RU2252692C2 - Method and device for studying functional state of brain and method for measuring subelectrode resistance - Google Patents
Method and device for studying functional state of brain and method for measuring subelectrode resistance Download PDFInfo
- Publication number
- RU2252692C2 RU2252692C2 RU2003123601/14A RU2003123601A RU2252692C2 RU 2252692 C2 RU2252692 C2 RU 2252692C2 RU 2003123601/14 A RU2003123601/14 A RU 2003123601/14A RU 2003123601 A RU2003123601 A RU 2003123601A RU 2252692 C2 RU2252692 C2 RU 2252692C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplifier
- brain
- activity
- current
- eeg
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Description
Изобретения относятся к медицине и могут использоваться при контроле за состоянием больных с нарушением мозгового кровообращения и для дифференциальной диагностики эпилепсии и эпилептиформных проявлений.The invention relates to medicine and can be used to monitor the condition of patients with impaired cerebral circulation and for the differential diagnosis of epilepsy and epileptiform manifestations.
Пароксизмальные состояния нервной системы относятся к нервньм заболеваниям, которые широко распространены, особенно в развитых странах, и имеют тенденцию к увеличению. Диагностика этих заболеваний производится, как правило, по данным тщательного клинического обследования пациентов, включающего применение электрофизиологических методов, ангиографии, рентгеноскопии, метода ядерного магнитного резонанса, позитронно-эмиссионной томографии и других инструментальных подходов. Для уточнения диагноза нередко используют клинико-биохимический анализ крови и других биологических жидкостей на содержание возбуждающих и тормозных нейромедиаторов и нейропептидов или продуктов их метаболизма: глютамата, ГАМК, серотонина, дофамина, моноаминооксидазы, эндорфина и др. (см., например, патент Российской Федерации №2112243, МПК7 G 01 N 33/53, C 12 Q 1/04, А 61 К 39/00) Однако использование всех этих методов для оценки функционального состояния мозга и организма не позволяет однозначно определить степень вовлеченности определенных обменных и регуляторных систем в патогенез заболевания, что очень важно для определения тактики лечения, требует больших временных и экономических затрат на выполнение исследований, не обладает достаточным уровнем специфичности для каждой нозологической формы, практически не дает возможности выявлять предрасположенность (группу риска), проводить диагностику заболеваний на ранних стадиях.Paroxysmal conditions of the nervous system relate to nervous diseases that are widespread, especially in developed countries, and tend to increase. Diagnosis of these diseases is usually carried out according to a thorough clinical examination of patients, including the use of electrophysiological methods, angiography, fluoroscopy, nuclear magnetic resonance imaging, positron emission tomography and other instrumental approaches. To clarify the diagnosis, a clinical and biochemical analysis of blood and other biological fluids is often used for the content of excitatory and inhibitory neurotransmitters and neuropeptides or their metabolic products: glutamate, GABA, serotonin, dopamine, monoamine oxidase, endorphin, etc. (see, for example, the patent of the Russian Federation №2112243, IPC 7 G 01 N 33/53, C 12
Известен способ определения биоэлектрической активности мозга, включающий наложение на голову пациента измерительных электродов над мозгом и нулевого электрода на определенном расстоянии от мозга, усиление сигналов с измерительных электродов в два этапа: на первом этапе биопотенциал с каждого измерительного электрода поступает на один вход соответствующего дифференциального усилителя, на второй вход которого подается биопотенциал с нулевого электрода, на втором этапе выходной сигнал каждого дифференциального усилителя сравнивается с усредненным выходным сигналом дифференциальных усилителей соседних измерительных электродов (см. заявку Великобритании № 1501803, МПК3 А61В 5/04, НКИ G1N, A3R, публ. 1979 г.). Этот способ из-за отсутствия возможности измерения подэлектродных сопротивлений не обладает достаточной точностью регистрации сверхмедленной (менее 1 Гц) биоэлектрической активности мозга, по которой оценивается величина церебральных энергозатрат. Поэтому такое исследование функционального состояния мозга мало информативно для дифференциальной диагностики эпилепсии и эпилептиформных проявлений.A known method for determining the bioelectric activity of the brain, including the imposition on the patient’s head of measuring electrodes above the brain and a zero electrode at a certain distance from the brain, amplifying the signals from the measuring electrodes in two stages: at the first stage, the biopotential from each measuring electrode is fed to one input of the corresponding differential amplifier, at the second input of which the biopotential is supplied from the zero electrode, at the second stage, the output signal of each differential amplifier compares with an averaged output signal of differential amplifiers of adjacent measuring electrodes (see application of Great Britain No. 1501803, IPC 3 А61В 5/04, NKI G1N, A3R, publ. 1979). This method, due to the lack of the ability to measure subelectrode resistances, does not have sufficient accuracy of recording the ultra slow (less than 1 Hz) bioelectrical activity of the brain, which estimates the magnitude of cerebral energy consumption. Therefore, such a study of the functional state of the brain is not very informative for the differential diagnosis of epilepsy and epileptiform manifestations.
В патенте Российской Федерации № 2007116, МПК5 А 61 В 5/04, публ. 1994 г., описан способ регистрации сдвига уровня постоянного электрического потенциала головного мозга, используемый при оценке стабильности функционального состояния, при диагностике неврозов и психических заболеваний. Способ осуществляется следующим образом. На голове испытуемого устанавливают пару регистрирующих электродов над заданным участком мозга. Электроды подсоединяют к усилителю электрических напряжений, с выхода которого считывают в начале и конце сдвига, вызванного внешним воздействием, значения постоянного электрического потенциала и сравнивают их между собой. Для исключения влияния нестабильности межэлектродного кожного потенциала вход усилителя кратковременно шунтируют эталонным сопротивлением и осуществляют сравнение между снижением сопротивления, возникающего при кратковременном шунтировании входа усилителя в начале и конце сдвига. Если снижение усиления одинаково, то полагают, что влияние кожного потенциала не сказывается, и результат регистрируется. Если же снижение усиления в начале и конце сдвига разное, то считается, что результаты искажены нестабильностью кожного потенциала, и регистрация не осуществляется. Недостаток такого способа оценки функционального состояния мозга - ограниченная применимость, отсутствие возможности дифференциальной диагностики мозгового кровообращения, малая информативность и низкая точность из-за нестабильности и различия подэлектродного сопротивления.In the patent of the Russian Federation No. 2007116, IPC 5 A 61 B 5/04, publ. 1994, a method is described for recording a level shift in the constant electric potential of the brain, used in assessing the stability of a functional state, in the diagnosis of neurosis and mental illness. The method is as follows. A pair of recording electrodes is mounted on the subject’s head over a given area of the brain. The electrodes are connected to an electric voltage amplifier, the output of which is read at the beginning and end of the shear caused by external influence, the values of the constant electric potential and compare them with each other. To exclude the influence of instability of the interelectrode skin potential, the amplifier input is short-term shunted by the reference resistance and a comparison is made between the decrease in resistance that occurs during short-term shunting of the amplifier input at the beginning and end of the shift. If the decrease in gain is the same, then it is believed that the effect of the skin potential does not affect, and the result is recorded. If the decrease in gain at the beginning and end of the shift is different, then it is believed that the results are distorted by the instability of the skin potential, and registration is not carried out. The disadvantage of this method of assessing the functional state of the brain is its limited applicability, the lack of the possibility of differential diagnosis of cerebral circulation, low information content and low accuracy due to the instability and differences in the electrode resistance.
Патентом Российской Федерации № 2187958, МПК7 А 61 В 5/04, публ. 2002 г., защищен способ исследования состояния сосудов головного мозга, включающий локальное холодовое воздействие и реоэнцефалографию, отличающийся тем, что локальное холодовое воздействие осуществляют в проекции бассейна сосудов внутренней сонной артерии теплообменником с температурой t° =10±2° С в течение 10 мин, причем реоэнцефалография проводится до, сразу и через 10 и 20 мин после холодового воздействия. Этот способ имеет ограниченное применение и непригоден для дифференциальной диагностики эпилепсии и эпилепиформных проявлений.Patent of the Russian Federation No. 2187958, IPC 7 A 61 B 5/04, publ. 2002, a method for studying the state of cerebral vessels, including local cold exposure and rheoencephalography, characterized in that local cold exposure is carried out in the projection of the basin of the vessels of the internal carotid artery by a heat exchanger with a temperature t ° = 10 ± 2 ° C for 10 min, is protected moreover, rheoencephalography is carried out before, immediately and after 10 and 20 minutes after cold exposure. This method has limited use and is unsuitable for the differential diagnosis of epilepsy and epilepiform manifestations.
Из описания к патенту Российской Федерации № 2189776, МПК7 А 61 В 5/0476, публ. 2002 г., известен способ диагностики и прогнозирования развития эпилепсии у пациентов с доклинической стадией болезни. Регистрируют электроэнцефалограмму в состоянии пациента пассивного бодрствования. Методом кросскорреляционного анализа обрабатывают фрагменты ЭЭГ длительностью не более одной минуты, которые не содержат пароксизмальной активности. Получают коэффициенты кросскорреляций (ККр) альфа-активности между отведениями левой лобной и левой затылочной областей. Полученные значения ККр в пределах от –1,00 до -0,35 свидетельствуют о здоровье пациента, при значениях ККр от -0,34 до 0,00 диагностируют доклиническую стадию эпилепсии, а при значениях ККр от 0,01 до 1,00 - клиническую стадию эпилепсии. Способ позволяет повысить точность диагностики развития эпилепсии. Недостаток - способ имеет ограниченное применение и не позволяет из-за малой информативности осуществлять дифференциальную диагностику нарушений мозгового кровообращения.From the description of the patent of the Russian Federation No. 2189776, IPC 7 A 61 B 5/0476, publ. 2002, a known method for diagnosing and predicting the development of epilepsy in patients with a preclinical stage of the disease. An electroencephalogram is recorded in the patient's state of passive wakefulness. Using cross-correlation analysis process fragments of EEG with a duration of not more than one minute, which do not contain paroxysmal activity. The cross-correlation coefficients (CCR) of alpha activity between the leads of the left frontal and left occipital regions are obtained. The obtained values of CKr in the range from –1.00 to -0.35 indicate the patient’s health, with values of CKr from -0.34 to 0.00, the preclinical stage of epilepsy is diagnosed, and with values of CKr from 0.01 to 1.00 - clinical stage of epilepsy. The method improves the accuracy of diagnosis of the development of epilepsy. The disadvantage of this method is of limited use and does not allow, due to low information content, to carry out differential diagnosis of cerebrovascular disorders.
Известен способ определения нарушения кровоснабжения головы (см. патент Российской Федерации № 2159075, МПК7 А 61 В 5/05, публ. 2000 г.), в соответствии с которым регистрируют дифференциальные реограммы с области шеи, груди, рук. Измеряют их амплитудно-временные характеристики. Рассчитывают объем притока крови к голове как разность объемов кровотока на участках грудь - шея и грудь - руки. Регистрируют огибающую реограмму на участке грудь - шея и измеряют амплитуды ее венозной систолической и основной волн. Рассчитывают их соотношение. Регистрируют ультразвуковую доплерограмму потока крови через правое атриовентрикулярное отверстие сердца. Измеряют по ней средние скорости потока крови во время раннего наполнения правого желудочка сердца и систолы правого предсердия. Рассчитывают их соотношение. Нарушение кровоснабжения головы определяют по рассчитанным величинам. Недостаток этого способа - он позволяет выявить патологические нарушения только при их клинической выраженности и мало эффективен в донозологической диагностике.A known method for determining a violation of the blood supply to the head (see patent of the Russian Federation No. 2159075, IPC 7 A 61 B 5/05, publ. 2000), in accordance with which differential rheograms are recorded from the neck, chest, arms. Measure their amplitude-time characteristics. The volume of blood flow to the head is calculated as the difference in the volume of blood flow in the areas of the chest - neck and chest - arms. The envelope rheogram is recorded on the chest - neck section and the amplitudes of its venous systolic and main waves are measured. Calculate their ratio. An ultrasound dopplerogram of blood flow through the right atrioventricular opening of the heart is recorded. It measures the average blood flow velocity during early filling of the right ventricle of the heart and systole of the right atrium. Calculate their ratio. Violation of the blood supply to the head is determined by the calculated values. The disadvantage of this method is that it allows to identify pathological disorders only with their clinical severity and is not very effective in prenosological diagnosis.
Из описания к патенту Российской Федерации № 2188575, МПК7 А 61 В 5/0476, G 01 N 33/53, публ. 2002 г., известен способ диагностики и прогнозирования развития эпилепсии у пациентов с доклинической стадией болезни, включающий ЭЭГ-мониторинг, обработку полученной ЭЭГ методом фрактального анализа и получение значений фрактальной размерности (ФР), расчет значений теста параксимальной активности (ПАТ) по содержанию в крови пациента аутоантител к квисквалатсвязывающему мембранному белку, расчет индекса эпилепсии (ИЭ) по формуле ИЭ=ПАТ × ФР и диагностирование клинической стадии эпилепсии при значениях ИЭ=132,5±5,32, отсутствие признаков эпилепсии при значениях ИЭ=45,05±3,31 и доклинической стадии эпилепсии при промежуточных значениях ИЭ. Этот способ позволяет выявить доклиническую стадию эпилепсии, но мало информативен для дифференциальной диагностики эпилепсии и эпилептиформных проявлений.From the description of the patent of the Russian Federation No. 2188575, IPC 7 A 61 B 5/0476, G 01 N 33/53, publ. 2002, there is a known method for diagnosing and predicting the development of epilepsy in patients with a preclinical stage of the disease, including EEG monitoring, processing of the obtained EEG by the method of fractal analysis and obtaining values of fractal dimension (FR), calculation of the values of the paraximal activity test (PAT) by the content in the blood auto-antibodies to a quisqualate-binding membrane protein, calculation of the epilepsy index (IE) by the formula IE = PAT × FR and diagnosis of the clinical stage of epilepsy with IE = 132.5 ± 5.32, no signs of epi epsii at values IE = 45.05 ± 3.31 and preclinical epilepsy at intermediate values of IE. This method allows you to identify the preclinical stage of epilepsy, but is not very informative for the differential diagnosis of epilepsy and epileptiform manifestations.
Из патента Российской Федерации № 2103912, МПК6 А 61 В 5/0476, публ. 1998 г., известен способ исследования мозга, согласно которому снимают электроэнцефалограмму до и после предъявления стимула, вычисляют спектр мощности ЭЭГ или коэффициент синхронности электрических процессов в каждой точке расположения электрода по отношению к соседним. Определяют изменение величины полученных значений после стимула и представляют результаты вычислений в виде топографической карты. Дополнительно в точках расположения электродов измеряют температуру, рассчитывают ее разность и вносят в карту. Этот способ позволяет одновременно с измерением и исследованием электрических процессов, измерять и исследовать тепловое поле головы. Недостаток этого способа - отсутствие возможности дифференциальной диагностики нарушений мозгового кровообращения, отсутствие возможности различения эпилепсии и эпилептиформных проявлений.From the patent of the Russian Federation No. 2103912, IPC 6 A 61 B 5/0476, publ. 1998, there is a known method for examining the brain, according to which an electroencephalogram is taken before and after the presentation of a stimulus, the EEG power spectrum or the synchronism coefficient of electrical processes at each electrode location with respect to neighboring ones is calculated. The change in the magnitude of the obtained values after the stimulus is determined and the results of the calculations are presented in the form of a topographic map. In addition, the temperature is measured at the points of location of the electrodes, its difference is calculated and entered into the map. This method allows simultaneously with the measurement and study of electrical processes, measure and study the thermal field of the head. The disadvantage of this method is the lack of differential diagnosis of cerebrovascular accidents, the inability to distinguish between epilepsy and epileptiform manifestations.
Известен способ диагностики степени психофизиологической дезадаптации у больных с начальными формами хронической цереброваскулярной патологии (см. патент Российской Федерации № 2154979, МПК7 А 61 В 5/04, 5/0476, публ. 2000 г.). Этот способ осуществляется следующим образом. Больному, находящемуся в состоянии расслабленного бодрствования с закрытыми глазами, производят многоканальную запись ЭЭГ по стандартной методике, располагая 19 или более электродов для отслеживания артефактов. Одновременно осуществляют компьютерный спектральный анализ лишенных артефактов фрагментов ЭЭГ с оценкой мощности спектрограммы в полосах частот альфа-(8... 12 Гц), бета-(12 Гц и выше), тета-(4... 8 Гц) и дельта-(0...4 Гц) активности. При значении абсолютной мощности альфа-активности более 10 мкВ2, или более 80 мкВ2, и/или при значениях мощности альфа-активности более 50% диагностируют значительную степень психофизиологической дезадаптации. Описанный способ позволяет объектизировать у больных с начальными формами сосудистых заболеваний головного мозга значительную психофизиологическую дезадаптацию, являющуюся важным патогенетическим фактором развития патологии. Недостаток такого способа - низкая эффективность при установлении причин нарушения мозгового кровообращения и при дифференциальной диагностике эпилепсии и эпилептиформных проявлений.A known method for diagnosing the degree of psychophysiological maladaptation in patients with initial forms of chronic cerebrovascular pathology (see patent of the Russian Federation No. 2154979, IPC 7 A 61 B 5/04, 5/0476, publ. 2000). This method is as follows. A patient who is in a state of relaxed wakefulness with his eyes closed is made multi-channel EEG recording according to the standard method, having 19 or more electrodes for tracking artifacts. At the same time, a computer-aided spectral analysis of artifact-free EEG fragments is carried out with an assessment of the power of the spectrogram in the frequency bands alpha (8 ... 12 Hz), beta (12 Hz and higher), theta (4 ... 8 Hz) and delta ( 0 ... 4 Hz) activity. With a value of the absolute power of alpha activity of more than 10 μV 2 , or more than 80 μV 2 , and / or with values of the power of alpha activity of more than 50%, a significant degree of psychophysiological maladaptation is diagnosed. The described method allows you to objectify in patients with initial forms of vascular diseases of the brain a significant psychophysiological maladaptation, which is an important pathogenetic factor in the development of pathology. The disadvantage of this method is the low efficiency in determining the causes of cerebrovascular accident and in the differential diagnosis of epilepsy and epileptiform manifestations.
