RU2701197C1 - Method for hybrid recording of human cerebral metabolic activity - Google Patents
Method for hybrid recording of human cerebral metabolic activity Download PDFInfo
- Publication number
- RU2701197C1 RU2701197C1 RU2018126615A RU2018126615A RU2701197C1 RU 2701197 C1 RU2701197 C1 RU 2701197C1 RU 2018126615 A RU2018126615 A RU 2018126615A RU 2018126615 A RU2018126615 A RU 2018126615A RU 2701197 C1 RU2701197 C1 RU 2701197C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- infrared spectroscopy
- human
- near infrared
- metabolic activity
- points
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
- A61B5/1455—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters
- A61B5/14551—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases
- A61B5/14553—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using optical sensors, e.g. spectral photometrical oximeters for measuring blood gases specially adapted for cerebral tissue
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/369—Electroencephalography [EEG]
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Neurology (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Psychiatry (AREA)
- Psychology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области медицины, а именно к способам измерения метаболической активности в различных областях головного мозга человека.The invention relates to medicine, namely to methods for measuring metabolic activity in various areas of the human brain.
Из предшествующего уровня техники известны способы регистрации, измеряющие электрическую активность головного мозга. Такие способы используют набор электродов, контактирующая поверхность которых выполнена из металла - как правило, из AgCl или AuCl для увеличения проводимости. Результатом регистрации является электроэнцефалограмма, отражающая метаболическую активность в виде моментального значения напряжения в течение времени регистрации.Registration methods measuring the electrical activity of the brain are known in the art. Such methods use a set of electrodes whose contact surface is made of metal — typically AgCl or AuCl — to increase conductivity. The result of registration is an electroencephalogram reflecting metabolic activity in the form of an instantaneous voltage value during the time of registration.
Недостатком таких способов является низкая точность регистрации сигналов, выраженная в низком пространственном разрешении - порядка 1 см и высокой частоте ошибок. Ошибки возникают из-за искажений, вызванных электрическими сигналами от мышц головы человека, электромагнитными помехами.The disadvantage of these methods is the low accuracy of signal registration, expressed in low spatial resolution of the order of 1 cm and a high error rate. Errors arise due to distortions caused by electrical signals from the muscles of the human head, electromagnetic interference.
Также известен электроэнцефалограф, защищенный патентом СССР N 880241, кл. А61В 5/04 (заявка ФРГ N 2727583 от 20.06.77 г.), использующий способ регистрации, в котором применяются электроды с металлической контактирующей поверхностью.An electroencephalograph protected by USSR patent N 880241, class. АВВ 5/04 (application of Germany N 2727583 dated 06/20/77), using a registration method in which electrodes with a metal contacting surface are used.
Недостатки в способе регистрации, который использует электроэнцефалограф, те же самые, что и у предыдущей широкой группы аналогичных способов регистрации.The disadvantages of the registration method that uses the electroencephalograph are the same as the previous wide group of similar registration methods.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение заключается в обеспечении высокой точности регистрации метаболической активности головного мозга человека.The problem to which the claimed invention is directed is to provide high accuracy in recording metabolic activity of the human brain.
Поставленная задача достигается за счет использования способа гибридной регистрации метаболической активности головного мозга человека, который заключается в совместном использовании: 1) электродов, предназначенными для регистрации электроэнцефалограммы; 2) датчиков ближней инфракрасной спектроскопии, измеряющих уровень концентрации оксигемоглобина HbO и деоксигемоглобина HbD в мозговом кровотоке.The problem is achieved through the use of a hybrid registration method for the metabolic activity of the human brain, which consists in the joint use of: 1) electrodes for recording an electroencephalogram; 2) near infrared spectroscopy sensors that measure the levels of oxyhemoglobin HbO and deoxyhemoglobin HbD in the cerebral blood flow.
Возможность применения датчиков ближней инфракрасной спектроскопии для регистрации метаболической активности головного мозга обуславливается тем, что все биологические ткани в разной степени пропускают электромагнитное излучение различной частоты и интенсивности. С точки зрения спектроскопии это объясняется тем, что различные молекулы селективно поглощают электромагнитное излучение различной длины. Подобным образом, ткани также отражают электромагнитное излучение в разной степени. Ближний инфракрасный свет может проникнуть на несколько сантиметров в биологические ткани, что позволяет неинвазивно исследовать головной мозг человека.The possibility of using near infrared spectroscopy sensors to record the metabolic activity of the brain is determined by the fact that all biological tissues to varying degrees transmit electromagnetic radiation of various frequencies and intensities. From the point of view of spectroscopy, this is because various molecules selectively absorb electromagnetic radiation of various lengths. Similarly, tissues also reflect electromagnetic radiation to varying degrees. Near infrared light can penetrate several centimeters into biological tissues, which allows a non-invasive examination of the human brain.
В процессе спектроскопической регистрации, фотоны от источника света направляются по определенной траектории через исследуемую ткань обратно к детектору, расположенному на небольшом удалении от источника (фиг. 1). Несмотря на значительное затухание световых волн из-за процессов поглощения и рассеяния, тем не менее, в регистрируемом излучении сохраняются спектроскопические признаки молекул, через которые они прошли на пути к детектору.In the process of spectroscopic registration, photons from the light source are directed along a certain path through the tissue under investigation back to the detector located at a small distance from the source (Fig. 1). Despite the significant attenuation of light waves due to absorption and scattering processes, nevertheless, the spectroscopic features of the molecules through which they passed on the way to the detector are preserved in the detected radiation.
Пространственное разрешение датчиков ближней инфракрасной спектроскопии составляет порядка 30 мм, при этом, регистрация сигналов осуществляется с низкой частотой ошибок, что превосходит качество регистрации электроэнцефалографической технологии. В то же время инфракрасные датчики невозможно разместить в области волосяного покрова головы человека, поскольку волосы вносят существенные искажения в сигнал, регистрируемые посредством инфракрасных датчиков. Поэтому инфракрасные датчики размещаются только в области лба головы человека, где отсутствует волосяной покров согласно международной системе позиционирования электродов 10-20 в точках приложения F7, Fp1, G, Fp2 и F8 (фиг. 1). Во всех остальных точках приложения (фиг. 1), согласно системе 10-20 могут быть размещены электроды, с металлической контактирующей поверхностью, регистрирующие электроэнцефалографическую активность головного мозга человека.The spatial resolution of the near infrared spectroscopy sensors is about 30 mm, while the signals are recorded with a low error rate, which exceeds the quality of registration of electroencephalographic technology. At the same time, infrared sensors cannot be placed in the area of the scalp of a person’s head, since the hair introduces significant distortions into the signal recorded by infrared sensors. Therefore, infrared sensors are located only in the forehead of the human head, where there is no hairline according to the international positioning system of electrodes 10-20 at the points of application F7, Fp1, G, Fp2 and F8 (Fig. 1). At all other points of application (Fig. 1), according to the system 10-20, electrodes can be placed with a metal contacting surface that record the electroencephalographic activity of the human brain.
За счет использования электроэнцефалографических электродов вместе с датчиками ближней инфракрасной спектроскопии повышается качество всей системы регистрации в целом. Датчики ближней инфракрасной спектроскопии дополняют данные, регистрируемые посредством электроэнцефалографических электродов.Through the use of electroencephalographic electrodes, together with the sensors of near infrared spectroscopy, the quality of the entire recording system as a whole is improved. Near infrared spectroscopy sensors complement the data recorded by electroencephalographic electrodes.
Достигаемый технический результат заключается в повышении точности регистрируемых сигналов активности головного мозга человека за счет уменьшения искажений и дополнения электроэнцефалографических данных, данными ближней инфракрасной спектроскопии.The technical result achieved is to increase the accuracy of the recorded signals of human brain activity by reducing distortion and supplementing electroencephalographic data with near infrared spectroscopy data.
Изобретение поясняется фигурами, которые не охватывают и, тем более не ограничивают весь объем притязаний данного технического решения, а являются лишь иллюстрирующими материалами частного случая выполнения.The invention is illustrated by figures that do not cover and, moreover, do not limit the entire scope of the claims of this technical solution, but are only illustrative materials of a particular case of execution.
На фиг. 1 размещение датчиков ближней инфракрасной спектроскопии на точках приложения F7, Fp1, G, Fp2 и F8 согласно международной системе позиционирования 10-20.In FIG. 1 placement of near infrared spectroscopy sensors at application points F7, Fp1, G, Fp2 and F8 according to the international positioning system 10-20.
