively.

4. Вычисление остатка частотных составляющих ЭЭГ сигнала по формуле:4. Calculation of the remainder of the frequency components of the EEG signal by the formula:

γ(Ο = /70,)-Λ«·) (6), где Sj(ti) - остаток частотных составляющих ЭЭГ сигналов.γ (Ο = / 7 0,) - Λ «·) (6), where Sj (ti) is the remainder of the frequency components of the EEG signals.

5. Вычисление значения критерия останова. В качестве критерия останова декомпозиции используется значение нормализованной квадратичной разности, определяемое как:5. Calculation of the stop criterion value. As a criterion for stopping the decomposition, the value of the normalized quadratic difference is used, defined as:

6. Проверка условия останова. На этом этапе осуществляется сравнение значения остатка частотных составляющих ЭЭГ сигнала со значением нормализованной квадратичной разности. Если:6. Checking the stop condition. At this stage, the value of the remainder of the frequency components of the EEG signal is compared with the value of the normalized quadratic difference. If a:

SD>Sj(ti), то переходят к выполнению действия 1;SD> Sj (ti), then go to action 1;

SD<sj(ti) и hj(ti)>sj(ti), то переходят к выполнению следующего действия.SD <s j (t i ) and h j (t i )> s j (t i ), then proceed to the next action.

7. Вывод мод частотных составляющих ЭЭГ сигнала. На этом этапе осуществляется вывод мод mk(ti) и остатка Sj(ti) частотных составляющих ЭЭГ сигналов.7. Conclusion of modes of frequency components of the EEG signal. At this stage, the modes mk (ti) and the remainder Sj (ti) of the frequency components of the EEG signals are output.

Таким образом, результатом данного этапа является получение частотных составляющих участков T1 и T2 ЭЭГ сигнала, адаптивных к особенностям исследуемого сигнала.Thus, the result of this stage is to obtain the frequency components of the T1 and T2 sections of the EEG signal, which are adaptive to the characteristics of the signal under study.

Анализ результатов преобразования Гильберта-Хуанга исследуемых ЭЭГ сигналов выявили зависимость фиксированного количества частотных составляющих условно здоровых и испытуемых с погра- 3 035597 ничными психическими расстройствами. Количество мод для первого и второго отведений на участке T1 находится в диапазоне от 10 до 12, на участке T2 - от 9 до 10 мод (фиг. 6).The analysis of the results of the Hilbert-Huang transformation of the studied EEG signals revealed the dependence of a fixed number of frequency components of conventionally healthy subjects and subjects with borderline mental disorders. The number of modes for the first and second leads in the T1 section is in the range from 10 to 12, in the T2 section - from 9 to 10 modes (Fig. 6).

Следующий этап Вычисление значения энергии поверхности энергетической плотности.Next step Calculation of the energy density value of the surface.

Преобразование Гильберта-Хуанга кроме декомпозиции на моды включает спектральный анализ Гильберта. При построении спектра Гилберта, для каждой частотно составляющей рассчитывается мгновенная частота, затем она наносится на 3D спектрограмму. В работе [5] 3D спектрограмма, построенная с использованием преобразования Гильберта-Хуанга называется поверхностью энергетической плотности (ПЭП).The Hilbert-Huang transform, in addition to the decomposition into modes, includes Hilbert's spectral analysis. When constructing a Gilbert spectrum, an instantaneous frequency is calculated for each frequency component, then it is plotted on a 3D spectrogram. In [5], a 3D spectrogram constructed using the Hilbert-Huang transform is called the energy density surface (EP).

Сопряженный по Гильберту сигнал Mk(ti) представляется неопределенным интегралом:The Hilbert conjugate signal M k (ti) is represented by an indefinite integral:

где mk(ti) - моды ЭЭГ сигнала; где ti - дискретные отсчеты времени; k - номер моды; τ - временной сдвиг, пропорциональный фазе сигнала.where mk (ti) - modes of the EEG signal; where ti - discrete time readings; k is the mode number; τ - time shift proportional to the phase of the signal.

Затем для каждой моды ЭЭГ сигнала определяется аналитический (комплексный) сигнал:Then, for each mode of the EEG signal, an analytical (complex) signal is determined:

где j=C1 - мнимая единица.where j = C1 is the imaginary unit.

