Exam questions

представляющих интерес составляющих. Наиболее употребительны фильтры Баттерворда и Чебышева.

Для выделения определённого ритма задаются параметры фильтра, которые будут определять полосу пропускания частот, крутизну АЧХ. Исходя из частоты пропускания через фильтр будут проходить только определённые частотные составляющие, соответствующие различным ритмам.

На картинке слева показаны исходные сигналы ЭЭГ по 19 каналам, а справа

— эти же сигналы, пропущенные через полосовой ЦФ, рассчитанный на выделение полосы частот, соответствующей a-ритму ЭЭГ.

Периодометрия

Периодометрия - измерение интервалов между следованием сигналов.

Используется для повышения точности оценки снимаемых показателей. На

основании собранных данных происходит коррекция результатов.

38) Корреляционный анализ сигнала ЭЭГ.

Содержание: Использование АКФ и ВКФ при анализе ЭЭГ.

Формирование корреляционной матрицы каналов ЭЭГ.

При анализе ЭЭГ часто используются автокорреляционная функция (АКФ)

и взаимная корреляционная функция (ВКФ), которые соответственно задаются выражениями:

где x(n) – отсчеты сигнала; N – число отсчетов; m – число сдвигов; σx – оценка среднеквадратического отклонения сигнала x(n)

где x(n) и y(n) – отсчеты двух сигналов; N – число отсчетов для каждого из них; m – число сдвигов; σx и σy – оценки среднеквадратических отклонений этих сигналов.

Эти оценки являются смещёнными (по формуле нарушается правило усреднения) и нормированными (благодаря дисперсии σx2и СКО σx, σy функция не может по модулю превышать единицу).

АКФ показывает наличие внутренних периодичностей в сигнале. Она всегда равна единице при нулевом сдвиге (т. е. при m = 0), симметрична относительно оси ординат и затухает с увеличением m тем медленнее, чем сильнее выражены периодичности в сигнале. ВКФ позволяет оценить наличие сходных по частоте колебаний в двух сигналах. Если при каких-то значениях сдвига модуль значения ВКФ приближается к единице, то это служит признаком наличия в сигналах однотипных изменений, происходящих с задержкой, равной сдвигу.

АКФ позволяет выявить присутствие ритмов в ЭЭГ, а ВКФ дает возможность оценить взаимосвязь электроэнцефалографических событий в сигналах ЭЭГ, снятых в разных зонах на поверхности головы

На рисунке приведен пример расчета АКФ (графики г, д, е) и ВКФ (графики ж, з, и) для трех синхронно зарегистрированных фрагментов ЭЭГ человека (графики а, б, в). ЭЭГ на графиках а и б сняты с затылочной области головы и содержат выраженный альфа-ритм, проявляющийся в виде колебаний почти синусоидальной формы с частотой примерно 10 Гц. Нижняя ЭЭГ (в) получена с лобной области головы и носит характер хаотического процесса. Из графиков АКФ видно, что присущая первым двум сигналам периодичность приводит к тому, что их автокорреляционная функция затухает относительно медленно. В то же время АКФ для третьего сигнала затухает очень быстро, что демонстрирует его случайный характер. ВКФ сигналов 1 и 2 затухает медленно, что показывает наличие в этих сигналах

сходных периодичностей. ВКФ, рассчитанная для двух других пар сигналов, принимает относительно небольшие значения, что свидетельствует об отсутствии существенной связи между соответствующими сигналами.

Пример: если определить АКФ ЭЭГ по следующим отведениям: F1, F2, O1, O2, T3, T4, то при нарушении периодичности -ритма по всем вышеупомянутым отведениям можно судить о патологии в стволе головного мозга, а по нарушению периодичности хотя бы в одном из отведений - о патологии коры головного мозга на данном участке.

Формирование корреляционной матрицы каналов ЭЭГ

Коэффициент взаимной корреляции часто используется для оценки степени связанности сигналов ЭЭГ, снимаемых с электродов, расположенных в различных точках головы человека. Это дает возможность судить о взаимосвязи процессов, происходящих в различных областях головного мозга. На рис. 1 показаны графики синхронно снятых 16 каналов ЭЭГ. Верхним графикам соответствуют сигналы, полученные с лобной части головы, а нижним – с затылочной. Графическое изображение значений матрицы коэффициентов взаимной корреляции приведено на рис. 2 Здесь значениям КВК в диапазоне от –1 до 1 соответствуют оттенки серого от черного цвета до белого. Видно, что значения КВК симметричны относительно диагонали матрицы. Кроме того, можно отметить убывание 152 значений по мере удаления от диагонали, что демонстрирует более слабую связь между сигналами, полученными от далеко расположенных электродов.

Рис.1

Рис.2 Корреляционная матрица формируется путём нахождения коэффициентов

взаимной корреляции (КВК) для различных отведений, расположенных на разных частях головы.

КВК представляет собой значение ВКФ при нулевом сдвиге. Оценка ВКФ для двух дискретных сигналов x(n)и y(n) рассчитывается следующим образом:

Значение КВК, рассчитанное по данной формуле, лежит в пределах от –1 до +1. Если модуль КВК приближается к единице, то это свидетельствует о существовании какого-то вида линейной связи между сигналами. Если модуль КВК близок к нулю, то это является признаком отсутствия линейной зависимости между сигналами.

