RU180056U1

RU180056U1 - Регистратор спектра ритмической активности головного мозга

Info

Publication number: RU180056U1
Application number: RU2017119102U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Анатольевич Шабанов; Юрий Альбертович Лебедев; Александр Алексеевич Рыбченко; Семен Александрович Фейгин; Игорь Александрович Зубков
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2018-05-31

Abstract

Регистратор спектра ритмической активности головного мозга, содержащий два датчика сигналов головного мозга, составляющие блок регистрации, электрически связанный посредством кабеля с блоком усиления, снабженным двумя усилителями, смонтированными в корпусе, снабженном средствами управления и программным блоком, при этом датчики блока регистрации зафиксированы на держателе, выполненном в виде шлема, содержащего налобный ремень, выполненный с возможностью регулирования его охвата и сопряженный с дугой, проходящей через теменную и височные части головы, отличается тем, что использованы пьезоэлектрические вибродатчики акустического сигнала, которые расположены на височно-теменной области головы человека между теменем и висками, при этом входное сопротивление усилителей составляет 1±0,05 Мом, причем количество полосовых фильтров, программного блока, составляет 4200 по цепочке каждого усилителя. Полезная модель обеспечивает увеличение амплитуды полезного сигнала на выходе датчика и увеличение за счет этого разрешающей способности устройства в пять раз. 5 ил.

Description

Полезная модель относится к области медицины и предназначена для регистрации электромагнитных излучений головного мозга человека, в частности при анализе функционального состояния пациентов.

Известно устройство для интегральной оценки состояния здоровья и коррекции выраженных дисфункций организма человека на основе анализа ритмической активности головного мозга - «Аппарат для оценки состояния здоровья человека». Аппарат предназначен для регистрации электромагнитных излучений головного мозга человека, проведения спектрального анализа с последующей суммацией за длительный период времени и коррекцией выраженных дисфункций организма человека на основе анализа ритмической активности головного мозга. При этом в конструкцию магнитоэнцефалографического спектрального анализатора-сумматора добавлены электромагнитные и инфракрасные излучатели, которые используются для коррекции и нормализации выраженных дисфункций организма человека (см. RU №153479, A61В 5/04, A61В 5/05, 2015).

Известен также регистратор спектра ритмической активности головного мозга, содержащий два датчика сигналов головного мозга, составляющие блок регистрации, электрически связанный посредством кабеля с блоком усиления, снабженным двумя усилителями, смонтированными в корпусе, снабженном средствами управления и программным блоком, при этом датчики блока регистрации зафиксированы на держателе, выполненном в виде шлема, содержащего налобный ремень, выполненный с возможностью регулирования его охвата и сопряженный с дугой, проходящей через теменную и височные части головы (см. RU №72395, A61В 5/00, 2008).

Недостатком этих технических решений является небольшая амплитуда сигнала с выхода используемых в составе устройства электромагнитных индукционных датчиков, что затрудняет распознавание полезного сигнала на фоне интенсивных электромагнитных помех. А так же недостаточная разрешающая способность устройства.

Задачей, на решение которой направлена настоящая полезная модель, является увеличение амплитуды полезного сигнала на выходе датчика и увеличение за счет этого разрешающей способности устройства.

Технический результат заключается в увеличении амплитуды полезного сигнала на выходе датчика и увеличение за счет этого разрешающей способности устройства.

Указанная задача решается за счет того, что регистратор спектра ритмической активности головного мозга, содержащий два датчика сигналов головного мозга, составляющие блок регистрации, электрически связанный посредством кабеля с блоком усиления, снабженным двумя усилителями, смонтированными в корпусе, снабженном средствами управления и программным блоком, при этом датчики блока регистрации зафиксированы на держателе, выполненном в виде шлема, содержащего налобный ремень, выполненный с возможностью регулирования его охвата и сопряженный с дугой, проходящей через теменную и височные части головы, отличается тем, что использованы пьезоэлектрические вибродатчики акустического сигнала, которые расположены на височно-теменной области головы человека между теменем и висками, при этом входное сопротивление усилителей составляет 1±0,05 Мом, причем количество полосовых фильтров программного блока составляет 4200 по цепочке каждого усилителя.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Совокупность признаков формулы полезной модели обеспечивает решение поставленной задачи, а именно, увеличение амплитуды полезного сигнала на выходе датчика и увеличение за счет этого разрешающей способности устройства.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, при этом на фиг. 1 показана блок-схема регистратора спектра; на фиг. 2 показано расположение вибродатчиков на голове испытуемого; на фиг. 3 показана схема сегментарной матрицы; на фиг. 4 показан вид акустического сигнала, поступающего с вибродачиков (правое полушарие - сверху, левое полушарие - снизу); на фиг. 5 показана сегментарная матрица, полученная по результатам спектрального анализа.