После выполнения преобразования Гильберта каждая моды ЭЭГ сигнала представляется в виде поверхности в системе координат амплитуда-частота-время и выражается следующим образом:After performing the Hilbert transform, each mode of the EEG signal is represented as a surface in the amplitude-frequency-time coordinate system and is expressed as follows:

пP

4=14 = 1

Чтобы представить энергетическую плотность частотных составляющих ЭЭГ сигнала и построить поверхность в системе координат энергия-частота-время, мгновенной амплитуде придают квадратичную форму:To represent the energy density of the frequency components of the EEG signal and build a surface in the energy-frequency-time coordinate system, the instantaneous amplitude is given a quadratic form:

(Ю), (Π), п )=J;V ω·β,,4)'* 4=1(10), (Π), n) = J; V ω · β ,, 4) '* 4 = 1

Результатом выполнения действий (8-11) является поверхность энергетической плотности (ПЭП) в системе координат энергия-частота-время построенная по модам ЭЭГ сигнала.The result of performing actions (8-11) is the surface of the energy density (PEP) in the energy-frequency-time coordinate system built according to the modes of the EEG signal.

Следующий этап Вычисление локальных максимумов выполняется для частотных составляющих и поверхности энергетической плотности ЭЭГ сигнала.The next stage The calculation of local maxima is performed for the frequency components and the surface of the energy density of the EEG signal.

Суть этапа заключается в вычислении порогового значения амплитуды мод ЭЭГ на период возникновения пограничного психического здоровья.The essence of the stage is to calculate the threshold value of the amplitude of the EEG modes for the period of onset of borderline mental health.

Результаты исследований показали, что на второй и третьей моде ЭЭГ сигнала в момент возникновения пограничных психических расстройств происходит изменение амплитуды сигнала, которая в 2-3 раза выше в сравнении с амплитудой сигнала условно здорового испытуемого (фиг. 7).The results of the studies showed that in the second and third modes of the EEG signal at the time of the onset of borderline mental disorders, the signal amplitude changes, which is 2-3 times higher than the signal amplitude of a conditionally healthy subject (Fig. 7).

На фиг. 8 приведена ПЭП ЭЭГ сигнала в период пограничного психического расстройства. Энергия ПЭП ЭЭГ в 1,5-2 раза выше того же значения в сравнении с ПЭП условного здорового участка ЭЭГ сигнала.FIG. 8 shows the PEP of the EEG signal during the period of borderline mental disorder. The energy of the PEP EEG is 1.5-2 times higher than the same value in comparison with the PEP of the conditional healthy section of the EEG signal.

Заключительным этапом предлагаемого способа обнаружения новых маркеров пограничных психидиагностического психических рас ческих расстройств на электроэнцефалографических сигналах является Постановка заключения, который заключается в принятии решения о наличии пограничных стройств у испытуемых по данным маркеров ЭЭГ сигналов.The final stage of the proposed method for detecting new markers of borderline psychidiagnostic mental comb disorders on electroencephalographic signals is to formulate a conclusion, which consists in making a decision on the presence of borderline structures in subjects according to the data of EEG signal markers.

Для оценки эффективности определения пограничных психических расстройств с использованием новых маркеров ЭЭГ сигналов и принятия их в качестве решающих правил, используется значение ошибки первого и второго рода. Из результатов исследований следует, что ошибка 1-ого рода составляет 2%, а ошибка 2-ого рода 5%.To assess the effectiveness of determining borderline mental disorders using new markers of EEG signals and accepting them as decisive rules, the value of errors of the first and second kind is used. From the research results it follows that the error of the 1st kind is 2%, and the error of the 2nd kind is 5%.

Приведенное описание способа обнаружения новых маркеров пограничных психических расстройств на электроэнцефалографических сигналах, показывает, что предлагаемый способ позволяет устранить недостатки известного способа способ ранней электроэнцефалографической диагностики болезни Паркинсона [2], а именно осуществлять адаптивное разложение исследуемого ЭЭГ сигнала на частотные составляющие, обнаруживать новые маркеры ЭЭГ сигналов на модах и поверхностях энергетической плотности, и следовательно с высокой точность принимать решение о наличии пограничных психических расстройств у человека.The above description of the method for detecting new markers of borderline mental disorders on electroencephalographic signals shows that the proposed method eliminates the shortcomings of the known method for the early electroencephalographic diagnosis of Parkinson's disease [2], namely, to carry out adaptive decomposition of the studied EEG signal into frequency components, to detect new markers of EEG signals on modes and surfaces of energy density, and therefore with high accuracy to make a decision about the presence of borderline mental disorders in a person.

Эффективная обработка ЭЭГ сигналов ведет к увеличению достоверных заключений и, следовательно, к повышению эффективности диагностики и лечения пограничных психических расстройств.Effective processing of EEG signals leads to an increase in reliable conclusions and, consequently, to an increase in the efficiency of diagnosis and treatment of borderline mental disorders.