Наиболее близким к заявляемому способу исследования функционального состояния головного мозга по большинству совпадающих признаков является способ исследования индивидуальных особенностей регуляции физиологических функций организма человека, защищенный патентом Российской Федерации № 2185088, МПК7 А 61 В 5/00, 5/04, публ. 2002 г. Способ исследования индивидуальных особенностей регуляции физиологических функций включает запись электроэнцефалограммы (ЭЭГ), электрокардиограммы (ЭКГ) пневмограммы, измерение артериального давления (АД) и проведение семи функциональных дыхательных проб. Особенности регуляции физиологических функций определяют по показателям внешнего дыхания и газообмена, РАСО2, РАО2, пневмограммы, характеру и скорости появления изменений ЭКГ, АД, ЭЭГ, латентного периода двигательной реакции, скорости выработки не дыхательных условных рефлексов. Первую пробу, 1-2-минутную не дозированную по интенсивности гипервентиляцию, проводят с учетом ощущений, обусловленных изменениями мозгового кровообращения, головокружения, легкой головной боли, пелены перед глазами, изменениями в деятельности ЦНС, проявляющимися в форме сенсорных или двигательных расстройств, в виде парестезии, онемения, скованности, напряженности, дрожи, а также вегетативными сдвигами в виде ощущения тепла, учащения сердцебиений, потливости, сухости во рту, позволяющими выявить физиологические функции: сердечно-сосудистые, дыхательные, нервной системы, участвующие в развитии гипервентиляционного синдрома. Вторую пробу - жесткую гипервентиляцию осуществляют на протяжении 2,5-3,5 минут, во время которой испытуемому дают команды для поддержания уровня вентиляции, проводят с целью выявления людей, чувствительных к гипервентиляции, регистрируя скорость появления ощущений и их характер. Третью пробу - изокапническую гипервентиляцию, обеспечивающую поддержание у обследуемых стабильного уровня РСО2, проводят для выявления испытуемых с преобладанием нейрогенного фактора в регуляции функций. Четвертая проба - задержка дыхания на уровне спокойного вдоха. Пятая проба - задержка дыхания на уровне обычного выдоха. Шестая проба - задержка дыхания на вдохе после произвольной гипервентиляции. Во всех трех пробах с задержкой дыхания определяют время от начала задержки дыхания до первого побуждения к дыханию (1-я фаза) и до возобновления дыхания (2-я фаза), а также общее время задержки дыхания. По первой фазе оценивают индивидуальную чувствительность испытуемых к совокупности гуморальных СО2 и O2 и нейрогенных факторов, по второй фазе оценивают способность к волевым усилиям. Седьмая проба - гиповентиляция - режим дыхания, при котором обследуемый дышит не менее 10 минут в ритме два дыхания в минуту без ограничения глубины, после предварительной дыхательной тренировки, срок которой индивидуально обусловлен. Перечисленные семь проб позволяют выявить индивидуальную чувствительность обследуемых к гуморальным и нейрогенным факторам, причем первая и вторая пробы с гипервентиляцией - к степени падения РАСО2 и выраженным в разной степени нейрогенным сдвигам, третья проба с гипервентиляцией - только к нейрогенным факторам, четвертая и пятая пробы с задержкой дыхания - к накоплению СO2, снижению РАО2 и нейрогенньм факторам, шестая проба с задержкой дыхания - к снижению РАО2, седьмая - к снижению РАО2, накоплению РАСО2, нейрогенньм факторам, тренируемости дыхания и способности к установлению нового, более эффективного стереотипа дыхания. Достигаемый результат заключается в возможности получения наиболее полной информации о формировании физиологических реакций организма на произвольное управление дыханием и его адаптивных возможностях, целенаправленного влияния на функциональное состояние организма, повышении умственной и физической работоспособности здоровых людей, увеличении эффективности адаптации к изменяемым условиям окружающей среды, тренировки и установления нового эффективного стереотипа дыхания. Недостаток способа прототипа - он применим для исследования индивидуальных особенностей здоровых людей и неэффективен при установлении причин нарушения мозгового кровообращения, при дифференциальной диагностике эпилепсии и эпилептиформных проявлений, при выявлении начальных проявлений цереброваскулярных нарушений и прогнозе их развития.Closest to the claimed method for studying the functional state of the brain by most coinciding signs is a method for studying the individual characteristics of the regulation of the physiological functions of the human body, protected by the patent of the Russian Federation No. 2185088, IPC 7 A 61 5/00, 5/04, publ. 2002. A method for studying the individual characteristics of the regulation of physiological functions includes recording an electroencephalogram (EEG), an electrocardiogram (ECG) pneumogram, measuring blood pressure (BP) and conducting seven functional breathing tests. Features of the regulation of physiological functions are determined by indicators of external respiration and gas exchange, PACO 2 , RAO 2 , pneumograms, the nature and rate of occurrence of changes in ECG, blood pressure, EEG, the latent period of the motor reaction, the rate of production of non-respiratory conditioned reflexes. The first test, 1-2-minute non-dosed intensity hyperventilation, is carried out taking into account the sensations caused by changes in cerebral circulation, dizziness, mild headache, veils in front of the eyes, changes in the central nervous system, manifested in the form of sensory or motor disorders, in the form of paresthesia , numbness, stiffness, tension, trembling, as well as vegetative shifts in the form of a sensation of warmth, palpitations, sweating, dry mouth, allowing to identify physiological functions: cardiovascular stye, respiratory, nervous system, involved in the development of hyperventilation syndrome. The second test - rigid hyperventilation is carried out for 2.5-3.5 minutes, during which the subject is given commands to maintain the level of ventilation, carried out in order to identify people who are sensitive to hyperventilation, registering the speed of sensations and their nature. The third test, isocapnic hyperventilation, which ensures the maintenance of a stable level of RSO 2 in the subjects, is carried out to identify subjects with a predominance of neurogenic factor in the regulation of functions. The fourth test is breath holding at the level of a calm breath. The fifth test is breath holding at the level of a normal exhalation. Sixth test - breath holding on inhalation after arbitrary hyperventilation. In all three breath-holding samples, the time from the start of the breath-hold until the first impulse to breathe (phase 1) to the resumption of breathing (phase 2), as well as the total time of breath-holding, is determined. In the first phase, the individual sensitivity of the subjects to the totality of humoral CO 2 and O 2 and neurogenic factors is evaluated; in the second phase, the ability to volitional efforts is evaluated. The seventh test - hypoventilation - breathing mode, in which the subject breathes at least 10 minutes in rhythm two breaths per minute without depth restriction, after a preliminary respiratory training, the duration of which is individually determined. The seven samples listed make it possible to identify the individual sensitivity of the subjects to humoral and neurogenic factors, the first and second tests with hyperventilation to the degree of PACO 2 fall and neurogenic shifts expressed to varying degrees, the third test with hyperventilation to only neurogenic factors, the fourth and fifth tests with breath holding - to the accumulation of CO 2 , a decrease in RAO 2 and neurogenic factors, the sixth test with a breath hold - to a decrease in RAO 2 , the seventh test - to a decrease in RAO 2 , the accumulation of PACO 2 , neurogenic factors, training respiration and the ability to establish a new, more effective breathing stereotype. The achieved result consists in the possibility of obtaining the most complete information about the formation of the physiological reactions of the body to voluntary control of respiration and its adaptive capabilities, targeted influence on the functional state of the body, increasing the mental and physical performance of healthy people, increasing the efficiency of adaptation to changing environmental conditions, training and establishing new effective breathing stereotype. The disadvantage of the prototype method is that it is applicable for studying the individual characteristics of healthy people and is ineffective in establishing the causes of cerebrovascular accident, in the differential diagnosis of epilepsy and epileptiform manifestations, in identifying the initial manifestations of cerebrovascular disorders and predicting their development.
Задача, решаемая изобретением, - повышение эффективности при установлении причин нарушения мозгового кровообращения и при дифференциальной диагностике эпилепсии и эпилептиформных проявлений, выявлении начальных проявлений цереброваскулярных нарушений и прогнозе их развития.The problem solved by the invention is to increase efficiency in determining the causes of cerebrovascular accident and in the differential diagnosis of epilepsy and epileptiform manifestations, identifying the initial manifestations of cerebrovascular disorders and predicting their development.
Решение указанной задачи достигается тем, что в способе исследования функционального состояния головного мозга, включающем многоканальную запись электроэнцефалограммы (ЭЭГ), электрокардиограммы (ЭКГ), проведение функциональной пробы и компьютерный анализ электрофизиологических сигналов, дополнительно, синхронно с многоканальной записью ЭЭГ и ЭКГ в реальном масштабе времени, осуществляют регистрацию сверхмедленной активности мозга, запись реоэлектроэнцефалограммы (РЭГ) в бассейнах сонных и позвоночных артерий и фотоплетизмограммы (ФПГ) пальцев рук и/или ног и измерение подэлектродных сопротивлений электродов для снятия биоэлектрической активности головного мозга, при этом в едином покардиоцикловом временном масштабе, т.е. в привязке к каждому из автоматически распознаваемых кардиоциклов, осуществляют вычисление и визуализацию физиологических показателей биоэлектрической активности мозга - абсолютные и относительные значения мощности альфа-активности, патологической медленно-волновой активности в диапазоне дельта- и тета-волн, показатель динамики уровня метаболической активности головного мозга по постоянной составляющей ЭЭГ, частоту сердечных сокращений по ЭКГ, показатели пульсового кровенаполнения сосудов мозга по реографическим индексам РЭГ, показатель периферического сопротивления мозговых сосудов (ППСС), показатель тонуса периферических сосудов в виде амплитуды пульсации периферической ФПГ, показатель тонуса магистральных сосудов по времени распространения пульсовой волны от зубца Q сигнала ЭКГ до начала систолической волны периферической ФПГ, показатель тонуса посткапиллярно-венулярных сосудов по постоянной составляющей ФПГ, а дифференциальную диагностику эпилепсии и эпилептиформных проявлений производят по динамике изменений физиологических показателей до, во время и после проведения функциональной пробы. Для определения функционального состояния мозга проводят функциональную пробу на гипервентиляцию и, если после начала проведения пробы наблюдается снижение реографического индекса РЭГ более чем на 20%, а затем наблюдаются пароксизмальные проявления на ЭЭГ в виде резкого повышения отношения патологических медленно-волновых волн в дельта- и тета-диапазонах к альфа-активности, то потенциально возможной причиной пароксимальных проявлений на ЭЭГ формулируют сосудистые нарушения головного мозга. Если снижение реографического индекса РЭГ и появление пароксимальных проявлений на ЭЭГ сопровождается смещением уровня постоянного потенциала сверхмедленной активности мозга, то делается вывод о наличии влияния сосудистого фактора на пароксимальные проявления, сопровождающегося метаболическими изменениями. Если снижение реографического индекса РЭГ и появление пароксимальных проявлений на ЭЭГ не сопровождается значимым снижением периферического кровотока по ФПГ, то потенциально возможной причиной сосудистых нарушений головного мозга формулируют недостаточность регуляторных процессов по компенсаторному снижению периферического кровотока и перераспределению общего кровотока в жизненно важные органы. Если снижение реографического индекса РЭГ и появления пароксимальных проявлений на ЭЭГ совпадают, то дополнительно делается вывод о наличии фокуса патологической активноста, определяющего неадекватность регионарного мозгового кровотока. Если до проведения функциональной пробы на гипервентиляцию наблюдались дезорганизация ЭЭГ, снижение пульсового кровенаполнения и повышение тонуса по РЭГ, а в процессе проведения пробы наблюдалась нормализация показателей мозгового кровотока, выражающаяся в повышении пульсового кровенаполнения, снижении показателя периферического сопротивления мозговых сосудов, и нормализация ЭЭГ, выражающаяся в повышении уровня альфа-активнсти с сохранением зональных различий по лобно-затылочным областям, снижении отношения патологических медленно-волновых волн в дельта- и тета-диапазонах к альфа-активности, то формулируют предположение о наличии цереброваскулярных нарушений, связанных с нарушением газового состава крови в исходном фоновом состоянии. Если проводят функциональную пробу на гипервентиляцию и в процессе проведения пробы на сигнале ЭКГ наблюдаются экстрасистолы и им предшествуют пароксизмы на синхронно регистрируемых сигналах ЭЭГ, то делают вывод о цереброгенном характере нарушений сердечного ритма, если отсутствует причинно-временная связь между пароксизмами на ЭЭГ и экстрасистолами на ЭКГ, то делается вывод о кардиогенном характере нарушений сердечного ритма. Проводят длительную пассивную ортостатическую пробу и, если в процессе проведения пробы у пациента фиксируется синокопальное состояние, то при резко выраженной брадикардии или асистолии по ЭКГ до наступления синокопального состояния и снижении показателей мозгового кровотока по РЭГ диагностируют кардиоингибиторную причину синкопального состояния, при предшествующих синокопальному состоянию выраженных признаках депонирования крови в конечностях по ФПГ и снижении показателей мозгового кровотока по РЭГ и отсутствии значимого уменьшения частоты сердечных сокращений по ЭКГ диагностируют вазодепресивную причину синкопального состояния, а при предшествующих синкопальному состоянию пароксизмах на ЭЭГ и отсутствии значимого уменьшения частоты сердечных сокращений по ЭКГ и выраженных признаков депонирования крови в конечностях по ФПГ диагностируют судорожный тип обморока.The solution to this problem is achieved by the fact that in a method for studying the functional state of the brain, including multi-channel recording of an electroencephalogram (EEG), electrocardiogram (ECG), conducting a functional test and computer analysis of electrophysiological signals, in addition, synchronously with multi-channel recording of EEG and ECG in real time register ultra-slow brain activity, record rheoelectroencephalogram (REG) in the basins of the carotid and vertebral arteries and photoplethysmogram (FIG) of the fingers and / or feet and the measurement of the electrode resistance of the electrodes to measure the bioelectrical activity of the brain, at the same time on a single cardiocycle time scale, i.e. in conjunction with each of the automatically recognized cardiocycles, physiological indicators of the bioelectrical activity of the brain are calculated and visualized - the absolute and relative values of the alpha activity power, pathological slow-wave activity in the range of delta and theta waves, an indicator of the level of brain metabolic activity by the constant component of the EEG, the heart rate by ECG, the pulse rate of blood vessels in the brain according to the rheographic indexes of REG, peripheral cerebral vascular resistance index (PPSS), peripheral vascular tone index in the form of an amplitude of peripheral PPG pulsation, the main vessels tonus by the pulse wave propagation time from the Q wave of the ECG signal to the beginning of the peripheral PPG systolic wave, and the DC component of the post-capillary-venous vessels tone FIG, and the differential diagnosis of epilepsy and epileptiform manifestations is carried out according to the dynamics of changes in physiological parameters before, during I and after a functional test. To determine the functional state of the brain, a functional test is carried out for hyperventilation and, if after the start of the test, a decrease in the rheographic index of REG is observed by more than 20%, and then paroxysmal manifestations on the EEG are observed in the form of a sharp increase in the ratio of pathological slow-wave waves in delta and theta -range to alpha activity, then a potential cause of paroxysmal manifestations on the EEG formulate vascular disorders of the brain. If a decrease in the rheographic index of REG and the appearance of paroxymal manifestations on the EEG is accompanied by a shift in the level of the constant potential of super slow brain activity, then it is concluded that there is an effect of the vascular factor on paroxysmal manifestations, accompanied by metabolic changes. If a decrease in the Rheographic index of REG and the appearance of paroxysmal manifestations on the EEG is not accompanied by a significant decrease in peripheral blood flow by PPG, then the insufficiency of regulatory processes to compensate for a decrease in peripheral blood flow and redistribution of the general blood flow to vital organs is formulated as a possible cause of vascular disorders of the brain. If the decrease in the rheographic index of REG and the appearance of paroxysmal manifestations on the EEG coincide, then it is additionally concluded that there is a focus of pathological activity that determines the inadequacy of regional cerebral blood flow. If before the functional test for hyperventilation, EEG disorganization, a decrease in pulse blood supply and an increase in REG tone were observed, and during the test, normalization of cerebral blood flow indicators was observed, expressed in an increase in pulse blood supply, a decrease in peripheral resistance of cerebral vessels, and normalization of EEG, expressed in an increase in the level of alpha activity with the preservation of zonal differences in the fronto-occipital regions, a decrease in the ratio of pathological slower wave waves in the delta and theta ranges for alpha activity, then formulate the assumption of the presence of cerebrovascular disorders associated with a violation of the gas composition of the blood in the initial background state. If a functional test for hyperventilation is carried out and during the test the extrasystoles are observed on the ECG signal and they are preceded by paroxysms on the synchronously recorded EEG signals, then a conclusion is drawn about the cerebrogenic nature of heart rhythm disturbances if there is no causal-time relationship between paroxysms on the EEG and extrasystoles on the ECG , then a conclusion is drawn about the cardiogenic nature of heart rhythm disturbances. A long passive orthostatic test is performed, and if the patient has a synocopal state during the test, then with a pronounced bradycardia or asystole by ECG before the onset of the synocopal state and a decrease in cerebral blood flow by REG, the cardioinhibitory cause of the syncope state is diagnosed, with the previous synocopal state of pronounced signs deposition of blood in the extremities by PPG and a decrease in cerebral blood flow by REG and the absence of significant smart sheniya heart rate ECG diagnosed vazodepresivnuyu cause syncope, and when the preceding paroxysms syncope EEG and no significant reduction in heart rate and ECG pronounced signs of blood in the extremities of the Deposit of FIGs diagnosed type convulsive syncope.
Устройство для исследования функционального состояния головного мозга является самостоятельньм объектом изобретения.A device for studying the functional state of the brain is an independent object of the invention.
Известен электроэнцефалограф, защищенный патентом СССР N 880241, МПК3. А61В 5/04 (заявка ФРГ N 2727583 от 20.06.77 г.), содержащий измерительные электроды, накладываемые на голову пациента, селектор отведений, выполненный в виде изображения головы с размещенными на нем переключателями с индикаторньми лампочками, и сигнальные усилители, входы которых через селектор отведений подключается к измерительным электродам, а выходные сигналы управляют самописцами. В этом электроэнцефалографе обеспечивается наглядность подключения измерительных электродов ко входам усилителей, чем снижается вероятность их ошибочного подсоединения. К недостаткам такого электроэнцефалографа следует отнести отсутствие возможности оперативного анализа электроэнцефалограмм, невозможность выявления нарушений мозгового кровотока.Known electroencephalograph, protected by USSR patent N 880241, IPC 3 . АВВ 5/04 (application of Germany N 2727583 dated 06/20/77), containing measuring electrodes placed on the patient’s head, lead selector made in the form of a head image with switches with indicator lights placed on it, and signal amplifiers, the inputs of which are through the lead selector is connected to the measuring electrodes, and the output signals control the recorders. This electroencephalograph provides the visibility of connecting the measuring electrodes to the inputs of the amplifiers, thereby reducing the likelihood of their erroneous connection. The disadvantages of such an electroencephalograph include the lack of the possibility of an operative analysis of electroencephalograms, the inability to detect violations of cerebral blood flow.
Известно устройство для оценки патологических изменений в системной деятельности мозга человека, включающее набор датчиков, налагаемых на голову человека и/или подключаемых к глубинным электродам, многоканальный усилитель сигналов датчиков с числом каналов, соответствующим числу датчиков, блок одновременного преобразования сигналов из непрерывной формы в дискретную, блок статистической обработки полученных данных и блок объемного воспроизведения (см. патент США № 4736751, МПК5 А 61 В 5/04, публ. 1988 г.). Такое устройство не обеспечивает выявление причин нарушения мозгового кровообращения и недостаточно эффективно при дифференциальной диагностике эпилепсии и элептиформных проявлений.A device for assessing pathological changes in the systemic activity of the human brain, including a set of sensors applied to the human head and / or connected to deep electrodes, a multi-channel amplifier of sensor signals with the number of channels corresponding to the number of sensors, a unit for simultaneous conversion of signals from continuous to discrete, block for statistical processing of the obtained data and block volume playback (see US patent No. 4736751, IPC 5 A 61 5/04, publ. 1988). Such a device does not provide identification of the causes of cerebrovascular accident and is not effective enough for the differential diagnosis of epilepsy and eleptiform manifestations.
Из патента Российской Федерации № 2177716, МПК7 А 61 В 5/0476, публ. 2002 г., известно устройство для оценки патологических изменений в системной деятельности мозга, которое включает набор датчиков, налагаемых на голову человека, и/или подключаемых к глубинным электродам, и/или располагаемых на некотором расстоянии от головы, многоканальный усилитель сигналов датчиков, например электроэнцефалограф, с числом каналов, соответствующим числу датчиков, блок преобразования сигналов, например преобразования из непрерывной формы в дискретную, блок измерения статистической взаимосвязи между процессами, блок измерения размерности пространства отображаемых процессов, соответствующей совокупным статистическим свойствам взаимосвязей между измеряемыми процессами, блок вычисления координат и/или величин радиус-векторов отображаемых процессов, блок визуализации пространственного распределения радиус-векторов отображаемых процессов, например графопостроитель или графический дисплей, запоминающее устройство, блок измерения отличий параметров пространственных распределений радиус-векторов отображаемых процессов, блок визуализации отличий в интегративной деятельности мозга пациента, блок предъявления тестов и блок синхронизации. Устройство позволяет достоверно выявить степень и характер устойчивых патологических отклонений в системной деятельности мозга человека, определять их локализацию и характер нарушений, количественно оценивать степень патологических отклонений, связанных с выполнением тестов или с любыми переменами функционального состояния мозга. Недостаток этого устройства для оценки патологических изменений в системной деятельности мозга - сравнительно низкая эффективность при дифференциальной диагностике эпилепсии и элептиформных проявлений, отсутствие возможности диагностировать причину нарушения мозгового кровообращения.From the patent of the Russian Federation No. 2177716, IPC 7 A 61 B 5/0476, publ. In 2002, a device for assessing pathological changes in the systemic activity of the brain is known, which includes a set of sensors placed on a person’s head and / or connected to deep electrodes and / or located at some distance from the head, a multi-channel amplifier of sensor signals, for example, an electroencephalograph , with the number of channels corresponding to the number of sensors, a signal conversion unit, for example, conversion from continuous to discrete, a unit for measuring the statistical relationship between processes, a unit of measurement the rhenium of the dimension of the space of the displayed processes corresponding to the aggregate statistical properties of the relationships between the measured processes, a unit for calculating the coordinates and / or values of the radius vectors of the displayed processes, a unit for visualizing the spatial distribution of the radius vectors of the displayed processes, for example, a plotter or graphic display, a storage device, a difference measurement unit parameters of the spatial distributions of the radius vectors of the displayed processes, the visualization block differences in integrative activity of the patient’s brain, test presentation unit and synchronization unit. The device allows to reliably identify the degree and nature of persistent pathological abnormalities in the systemic activity of the human brain, determine their localization and the nature of the disorders, quantify the degree of pathological abnormalities associated with performing tests or with any changes in the functional state of the brain. The disadvantage of this device for assessing pathological changes in the systemic activity of the brain is its relatively low efficiency in the differential diagnosis of epilepsy and eleptiform manifestations, the inability to diagnose the cause of cerebrovascular accident.
Устройство для съема, регистрации и анализа электрофизиологических сигналов, защищенное патентом Российской Федерации № 2102004, МПК6 А 61 В 5/04, публ. 1998 г., содержит последовательно соединенные блок электродов, селективный многоканальный усилитель, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, устройство управления и первичной обработки, блок гальванического разделения, интерфейсный блок и персональную ЭВМ. Цепи питания многоканального усилителя соединены с выходными шинами блока защиты от аварийных токов, первая группа входов которого подключена к электродам, а вторая к выходным шинам источника питания. Это устройство не эффективно при дифференциальной диагностике эпилепсии и элептиформных проявлений из-за отсутствия возможности измерения импеданса головного мозга синхронно со съемом сигналов биоэлектрической активности мозга и контроля подэлектродных сопротивлений.Device for recording, recording and analysis of electrophysiological signals, protected by the patent of the Russian Federation No. 2102004, IPC 6 A 61 V 5/04, publ. 1998, contains a series-connected electrode block, a selective multichannel amplifier, a multiplexer, an analog-to-digital converter, a control and preprocessing device, a galvanic separation unit, an interface unit, and a personal computer. The power circuits of the multichannel amplifier are connected to the output buses of the emergency current protection block, the first group of inputs of which is connected to the electrodes, and the second to the output buses of the power source. This device is not effective in the differential diagnosis of epilepsy and eleptiform manifestations due to the lack of the ability to measure brain impedance simultaneously with the collection of signals of brain bioelectrical activity and the control of sub-electrode resistances.
Наиболее близким к заявляемому устройству для исследования функционального состояния головного мозга является устройство для исследования биологической активности мозга, содержащее блок отводящих электродов, датчик электрокардиосигнала, коммутационную панель, выполненную в виде изображения головы с гнездами для подключения отводящих электродов, многоканальный предварительный усилитель, входы которого соединены с соответствующими гнездами подключения коммутационной панели, а выходы с соответствующими информационными выходами селектора отведений, усилитель электрокардиосигнала, выходы которого соединены с соответствующими гнездами подключения коммутационной панели, блок контроля импеданса электродов, многоканальный селективный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, генератор звуковых стимулов, генератор зрительных стимулов и ЭВМ с подключенными к ней накопителем на магнитных дисках, дисплеем и печатающим устройством, дополнительно включены блок измерительных электродов, блок измерения внутричерепного импеданса, блок контроля работоспособности с соединительной колодкой, четырехканальный дифференциальный усилитель, многоканальный аналоговый коммутатор, усилитель с регулируемыми напряжением смещения и коэффициентом усиления, блок памяти, микропроцессор, блоки обмена информацией и сопряжения и четырехканальный аналоговый переключатель (см. патент Российской Федерации № 2076625, МПК6 А 61 В 5/04, публ. 1997 г). Это устройство позволяет в течение одного сеанса обследования снимать и анализировать сигналы электроэнцефалографии, электрографии и реоэлектроэнцефалографии, контролировать параметры усилителей и импеданс электродов, что особенно важно при исследованиях с проведением функциональных проб.Closest to the claimed device for studying the functional state of the brain is a device for studying the biological activity of the brain, containing a block of discharge electrodes, an electrocardiogram sensor, a patch panel made in the form of an image of the head with sockets for connecting the discharge electrodes, a multi-channel preamplifier, the inputs of which are connected to the corresponding sockets for connecting the patch panel, and the outputs with the corresponding information outputs with lead assignments, an electrocardiogram signal amplifier, the outputs of which are connected to the corresponding connection sockets of the patch panel, an electrode impedance control unit, a multi-channel selective amplifier, an analog-to-digital converter, a sound stimulus generator, a visual stimulus generator and a computer with a magnetic disk drive, a display and by a printing device, an additional unit of measuring electrodes, an intracranial impedance measuring unit, a health monitoring unit with connection block, four-channel differential amplifier, multi-channel analog switch, amplifier with adjustable bias voltage and gain, memory unit, microprocessor, information exchange and interface units, and four-channel analog switch (see patent of the Russian Federation No. 2076625, IPC 6 A 61 B 5/04, publ. 1997 g). This device allows you to take and analyze signals of electroencephalography, electrography and rheoelectroencephalography during one examination session, control the parameters of amplifiers and the impedance of the electrodes, which is especially important in studies involving functional tests.
Устройство для исследования биологической активности мозга по патенту Российской Федерации № 2076625 принято в качестве прототипа. Общими признаками заявляемого устройства с прототипом являются следующие:A device for studying the biological activity of the brain according to the patent of the Russian Federation No. 2076625 adopted as a prototype. Common signs of the claimed device with the prototype are the following:
- назначение - оба устройства предназначены для исследования функционального состояния головного мозга;- purpose - both devices are designed to study the functional state of the brain;
- оба устройства включают аналогичные по назначению функциональные узлы - блок электродов для съема сигналов биоэлектрической активности головного мозга (в прототипе это блок отводящих электродов), блок датчиков электрофизиологических сигналов (в прототипе - датчик электрокардиосигналов), блок токовых и потенциальных электродов для осуществления записи реосигналов (в прототипе - блок измерительных электродов), многоканальный усилитель сигналов биоэлектрической активности головного мозга (в прототипе - многоканальный предварительный усилитель), многоканальный усилитель реосигналов (в прототипе - многоканальный селективный усилитель), многоканальный аналого-цифровой преобразователь (в прототипе - многоканальный аналоговый переключатель и аналого-цифровой преобразователь), усилитель электрофизиологических сигналов (в прототипе - усилитель электрокардиосигнала), микроЭВМ (в прототипе - микропроцессор), ПЭВМ стандартной конфигурации (в прототипе - ЭВМ с дисплеем и печатающим устройством), генератор токовых реосигналов и синхронный детектор реосигналов (в прототипе - блок измерения внутричерепного импеданса);- both devices include functionally similar functional units - an electrode block for collecting signals of brain bioelectrical activity (in the prototype this is a block of discharge electrodes), a block of electrophysiological signal sensors (in the prototype is a cardiac signal sensor), a block of current and potential electrodes for recording re-signals ( in the prototype - a block of measuring electrodes), a multi-channel amplifier of signals of bioelectric activity of the brain (in the prototype - a multi-channel preliminary amplifier), a multi-channel amplifier of reosignals (in the prototype - a multi-channel selective amplifier), multi-channel analog-to-digital converter (in the prototype - a multi-channel analog switch and analog-to-digital converter), an amplifier of electrophysiological signals (in the prototype - an amplifier of an electrocardiogram), microcomputer (in the prototype - microprocessor), a standard configuration PC (in the prototype - a computer with a display and a printing device), a current re-signal generator and a synchronous re-signal detector (in the prototype - b approx impedance measuring intracranial);
- соединения блоков и узлов - блок электродов для съема сигналов биоэлектрической активности головного мозга и блок датчиков электрофизиологических сигналов соединены соответственно с многоканальным усилителем сигналов биоэлектрической активности головного мозга и усилителем электрофизиологических сигналов (в прототипе они соединены через коммутационную панель), многоканальный аналого-цифровой преобразователь, микроЭВМ и ПЭВМ стандартной конфигурации соединены последовательно (в прототипе через шину данных и устройство сопряжения соответственно).- connections of blocks and nodes — an electrode block for collecting signals of brain bioelectrical activity and a block of electrophysiological signal sensors are connected respectively to a multi-channel amplifier of signals of bioelectric activity of the brain and an amplifier of electrophysiological signals (in the prototype they are connected through a patch panel), a multi-channel analog-to-digital converter, microcomputers and PCs of a standard configuration are connected in series (in the prototype, through the data bus and the device is paired Iya, respectively).
Недостатки прототипа - отсутствие возможности синхронного съема сигналов электроэнцефалографии и реоэлектроэнцефалографии, что снижает возможность их взаимной корреляции, низкая точность измерения подэлектродного сопротивления, что снижает точность регистрации сверхмедленной биоэлектрической активности головного мозга. Эти недостатки существенно затрудняют дифференциальную диагностику эпилепсии и эпилептиформных проявлений и выявление начальных проявлений нарушений регуляторного характера.The disadvantages of the prototype are the lack of the possibility of synchronous acquisition of electroencephalography and rheoelectroencephalography signals, which reduces the possibility of their mutual correlation, low accuracy of measurement of the electrode resistance, which reduces the accuracy of registration of ultra slow bioelectric activity of the brain. These shortcomings significantly complicate the differential diagnosis of epilepsy and epileptiform manifestations and the identification of the initial manifestations of regulatory disorders.
Задача, решаемая изобретением, - повышение эффективности дифференциальной диагностики эпилепсии и эпилептиформных проявлений, выявление начальных проявлений нарушений регуляторного характера.The problem solved by the invention is to increase the efficiency of the differential diagnosis of epilepsy and epileptiform manifestations, identifying the initial manifestations of regulatory disorders.
Решение указанной задачи достигается тем, что устройство для исследования функционального состояния головного мозга, содержащее последовательно соединенные многоканальный аналого-цифровой преобразователь, микроЭВМ с гальванически развязанными портами ввода-вывода и ПЭВМ стандартной конфигурации, блок электродов для съема сигналов биоэлектрической активности головного мозга, подключенный к многоканальному усилителю сигналов биоэлектрической активности головного мозга, блок датчиков электрофизиологических сигналов, соединенный с усилителем электрофизиологических сигналов, блок токовых и потенциальных электродов для осуществления записи реосигналов, многоканальный усилитель реосигналов, генератор токовых реосигналов и синхронный детектор реосигналов, дополнительно содержит двухчастотный прецизионный генератор тока, задающий вход которого подключен к микроЭВМ, первая группа выходов соединена с рабочими электродами, а вторая - с референтньми электродами блока электродов для съема сигналов биоэлектрической активности головного мозга, коммутатор отведений, первая группа входов которого соединена с потенциальными электродами блока токовых и потенциальных электродов для осуществления записи реосигналов, вторая группа входов - с выходами генератора токовых реосигналов, первая группа выходов - с токовыми электродами блока токовых и потенциальных электродов для осуществления записи реосигналов, вторая группа выходов - с входами синхронного детектора реосигналов, демультиплексор, вход которого соединен с выходом синхронного детектора реосигналов, а выходы с входами многоканального усилителя реосигналов, выходы многоканального усилителя сигналов биоэлектрической активности головного мозга, многоканального усилителя реосигналов и усилителя электрофизиологических сигналов соединены с соответствующими входами многоканального аналого-цифрового преобразователя, выходы микроЭВМ соединены с входом управления коммутатора отведений, входом управления демультиплексора, входом управления многоканального аналого-цифрового преобразователя и входами синхронизации генератора токовых реосигналов и синхронного детектора реосигналов. Блок датчиков электрофизиологических сигналов содержит электроды для съема электрической активности сердца, электрических сигналов двигательной активности мышц, фотодатчик пульсовой волны и датчик дыхательной волны. Генератор токовых реосигналов содержит источник постоянного напряжения, полюсы которого через управляемый переключатель и узкополосный усилитель напряжения соединен с входом линейного преобразователя напряжение - ток, выход которого является выходом генератора. Синхронный детектор реосигналов содержит последовательно соединенные дифференциальный усилитель, полосовой фильтр и инвертор, а также управляемый переключатель, переключаемые входы соединены с входом и выходом инвертора, входами синхронного детектора являются входы дифференциального усилителя и управляющий вход управляемого переключателя, выходом - выход управляемого переключателя. Двухчастотный прецизионный генератор тока содержит два частотных делителя, входы которых объединены и являются задающим входом генератора, а выходы через конденсаторы емкостью 10... 20 pF соединены: первого с выходами для подключения рабочих электродов, второго - для подключения референтных электродов. Усилительный канал многоканального усилителя сигналов биоэлектрической активности головного мозга содержит последовательно соединенные дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с входом для подключения соответствующего рабочего электрода, а инвертирующий - через согласующий каскад с входом для подключения референтного электрода, усилитель с коэффициентом усиления по постоянному току, равном единице, и усилением в рабочей полосе частот, равном номинальному, и фильтр нижних частот.The solution to this problem is achieved by the fact that a device for studying the functional state of the brain, containing a multichannel analog-to-digital converter in series, a microcomputer with galvanically isolated input-output ports and a PC of a standard configuration, an electrode block for collecting signals of brain bioelectric activity connected to a multichannel an amplifier of signals of bioelectric activity of the brain, a unit of sensors of electrophysiological signals, connected with an amplifier of electrophysiological signals, a block of current and potential electrodes for recording reosignals, a multichannel amplifier of reosignals, a generator of current reosignals and a synchronous detector of reosignals, additionally contains a two-frequency precision current generator whose input is connected to a microcomputer, the first group of outputs is connected to working electrodes, and the second - with reference electrodes of the electrode block for picking up signals of bioelectrical activity of the brain, lead switch the first group of inputs is connected to the potential electrodes of the current and potential electrode block for recording the re-signals, the second group of inputs is to the outputs of the current rheological signal generator, the first group of outputs is to the current electrodes of the current and potential electrode block to record the re-signals, the second group of outputs is with inputs of a synchronous detector of rheosignals, a demultiplexer, the input of which is connected to the output of a synchronous detector of rheosignals, and outputs with inputs of a multi-channel amplifier For re-signals, the outputs of the multi-channel amplifier of signals of bioelectric activity of the brain, the multi-channel amplifier of re-signals and the amplifier of electrophysiological signals are connected to the corresponding inputs of the multi-channel analog-to-digital converter, the outputs of the microcomputer are connected to the control switch input, the demultiplexer control input, the multi-channel analog-to-digital converter control input synchronization inputs of the current rheosignal generator and the synchronous reo detector signals. The block of sensors of electrophysiological signals contains electrodes for measuring electrical activity of the heart, electrical signals of motor activity of muscles, a photosensor of a pulse wave and a sensor of a respiratory wave. The generator of current rheosignals contains a constant voltage source, the poles of which are connected to the input of the voltage - current linear converter through a controlled switch and a narrow-band voltage amplifier, the output of which is the output of the generator. The synchronous rheosignal detector contains a differential amplifier, a bandpass filter and an inverter connected in series, as well as a controllable switch, switchable inputs are connected to the inverter input and output, the inputs of a synchronous detector are the inputs of a differential amplifier and a control input of a controllable switch, and the output is the output of a controllable switch. A two-frequency precision current generator contains two frequency dividers, the inputs of which are combined and are the driving input of the generator, and the outputs are connected through capacitors with a capacity of 10 ... 20 pF: the first with outputs for connecting working electrodes, the second for connecting reference electrodes. The amplification channel of a multichannel amplifier of signals of bioelectric activity of the brain contains a differential amplifier connected in series, the non-inverting input of which is connected to the input for connecting the corresponding working electrode, and the inverting one through the matching stage with the input for connecting the reference electrode, an amplifier with a constant current gain of unity , and gain in the working frequency band equal to the nominal, and a low-pass filter.
Способ измерения подэлектродных сопротивлений является самостоятельньм объектом изобретения.The method of measuring the electrode resistance is an independent object of the invention.
Известен способ измерения электрокожного сопротивления, защищенный авторским свидетельством СССР № 1821195, МПК5 А 61 Н 39/00, А 61 В 5/05, публ. 1993 г., по которому на кожу накладывают измерительные электроды, пропускают между ними знакопостоянные стабилизированные импульсы электрического тока длительностью 200... 380 мксек при плотности тока 7,1... 36,2 мкА, многократно измеряют сопротивление в конце каждого импульса, вычисляют значение поправки к измеряемому сопротивлению как разность между значением сопротивления при первом измерении и значением сопротивления при втором через 42 сек после первого измерения, а значение сопротивления при каждом последующем измерении определяют с учетом этой поправки. Этот способ неприменим для синхронного измерения подэлектродного сопротивления при регистрации биопотенциалов головного мозга и/или электрических сигналов, генерируемых сердцем и/или электрических сигналов мышечных движений.A known method of measuring electric skin resistance, protected by copyright certificate of the USSR No. 1821195, IPC 5 A 61 H 39/00, A 61 V 5/05, publ. 1993, according to which measuring electrodes are applied to the skin, constant-constant stabilized electric current pulses of 200 ... 380 μs duration are passed between them at a current density of 7.1 ... 36.2 μA, the resistance is measured repeatedly at the end of each pulse, and the value of the correction to the measured resistance as the difference between the resistance value in the first measurement and the resistance value in the second 42 seconds after the first measurement, and the resistance value in each subsequent measurement is determined taking into account m of the amendment. This method is not applicable for synchronous measurement of the sub-electrode resistance when registering the biopotentials of the brain and / or electrical signals generated by the heart and / or electrical signals of muscle movements.
По способу двухэлектродного измерения электрического сопротивления биообъектов, защищенному авторским свидетельством СССР №1204182, МПК4 А 61 В 5/05, G 01 R 27/02, публ. 1986 г., на исследуемом объекте размещают электроды, через которые пропускают измерительный ток и измеряют межэлектродное сопротивление R1, затем изменяют величину измерительного тока и площадь электродов в k раз при условии неизменности внешних габаритов электродов и измеряют новое значение межэлектродного сопротивления R2, а величину сопротивления ткани биообъекта и подэлектродного сопротивления R3 вычисляют по формулам. Этот способ также неприемлем для синхронного измерения подэлектродных сопротивлений при регистрации биопотенциалов головного мозга и/или электрических сигналов, генерируемых сердцем и/или электрических сигналов мышечных движений.According to the method of two-electrode measurement of electrical resistance of biological objects, protected by the USSR copyright certificate No. 1204182, IPC 4 A 61 V 5/05, G 01 R 27/02, publ. 1986, electrodes are placed on the object under study, through which the measuring current is passed and the interelectrode resistance R1 is measured, then the magnitude of the measuring current and the electrode area are changed by a factor of k, provided that the external dimensions of the electrodes are unchanged and the new value of the interelectrode resistance R2 is measured, and the tissue resistance bioobject and sub-electrode resistance R3 calculated by the formulas. This method is also unacceptable for the synchronous measurement of sub-electrode resistances when registering the biopotentials of the brain and / or electrical signals generated by the heart and / or electrical signals of muscle movements.
Технический результат от использования изобретения - обеспечение возможности синхронного измерения подэлектродных сопротивлений при регистрации биопотенциалов головного мозга и/или электрических сигналов, генерируемых сердцем и/или электрических сигналов мышечных движений.The technical result from the use of the invention is the provision of the possibility of synchronous measurement of sub-electrode resistances when registering the biopotentials of the brain and / or electrical signals generated by the heart and / or electrical signals of muscle movements.
Указанный результат достигается тем, что в способе измерения подэлектродного сопротивления при регистрации биопотенциалов головного мозга и/или электрических сигналов, генерируемых сердцем, и/или электрических сигналов мышечных движений с использованием дифференциальных усилителей этих сигналов, на каждый рабочий электрод подают сигнал от узкополосного генератора тока с частотой f1, превышающей верхнюю частоту регистрируемых сигналов fвepx, а на референтный электрод подают сигнал от узкополосного генератора тока с частотой f2≠ f1>fвepx, узкополосной фильтрацией выделяют и измеряют на выходе каждого усилителя напряжения с частотами f1 и f2 - Uf1 и uf2, а подэлектродное сопротивление каждого из электродов определяют с учетом значений токов узкополосных генераторов тока с частотами f1 и f2 - Jf1, Jf2 и измеренных напряжений с частотами f1 и f2 - Uf1, Uf2. Подэлектродное сопротивление каждого рабочего электрода определяют по формуле Zj=Ujf1:(Jf1× Kj), где Zj - подэлектродное сопротивление j-го электрода, Ujf1 - напряжение на выходе j-го усилителя с частотой f1, Jf1 - ток узкополосного генератора тока с частотой f1, Kj - коэффициент усиления j-го усилителя, а подэлектродное сопротивление референтного электрода определяют по формуле: ZA=Ujf2:(Jf1× Kj), где ZA - подэлектродное сопротивление референтного электрода А, сопричастного j-му усилителю, Ujf2 - напряжение на выходе j-го усилителя с частотой f2, jf2 - ток узкополосного генератора тока с частотой f2.This result is achieved by the fact that in the method for measuring the sub-electrode resistance when registering the biopotentials of the brain and / or electrical signals generated by the heart and / or electrical signals of muscle movements using differential amplifiers of these signals, a signal from a narrow-band current generator with frequency f 1 exceeding the upper frequency of the recorded signals f Вepx , and a signal from a narrow-band current generator with a frequency f 2 ≠ f 1 > f is fed to the reference electrode Vepx , narrow-band filtering is used to isolate and measure at the output of each amplifier voltage with frequencies f 1 and f 2 - U f1 and u f2 , and the sub-electrode resistance of each of the electrodes is determined taking into account the current values of narrow-band current generators with frequencies f 1 and f 2 - J f1 , J f2 and measured voltages with frequencies f 1 and f 2 - U f1 , U f2 . The electrode resistance of each working electrode is determined by the formula Z j = U jf1: (J f1 × K j ), where Z j is the electrode resistance of the j-th electrode, U jf1 is the voltage at the output of the j-th amplifier with frequency f 1 , J f1 is the current of the narrow-band current generator with a frequency of f 1 , K j is the gain of the j-th amplifier, and the electrode resistance of the reference electrode is determined by the formula: Z A = U jf2: (J f1 × K j ), where Z A is the electrode resistance of the reference electrode A, associated with the j-th amplifier, U jf2 is the voltage at the output of the j-th amplifier with a frequency f 2 , j f2 is the current short-band current generator with a frequency of f 2 .
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящим изобретениям, что позволяет сделать вывод об их соответствии критерию "новизна".The applicant has not identified sources containing information about technical solutions identical to the present inventions, which allows us to conclude that they meet the criterion of "novelty."
Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретений на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемых технических решениях критерию "изобретательский уровень".The applicant is not aware of any publications that would contain information on the influence of the distinguishing features of inventions on the achieved technical result. In this regard, according to the applicant, it can be concluded that the claimed technical solutions meet the criterion of "inventive step".
Изобретения поясняются чертежами. На фиг.1 приведена структурная схема устройства для исследования функционального состояния головного мозга, на фиг.2 - функциональная схема усилительного канала усилителя сигналов биоэлектрической активности головного мозга, на фиг.3 - функциональная схема генератора токовых реосигналов, на фиг.4 - функциональная схема синхронного детектора реосигналов, на фиг.5 - функциональная схема двухчастотного прецизионного генератора тока, на фиг.6 и 8 представлены примеры записи значений физиологических сигналов: слева исходное фоновое состояние, справа - с трехминутой гипервентиляцей, на фиг.7 и 9 - покардиоцикловая динамика физиологических показателей для этих примеров, на фиг.10 изображена функциональная схема, поясняющая способ измерения подэлектродных сопротивлений.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a structural diagram of a device for studying the functional state of the brain, figure 2 is a functional diagram of an amplifier channel of an amplifier of signals of bioelectrical activity of the brain, figure 3 is a functional diagram of a generator of current rheosignals, figure 4 is a functional diagram of a synchronous rheosignal detector, FIG. 5 is a functional diagram of a two-frequency precision current generator, FIGS. 6 and 8 are examples of recording values of physiological signals: the initial background state is on the left, on the right - with a three-minute hyperventilation, Figs. 7 and 9 show the cardiocycle dynamics of physiological parameters for these examples; Fig. 10 is a functional diagram explaining a method for measuring sub-electrode resistances.
Перечень позиций на фиг.1 - фиг.5:The list of positions in figure 1 - figure 5:
1 - блок электродов для съема сигналов биоэлектрической активности головного мозга;1 - a block of electrodes for picking up signals of bioelectric activity of the brain;
2 - блок датчиков электрофизиологических сигналов;2 - a block of sensors of electrophysiological signals;
3 - блок токовых и потенциальных электродов для осуществления записи реосигналов;3 - block current and potential electrodes for recording rheosignals;
4 - коммутатор отведений;4 - lead switch;
5 - генератор токовых реосигналов;5 - current rheosignal generator;
6 - синхронный детектор реосигналов;6 - synchronous rheosignal detector;
7 - многоканальный усилитель сигналов биоэлектрической активности головного мозга;7 - a multi-channel amplifier of signals of bioelectric activity of the brain;
8 - усилители электрофизиологических сигналов;8 - amplifiers of electrophysiological signals;
9 - демультиплексор;9 - demultiplexer;
10 - многоканальный усилитель реосигналов;10 - multi-channel amplifier rheosignals;
11 - многоканальный аналого-цифровой преобразователь (МАЦП);11 - multi-channel analog-to-digital Converter (MACP);
12 - микроЭВМ с гальванически развязанным портом ввода-вывода;12 - microcomputer with galvanically isolated input-output port;
13 - двухчастотный прецизионный генератор тока;13 - two-frequency precision current generator;
14 - ПЭВМ стандартной конфигурации;14 - PC standard configuration;
15 - управляемый переключатель;15 - controlled switch;
16 - фильтр нижних частот;16 - low pass filter;
17 - полосовой фильтр;17 - band-pass filter;
18 - управляемый переключатель;18 - controlled switch;
19 - частотный делитель с частотой f1;19 - frequency divider with a frequency f 1 ;
20 - частотный делитель с частотой f2.20 - frequency divider with a frequency f 2 .
Заявленный способ исследования функционального состояния головного мозга реализуется следующим образом. На голову пациента накладывают электроды для съема биоэлектрической активности головного мозга и для регистрации реографических сигналов в бассейнах сонных и позвоночных артерий, на груди закрепляют электроды для съема электрокардиографических сигналов, датчик кожно-гальванической реакции, датчик дыхательной волны (при необходимости), на пальцы руки - датчики пульсовой волны (кровенаполнения). Электроды и датчики подключены каждый к отдельному входу многоканального усилителя, соединенного с многоканальным аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен с гальванически развязанным портом ввода-вывода микроЭВМ. Это позволяет осуществлять синхронно в реальном масштабе времени многоканальную запись электроэнцефалограммы (ЭЭГ), запись реоэлектроэнцефалограммы (РЭГ) в бассейнах сонных и позвоночных артерий, запись электрокардиограммы (ЭКГ), фотоплетизмограммы (ФПГ) и пневмограммы и производить их компьютерный анализ. Одновременно с многоканальной записью электроэнцефалограммы, реоэлектроэнцефалограммы и электрокардиограммы измеряют подэлектродные сопротивления, что обеспечивает не только контроль надежности контактов электродов с кожей, но и более высокую точность определения показателей электроэнцефалограммы, а также регистрацию сверхмедленной активности мозга (СМА) в течение проведения функциональных проб. Компьютерный анализ и обработка электрофизиологических сигналов в ПЭВМ позволяют в едином покардиоцикловом временном масштабе, т.е. в привязке к каждому из автоматически распознаваемых кардиоциклов, осуществлять вычисление и визуализацию физиологических показателей биоэлектрической активности мозга - абсолютные и относительные значения мощности альфа-активности, патологической медленно-волновой активности в диапазоне дельта- и тета-волн, показатель динамики уровня метаболической активности головного мозга по постоянной составляющей ЭЭГ, частоту сердечных сокращений по ЭКГ, показатели пульсового кровенаполнения сосудов мозга по реографическим индексам РЭГ, показатель периферического сопротивления мозговых сосудов (ППСС), показатель тонуса периферических сосудов в виде амплитуды пульсации периферической ФПГ, показатель тонуса магистральных сосудов по времени распространения пульсовой волны от зубца Q сигнала ЭКГ до начала систолической волны периферической ФПГ, показатель тонуса посткапиллярно-венулярных сосудов по постоянной составляющей ФПГ, спектральный анализ лишенных артефактов фрагментов ЭЭГ с оценкой мощности спектрограмм в стандартных частотных диапазонах. Определение всех этих показателей производится по известным формулам. После включения и проверки работы аппаратуры проводят функциональную пробу на гипервентиляцию в типовом режиме. Пациенту предлагают глубоко ритмично дышать в течение 3 минут. Глубина вдоха и полнота выдоха должны быть максимальными, частота дыхания в пределах 16... 20 в минуту. Параметры дыхания контролируются с помощью датчика дыхательной волны. Запись и регистрацию электрофизиологических показателей необходимо производить как минимум за 3 минуты до пробы и не менее 5 минут после ее окончания. При констатации в процессе проведения пробы наличия снижения реографического индекса и пароксизмаксимальных проявлений на ЭЭГ в виде резкого повышения отношения патологических медленно-волновых волн в дельта- и тета-диапазонах к альфа-активности различают потенциально возможные причины пароксизмальных проявлений на ЭЭГ. Дифференциальная диагностика эпилепсии и эпилептиформных проявлений заключается в следующем. Если вначале наблюдалось снижение реографического индекса более чем на 20%, а затем наблюдаются пароксизмальные проявления, то причиной следует считать с большой вероятностью сосудистые нарушения головного мозга. Если снижение реографического индекса РЭГ и появление пароксимальных проявлений на ЭЭГ сопровождается смещением уровня постоянного потенциала, то делается вывод о наличии влияния сосудистого фактора на пароксимальные проявления, сопровождающегося метаболическими изменениями. Если снижение реографического индекса РЭГ и появление пароксимальных проявлений на ЭЭГ не сопровождается значимым снижением периферического кровотока по ФПГ, то потенциально возможной причиной сосудистых нарушений головного мозга может быть недостаточность регуляторных процессов по компенсаторному снижению периферического кровотока и перераспределению общего кровотока в жизненно важные органы. Если снижение реографического индекса РЭГ и появления пароксимальных проявлений на ЭЭГ совпадают, то дополнительно делается вывод о наличии фокуса патологической активности, определяющего неадекватность регионарного мозгового кровотока. Если до проведения функциональной пробы на гипервентиляцию наблюдались дезорганизация ЭЭГ, снижение пульсового кровенаполнения и повышение тонуса по РЭГ, а в процессе проведения пробы наблюдалась нормализация показателей мозгового кровотока, выражающаяся в повышении пульсового кровенаполнения, снижении показателя периферического сопротивления мозговых сосудов, и нормализация ЭЭГ, выражающаяся в повышении уровня альфа-активности с сохранением зональных различий по лобно-затылочным областям, снижении отношения патологических медленно-волновых волн в дельта- и тета-диапазонах к альфа-активности, то предполагают наличие цереброваскулярных нарушений, связанных с нарушением газового состава крови в исходном фоновом состоянии. Если проводят функциональную пробу на гипервентиляцию и в процессе проведения пробы на сигнале ЭКГ наблюдаются экстрасистолы и им предшествуют пароксизмы на синхронно регистрируемых сигналах ЭЭГ, то делают вывод о цереброгенном характере нарушений сердечного ритма. Если отсутствует причинно-временная связь между пароксизмами на ЭЭГ и экстрасистолами на ЭКГ, то делается вывод о кардиогенном характере нарушений сердечного ритма. Для выявления причин синокопальных состояний проводят длительную пассивную ортостатическую пробу и, если в процессе проведения пробы у пациента фиксируется синокопальное состояние, то при резко выраженной брадикардии или асистолии по ЭКГ до наступления синокопального состояния и снижении показателей мозгового кровотока по РЭГ диагностируют кардиоингибиторную причину синкопального состояния, при предшествующих синокопальному состоянию выраженных признаках депонирования крови в конечностях по ФПГ и снижении показателей мозгового кровотока по РЭГ, и отсутствии значимого уменьшения частоты сердечных сокращений по ЭКГ диагностируют вазодепресивную причину синкопального состояния, а при предшествующих синкопальному состоянию пароксизмах на ЭЭГ и отсутствии значимого уменьшения частоты сердечных сокращений по ЭКГ и выраженных признаков депонирования крови в конечностях по ФПГ диагностируют судорожный тип обморока.The claimed method for studying the functional state of the brain is implemented as follows. Electrodes are placed on the patient’s head to record the bioelectrical activity of the brain and to record rheographic signals in the carotid and vertebral artery pools, electrodes for detecting electrocardiographic signals, a skin-galvanic reaction sensor, a respiratory wave sensor (if necessary) are attached to the fingers, pulse wave sensors (blood supply). The electrodes and sensors are each connected to a separate input of a multi-channel amplifier connected to a multi-channel analog-to-digital converter, the output of which is connected to a galvanically isolated input / output port of the microcomputer. This allows for simultaneous real-time multichannel recording of the electroencephalogram (EEG), recording of the rheoelectroencephalogram (REG) in the basins of the carotid and vertebral arteries, recording of the electrocardiogram (ECG), photoplethysmogram (PPG) and pneumograms and performing their computer analysis. Simultaneously with multichannel recording of electroencephalograms, rheoelectroencephalograms and electrocardiograms, subelectrode resistances are measured, which provides not only control of the reliability of the contacts of the electrodes with the skin, but also a higher accuracy in determining the parameters of the electroencephalogram, as well as registration of super slow brain activity (SMA) during functional tests. Computer analysis and processing of electrophysiological signals in a PC allows for a single time-cycle cycle time scale, i.e. in relation to each of the automatically recognized cardiocycles, to calculate and visualize the physiological indicators of brain bioelectric activity - the absolute and relative values of the alpha activity power, pathological slow-wave activity in the range of delta and theta waves, an indicator of the dynamics of the level of brain metabolic activity by the constant component of the EEG, the heart rate by ECG, the pulse rate of blood vessels in the brain according to the rheographic indexes of REG, peripheral cerebral vascular resistance index (PPSS), peripheral vascular tone index in the form of an amplitude of peripheral PPG pulsation, the main vessels tonus by the pulse wave propagation time from the Q wave of the ECG signal to the beginning of the peripheral PPG systolic wave, and the DC component of the post-capillary-venous vessels tone FIG, spectral analysis of artifact-free EEG fragments with an estimate of the power of spectrograms in standard frequency ranges. The determination of all these indicators is carried out according to well-known formulas. After turning on and checking the operation of the equipment, a functional test for hyperventilation is carried out in a typical mode. The patient is offered to breathe deeply rhythmically for 3 minutes. The depth of inspiration and the fullness of exhalation should be maximum, respiratory rate within 16 ... 20 per minute. Respiratory parameters are monitored using a respiratory wave sensor. The recording and registration of electrophysiological parameters must be done at least 3 minutes before the sample and at least 5 minutes after its completion. When ascertaining during the test, the presence of a decrease in the rheographic index and paroxysmaximum manifestations on the EEG in the form of a sharp increase in the ratio of pathological slow-wave waves in the delta and theta ranges to alpha activity distinguishes the potential causes of paroxysmal manifestations on the EEG. The differential diagnosis of epilepsy and epileptiform manifestations is as follows. If at first there was a decrease in the rheographic index by more than 20%, and then paroxysmal manifestations are observed, then the cause should be considered with a high probability vascular disorders of the brain. If a decrease in the rheographic index of REG and the appearance of paroxymal manifestations on the EEG is accompanied by a shift in the level of constant potential, then it is concluded that there is an effect of the vascular factor on paroxysmal manifestations, accompanied by metabolic changes. If a decrease in the Rheographic index of REG and the appearance of paroxymal manifestations on the EEG is not accompanied by a significant decrease in peripheral blood flow by PPG, then a potential possible cause of vascular disorders of the brain may be insufficient regulatory processes to compensate for a decrease in peripheral blood flow and the redistribution of total blood flow to vital organs. If the decrease in the rheographic index of REG and the appearance of paroxysmal manifestations on the EEG coincide, then it is additionally concluded that there is a focus of pathological activity that determines the inadequacy of regional cerebral blood flow. If prior to the functional test for hyperventilation, EEG disorganization, a decrease in pulse blood supply and an increase in REG tone were observed, and during the test, normalization of cerebral blood flow indicators was observed, expressed in an increase in pulse blood supply, a decrease in the peripheral resistance of cerebral vessels, and normalization of EEG, expressed in an increase in the level of alpha activity while maintaining zonal differences in the fronto-occipital regions, a decrease in the ratio of pathological medulla wave waves in the delta and theta ranges to alpha activity, then suggest the presence of cerebrovascular disorders associated with a violation of the gas composition of the blood in the initial background state. If a functional test for hyperventilation is carried out and during the test the extrasystoles are observed on the ECG signal and they are preceded by paroxysms on the synchronously recorded EEG signals, then a conclusion is drawn about the cerebrogenic nature of heart rhythm disturbances. If there is no causal-temporal relationship between paroxysms on the EEG and extrasystoles on the ECG, then a conclusion is drawn about the cardiogenic nature of heart rhythm disturbances. To identify the causes of synocopal conditions, a long passive orthostatic test is performed and, if the patient has a synocopal state during the test, then with a pronounced bradycardia or asystole by ECG before the onset of the synocopal state and a decrease in cerebral blood flow by REG, the cardioinhibitory cause of the syncopal state is diagnosed, previous signs of blood deposition of blood in the extremities by PPG and a decrease in brain parameters blood flow by REG, and the absence of a significant decrease in heart rate by ECG, a vasodepressive cause of the syncopal state is diagnosed, and with previous paroxysms on the EEG and the absence of a significant decrease in heart rate by ECG and pronounced signs of blood deposition in the extremities, the convulsive type of syncope is diagnosed.
Синхронная регистрация ЭЭГ, РЭГ, СМА и других сигналов с возможностью сжатого представления в едином временном масштабе трендов физиологических показателей позволяет расширить диагностические возможности при исследовании различных заболеваний и нарушений. Она позволяет контролировать корректность проведения исследований (в частности, провоцирующих проб на гипервентиляцию), учитывать возможное влияние сосудистого фактора при эпилепсии, выявлять пациентов с неправильно сформированным дыхательным паттерном, приводящим к цереброваскулярньм нарушениям, давать полезную информацию при дифференциальной диагностике синкопальных состояний, исследовать характер взаимодействий между системами организма при различных нарушениях, обеспечивать более обоснованный выбор лечебных мероприятий и оценку их эффективности.Synchronous registration of EEG, REG, CMA and other signals with the possibility of a compressed presentation of trends in physiological parameters in a single time scale allows expanding diagnostic capabilities in the study of various diseases and disorders. It allows you to control the correctness of studies (in particular, provoking tests on hyperventilation), take into account the possible influence of the vascular factor in epilepsy, identify patients with an improperly formed respiratory pattern leading to cerebrovascular disorders, provide useful information in the differential diagnosis of syncopal conditions, and investigate the nature of the interactions between body systems for various disorders, provide a more informed choice of therapeutic measures and tsenku their effectiveness.
В связи с важностью совокупных исследований, позволяющих одновременно контролировать изменения ЭЭГ и РЭГ в процессе проведения различных функциональных проб, по результатам которых может быть установлена достоверная зависимость между патологическими ритмами ЭЭГ и динамикой изменений мозгового кровотока - амплитуды РЭГ, тонуса артериол и венозного оттока. Достижение указанного выше технического результата поясняется следующими примерами При начальных проявлениях недостаточности кровообращения мозга (НПНКМ) часто встречаются ЭЭГ с высокой степенью синхронизации (преимущественно в альфа-диапазоне). Это связано с активизацией интегративных структур мезэнцефального уровня, возникающей в ответ на ухудшение кровоснабжения мозга. При дисциркуляторных расстройствах в вертебробазилярном русле могут наблюдаться явления десинхронизации и уплощения ЭЭГ, при тромбозах и стенозах с соответствующими клиническими проявлениями (парезы, перемежающаяся слепота и афазия) изменения на ЭЭГ проявляются медленными волнами дельта- и тета-диапазона. Выявлена тесная корреляция между объемом кровотока в бассейне пораженного сосуда и средней частотой ритмической активности в этой области, что позволяет судить по данным ЭЭГ о возможностях компенсации и реабилитации при ишемических нарушениях мозгового кровообращения. На этом же основании ЭЭГ используют для контроля мозговых функций во время операций каротидной эндартерэктомии.Due to the importance of aggregate studies that allow simultaneous monitoring of changes in EEG and REG during various functional tests, the results of which can establish a reliable relationship between pathological rhythms of EEG and the dynamics of changes in cerebral blood flow - the amplitude of REG, arterioles tone and venous outflow. The achievement of the above technical result is illustrated by the following examples. At the initial manifestations of cerebrovascular insufficiency (NPNCM), EEGs with a high degree of synchronization (mainly in the alpha range) are often found. This is due to the activation of integrative structures of the mesencephalic level that occurs in response to a deterioration in the blood supply to the brain. With discirculatory disorders in the vertebrobasilar bed, phenomena of desynchronization and flattening of the EEG can be observed, with thrombosis and stenosis with the corresponding clinical manifestations (paresis, intermittent blindness and aphasia), changes in the EEG are manifested by slow waves of the delta and theta range. A close correlation was found between the volume of blood flow in the basin of the affected vessel and the average frequency of rhythmic activity in this area, which allows judging by the EEG data on the possibilities of compensation and rehabilitation for ischemic disorders of cerebral circulation. On the same basis, EEG is used to control brain functions during carotid endarterectomy operations.
При ишемических нарушениях мозгового кровообращения ЭЭГ-данные могут до определенной степени служить дифференциально-диагностическим целям. Так, при каротидном стенозе патологические ЭЭГ встречаются у 50% больных, при тромбозе сонной артерии - у 70%, а при тромбозе сильвиевой артерии - у 95%. Определенное значение имеет электроэнцефалография в дифференциальной диагностике сосудистого инсульта. При геморрагических инсультах изменения на ЭЭГ значительно более грубые и стойкие, сопровождаются более выраженными общемозговыми изменениями, что соответствует более тяжелой клинической картине. Синхронная регистрация перечисленных электрофизиологических сигналов делает возможным выявление влияния сосудистого фактора при пароксизмальных состояниях и эпилепсии путем сопоставления изменений параметров мозгового кровотока, предшествующих проявлениям эпилептиформной активности. Например, неадекватно сильное ухудшение параметров мозгового кровотока (чаще всего это выражается в снижении пульсового кровенаполнения, повышении тонуса сосудов, нарастании нестабильности показателей тонуса и пр.) на проводимые функциональные пробы может спровоцировать возникновение эпилептиформной активности на ЭЭГ. Сопоставляя степень изменения параметров мозгового кровотока по РЭГ с соответствующими изменениями ЭЭГ, а также временные соотношения этих изменений, может быть принято решение о преимущественном акценте в лечении сосудистых нарушений или о совместном приеме препаратов, улучшающих мозговую гемодинамику и противосудорожных препаратов. Одновременная регистрация дыхательной кривой с помощью респираторного пояса помогает контролировать корректность выполнения проб с гипервентиляцией и задержкой дыхания. Такой контроль весьма желателен для корректной содержательной интерпретации, поскольку поверхностное учащенное или, наоборот, замедленное дыхание при проведении гипервентиляции может привести к обратному физиологическому эффекту (гиперкапнии вместо гипокапнии).In case of ischemic cerebrovascular accident, EEG data can, to a certain extent, serve differential diagnostic purposes. So, with carotid stenosis, pathological EEG occurs in 50% of patients, with carotid artery thrombosis - in 70%, and with sylvian artery thrombosis - in 95%. Electroencephalography in the differential diagnosis of vascular stroke is of particular importance. In hemorrhagic strokes, changes in the EEG are much more severe and persistent, accompanied by more pronounced cerebral changes, which corresponds to a more severe clinical picture. Synchronous registration of the listed electrophysiological signals makes it possible to identify the effect of the vascular factor in paroxysmal conditions and epilepsy by comparing changes in the parameters of cerebral blood flow preceding manifestations of epileptiform activity. For example, an inadequately strong deterioration in the parameters of cerebral blood flow (most often this is expressed in a decrease in pulse blood supply, an increase in vascular tone, an increase in instability of tone indicators, etc.) for ongoing functional tests can provoke the occurrence of epileptiform activity on the EEG. Comparing the degree of change in the parameters of cerebral blood flow by REG with the corresponding changes in the EEG, as well as the temporal relationships of these changes, a decision can be made on the predominant emphasis in the treatment of vascular disorders or on the joint use of drugs that improve cerebral hemodynamics and anticonvulsants. Simultaneous registration of the respiratory curve with the help of the respiratory belt helps to control the correctness of the tests with hyperventilation and breath holding. Such control is highly desirable for a correct meaningful interpretation, since superficial quickened or, on the contrary, slowed breathing during hyperventilation can lead to the opposite physiological effect (hypercapnia instead of hypocapnia).
Если моменту появления эпилептиформных вспышек и разрядов предшествуют значимые изменения параметров церебрального кровотока, то это может свидетельствовать о первичном влиянии нарушений именно мозгового кровотока. Например, перед трехминутной гипервентиляцией в исходном состоянии наблюдалась несколько дезорганизованная альфа-активность высокой амплитуды, нерегулярная по частоте. Реоэнцефалограмма в исходном состоянии была относительно нормальной формы со слегка повышенным тонусом. На третьей минуте гипервентиляции начали проявляться вспышки полиморфной, преимущественно медленно-волновой (тета-диапазона и частично дельта), эпилептиформной активности. Перед началом вспышек на РЭГ наблюдается существенная нестабильность пульсового кровенаполнения и тонуса сосудов различного калибра, даже в соседних кардиоциклах амплитуда пульсаций РЭГ отличается в полтора и более раз, форма реоволны меняется от гипотонической до гипертонической. Наблюдаются некоторые изменения и по периферической фотоплетизмограмме (ФПГ), в частности повышение тонуса резистивных сосудов (снижение амплитуды пульсации ФПГ).If the moment of the appearance of epileptiform outbreaks and discharges is preceded by significant changes in the parameters of cerebral blood flow, this may indicate the primary effect of disturbances in the cerebral blood flow. For example, before a three-minute hyperventilation in the initial state, a somewhat disorganized alpha activity of high amplitude, irregular in frequency, was observed. The rheoencephalogram in the initial state was relatively normal in shape with a slightly increased tone. In the third minute of hyperventilation, outbreaks of polymorphic, mainly slow-wave (theta range and partially delta), epileptiform activity began to appear. Before the outbreak of REG, there is a significant instability of pulse blood supply and vascular tone of various calibers, even in neighboring cardiac cycles the amplitude of REG pulsations differs by one and a half or more times, the shape of the re-wave varies from hypotonic to hypertonic. Some changes are also observed in peripheral photoplethysmogram (PPG), in particular, an increase in the tone of resistive vessels (a decrease in the amplitude of the PPG pulsation).
Низким значениям тонуса артериол мозговых сосудов соответствуют минимальные, в сравнении с другими группами пациентов, изменения ЭЭГ. Прирост патологических элементов ЭЭГ увеличивается пропорционально нарастанию явлений внутричерепной гипертензии. С прогностической точки зрения низкие исходные значения показателей тонуса являются свидетельством сохранности центральных механизмов сосудодвигательной регуляции, а высокие значения тонуса коррелируют с выпадением центральных механизмов сосудодвигательной регуляции и начальными проявлениями ишемической болезни мозга.Low values of the tone of cerebral arterioles correspond to minimal, in comparison with other groups of patients, changes in EEG. The growth of pathological elements of the EEG increases in proportion to the increase in the phenomena of intracranial hypertension. From a prognostic point of view, low initial values of tonus indices are evidence of the preservation of the central mechanisms of vasomotor regulation, and high values of tonus correlate with the loss of central mechanisms of vasomotor regulation and the initial manifestations of coronary artery disease.
В качестве иллюстрации рассмотрим несколько примеров исследований.As an illustration, consider a few research examples.
Пример 1. В первом исследовании (фиг.6 и 8) у пациента было выявлено снижение порога судорожной готовности на гипервентиляцию. Во втором исследовании (фиг.7 и 9) у пациента была зафиксирована нормализация показателей ЭЭГ и РЭГ на гипервентиляцию.Example 1. In the first study (6 and 8), the patient showed a decrease in the threshold of convulsive readiness for hyperventilation. In the second study (Fig.7 and 9), the patient recorded a normalization of the EEG and REG values for hyperventilation.
Изображения на фиг.7 и 8 иллюстрируют динамику трендов в исходном состоянии и при проведении провоцирующей 3-минутной пробы на гипервентиляцию следующих физиологических показателей: частоты сердечных сокращений (ЧСС), амплитуды систолической волны ФПГ (АСВ ФПГ), времени распространения пульсовой волны (ВРПВ, ФПГ), альфа-индекса ЭЭГ по левому затылочному отведению соотношение мощности медленно-волновых составляющих ЭЭГ (сумма поддиалазонов дельта- и тета-волн) к альфа-мощности левого лобного ЭЭГ-отведения (D+T/A, F3-A1), реографического индекса по левому фронто-мастоидальному отведению РЭГ (РИ, FM_L), постоянной составляющей (СМА) в левом лобном ЭЭГ-отведении (ПС, F3-A1).The images in Figs. 7 and 8 illustrate the dynamics of trends in the initial state and when conducting a provoking 3-minute hyperventilation test for the following physiological parameters: heart rate (HR), amplitude of the systolic wave of PPG (ASV FPG), pulse wave propagation time (VRPV, FIG), the left occipital lead EEG index, the ratio of the power of the slow-wave components of the EEG (the sum of the subdialazones of the delta and theta waves) to the alpha power of the left frontal EEG lead (D + T / A, F3-A1), rheographic index on the left fronto-mastoidalnomu retracted REG (RI, FM_L), the constant component (AGR) in the left frontal EEG leads (SS, F3-A1).
На фиг.7 заметны следующие характерные моменты. Провоцирующая проба на гипервентиляцию приводит к сочетанным изменениям практически всех физиологических сигналов, в частности резкое возрастание ЧСС (с 84 до 106 уд/мин), резкое повышение тонуса периферических резистивных сосудов (АСВ ФПГ в фоне составляла порядка 4 pm, а при ГВ достигала значений 0,47 pm, т.е. амплитуда пульсации резистивных сосудов уменьшилась в несколько раз), существенное снижение альфа-индекса на 3-й минуте гипервентиляции (в фоне около 70%, на 3-й минуте - около 20%), резкое возрастание преобладания патологических медленно-волновых составляющих (дельта и тета) над нормальной альфа-активностью - более чем в 10 раз, резкое уменьшение пульсового кровенаполнения по РЭГ-РИ уменьшился с 1,2-1,35 до 0,7-0,8 Ом, возрастание уровня постоянного потенциала в процессе гипервентиляции (почти на 2 мВ). Завершение провоцирующей пробы привело к постепенной нормализации большинства физиологических показателей: ЧСС снизилось почти до исходных значений (87 уд/мин). ВРПВ возрос даже выше исходных значений, что свидетельствует о существенном снижении тонуса магистральных артерий. Альфа-индекс затылочных отведений ЭЭГ восстановился. Соотношение медленно-волновых и быстро-волновых компонентов ЭЭГ нормализовалось.In Fig.7, the following characteristic moments are noticeable. A provoking hyperventilation test leads to combined changes in almost all physiological signals, in particular, a sharp increase in heart rate (from 84 to 106 beats / min), a sharp increase in the tone of peripheral resistive vessels (ASV PPG in the background was about 4 pm, and reached 0 in HB) , 47 pm, i.e., the amplitude of the pulsation of resistive vessels decreased several times), a significant decrease in the alpha index at the 3rd minute of hyperventilation (in the background about 70%, at the 3rd minute - about 20%), a sharp increase in the prevalence pathological slow-wave components (delta and theta) over normal alpha activity - more than 10 times, a sharp decrease in pulse blood supply by REG-RI decreased from 1.2-1.35 to 0.7-0.8 Ohms, an increase in the level of constant potential in the process of hyperventilation (almost 2 mV). The completion of the provocative test led to the gradual normalization of most physiological parameters: heart rate decreased almost to the initial values (87 beats / min). VRPV increased even above the initial values, which indicates a significant decrease in the tone of the main arteries. The alpha index of the occipital leads of the EEG has recovered. The ratio of slow-wave and fast-wave components of the EEG normalized.
На фиг.6 представлены физиологические сигналы (ЭЭГ, РЭГ, ЭКГ, ФПГ). Слева - исходное фоновое состояние, справа - 3-я минута гипервентиляции. Заметно выраженное ухудшение сигналов ЭЭГ и РЭГ на провоцирующее воздействие, в частности, снижение пульсового кровенаполнения мозговых сосудов (РИ РЭГ) и появление пароксизмальных вспышек медленно-волновой активности на ЭЭГ.Figure 6 presents the physiological signals (EEG, REG, ECG, PPG). On the left is the initial background state, on the right is the 3rd minute of hyperventilation. A marked deterioration of the EEG and REG signals on the provoking effect, in particular, a decrease in the pulse blood supply to the cerebral vessels (RI REG) and the appearance of paroxysmal flashes of slow-wave activity on the EEG.
Пример 2. На фиг.8 и 9 показана сравнительная диаграмма динамики средних показателей ЭЭГ, РЭГ, ЭКГ, ФПГ на провоцирующие воздействия при втором исследовании, когда у пациента была зафиксирована нормализация показателей ЭЭГ и РЭГ на гипервентиляцию. Исходное состояние характеризуется низкоамплитудной десинхронизированной ЭЭГ (алфа-волн почти не заметно), повышенным тонусом мозговых сосудов (вторая систолическая волна выше по амплитуде, чем первая, ППСС 100%), сниженным пульсовым кровенаполнением (РИ на уровне 0,08... 0,09 Ом). При провоцирующем воздействии в виде гипервентиляции наблюдаются следующие изменения: альфа-ритм существенно более выражен с сохранением нормальных зональных различий, тонус мозговых сосудов нормализовался (вторая систолическая волна стала ниже первой по амплитуде, ППСС на уровне 70%), пульсовое кровенаполнение мозговых сосудов нормализовалось (РИ на уровне 0,12 Ом).Example 2. On Fig and 9 shows a comparative diagram of the dynamics of the average EEG, REG, ECG, PPG on provocative effects in the second study, when the patient was fixed normalization of EEG and REG on hyperventilation. The initial state is characterized by a low-amplitude desynchronized EEG (alpha waves are almost not noticeable), increased tone of the cerebral vessels (the second systolic wave is higher in amplitude than the first, PPSS 100%), decreased pulse blood filling (RI at the level of 0.08 ... 0, 09 ohms). With the provoking effect in the form of hyperventilation, the following changes are observed: the alpha rhythm is much more pronounced with normal zonal differences preserved, the tone of the cerebral vessels normalized (the second systolic wave became lower than the first in amplitude, PPSS at 70%), the pulse blood supply to the cerebral vessels returned to normal (RI at the level of 0.12 ohms).
Сравнение отклонений физиологических показателей по двум пациентам позволяет сделать следующие выводы. По 1-му пациенту с выявленным повышением порога судорожной готовности при гипервентиляции следует отметить, что ухудшение показателей ЭЭГ (снижение альфа-активности на 40%, возрастание отношения медленно-волновой дельта и тета-активности к альфе в 4,7 раза) сопровождается ухудшением показателей пульсового кровенаполнения мозговых сосудов (снижение реографического индекса на 30%). Сначала происходит существенное ухудшение показателей мозгового кровотока (наблюдается с 1-й минуты гипервентиляции), а затем возникновение пароксизмальных проявлений патологической активности (на 3-й минуте гипервентиляции). При гипервентиляции происходит снижение амплитуды пульсаций периферической ФПГ (на 46%).Comparison of deviations of physiological parameters in two patients allows us to draw the following conclusions. In the 1st patient with a revealed increase in the seizure threshold for hyperventilation, it should be noted that a deterioration in EEG indicators (a 40% decrease in alpha activity, an increase in the ratio of slow-wave delta and theta activity to alpha by 4.7 times) is accompanied by a decrease in performance pulse blood filling of cerebral vessels (reduction of the rheographic index by 30%). First, there is a significant deterioration in cerebral blood flow (observed from the 1st minute of hyperventilation), and then the occurrence of paroxysmal manifestations of pathological activity (at the 3rd minute of hyperventilation). With hyperventilation, the amplitude of pulsations of peripheral PPG decreases (by 46%).
По пациенту с нормализацией показателей ЭЭГ при гипервентиляции наблюдается другая картина. Проба на гипервентиляцию приводит к нормализации ЭЭГ (повышение альфа-индекса на 64%, снижение отношения медленно-волновой дельта и тета-активности к альфе на 35%) сопровождается улучшением показателей пульсового кровенаполнения мозговых сосудов (повышение реографического индекса почти на 30%). Нормализация ЭЭГ и РЭГ начинается одновременно уже через 30 секунд после начала гипервентиляции. Проба на гипервентиляцию приводит к значительно большему возрастанию тонуса периферических сосудов (уменьшение амплитуды пульсаций пальцевой ФПГ в 5,5 раза, тогда как у первого пациента уменьшение ФПГ было всего в 2 раза).For a patient with normalization of EEG indices during hyperventilation, a different picture is observed. The hyperventilation test leads to normalization of the EEG (an increase in the alpha index by 64%, a decrease in the ratio of slow-wave delta and theta activity to alpha by 35%) is accompanied by an improvement in the pulse blood filling of the cerebral vessels (an increase in the rheographic index by almost 30%). Normalization of EEG and REG begins simultaneously 30 seconds after the start of hyperventilation. The hyperventilation test leads to a significantly larger increase in the tone of the peripheral vessels (a decrease in the amplitude of pulsations of the finger PPG by 5.5 times, whereas in the first patient, the decrease in PPG was only 2 times).
Можно предположить, что у второго пациента в исходном состоянии было недостаточное содержание кислорода в крови, из-за чего исходные показатели ЭЭГ и РЭГ были несколько нарушены. Гипервентиляция привела к повышению содержания кислорода в крови, что привело к нормализации показателей мозгового кровотока и показателей ЭЭГ. Кроме того, у второго пациента, видимо, более развиты адаптационные возможности, т.к. при провоцирующем воздействии сработали адаптационные механизмы по повышению тонуса периферических сосудов, а значит, улучшилось соотношение по перераспределению общего кровотока в пользу мозгового за счет периферического. У первого пациента тонус периферических сосудов повысился незначительно, соответствующего перераспределения кровотока не произошло, мозговой кровоток существенно уменьшился, что и могло привести к ухудшению ЭЭГ.It can be assumed that the second patient in the initial state had insufficient oxygen content in the blood, due to which the initial EEG and REG values were somewhat disturbed. Hyperventilation led to an increase in the oxygen content in the blood, which led to the normalization of cerebral blood flow and EEG. In addition, the second patient seems to have more developed adaptive capabilities, as with a provocative effect, adaptation mechanisms worked to increase the tone of the peripheral vessels, which means that the ratio for the redistribution of total blood flow in favor of the cerebral due to peripheral has improved. In the first patient, the peripheral vascular tone increased slightly, the corresponding redistribution of blood flow did not occur, cerebral blood flow decreased significantly, which could lead to a deterioration in EEG.
Следует отметить, что резкие изменения показателей ЭЭГ, РЭГ, СМА наблюдаются во многих случаях и при выполнении умственных нагрузок. На фиг.10 показаны тренды физиологических показателей по ЭЭГ, РЭГ, ЭКГ, СМА - постоянной составляющей электрокардиограммы (ПС ЭЭГ) при проведении арифметической и лингвистической пробы. Заметны резкие изменения по альфа-индексу и ПС ЭЭГ. После умственной нагрузки наблюдается компенсаторное повышение РИ РЭГ. Метод совокупного анализа ЭЭГ, РЭГ и СМА также может быть с успехом использован для проведения исследований у различных групп больных с психическими и психоневрологическими отклонениями для исследования механизмов памяти и пр.It should be noted that sharp changes in the indicators of EEG, REG, CMA are observed in many cases and when performing mental stress. Figure 10 shows the trends in physiological indicators for EEG, REG, ECG, SMA - the constant component of the electrocardiogram (PS EEG) during arithmetic and linguistic tests. Sharp changes in the alpha index and PS EEG are noticeable. After mental exertion, there is a compensatory increase in RI REG. The method of combined analysis of EEG, REG and SMA can also be successfully used to conduct research in various groups of patients with mental and neuropsychiatric abnormalities to study memory mechanisms, etc.