На фиг. 2 условное изображение прохождения фотонов через исследуемую ткань от источника света до детектора.In FIG. 2 is a conventional image of the passage of photons through the test tissue from the light source to the detector.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018126615A RU2701197C1 (en) | 2018-07-19 | 2018-07-19 | Method for hybrid recording of human cerebral metabolic activity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018126615A RU2701197C1 (en) | 2018-07-19 | 2018-07-19 | Method for hybrid recording of human cerebral metabolic activity |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2701197C1 true RU2701197C1 (en) | 2019-09-26 |
Family
ID=68063174
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018126615A RU2701197C1 (en) | 2018-07-19 | 2018-07-19 | Method for hybrid recording of human cerebral metabolic activity |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2701197C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150038812A1 (en) * | 2011-03-25 | 2015-02-05 | Drexel University | Functional near infrared spectrocopy based brain computer interface |
US20160015281A1 (en) * | 2010-02-03 | 2016-01-21 | Covidien Lp | Combined physiological sensor systems and methods |
RU2015125367A (en) * | 2015-06-26 | 2017-01-10 | Андрей Степанович БРЮХОВЕЦКИЙ | METHOD FOR REMOTE MULTI-WAVE ELECTROMAGNETIC RADIONEURO ENGINEERING OF THE HUMAN BRAIN |
US20170080256A1 (en) * | 2015-09-17 | 2017-03-23 | Korea Institute Of Science And Technology | Brain to brain interface system applied to single brain |
US20170340212A1 (en) * | 2016-05-27 | 2017-11-30 | The Florida International University Board Of Trustees | Hybrid spectroscopy imaging system for intraoperative epileptic cortex detection |
-
2018
- 2018-07-19 RU RU2018126615A patent/RU2701197C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20160015281A1 (en) * | 2010-02-03 | 2016-01-21 | Covidien Lp | Combined physiological sensor systems and methods |
US20150038812A1 (en) * | 2011-03-25 | 2015-02-05 | Drexel University | Functional near infrared spectrocopy based brain computer interface |
RU2015125367A (en) * | 2015-06-26 | 2017-01-10 | Андрей Степанович БРЮХОВЕЦКИЙ | METHOD FOR REMOTE MULTI-WAVE ELECTROMAGNETIC RADIONEURO ENGINEERING OF THE HUMAN BRAIN |
US20170080256A1 (en) * | 2015-09-17 | 2017-03-23 | Korea Institute Of Science And Technology | Brain to brain interface system applied to single brain |
US20170340212A1 (en) * | 2016-05-27 | 2017-11-30 | The Florida International University Board Of Trustees | Hybrid spectroscopy imaging system for intraoperative epileptic cortex detection |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11426076B2 (en) | Contactless system and method for assessing and/or determining hemodynamic parameters and/or vital signs | |
Fiedler et al. | Novel multipin electrode cap system for dry electroencephalography | |
Kennan et al. | Simultaneous recording of event-related auditory oddball response using transcranial near infrared optical topography and surface EEG | |
Odabaee et al. | Spatial patterning of the neonatal EEG suggests a need for a high number of electrodes | |
US20160143541A1 (en) | System and Method For Acousto-Electromagnetic Neuroimaging | |
Wilson et al. | Functional brain abnormalities during finger-tapping in HIV-infected older adults: a magnetoencephalography study | |
Morioka et al. | Decoding spatial attention by using cortical currents estimated from electroencephalography with near-infrared spectroscopy prior information | |
Oh et al. | A novel method for recording neuronal depolarization with recording at 125–825 Hz: implications for imaging fast neural activity in the brain with electrical impedance tomography | |
Pellegrino et al. | Hemodynamic response to interictal epileptiform discharges addressed by personalized EEG-fNIRS recordings | |
Medvedev et al. | Event-related fast optical signal in a rapid object recognition task: improving detection by the independent component analysis | |
WO2008063155A2 (en) | Deception detection via functional near-infrared spectroscopy | |
US10660531B1 (en) | Method and apparatus for non-invasive real-time biomedical imaging of neural and vascular activity | |
Medvedev et al. | Functional connectivity in the prefrontal cortex measured by near-infrared spectroscopy during ultrarapid object recognition | |
US7599735B2 (en) | Electrode configuration for central nervous system monitoring | |
Nakata et al. | Somato‐motor inhibitory processing in humans: A study with MEG and ERP | |
Zaidi et al. | Simultaneous epidural functional near-infrared spectroscopy and cortical electrophysiology as a tool for studying local neurovascular coupling in primates | |
Warach et al. | Decreases in frontal and parietal lobe regional cerebral blood flow related to habituation | |
Matsubara et al. | Altered neural synchronization to pure tone stimulation in patients with mesial temporal lobe epilepsy: An MEG study | |
Cooper et al. | Design and evaluation of a probe for simultaneous EEG and near-infrared imaging of cortical activation | |
Kamarunas et al. | Timing of cortical activation during spontaneous swallowing | |
Hill et al. | Optimising the sensitivity of optically-pumped magnetometer magnetoencephalography to gamma band electrophysiological activity | |
RU2701197C1 (en) | Method for hybrid recording of human cerebral metabolic activity | |
Frigo et al. | Measuring cerebral activation from fNIRS signals: An approach based on compressive sensing and Taylor–Fourier model | |
Varshney et al. | Detection of inter-hemispheric functional connectivity in motor cortex with coherence analysis | |
Branco | The development and evaluation of head probes for optical imaging of the infant head |