Источники информации:Sources of information:

1. Патент РФ Способ диагностики аффективных расстройств у пациентов с ибс по данным энцефалографического исследования. Минаков Э.В., Кудашова Е.А., Воронина Е.А., №2419383 от 27.05.2011, бюл.№ 15.1. RF patent Method for the diagnosis of affective disorders in patients with coronary artery disease according to encephalographic studies. Minakov E.V., Kudashova E.A., Voronina E.A., No. 2419383 dated 05/27/2011, bulletin No. 15.

- 4 035597- 4 035597

2. Патент РФ Способ ранней электроэнцефалографической диагностики болезни паркинсона.2. RF patent Method for early electroencephalographic diagnosis of Parkinson's disease.

Обухов Ю.В., Королев М.С., Габова А.В., Кузнецова Г.Д., Угрюмов М.В., №2484766 от 20.06.2013, бюл.Obukhov Yu.V., Korolev M.S., Gabova A.V., Kuznetsova G.D., Ugryumov M.V., No. 2484766 dated 20.06.2013, bul.

№ 17.No. 17.

3. Huang N.E., Shen Z., Long S.R. The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis. Proc. R. Soc. Lond. A., Vol. 454, 1998, pp. 903-995.3. Huang N.E., Shen Z., Long S.R. The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis. Proc. R. Soc. Lond. A., Vol. 454, 1998, pp. 903-995.

4. Huang N.E., Shen S.S. The Hilbert-Huang transform and its applications - World Scientific Publication, 2005, pp. 323.4. Huang N.E., Shen S.S. The Hilbert-Huang transform and its applications - World Scientific Publication, 2005, pp. 323.

5. Tychkov A.Yu., O.N. Bodin, P.P. Churakov Automated system for heart contour delineation in photofluorographic images. Biomedical Engineering. - Springer New York. - USA, 2011. Vol. 29. P. 144-151.5. Tychkov A.Yu., O.N. Bodin, P.P. Churakov Automated system for heart contour delineation in photofluorographic images. Biomedical Engineering. - Springer New York. - USA, 2011. Vol. 29. P. 144-151.

Claims (1)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM Способ диагностики пограничных психических расстройств, включающий регистрацию электроэнцефалографии (ЭЭГ), вычисление спектральной мощности ЭЭГ сигнала, его локальных максимумов, отличающийся тем что, дополнительно осуществляют выделение информативных участков ЭЭГ сигнала, вычисление разностной амплитудно-временной характеристики, разложение сигнала с использованием преобразования Гильберта-Хуанга, вычисление значения энергии поверхности энергетической плотности и вычисление локальных максимумов, позволяющие выделить отдельные амплитудно-временные составляющие ЭЭГ сигнала, и если значение амплитуды отдельных амплитудно-временных составляющих ЭЭГ сигнала превышает нормальное значение в 3,5 раза и находится в интервале от 30 до 90 мВ; значение энергии поверхности энергетической плотности ЭЭГ сигнала превышает нормальное значение в 2,5 раза и находится в интервале от 1200 до 1900 мкВ2; число амплитудно-временных составляющих ЭЭГ сигнала для отдельных отведений находится в интервале от 10 до 12, то диагностируют пограничные психические расстройства.A method for the diagnosis of borderline mental disorders, including the registration of electroencephalography (EEG), the calculation of the spectral power of the EEG signal, its local maxima, characterized in that, additionally, the selection of informative sections of the EEG signal, the calculation of the difference amplitude-time characteristics, the decomposition of the signal using the Gilbert-Huang transformation , calculation of the value of the energy of the surface of the energy density and the calculation of local maxima, which make it possible to isolate individual amplitude-time components of the EEG signal, and if the value of the amplitude of the individual amplitude-time components of the EEG signal exceeds the normal value by 3.5 times and is in the range from 30 to 90 mV ; the value of the surface energy of the energy density of the EEG signal exceeds the normal value by 2.5 times and is in the range from 1200 to 1900 μV 2 ; the number of amplitude-time components of the EEG signal for individual leads is in the range from 10 to 12, then borderline mental disorders are diagnosed.
EA201800004A 2018-01-09 2018-01-09 Method of diagnosing border psychic disorders EA035597B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201800004A EA035597B1 (en) 2018-01-09 2018-01-09 Method of diagnosing border psychic disorders

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EA201800004A EA035597B1 (en) 2018-01-09 2018-01-09 Method of diagnosing border psychic disorders