Исследование генеза биоэлектрической активности головного мозга показало наличие вибраций поверхности головы, связанных с перистальтикой гладкой мускулатуры, сосудов и возможно стенок нервных клеток. Электрическая активность нервных клеток головного мозга, регистрируемая как ЭЭГ, связана с их биомеханикой и метаболизмом, оказывает модулирующее действие на активность сосудистого и мышечного комплекса головы и регистрируется как акустическое поле. Детальное изучение акустических волн головы с помощью пьезоэлектрических датчиков позволило исследовать полосу вибраций скальпа от 0,13 до 27 Гц, корреляцию с классическими отведениями электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Это позволило говорить об акусто-энцефалограмме (АЭГ), как полноправном источнике сигналов для исследования деятельности мозга. В отличие от ЭЭГ-АЭГ позволяет значительно расширить надежное выделение сигналов мозга в области частот ниже 1 герца. Съем информации методом АЭГ обладает высокими эксплуатационными качествами.

При обработке полученной информации результаты спектрального анализа были представлены как сегментарная матрица «multiple arousal» из 4200 частотных ячеек по каждому полушарию. Сегментарная матрица представляет собой кадр информации 24×175 элементов. По горизонтальной оси были отложены томы (сегменты) организма (24), по вертикальной - моды (175), модальность висцеральных рецепторов. Каждая ячейка матрицы имела свою центральную частоту fi и характеризовалась амплитудой спектральной оценки Ai. Изучались графики огибающие амплитуд отдельных ячеек - участки спектра по вертикальной или горизонтальной оси матрицы, названные базовыми функциями (Fi). Все функции матрицы нормировались относительно максимальной амплитуды ячейки.

В результате спектрального анализа получаются графики, которые отображают кривые, огибающие частотный спектр правого и левого полушария. Величина спектральной оценки выражается в относительных единицах по шкале ординат от 0 до 10 ед. Шкала ординат отображает частотные диапазоны в пределах от 0,13 до 27 Гц, условно называемые «функции», соответствующие определенному типу вегетативных рецепторов (F1-F7). Каждая функция представлена вдоль сегментарной оси от С1 к К в соответствии с сегментарным строением спинного мозга: шейные сегменты - C1-С8, грудные - Th1-Tn12, поясничные - L1-L5, крестцовые - S1-S5, К.

На чертежах показаны датчики 1 и 2, блока регистрации 3, кабель 4, блок усиления 5, входы усилителей 6 и 7, аналого-цифровые преобразователи 8 и 9, каналы 10 и 11 блока усиления 5 корпус 12, программный блок 13, содержащий цифровые фильтры 14, и средства управления, включающие блок спектрального анализа 15 и сегментарную матрицу 16, держатель, содержащий налобный ремень 17 и дугу 18.

Регистратор спектра ритмической активности головного мозга, выполнен на базе магнитоэнцефалографического спектрального анализатора-сумматора биопотенциалов головного мозга, только в отличие от него выполнен с возможностью регистрации не магнитных излучений головного мозга, а вибраций поверхности головы, связанных с перистальтикой гладкой мускулатуры, сосудов и, возможно, стенок нервных клеток.

В качестве датчиков 1 и 2 используются вибродатчики - пьезоэлектрические преобразователи CA-YD-109B. Расположение датчиков 1 и 2 на голове испытуемого показано на фиг. 2 (их располагают на дуге 18 держателя, так, чтобы они позиционировались на височно-теменных областях головы пациента и обеспечивали съем сигналов с левого и правого полушария).