Устройство для исследования функционального состояния головного мозга, с использованием которого реализуется заявленный способ, содержит (фиг.1) блок 1 электродов для съема сигналов биоэлектрической активности мозга, блок 2 датчиков электрофизиологических сигналов, блок 3 токовых и потенциальных электродов для осуществления записи реосигналов, коммутатор отведений 4, генератор 5 токовых реосигналов, синхронный детектор 6 реосигналов, многоканальный усилитель 7 сигналов биоэлектрической активности головного мозга, усилитель 8 электрофизиологических сигналов, демультиплексор 9, многоканальный усилитель реосигналов 10, многоканальный аналого-цифровой преобразователь (МАЦП) 11, микроЭВМ 12 с гальванически развязанным портом ввода-вывода, двухчастотный прецизионный генератор тока 13 и ПЭВМ 14 стандартной конфигурации. Блок 1, включающий устройство для закрепления электродов, рабочие (сигнальные), референтные и нулевой электроды, соединительные проводники и разъем для подключения к многоканальному усилителю 7, может быть выполнен в виде эластичной шапочки и предназначен для удобного и комфортного закрепления электродов на голове пациента. Блок 2 включает как минимум электрокардиографические электроды и датчики фотоплетизмографический и окулограммы и элементы закрепления электродов и датчиков на теле пациента. При необходимости контроля продолжительности и глубины дыхания во время проведения функциональной пробы на гиперентиляцию блок 2 может дополнительно содержать датчик дыхательной волны (например, респираторный пояс). Блок 3 включает токовые электроды для подачи токовых импульсных сигналов и потенциальные электроды для съема падения напряжений от токовых импульсных сигналов и может быть совмещен с блоком 1, т.е. токовые и потенциальные электроды могут быть закреплены на той же эластичной шапочке, при этом в элементах крепления электроды блока 3 группируются попарно - токовый электрод б1 и соответствующий ему потенциальный электрод Б1. Коммутатор 4 предназначен для временного разделения реосигналов и включает два демультиплексора, один из которых подключает к выходу генератора 5 токовые электроды блока 3 и к входу синхронного детектора 6 потенциальные электроды блока 3 с четными номерами, другой - с нечетными. Генератор 5 (фиг.3) содержит источник постоянного напряжения Е, полюсы которого через управляемый переключатель 15, узкополосный усилитель, включающий С3, R7, У3, и фильтр нижних частот 16 подключены к входу линейного преобразователя напряжение - ток (У4, Tp1, R8). На выходе генератора 6 частота синусоидального тока равна частоте переключения управляемого переключателя 15. Синхронный детектор 6 (фиг.4) содержит дифференциальный усилитель У5 с полосовым фильтром 17 на выходе и управляемый переключатель 18, один вход которого соединен с полосовым фильтром непосредственно, а второй через инвертор. На входы управления переключателей 15 и 18 подаются синхронные сигналы от микроЭВМ 12. Многоканальный усилитель 7 предназначен для усиления сигналов биоэлектрической активности мозга, снимаемых с помощью рабочих электродов блока 1. Каждый канал усиления этого усилителя содержит (фиг.2) последовательно соединенные дифференциальный усилитель (У1, R1, R2), усилитель с коэффициентом по постоянному току, равном единице, и усилением в рабочей полосе частот (У2, R3, R4, R5, С1), и фильтр нижних частот. Неинвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с соответствующим рабочим электродом блока 1 и одним из выходов двухчастотного прецизионного генератора 13, а инвертирующий через согласующий каскад с соответствующим референтным электродом А. Двухчастотный прецизионный генератор 13 тока с синхронизацией от микроЭВМ 12 может быть реализован в виде двух делителей эталонной частоты с различными коэффициентами деления (фиг.5). Частота f1 на выходе частотного делителя 19 больше в 1,5... 2,0 раза верхней fвepx частоты анализируемых сигналов, частота f2 на выходе частотного делителя 20 больше частоты f1, например, если верхняя частота анализируемых электроэнцефалографичесих сигналов 300 Гц, то частота на выходе частотного делителя 19 устанавливается в пределах 450... 500 Гц. Частота частотного делителя 20 устанавливается отличной от частоты частотного делителя 19 на 50... 100 Гц. Узкополосной фильтрацией цифровыми методами сигналы этих генераторов выделяются из выходных напряжений многоканального усилителя 7 и используются при вычислении подэлектродных сопротивлений. Режим генератора тока обеспечивается тем, что выход делителя соединен с каждым электродом блока 1 через высокодобротный конденсатор малой емкости (10... 20 pF). Выход частотного делителя 19 соединен с рабочими электродами блока 1, выход частотного делителя 20 соединен с референтными электродами. Усилитель 8 содержит усилительный каскад для каждого из электрофизиологических сигналов. Схемы электрические этих каскадов выполнены без каких либо особенностей, их описание приводится в учебниках. Выход синхронного детектора 6 подключен к входу мультиплексора 9, выходы которого соединены с входами многоканального усилителя 10. Подключение выходов мультиплексора 9 осуществляется от микроЭВМ 12 синхронно с переключением электродов блока 3 коммутатором отведений 4. Выходы многоканальных усилителей 7 и 10 и усилителя 8 подключены к соответствующим входам многоканального аналого-цифрового преобразователя 11, назначение которого - преобразование аналоговых сигналов в дискретную форму с пространственным разделением каналов. МикроЭВМ предназначена для обеспечения съема в реальном масштабе времени всех сигналов, предварительная их обработка (цифровая фильтрация), контроль за функционированием блока 1 и многоканального усилителя 7 и управление работой коммутатора 4, генератора 5, синхронного детектора 6, мультиплексора 9, двухчастотного прецизионного генератора 13 и многоканального аналого-цифрового преобразователя 11. МикроЭВМ 12 каналом обмена соединена с ПЭВМ 14. Назначение ПЭВМ 14 - статистическая обработка записанных синхронно в реальном масштабе времени значений электрофизиологических сигналов (ЭЭГ, ЭКГ, РЭГ, СМА, ФПГ), вычисление в едином покардиоцикловом временном масштабе, т.е. в привязке к каждому из автоматически распознаваемых кардиоциклов, физиологических показателей: биоэлектрической активности мозга - абсолютные и относительные значения мощности альфа-активности, патологической медленно-волновой активности в диапазоне дельта- и тета-волн, динамики уровня метаболической активности головного мозга по постоянной составляющей ЭЭГ, частоты сердечных сокращений по ЭКГ, пульсового кровенаполнения сосудов мозга по реографическим индексам РЭГ, периферического сопротивления мозговых сосудов (ППСС), тонуса периферических в виде амплитуды пульсации периферической ФПГ, тонуса магистральных сосудов по времени распространения пульсовой волны от зубца Q сигнала ЭКГ до начала систолической волны периферической ФПГ, тонуса посткаппиллярно-венулярных сосудов по постоянной составляющей ФПГ, отображение этих показателей на экране дисплея в объеме и в виде для обеспечения возможности дифференциальной диагностики эпилепсии и эпилептиформных проявлений.A device for studying the functional state of the brain, using which the claimed method is implemented, contains (Fig. 1) a block of
Заявленное устройство работает следующим образом. Электроды для съема электроэнцефалограммы и реограммы закрепляются на голове с использованием эластичного шлема (специальной электродной эластичной шапочки), электроды для съема электрокардиограммы и датчики кожно-гальванической реакции, пульсометрии (ФПГ) и миографии закрепляются на пациенте с помощью электропроводящего клея или лейкопластыря, датчик дыхательной волны - с помощью респираторного пояса. При длительном мониторинге, когда канал обмена микроЭВМ 12 с ПЭВМ 14 организован по радиоканалу, на пациенте дополнительно могут быть закреплены акселерометры, по сигналам от которых устанавливается двигательная активность пациента. Осуществление связи ПЭВМ 14 с микроЭВМ 12 по радиоканалу не только позволяет пациенту находиться в комфортных условиях, но и одновременно осуществлять мониторинг нескольких пациентов. После установки электродов и датчиков блока 1...3 и включения питания проверяется работоспособность и надежность подключения электродов и датчиков. Измеряются подэлектродные сопротивления и, если подэлектродное сопротивление какого либо электрода превысит пороговое значение, то проверяется его исправность и надежность установки, неисправный электрод заменяется, исправный устанавливается заново. Затем включается микроЭВМ 12 в режим съема физиологических сигналов. Электрические сигналы, подаваемые на входы, усиливаются, преобразуются в МАЦП 3 из аналоговой формы в дискретную, очищаются от артефактов в микроЭВМ 4 и в кодовом виде запоминаются в накопителе 10. Быстродействие микроЭВМ 4 и емкость накопителя 10 позволяют в реальном масштабе времени синхронно записать и сохранить данные суточного мониторинга: ЭЭГ-сигналов по нужному количеству отведений (до 32 цифровых отведений); реографических сигналов (до 6 каналов); физиологических сигналов по каналам: ЭКГ, ЭОГ, ПГ, ЭМГ; сигналов о положении тела от гироскопических датчиков; значений подэлектродных сопротивлений; маркеров различного типа; отражающих те или иные события; функциональных проб, намеченных программой или проводимых врачом в процессе ЭЭГ-видеомониторинга; результатов предварительной обработки по выявлению аномалий ЭЭГ и ЭКГ. Записанная информация из микроЭВМ 12 передается в ПЭВМ 14 подключении ее к порту ПЭВМ 14, либо по радиоканалу. В ПЭВМ 14 производится обработка необходимых фрагментов электрофизиологических сигналов и, в зависимости от цели исследования, отображение в едином временном интервале необходимых для визуальной оценки врачом происходящих процессов.The claimed device operates as follows. Electrodes for taking an electroencephalogram and rheogram are fixed on the head using an elastic helmet (a special electrode elastic cap), electrodes for taking an electrocardiogram and sensors for skin-galvanic reaction, pulsometry (PPG) and myography are fixed to the patient using electrically conductive glue or adhesive tape, a respiratory wave - using the respiratory belt. During long-term monitoring, when the exchange channel between the microcomputer 12 and the PC 14 is organized via a radio channel, accelerometers can additionally be fixed on the patient, the signals from which establish the patient’s motor activity. The communication of the PC 14 with the microcomputer 12 via the radio channel not only allows the patient to be in comfortable conditions, but also monitor several patients at the same time. After installing the electrodes and sensors of the
Обработка производится с использованием всех возможностей математической обработки. Так, например, обработка электроэнцефалограммы производится с использованием всех возможностей компьютизированного электроэнцефалографа, таких как референтная реконструкция, вертикальный “сплит”, автоматический поиск артефактов и эпилептиформной активности, двух- и трехмерный топоскоп, спектральный, автокросскорреляционный анализ и функция когерентности с топографическим картированием, анализ функциональной асимметрии, а также автоматическое формирование описания и классификация ЭЭГ с возможностью редактирования, трехмерная локализация источников патологической электрической активности мозга и т.п.Processing is performed using all the possibilities of mathematical processing. For example, the processing of an electroencephalogram is performed using all the capabilities of a computer-based electroencephalograph, such as reference reconstruction, vertical “split”, automatic search for artifacts and epileptiform activity, two- and three-dimensional toposcope, spectral, auto-correlation analysis and coherence function with topographic mapping, analysis of functional asymmetries, as well as automatic generation of descriptions and classification of EEG with the ability to edit, three-dimensional okalizatsiya pathological sources of brain electrical activity, etc.
Длительный мониторинг электроэнцефалограммы и синхронно снимаемых с ней других физиологических параметров является важным диагностическим методом, позволяющим дифференцировать псевдоэпилептические и истинные эпилептические пароксизмы. ЭЭГ-видеомониторинг применяют при необходимости подтверждения правильности предварительного диагноза “эпилепсия”, особенно в сложных случаях, когда точная дифференциальная диагностика является принципиально важной для выбора наилучшей тактики лечения и прогноза течения заболевания. Диагноз “эпилепсия” очевиден при обнаружении эпилептических ЭЭГ-паттернов на межприступной/приступной ЭЭГ. Отсутствие аномалий ЭЭГ в межприступном/приступном периоде не исключает полностью эпилепсию. Известно, что значительное число простых парциальных пароксизмов, сопровождающихся вегетативными или соматосенсорными симптомами, нередко характеризуется отсутствием изменений на ЭЭГ при поверхностном наложении электродов. Наличие эпилептических ЭЭГ-паттернов в момент приступа также не является абсолютным доказательством эпилепсии. У больных с ритмическими повторными моторными феноменами на ЭЭГ в ряде случаев имеются артефакты, напоминающие эпилептические ЭЭГ-паттерны и способные ввести в заблуждение неопытного электроэнцефалографиста. Во избежание ошибок необходимо сопоставление синхронных изменений ЭЭГ и РЭГ исследований. При подготовке пациента целесообразно использовать комбинированную электродную систему, содержащую отведения ЭЭГ и РЭГ каналов.Long-term monitoring of the electroencephalogram and other physiological parameters simultaneously removed from it is an important diagnostic method that allows us to differentiate between pseudoepileptic and true epileptic paroxysms. EEG video monitoring is used when it is necessary to confirm the correctness of the preliminary diagnosis of “epilepsy”, especially in complex cases where accurate differential diagnosis is crucial for choosing the best treatment tactics and predicting the course of the disease. The diagnosis of epilepsy is evident when epileptic EEG patterns are detected on the interictal / paroxysmal EEG. The absence of EEG abnormalities in the interictal / attack period does not completely exclude epilepsy. It is known that a significant number of simple partial paroxysms, accompanied by vegetative or somatosensory symptoms, are often characterized by the absence of changes in the EEG during superficial application of electrodes. The presence of epileptic EEG patterns at the time of the attack is also not absolute evidence of epilepsy. Patients with rhythmic repetitive motor phenomena on the EEG in some cases have artifacts resembling epileptic EEG patterns and capable of misleading an inexperienced electroencephalographist. To avoid errors, it is necessary to compare synchronous changes in EEG and REG studies. When preparing a patient, it is advisable to use a combined electrode system containing EEG and REG channels.
Для получения комплексной информации при обследовании конкретного пациента используется одновременная совокупная регистрация электрической активности мозга и параметров мозгового кровообращения. Подобный подход обеспечивает не только экономию времени проведения исследований за счет однократного выполнения записи в исходном (фоновом) состоянии и при проведении функциональных проб в рамках одновременного ЭЭГ-РЭГ-исследования. Получение комплексной информации при сопоставлении динамики синхронного изменения показателей ЭЭГ, РЭГ и ЭКГ в процессе выполнения одновременного исследования, что в свою очередь позволяет:To obtain complex information during the examination of a particular patient, simultaneous aggregate registration of the brain's electrical activity and parameters of cerebral circulation is used. Such an approach not only saves research time due to a single recording in the initial (background) state and during functional tests as part of a simultaneous EEG-REG study. Obtaining complex information when comparing the dynamics of synchronous changes in EEG, REG and ECG during the simultaneous study, which in turn allows you to:
- оценить возможное влияние сосудистого фактора на пароксизмальные проявления (в случае их наличия);- evaluate the possible effect of the vascular factor on paroxysmal manifestations (if any);
- выявить возможные цереброваскулярные причины изменения биоэлектрической активности головного мозга;- identify possible cerebrovascular causes of changes in the bioelectric activity of the brain;
- сопоставить пароксизмальные проявления на ЭЭГ и признаки нарушения сердечного ритма и проводимости на ЭКГ (в случае их наличия) с целью выявления типа нарушений (кардиогенный или цереброгенный);- to compare paroxysmal manifestations on the EEG and signs of heart rhythm disturbance and ECG conduction (if any) in order to identify the type of disorders (cardiogenic or cerebrogenic);
- проанализировать взаимодействие ЦНС, ВНС и мозгового кровообращения на основе сопоставления динамики сигналов ЭЭГ, РЭГ и ЭКГ, а также физиологических показателей, рассчитываемых на основе этих сигналов.- to analyze the interaction of the central nervous system, the ANS and cerebral circulation based on a comparison of the dynamics of the EEG, REG and ECG signals, as well as physiological parameters calculated on the basis of these signals.
По данным, полученным с помощью заявленного устройства, для больных с исходно низкими показателями объемного мозгового кровотока характерно значительное увеличение числа диффузных патологических тета-включений, эквивалентных процессам демиелинизации, атеросклероза и диффузной ишемии мозга. У больных с избыточным полнокровием мозговых сосудов (РИ=0,3 Ом), умеренно сниженным тонусом и замедленным венозным оттоком также наблюдаются признаки билатерально синхронной ритмики, отражающей явления дисфункции срединных образований мозга. То есть и в том, и в другом случае значительные отклонения гемодинамических компонентов мозга свидетельствуют о нарушении центральных механизмов регуляции сосудодвигательного контроля. Замедление венозного оттока, специфичное для явлений повышенного кровенаполнения мозга и высокого тонуса артериол свидетельствует о нарастании внутричерепной гипертензии с потерей отрицательной обратной связи между центром и основньми компонентами мозгового кровотока, с чем коррелируют ЭЭГ-проявления ирритативных и диффузных изменений функционального состояния мозгового ствола. Низким значениям тонуса артериол соответствовали минимальные, в сравнении с другими группами пациентов, изменения ЭЭГ. Прирост патологических элементов ЭЭГ увеличивался пропорционально нарастанию явлений внутричерепной гипертензии. С прогностической точки зрения низкие исходные значения показателей тонуса являются свидетельством сохранности центральных механизмов сосудодвигательной регуляции, а высокие значения тонуса коррелируют с выпадением центральных механизмов сосудодвигательной регуляции и начальными проявлениями ишемической болезни мозга.According to the data obtained using the claimed device, patients with initially low levels of cerebral blood flow are characterized by a significant increase in the number of diffuse pathological theta inclusions equivalent to the processes of demyelination, atherosclerosis, and diffuse brain ischemia. In patients with excessive plethora of cerebral vessels (RI = 0.3 Ohm), moderately reduced tone and slowed venous outflow, signs of bilaterally synchronized rhythm are also observed, reflecting the phenomena of dysfunction of the median brain formations. That is, in both cases, significant deviations of the hemodynamic components of the brain indicate a violation of the central mechanisms of regulation of vasomotor control. Slowing of the venous outflow, specific for the phenomena of increased blood supply to the brain and high tone of the arterioles, indicates an increase in intracranial hypertension with a loss of negative feedback between the center and the main components of the cerebral blood flow, which correlates with EEG manifestations of irritative and diffuse changes in the functional state of the brain stem. Low values of arteriole tone corresponded to minimal, in comparison with other groups of patients, changes in EEG. The growth of pathological elements of the EEG increased in proportion to the increase in the phenomena of intracranial hypertension. From a prognostic point of view, low initial values of tonus indices are evidence of the preservation of the central mechanisms of vasomotor regulation, and high values of tonus correlate with the loss of central mechanisms of vasomotor regulation and the initial manifestations of coronary artery disease.
Важное значение имеет сопоставление ЭЭГ и РЭГ с точки зрения выявления провоцирующих факторов элементов эпилептиформной активности. Если моменту появления эпилептиформных вспышек и разрядов предшествуют значимые изменения параметров церебрального кровотока, то это может свидетельствовать о первичном влиянии нарушений именно мозгового кровотока.Comparison of EEG and REG from the point of view of identifying the provoking factors of elements of epileptiform activity is important. If the moment of the appearance of epileptiform outbreaks and discharges is preceded by significant changes in the parameters of cerebral blood flow, this may indicate the primary effect of disturbances in the cerebral blood flow.