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201800004A1 EA201800004A1 (en) 2019-07-31
EA035597B1 true EA035597B1 (en) 2020-07-14

Family

ID=67399609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201800004A EA035597B1 (en) 2018-01-09 2018-01-09 Method of diagnosing border psychic disorders

Country Status (1)

Country Link
EA (1) EA035597B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014090414A1 (en) * 2012-12-12 2014-06-19 Moog Bv Rehabilitation apparatus with a shadow leg
RU2532307C1 (en) * 2013-07-03 2014-11-10 федеральное государственное бюджетное учреждение "Московский научно-исследовательский институт психиатрии" Министерства здравоохранения Российской Федерации Early differential diagnostic technique for bipolar affective and recurrent depressive disorders
RU2587961C1 (en) * 2015-02-24 2016-06-27 государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера" Министерства здравоохранения Российской Федерации Method for diagnosis of psychasthenia
US20170258390A1 (en) * 2016-02-12 2017-09-14 Newton Howard Early Detection Of Neurodegenerative Disease

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014090414A1 (en) * 2012-12-12 2014-06-19 Moog Bv Rehabilitation apparatus with a shadow leg
RU2532307C1 (en) * 2013-07-03 2014-11-10 федеральное государственное бюджетное учреждение "Московский научно-исследовательский институт психиатрии" Министерства здравоохранения Российской Федерации Early differential diagnostic technique for bipolar affective and recurrent depressive disorders
RU2587961C1 (en) * 2015-02-24 2016-06-27 государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера" Министерства здравоохранения Российской Федерации Method for diagnosis of psychasthenia
US20170258390A1 (en) * 2016-02-12 2017-09-14 Newton Howard Early Detection Of Neurodegenerative Disease

Also Published As

Publication number Publication date
EA201800004A1 (en) 2019-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Levendowski et al. The accuracy, night-to-night variability, and stability of frontopolar sleep electroencephalography biomarkers
Sadikoglu et al. Electromyogram (EMG) signal detection, classification of EMG signals and diagnosis of neuropathy muscle disease
Lai et al. Prognosis of sleep bruxism using power spectral density approach applied on EEG signal of both EMG1-EMG2 and ECG1-ECG2 channels
Anderer et al. An E-health solution for automatic sleep classification according to Rechtschaffen and Kales: validation study of the Somnolyzer 24× 7 utilizing the Siesta database
Karthikeyan et al. Analysis of stroop color word test-based human stress detection using electrocardiography and heart rate variability signals
Miller et al. Effect of levodopa on electroencephalographic biomarkers of the parkinsonian state
Tripathi et al. Ensemble computational intelligent for insomnia sleep stage detection via the sleep ECG signal
AU2017252517A1 (en) Protocol and signatures for the multimodal physiological stimulation and assessment of traumatic brain injury
Weissman et al. Adolescents' brain-autonomic coupling during emotion processing
Goudman et al. Effects of spinal cord stimulation on heart rate variability in patients with Failed Back Surgery Syndrome
Kołodziej et al. A new method of cardiac sympathetic index estimation using a 1D-convolutional neural network
RU2637300C1 (en) Epilepsy diagnostics method based on set of electroencephalographic indicators, characteristics of exogenous and cognitive evoked potentials, motor and autonomic provision activities using artificial neural networks technology
Abedi et al. Investigating the effect of traditional Persian music on ECG signals in young women using wavelet transform and neural networks
Meigal et al. Nonlinear parameters of surface electromyogram for diagnostics of neuromuscular disorders and normal conditions of the human motor system
RU2626557C1 (en) Method of early and differential electromyographic diagnostics of the basic symptoms of parkinson disease
Bibina et al. Time-frequency methods for diagnosing alzheimer's disease using eeg: A technical review
EA035597B1 (en) Method of diagnosing border psychic disorders
Abedi et al. The effect of traditional Persian music on the cardiac functioning of young Iranian women
Saidatul et al. The assessment of developed mental stress elicitation protocol based on heart rate and EEG signals
RU2675060C1 (en) Method of diagnostics of cognitive disorder
Tychkov et al. New signal markers of borderline mental disorders in EEG
Wieser et al. Quantification of clinical scores through physiological recordings in low-responsive patients: a feasibility study
RU2787463C1 (en) Method for diagnosing autism spectrum disorders in children
Sunkaria et al. An ANN–based HRV classifier for cardiac health prognosis
Sasaoka Detection technologies of sleep condition on bio-signal monitoring system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU