RU2207048C2

RU2207048C2 - Method for evaluating functional state of brain

Info

Publication number: RU2207048C2
Application number: RU2001110503/14A
Authority: RU
Inventors: А.А. Астахов; И.Д. Бубнова; нов И.В. Кирь; И.В. Кирьянов
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2003-06-27

Abstract

FIELD: medicine, clinic physiology, neurology, neuroresuscitation, neuroanesthesiology. SUBSTANCE: electroencephalogram is registered in time interval between two heart beats to be fixed as trend, then comes Fourier assay. Safety of brain regulatory mechanisms is detected by predominance of fluctuations' power corresponding to activity range of hemodynamics regulators. The present innovation enables to evaluate functional state of brain, safety and activity of its regulatory systems at different neuralgic and somatic diseases and under conditions of neuroanesthesia and neuroautonomic protection of brain during intensive therapy. EFFECT: higher efficiency of evaluation. 12 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к функциональному исследованию нервной системы, и может быть использовано в клинической физиологии, неврологии, нейрореаниматологии, нейроанестезиологии. The invention relates to medicine, namely to a functional study of the nervous system, and can be used in clinical physiology, neurology, neuroreanimatology, neuroanesthesiology.

В настоящее время известно около 200 способов автоматического частотно-амплитудного анализа фонового ЭЭГ сигнала, применяемых для оценки функционального состояния мозга (см. Обзор О.Б. Сазоновой "Мониторинг спонтанной биоэлектрической активности мозга в нейроанестезиологии и нейрохирургии" // Российский журнал анестезиологии и интенсивной терапии, 1999, 1, с.63-70.)
Недостатком известных способов является то, что в целом с их помощью оценивается только наличие или отсутствие (в регистрируемых с различных отделов головы ЭЭГ сигналах) основных ЭЭГ ритмов (альфа, бета, тета, дельта), амплитуда этих ритмов и их соотношение по доминированию в спектре ЭЭГ сигнала. При этом количественно не определяются колебания (модуляции) амплитуды ЭЭГ ритмов во времени, являющиеся отражением происходящих изменений функциональной активности мозга. Кроме того, традиционная оценка фоновой ЭЭГ не дает информации о сохранности регуляторных механизмов мозга в условиях нейроанестезии, нейровегетативной "защиты", а также у больных, находящихся в коматозных состояниях, т. к. в этих условиях регистрируются только патологические ритмы фоновой ЭЭГ.Currently, there are about 200 methods of automatic frequency-amplitude analysis of the background EEG signal used to assess the functional state of the brain (see the review by O.B. Sazonova "Monitoring spontaneous bioelectrical activity of the brain in neuroanesthesiology and neurosurgery" // Russian Journal of Anesthesiology and Intensive Care , 1999, 1, p. 63-70.)
A disadvantage of the known methods is that in general, with their help, only the presence or absence (in the EEG signals recorded from different parts of the head) of the main EEG rhythms (alpha, beta, theta, delta), the amplitude of these rhythms and their ratio by dominance in the spectrum is estimated EEG signal. Moreover, fluctuations (modulations) of the amplitude of the EEG rhythms in time are not quantified, which are a reflection of the changes in the functional activity of the brain. In addition, the traditional assessment of background EEG does not provide information about the preservation of the regulatory mechanisms of the brain under conditions of neuroanesthesia, neurovegetative "protection", as well as in patients in coma, because in these conditions only pathological rhythms of background EEG are recorded.

Наиболее близким к заявленному способу по совокупности существенных признаков, достигаемому результату и выбранным в качестве прототипа, является мониторинг функций мозга по П.Ф. Прайор (см. П.Ф. Прайор. Мониторный контроль функций мозга. М.: Медицина, 1982, 328 с. с ил.). Closest to the claimed method in terms of the set of essential features, the achieved result and chosen as a prototype, is monitoring of brain functions according to P.F. Pryor (see PF Pryor. Monitor control of brain functions. M: Medicine, 1982, 328 pp. Ill.).

Недостаток известного способа заключается в том, что степени вариабельности амплитуды ЭЭГ дается лишь качественная характеристика по ширине полосы записи (изменение значений амплитуды сигнала ЭЭГ во времени регистрируется в виде полосы записи, где верхний край соответствует максимальным, а нижний минимальным уровням регистрируемой активности мозга): чем шире полоса, тем больше вариабельность. Количественный анализ вариабельности с оценкой гемодинамической составляющей ЭЭГ сигнала данный метод не предусматривает. The disadvantage of this method is that the degree of variability of the EEG amplitude is given only a qualitative characteristic for the width of the recording band (a change in the amplitude of the EEG signal over time is recorded as a recording band, where the upper edge corresponds to the maximum and the lower minimum levels of the recorded brain activity): the wider the strip, the greater the variability. Quantitative analysis of variability with the assessment of the hemodynamic component of the EEG signal, this method does not provide.

Задачей данного изобретения является разработка наиболее эффективного способа количественной оценки функциональной активности мозга по характеру изменений гемодинамической составляющей ЭЭГ сигнала. The objective of the invention is to develop the most effective way to quantify the functional activity of the brain by the nature of the changes in the hemodynamic component of the EEG signal.

Поставленная задача достигается тем, что регистрация средней амплитуды сигнала ЭЭГ от удара к удару сердца согласно изобретению фиксируется в виде тренда с последующим Фурье-анализом и позволяет оценить характер функциональной активности мозга, связанной с основными афферентными влияниями (барорефлекс, метаболорефлекс и др.). The task is achieved in that the registration of the average amplitude of the EEG signal from beat to beat of the heart according to the invention is fixed in the form of a trend followed by Fourier analysis and allows you to evaluate the nature of the functional activity of the brain associated with the main afferent influences (baroreflex, metaboloreflex, etc.).

Предлагаемый способ анализа функциональной активности мозга по изменению во времени амплитуды ЭЭГ сигнала (вариабельности амплитуды) соответствует критерию "Новизна", т.к. неизвестен из существующего уровня науки и техники. The proposed method for analyzing the functional activity of the brain by the change in time of the amplitude of the EEG signal (amplitude variability) meets the criterion of "Novelty", because unknown from the current level of science and technology.

Предлагаемый способ может быть осуществлен в любом медицинском учреждении (поликлиника, стационар и др.) при наличии миниатюрного электроэнцефалографа с программным обеспечением ("Модуль мониторинга функциональной активности мозга"); производитель - фирма "Микролюкс", Россия. The proposed method can be carried out in any medical institution (clinic, hospital, etc.) in the presence of a miniature electroencephalograph with software ("Module for monitoring the functional activity of the brain"); manufacturer - company "Microlux", Russia.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

С помощью двух отводящих электродов, установленных на коже головы над правой и левой теменными областями, регистрируется ЭЭГ. (Третий электрод устанавливается на коже кпереди от первых двух с целью защиты от мощных электрических помех). Using two discharge electrodes mounted on the scalp above the right and left parietal regions, EEG is recorded. (The third electrode is installed on the skin anterior to the first two in order to protect against powerful electrical interference).

Зарегистрированные величины фиксируются в виде тренда для оценки вариабельности амплитуды ЭЭГ методом Фурье-анализа с определением общей мощности колебаний и мощности частотных диапазонов соответствующим активности разных регуляторов гемодинамики. На основании анализа абсолютных и относительных величин мощности колебаний амплитуды ЭЭГ делается вывод о наличии и доминировании определенных регуляторных механизмов мозга, сохранности реакции мозга на афферентацию (барорефлекс, метаболорефлекс и др.). Анализ вариабельности амплитуды ЭЭГ отражает функциональное состояние мозга независимо от того, какие основные ритмы регистрируются в этот период (альфа, бета, тета, дельта). The registered values are recorded in the form of a trend for assessing the variability of the EEG amplitude by the Fourier analysis with the determination of the total oscillation power and the power of the frequency ranges corresponding to the activity of different hemodynamic controllers. Based on the analysis of the absolute and relative values of the power of the EEG amplitude fluctuations, a conclusion is drawn about the presence and dominance of certain regulatory mechanisms of the brain, the preservation of the brain's response to afferentation (baroreflex, metaboreflex, etc.). The analysis of the variability of the EEG amplitude reflects the functional state of the brain, regardless of what basic rhythms are recorded during this period (alpha, beta, theta, delta).

Пример 1. Егоров С.А., 18 лет, (основная группа здоровья.)
На фоновой ЭЭГ регистрируется альфа-ритм (фиг.1). Изменение амплитуды зарегистрированы в виде тренда (фиг.2). Средняя амплитуда ритма - 15 мВ. Оценка вариабельности проведена с использованием метода Фурье (фиг.3). Мощность колебаний амплитуды ритма - 20 мВ². Мощность колебаний в абсолютных и относительных единицах представлена на фиг.4.Example 1. Egorov SA, 18 years old, (main health group.)
An alpha rhythm is recorded on the background EEG (Fig. 1). The change in amplitude recorded in the form of a trend (figure 2). The average amplitude of the rhythm is 15 mV. Assessment of variability was carried out using the Fourier method (figure 3). The oscillation power of the rhythm amplitude is 20 mV ² . The oscillation power in absolute and relative units is presented in figure 4.

Преобладание колебаний в 3 и 4 диапазонах свидетельствует о том, что основные модуляции амплитуды альфа-ритма молодого здорового человека связаны с дыханием и барорегуляторной активностью мозга, хотя имеет место и гуморально-метаболическая регуляция ритма (фиг.3 и 4). The predominance of fluctuations in the 3rd and 4th ranges indicates that the main modulations of the amplitude of the alpha rhythm of a young healthy person are associated with respiration and baroregulatory activity of the brain, although humoral metabolic regulation of the rhythm also takes place (Figs. 3 and 4).

Пример 2. Больной Вензель В.В., 22 года. Диагноз: черепно-мозговая травма. Ушиб мозга тяжелой степени. Кома (4 балла по шкале Глазго). ИВЛ. 6 сутки болезни. Проводится нейро-вегетативная защита мозга (повторные в течение суток внутривенные введения реланиума и ГОМК). Example 2. Patient Monogram VV, 22 years. Diagnosis: traumatic brain injury. A severe brain injury. Coma (4 points on the Glasgow scale). Mechanical ventilation 6 days of illness. Neuro-vegetative brain protection is carried out (repeated intravenous administration of relanium and GHB during the day).

На фоновой ЭЭГ регистрируются патологические дельта- и тета-волны (фиг. 5). Изменение амплитуды зарегистрированы в виде тренда (фиг.6). Средняя амплитуда (10 мВ) и мощность колебаний ритмов (14 мВ²) снижены (фиг.8). На фиг.8 представлена мощность колебаний в абсолютных и относительных единицах. Дыхательные и барорефлекторные модуляции сохранены и доминируют (фиг.7 и 8). Несмотря на коматозное состояние больного и патологические ритмы на фоновой ЭЭГ, можно говорить о хорошем прогнозе заболевания. (Через 16 суток больной был переведен из реанимационного отделения в неврологическое в удовлетворительном состоянии.)
Пример 3. Больной Гажиу В.А., 23 года. Диагноз: черепно-мозговая травма. Ушиб мозга тяжелой степени. Кома (4 балла по шкале Глазго). 6 сутки болезни. Проводится нейро-вегетативная защита мозга (повторные в течение суток внутривенные введения реланиума и ГОМК).Pathological delta and theta waves are recorded on the background EEG (Fig. 5). The change in amplitude recorded in the form of a trend (Fig.6). The average amplitude (10 mV) and the power of the rhythm oscillations (14 mV ² ) are reduced (Fig. 8). On Fig presents the power of the oscillations in absolute and relative units. Respiratory and baroreflex modulations are preserved and dominate (Figs. 7 and 8). Despite the coma of the patient and pathological rhythms on the background EEG, we can talk about a good prognosis of the disease. (After 16 days, the patient was transferred from the intensive care unit to the neurological department in satisfactory condition.)
Example 3. Patient Gajiu V.A., 23 years old. Diagnosis: traumatic brain injury. A severe brain injury. Coma (4 points on the Glasgow scale). 6 days of illness. Neuro-vegetative protection of the brain is carried out (repeated intravenous administration of relanium and GHB during the day).

На фоновой ЭЭГ регистрируются патологические дельта- и тета-волны (фиг. 9). Изменение амплитуды зарегистрированы в виде тренда (фиг.10). Средняя амплитуда (8 мВ) и мощность колебаний ритмов (11 мВ²) снижены. На фиг.12 представлена мощность колебаний в абсолютных и относительных единицах. Дыхательные и барорефлекторные модуляции резко снижены не только по абсолютной величине, но и по представительству в общем спектре колебаний. Преобладают волны гуморально-метаболической регуляции (фиг.11 и 12). По данным анализа можно предполагать плохой прогноз болезни. Коматозное состояние у данного больного трансформировалось в хроническое вегетативное состояние.Pathological delta and theta waves are recorded on the background EEG (Fig. 9). The change in the amplitude recorded in the form of a trend (figure 10). The average amplitude (8 mV) and the power of rhythm fluctuations (11 mV ² ) are reduced. On Fig presents the power of the oscillations in absolute and relative units. Respiratory and baroreflex modulations are sharply reduced not only in absolute value, but also in representation in the general spectrum of vibrations. Prevailing waves of humoral-metabolic regulation (Fig.11 and 12). According to the analysis, a poor prognosis of the disease can be assumed. The coma in this patient was transformed into a chronic vegetative state.

Claims

A method for assessing the hemodynamic component of the functional activity of the brain, including recording an electroencephalogram (EEG) and estimating its amplitude, characterized in that the average EEG amplitude is recorded in the time interval between two heartbeats, fixed in the form of a trend, subjected to Fourier analysis and the dominance of oscillation power corresponding to the range of activity of hemodynamic regulators, determine the safety of regulatory mechanisms of the brain.