В качестве аналого-цифровых преобразователей 8 и 9 использованы 24-разрядные аналого-цифровые преобразователи.

Цифровые фильтры обеспечивают подавление сигнала выше 30 Гц и ниже 0,1 Гц.

Регистрация и анализ информации производится в блоке спектрального анализа 15 и сегментарной матрице 16.

Сегментарная матрица 16 (см. фиг. 3) - это соматическая частотно-топическая система координат наложенная на схему тела, представляющая собой частотные диапазоны в пределах от 0,13 до 27 Гц, условно называемые «функции», соответствующие определенному типу вегетативных рецепторов (F1-F7). Схема тела представлена ячейками от С1 до К - сегментарное строение кожного анализатора; F1-F7 - зональное строение внутри каждого дерматома. «Сегментарная матрица» представлена «столбцами» и «строками». «Столбцы» отражают сегментарное строение спинного мозга от шейных до копчиковых сегментов и разбиты на 6 отделов группами сегментов спинного мозга: шейные сегменты - С1-С8, грудные - Th1-Th12, поясничные - L1-L5, крестцовые - S1-S5, копчиковый - К.

Развертка матрицы по «строке» представляет собой базовую функцию F. Каждая базовая функция (F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7) отражает развертку по длиннику спинного мозга, состояние локального сегментарного вегетативного тонуса различных групп рецепторов внутренних органов и представлена латеральными ветвями: правой (R или ') и левой (L или ''). Базовые функции разбиты на подфункции (F1-1, F1-2, F1-3, F1-4, F1-5, …F7-1, F7-2, F7-3, F7-4, F7-5), объединены в различные режимы и отражают:

F1 - распределение тонической активности гладкой мускулатуры внутренних органов вдоль спинномозговой оси;

F2 - распределение тонической активности гладкой мускулатуры артерий вдоль спинномозговой оси;

F3 - распределение тонической активности гладкой мускулатуры венозной сети вдоль спинномозговой оси;

F4 - распределение тонической активности нервной ткани, соединительной, костной ткани вдоль спинномозговой оси;

F5 - распределение тонической активности лимфатической ткани, многослойного эпителия вдоль спинномозговой оси;

F6 - распределение тонической активности многослойного эпителия вдоль спинномозговой оси;

F7 - распределение тонической активности однослойного эпителия выстилок органов вдоль спинномозговой оси.

Функция F и сегмент S являются координатой частоты в частотно-топической системе координат «Сегментарная матрица».

Корпус 12 обеспечивает фиксацию всех конструктивных элементов устройства и их конструктивно-функциональное единство.

Налобный ремень 17, дуга 18 выполнены гибкими из плетеного ацетатного шелка и снабжены застежками типа «репейник).

Заявленное устройство работает следующим образом.

Во время процедуры пациент должен сидеть удобно, расслабившись, с закрытыми глазами, не двигаясь. Пациент должен находиться на максимальном удалении от работающего электрооборудования.

Усаживают пациента в кресло, закрепляют на голове датчики. Для этого опоясывают голову пациента налобным ремнем 17, концы которого фиксируют застежкой «репейник» при комфортном натяжении, располагают на дуге 18, на голове пациента датчики 1 и 2 так, чтобы они легли на височно-теменные доли мозга. Во время регистрации информации голова пациента должна лежать на спинке кресла неподвижно.

Запускают процесс регистрации спектра ритмической активности головного мозга. Процесс регистрации длится 160 с. Одновременно с регистрацией спектра ритмической активности головного мозга производится спектральный анализ акустоэнцефалограммы. В результате получается частотная матрица множества функциональных состояний и выделяются частотные координаты аномалий функций огибающих спектра.

При этом с вибродатчиков 1 и 2 сигнал поступает на входы усилителей 6 и 7. Графическое представление сигнала, поступающего с вибродачиков, приведено на фиг. 4. Затем сигнал поступает на аналого-цифровые преобразователи 8 и 9. Регистрация сигнала идет по 2 каналам 10 и 11 блока усиления 5 в частотном диапазоне от 0,13 до 27 Гц с временем интегрирования 160 с. С аналого-цифрового преобразователя сигнал поступает в программный блок, где производится цифровая фильтрация сигнала на цифровых фильтрах 14 и его спектральный анализ, при этом осуществляется подавление сигнала выше 30 Гц и ниже 0,1 Гц. В результате получается частотная матрица 16 множества функциональных состояний - сегментарная матрица. Такая система съема позволяет надежно регистрировать суммарную (глобальную) активность мозга с выделением 4200 спектральных гармоник по каждому полушарию в диапазоне от 0,13 до 27 Гц с временем интегрирования 160 сек.

Регистратор спектра ритмической активности головного мозга посредством регистрации вибрации сосудистой и мышечной системы головы регистрирует суммарную ритмическую активность головного мозга человека отдельно для правого и левого полушария и производит ее спектральный анализ. В результате спектрального анализа получается поле спектральных компонент (частотная матрица множества функциональных состояний) из 4200 ячеек для правого полушария и 4200 ячеек для левого полушария (см. фиг. 5). Далее определяются амплитуды спектральных компонент и их доминирующая латеральность. Оценивается синхронизация или десинхронизация в ритмической активности правого и левого полушарий по огибающим функциям частотных компонент. Отдельно выделяются аномалии перечисленных параметров.

Полученные результаты однозначно характеризуют функциональное состояние организма человека и его выраженных дисфункций.

Ниже приведены несколько примеров работы устройства.

ПРИМЕР 1. При спектральном анализе акустоэнцефалограммы зарегистрированы аномально высокие значения (более 1,7 усл.ед) функции огибающей спектра F3-4 (R) в сегментах Тh3-5 с эпицентром в Th5. Кроме того, зарегистрировано резкое снижение амплитуды спектра по функции F6-4 (менее 0,3 усл.ед) в тех же сегментах справа. Учитывая, что функция F6-4 в сегментах Th3-4 отражает состояние М-холинорецепторов альвеолярной ткани легких, а изменения по функции F3-4 - тоническую активность адренорецепторов венозных сосудов, полученные данные свидетельствуют о нарушениях вегетативной регуляции в средних долях правого легкого. Необходимо исключить пневмонию в средних долях правого легкого.

ПРИМЕР 2. При спектральном анализе акустоэнцефалограммы зарегистрированы аномально высокие значения (более 4,2 усл.ед) функции F2-4 (R) в сегментах Th9-10, а так же низкие значения в области функции F5-4 R (ниже 0,2 усл.ед) в тех же сегментах. Учитывая, что функция F2-4 в сегментах Th9-10 отражает состояние адренорецепторов гладкомышечной мускулатуры артериальных сосудов печени, a F5-4 R - тонус М холинорецепторов печени, эти данные свидетельствуют об артериальных сосудистых нарушених в нижних сегментах правой печени, риске развития ангиомы печени.

ПРИМЕР 3. При спектральном анализе акустоэнцефалограммы зарегистрированы аномально высокие значения (более 3,5 усл.ед) функции F6-5-3 (R) в сегментах С8-Th1. При этом в сосудистых центрах этих же сегментов F2-5-3 - артериальные адренорецепторы и F3-5-3 - венозные адренорецепторы наблюдался аномально низкий тонус (менее 0,1 усл. ед). Учитывая, что функция F6-5-3 в сегментах С8-Th1 отражает состояние холинорецепторов передней камеры глаза, в сочетании с сосудистой дистрофией адренорецепторов F2-5-3, F3-5-3, делается заключение о высоком риске развития катаракты правого глаза.

Claims

Регистратор спектра ритмической активности головного мозга, содержащий два датчика сигналов головного мозга, составляющие блок регистрации, электрически связанный посредством кабеля с блоком усиления, снабженным двумя усилителями, смонтированными в корпусе, снабженном средствами управления и программным блоком, при этом датчики блока регистрации зафиксированы на держателе, выполненном в виде шлема, содержащего налобный ремень, выполненный с возможностью регулирования его охвата и сопряженный с дугой, проходящей через теменную и височные части головы, отличающийся тем, что использованы пьезоэлектрические вибродатчики акустического сигнала, которые расположены на височно-теменной области головы человека между теменем и висками, при этом входное сопротивление усилителей составляет 1±0,05 Мом, причем количество полосовых фильтров программного блока составляет 4200 по цепочке каждого усилителя.