Однако этим не ограничивается возможная область применения синхронной записи ЭЭГ и полиграфических сигналов, отражающих деятельность церебрального, центрального и периферического кровотока. Учитывая зависимость функционального состояния головного мозга от состояния сердечно-сосудистой системы, учет изменений регистрируемых показателей сосудистой системы может помочь в интерпретации возникающих феноменов на ЭЭГ. Это может относиться и к выявлению провоцирующих факторов эпилептических приступов (анализ изменений церебрального кровотока, предшествовавших началу приступа), и для дифференциальной диагностики эпилептических и неэпилептических приступов (например, вьмвление синкопальных состояний, связанных с нарушением сердечного ритма или вазодепрессорной реакцией), к выявлению нарушений ЭЭГ церебральноваскулярного характера (по факту нормализации ЭЭГ и РЭГ при проведении каких-либо проб, например гипервентиляции), и к подтверждению наличия регуляторных нарушений, проявляемых на ЭЭГ, РЭГ и вариабельности сердечного ритма. В рамках отдельно проводимых исследований ЭЭГ, РЭГ, кардиоинтервалографии, показателей центральной гемодинамики часто используются одни и те же функциональные пробы. Синхронная регистрация этих данных позволяет не только уменьшить суммарное время исследования, но и получить уникальную возможность сопоставления показателей, получаемых по разным типам сигналов с целью более достоверной интерпретации данных. Сопоставление этих данных позволяет уточнить характер основного сосудистого заболевания и региональность цереброваскулярных расстройств. Кроме РЭГ и ЭКГ целесообразно использовать и другие физиологические сигналы. К ним могут относиться периферическая фотоплетизмограмма (ФПГ, для контроля реактивности резистивных сосудов, тонуса магистральных артерий, состояния посткапиллярно-венулярного русла), кожно-гальваническая реакция (КГР, для контроля психоэмоционального напряжения, особенно при проведении психологических проб), пневмограмма (ПГ, для оценки частоты и глубины дыхания, контроля корректности выполнения различных дыхательных проб) и другие сигналы.However, this does not limit the possible scope of synchronous recording of EEG and printing signals that reflect the activity of cerebral, central and peripheral blood flow. Given the dependence of the functional state of the brain on the state of the cardiovascular system, taking into account changes in the recorded parameters of the vascular system can help in interpreting the emerging phenomena on the EEG. This may apply to the identification of the triggering factors of epileptic seizures (analysis of changes in cerebral blood flow that preceded the onset of the attack), and for the differential diagnosis of epileptic and non-epileptic seizures (for example, incidence of syncope states associated with cardiac arrhythmias or vasodepressor reactions), to the identification of EEG disturbances cerebrovascular nature (upon the normalization of EEG and REG when conducting any tests, such as hyperventilation), and to confirm the presence of p gulyatornyh disorders manifested in the EEG, REG and heart rate variability. In the framework of separately conducted studies of EEG, REG, cardiointervalography, and indicators of central hemodynamics, the same functional tests are often used. Synchronous registration of these data allows not only to reduce the total study time, but also to get a unique opportunity to compare indicators obtained from different types of signals in order to more reliable interpretation of the data. A comparison of these data allows us to clarify the nature of the underlying vascular disease and the regionality of cerebrovascular disorders. In addition to REG and ECG, it is advisable to use other physiological signals. These may include peripheral photoplethysmogram (PPG, to control the reactivity of resistive vessels, the tone of the main arteries, the state of the post-capillary-venous bed), galvanic skin reaction (RAG, to control psychoemotional stress, especially during psychological tests), pneumogram (PG, for assessment of the frequency and depth of breathing, control of the correctness of various respiratory tests) and other signals.
Анализ сверхмедленной активности мозга является практически единственным электрофизиологическим методом, позволяющим оценивать величину церебральных энергозатрат. Нарушения метаболизма играют важную роль в развитии сосудистых и атрофических заболеваний мозга, эпилепсии и влияют на течение невротических расстройств. Регистрация СМА с необходимой точностью обеспечивается лишь с измерением подэлектродных сопротивлений и учетом их изменения в течение мониторинга.Analysis of super slow brain activity is practically the only electrophysiological method that allows us to estimate the magnitude of cerebral energy consumption. Metabolic disorders play an important role in the development of vascular and atrophic diseases of the brain, epilepsy and affect the course of neurotic disorders. Registration of SMA with the necessary accuracy is ensured only with the measurement of sub-electrode resistances and taking into account their changes during monitoring.
Способ измерения подэлектродных сопротивлений поясняется схемой, изображенной на фиг.10. На фиг.10 обозначены: 1д, 2д - электроды, подключенные к входам дифференциального усилителя, 1... к - рабочие электроды, а - референтные электроды, Jf1 - генератор тока с частотой f1, Jf2 - генератор тока с частотой f2, Zд1, Zд2, Za, Z1... Zк - подэлектродные сопротивления электродов 1д, 2д, а, 1...к соответственно, Уд, Уа, У1... Ук - дифференциальный, референтный и рабочие усилители соответственно, f1, f2 - полосовые фильтры, Uf1, uf2 - напряжения на выходе усилителей Уд, Уа, У1... Ук.The method of measuring the electrode resistance is illustrated by the circuit depicted in figure 10. Figure 10 shows: 1e, 2e - electrodes connected to the inputs of a differential amplifier, 1 ... k - working electrodes, a - reference electrodes, Jf 1 - current generator with frequency f 1 , Jf 2 - current generator with frequency f 2 , Zd1, Zd2, Za, Z1 ... Zk are the electrode resistance of the electrodes 1d, 2d, a, 1 ... k, respectively, Ud, Ya, Y1 ... Yk are the differential, reference, and working amplifiers, respectively, f 1 , f 2 - band-pass filters, U f1 , u f2 - voltage at the output of amplifiers Ud, Wa, U1 ... UK.
Заявленный способ измерения подэлектродного сопротивления при регистрации с использованием входных усилителей биопотенциалов головного мозга и/или электрических сигналов, генерируемых сердцем, и/или электрических сигналов мышечных движений реализуется следующим образом. На каждый рабочий электрод подают сигнал от узкополосного генератора тока Jf1 с частотой f1, превышающей верхнюю частоту регистрируемых сигналов fвepx, а на референтный электрод подают сигнал от узкополосного генератора тока Jf2 с частотой f2 f1>fвepx. Узкополосной фильтрацией выделяют из выходного напряжения каждого рабочего усилителя У1... Ук и измеряют напряжение с частотой f1-Uf1 и напряжение с частотой f2 - Uf2, подэлектродное сопротивление рабочего электрода определяют по формуле Zj=Ujf1 : (J1× Kj), где Zj - подэлектродное сопротивление j-го рабочего электрода, Ujf1 - напряжение на выходе j-го рабочего усилителя с частотой f1, Jf1 - ток узкополосного генератора тока с частотой f1, Кj - коэффициент усиления j-го рабочего усилителя, подэлектродное сопротивление референтного электрода определяют по формуле Za=Ujf2 : (Jf2× Kj), где Zа - подэлектродное сопротивление референтного электрода, сопричастного j-му рабочему усилителю, Ujf2 - напряжение на выходе j-го рабочего усилителя с частотой f2, Jf2 - ток узкополосного генератора тока с частотой f2. Коэффициенты усиления усилителей измеряются перед установкой электродов, например, как отношение напряжения на выходе усилителя к калиброванному напряжению на входе. Так же предварительно могут быть откалиброваны генераторы тока Jf1, и Jf2. Частоты f1 и f2 выбираются из условия исключения влияния на результаты измерения анализируемых сигналов. Так как на изменение подэлектродных сопротивлений влияют вялотекущие процессы, работа генераторов Jf1, и Jf2 может быть разнесена во времени. Тогда отпадает необходимость борьбы с комбинационными частотами.The claimed method of measuring the sub-electrode resistance during registration using input amplifiers of the brain biopotentials and / or electrical signals generated by the heart and / or electrical signals of muscle movements is implemented as follows. A signal from a narrow-band current generator Jf 1 with a frequency f 1 exceeding the upper frequency of the recorded signals f Вepx is supplied to each working electrode, and a signal from a narrow-band current generator Jf 2 with a frequency f 2 is supplied to the reference electrode f 1 > f vepx . By narrow-band filtering, the voltage with a frequency of f 1 -U f1 and the voltage with a frequency of f 2 - U f2 are isolated from the output voltage of each working amplifier U1 ... Uk, the electrode resistance of the working electrode is determined by the formula Z j = U jf1 : (J 1 × K j ), where Z j is the sub-electrode resistance of the j-th working electrode, U jf1 is the voltage at the output of the j-th working amplifier with a frequency f 1 , Jf 1 is the current of a narrow-band current generator with a frequency f 1 , K j is the gain j-th working amplifier, the sub-electrode resistance of the reference electrode is determined according to the formula Za = U jf2 : (J f2 × K j ), where Za is the sub-electrode resistance of the reference electrode associated with the j-th working amplifier, U jf2 is the voltage at the output of the j-th working amplifier with frequency f 2 , J f2 is the current narrowband current generator with a frequency of f 2 . The amplification factors of the amplifiers are measured before installing the electrodes, for example, as the ratio of the voltage at the output of the amplifier to the calibrated voltage at the input. The current generators Jf 1 and Jf 2 can also be pre-calibrated. The frequencies f 1 and f 2 are selected from the condition of excluding the influence on the measurement results of the analyzed signals. Since the change in the subelectrode resistances is influenced by slow processes, the operation of the generators Jf 1 and Jf 2 can be separated in time. Then there is no need to combat combinational frequencies.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003123601/14A RU2252692C2 (en) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | Method and device for studying functional state of brain and method for measuring subelectrode resistance |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003123601/14A RU2252692C2 (en) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | Method and device for studying functional state of brain and method for measuring subelectrode resistance |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003123601A RU2003123601A (en) | 2005-01-27 |
RU2252692C2 true RU2252692C2 (en) | 2005-05-27 |
Family
ID=35138728
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003123601/14A RU2252692C2 (en) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | Method and device for studying functional state of brain and method for measuring subelectrode resistance |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2252692C2 (en) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2462987C1 (en) * | 2011-08-05 | 2012-10-10 | Дмитрий Валерьевич Котов | Method of detecting epileptiform activity |
RU2470580C1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Method of determining electric resistance of internal tissues of part of biological object body and rheoanalyser |
RU2498768C2 (en) * | 2008-02-07 | 2013-11-20 | Пульзион Медикал Системз Аг | Apparatus and method for physiological parameter determination |
RU2529481C2 (en) * | 2008-10-23 | 2014-09-27 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | System of obtaining images with cardio- and/or respiratory synchronisation and method of 2-dimensional visualisation in real time with additional virtual anatomical structures during procedures of interventional ablation or pacemaker installation |
RU2536282C2 (en) * | 2013-03-12 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Arterial blood pulsation recorder |
RU2562230C1 (en) * | 2014-04-17 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) | Method for assessing functional and metabolic nerve tissue state |
RU2624172C1 (en) * | 2016-04-25 | 2017-06-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "ТГТУ" | Method for biological object impedance components determination |
RU178269U1 (en) * | 2017-06-13 | 2018-03-28 | Александр Викторович Ежков | CARDIOMONITOR COMBINED WITH PHOTOPLETISMOGRAPH |
RU178268U1 (en) * | 2017-06-13 | 2018-03-28 | Александр Викторович Ежков | Device for producing electrocardiograms and photoplethysmograms |
RU2656512C2 (en) * | 2012-12-13 | 2018-06-05 | Конинклейке Филипс Н.В. | Interventional system |
RU2676001C2 (en) * | 2013-04-10 | 2018-12-25 | Конинклейке Филипс Н.В. | Visualisation of reconstructed image data |
RU195269U1 (en) * | 2018-12-28 | 2020-01-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "КОМИ научный центр Уральского отделения Российской академии наук" | Flexible electrode for recording electric potentials in the intramural layers of the heart |
RU2723763C1 (en) * | 2019-03-25 | 2020-06-17 | Федеральное бюджетное учреждение "Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Красноярском крае, Республике Хакасия и Республике Тыва" | Method of wavelet-introscopy of vascular network of blood channel |
RU2742071C1 (en) * | 2020-09-08 | 2021-02-02 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения Московской области "Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского" (ГБУЗ МО МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского) | Method of rehabilitation of the patients suffering a stroke |
RU220315U1 (en) * | 2022-07-14 | 2023-09-07 | Олег Игоревич Сазонов | Multichannel bioimpedance signal generator-multiplexer |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106814295B (en) * | 2017-03-17 | 2023-04-07 | 常州瑞神安医疗器械有限公司 | Multi-channel circuit testing device and deep brain electrode testing method |
-
2003
- 2003-07-25 RU RU2003123601/14A patent/RU2252692C2/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Инструментальные методы исследования сердечно-сосудистой системы под ред. Т.С.ВИНОГРАДОВОЙ, М., Медицина, 1986, с.308-311, 332-333, 340-363, 372-373. КОНСТАНТИНОВ Б.А. и др. "Оценка производительности и анализ поцикловой работы сердца", Л., Наука, 1986, с.60-64. ЗЕНКОВ Л.Р., РОНКИН М.А. "Функциональная диагностика нервных болезней", М., Медицина, 1991, с.132-146. * |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2498768C2 (en) * | 2008-02-07 | 2013-11-20 | Пульзион Медикал Системз Аг | Apparatus and method for physiological parameter determination |
RU2529481C2 (en) * | 2008-10-23 | 2014-09-27 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | System of obtaining images with cardio- and/or respiratory synchronisation and method of 2-dimensional visualisation in real time with additional virtual anatomical structures during procedures of interventional ablation or pacemaker installation |
RU2470580C1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" | Method of determining electric resistance of internal tissues of part of biological object body and rheoanalyser |
RU2462987C1 (en) * | 2011-08-05 | 2012-10-10 | Дмитрий Валерьевич Котов | Method of detecting epileptiform activity |
RU2656512C2 (en) * | 2012-12-13 | 2018-06-05 | Конинклейке Филипс Н.В. | Interventional system |
RU2536282C2 (en) * | 2013-03-12 | 2014-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Arterial blood pulsation recorder |
RU2676001C2 (en) * | 2013-04-10 | 2018-12-25 | Конинклейке Филипс Н.В. | Visualisation of reconstructed image data |
US11227414B2 (en) | 2013-04-10 | 2022-01-18 | Koninklijke Philips N.V. | Reconstructed image data visualization |
RU2562230C1 (en) * | 2014-04-17 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВПО ИрГУПС) | Method for assessing functional and metabolic nerve tissue state |
RU2624172C1 (en) * | 2016-04-25 | 2017-06-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" ФГБОУ ВО "ТГТУ" | Method for biological object impedance components determination |
RU178268U1 (en) * | 2017-06-13 | 2018-03-28 | Александр Викторович Ежков | Device for producing electrocardiograms and photoplethysmograms |
RU178269U1 (en) * | 2017-06-13 | 2018-03-28 | Александр Викторович Ежков | CARDIOMONITOR COMBINED WITH PHOTOPLETISMOGRAPH |
RU195269U1 (en) * | 2018-12-28 | 2020-01-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "КОМИ научный центр Уральского отделения Российской академии наук" | Flexible electrode for recording electric potentials in the intramural layers of the heart |
RU2723763C1 (en) * | 2019-03-25 | 2020-06-17 | Федеральное бюджетное учреждение "Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Красноярском крае, Республике Хакасия и Республике Тыва" | Method of wavelet-introscopy of vascular network of blood channel |
RU2742071C1 (en) * | 2020-09-08 | 2021-02-02 | Государственное бюджетное учреждение здравоохранения Московской области "Московский областной научно-исследовательский клинический институт им. М.Ф. Владимирского" (ГБУЗ МО МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского) | Method of rehabilitation of the patients suffering a stroke |
RU220315U1 (en) * | 2022-07-14 | 2023-09-07 | Олег Игоревич Сазонов | Multichannel bioimpedance signal generator-multiplexer |
RU2823580C1 (en) * | 2023-07-26 | 2024-07-24 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нейроспутник" | Method of intelligent feedback for brain stimulation for implementation of rehabilitation and/or prevention of neurodegeneration |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003123601A (en) | 2005-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Thayer et al. | Estimating respiratory frequency from autoregressive spectral analysis of heart period | |
US6042548A (en) | Virtual neurological monitor and method | |
Harmony | Neurometric assessment of brain dysfunction in neurological patients | |
EP1495715B1 (en) | A method and apparatus based on combination of three phsysiological parameters for assessment of analgesia during anesthesia or sedation | |
Matthews et al. | A wearable physiological sensor suite for unobtrusive monitoring of physiological and cognitive state | |
RU2252692C2 (en) | Method and device for studying functional state of brain and method for measuring subelectrode resistance | |
Murali et al. | A wearable device for physical and emotional health monitoring | |
Hallett et al. | Evaluation of movement and brain activity | |
CN111386068A (en) | Camera-based pressure measurement system and method | |
US6490480B1 (en) | Apparatus and methods for measuring autonomic nervous system function | |
D’Alvia et al. | Heart rate monitoring under stress condition during behavioral analysis in children with neurodevelopmental disorders | |
Billones et al. | Cardiac and brain activity correlation analysis using electrocardiogram and electroencephalogram signals | |
Alawieh et al. | A real-time ECG feature extraction algorithm for detecting meditation levels within a general measurement setup | |
KR101771835B1 (en) | Method for inter-sleep analysis based on biomedical signal | |
von Rosenberg et al. | Smart helmet: monitoring brain, cardiac and respiratory activity | |
Salinger et al. | Telemetric, computer aided system for non-invasive examination of heart rate variability, type VariaPulse TF 3 | |
Haddix et al. | A comparison of eeg alpha rhythm detection by tripolar concentric ring electrodes and conventional disk electro des | |
Akşahin et al. | Obstructive sleep apnea classification with artificial neural network based on two synchronic hrv series | |
Tian et al. | Hearables: Heart Rate Variability from Ear Electrocardiogram and Ear Photoplethysmogram (Ear-ECG and Ear-PPG) | |
Anisimov et al. | Comparison of heart rate derived from ECG and pulse wave signals during controlled breathing test for biofeedback systems | |
Popov et al. | Introduction to biomedical signals and biomedical imaging | |
RU2248745C1 (en) | Method and device for studying functional state of brain | |
Honkanen | Measuring the effects of cognitive stress and relaxation using a wearable smart ring | |
Aboulezz et al. | Analyzing heart rate estimation from vibrational cardiography with different orientations | |
YUDA et al. | Smart shirt respiratory monitoring to detect car driver drowsiness |