39) Анализ вызванных потенциалов ЭЭГ.

Содержание: Методика анализа вызванных потенциалов ЭЭГ, виды

стимуляции. Синхронное накопление и повышение отношения

«сигнал/шум».

Вызванными потенциалами (ВП) (потенциалами, связанными с событиями ПСС) называют фоновые ответы нервной системы на различного рода внешние стимулы, вызывающие активацию нервных центров, расположенных в стволовых отделах мозга и в центральных проводящих путях.

Когда ответы таких нервных центров достигают коры больших полушарий, они накладываются на обычную ЭЭГ и маскируются ей, поскольку их амплитуда оказывается в 5-20 раз ниже среднего амплитудного уровня ЭЭГ (нормальная ЭЭГ играет роль мощного шума).

исследования ВП отличаются необходимостью выполнения:

•многих последовательных записей нервной активности в ответ на предъявление стимула

•последующее многократное когерентное усреднение этих записей относительно момента подачи стимула

При когерентном усреднении уровень шума уменьшается не линейно, а как корень квадратный из числа усреднений. Поэтому чтобы только сравнять по амплитуде полезный сигнал со случайным шумом, превосходящим сигнал в N раз, необходимо выполнить не менее N2 усреднений. Ситуация несколько облегчается, если заранее известна частота колебаний выделяемых ВП. Тогда предварительной фильтрацией исходного ЭЭГ-сигнала в более высоком диапазоне частот (уменьшающей амплитудный уровень шума) можно добиться надежного выделения ВП при меньшем числе усреднений.

Техника исследования ВП является одной из сложнейших в электрофизиологии, а получаемые показатели — столь динамичны и вариабельны, что для регистрации и анализа ВП требуется высочайший уровень профессиональной квалификации.

На рис. 3.15, где приведены пять 10-мс ЭЭГ-ответов на звуковые щелчки, подаваемые в начальный момент времени. Визуально на этих пяти записях ЭЭГ не выявляется никаких закономерностей. Внизу рис. 3.15 в качестве

шестой записи приведен результат усреднения (сигнал значительно нагляднее) 1000 таких ЭЭГ-ответов, усиленный для наглядности в 10 раз по отношению к самим записям ЭЭГ (иначе при одинаковом масштабе ВП имел бы вид почти прямой линии).

В зависимости от модальности стимула обычно различают следующие основные типы ВП, для каждого из которых используется своя система отведений и схема регистрации:

•зрительные (ЗВП) в ответ на световую стимуляцию:

•слуховые (СВП) в ответ на звуковую стимуляцию;

•соматосенсорные (ССВП) в ответ на электрическую стимуляцию;

•когнитивные ВП, связанные с распознаванием стимулов.

Зрительные ВП регистрируют обычно на конечном участке зрительного тракта — в затылочных отведениях.

ЗВПВ – ЗВП на вспышку света, подаются от стимулятора типа лампывспышки на закрытые глаза исследуемого с расстояния 30 см или же используют специальные очки со вставленными матрицами светодиодов. Для уменьшения влияния остаточного альфа-ритма на форму ЗВПВ применяют неритмическую стимуляцию со случайными интервалами от 1 до 2 с. Для выделения ЗВПВ применяют как небольшое (25—50), так и значительное (200-500) число стимуляций и усреднений.

ЗВПВ в затылочном отведении (рис. 3.17) обладают существенной симметрией формы, хотя амплитуды компонентов правого и левого ЗВПВ могут несколько различаться. Общая форма ВП, как и количество компонентов, варьирует в некоторых пределах, однако можно выделить 8 основных компонентов: Р1, N1, Р2, N2, РЗ, NЗ, Р4, N4, за которыми следуют несколько относительно монотонных колебаний в форме веретена, составляющих послеразряд.

Слуховые ВП. В исследованиях слуховых ВП могут быть выделены ответы, относящиеся к разным уровням слухового анализатора (рис. 3.18, а).

Обычно различают три категории слуховых ВП:

•коротколатентные ВП, длительностью отстоящие от стимула не более

10 мс;

•среднелатентные ВП, покрывающие диапазон от 10 до 50 мс;

•длиннолатентные ВП с латентностью более 50 мс.

CВП:

•СВПМС - слуховые ВП мозгового ствола - получаются при большом числе (от 1000 и более) усреднений; являются потенциалами дальнего поля, регистрируются за счет объемного проведения и отражают состояние слуховых стволовых ядер разного уровня. При регистрации используется преимущественно монауральная стимуляция в виде щелчков прямоугольной формы и небольшой длительности (0,1-1 мс) с частотой от 5 до 200 Гц. Интенсивность стимулов обычно варьирует в диапазоне 5-90 дБ над порогом чувствительности. Поскольку эти ВП являются потенциалами отдаленного поля, то они могут успешно регистрироваться от всех точек скальпа по системе отведений «1020%».

Соматосенсорные ВП (ССВП) - это электрические ответы нервных стволов и центров на стимуляцию рецепторов соматической чувствительности или соответствующих им нервных стволов.

Впрактической клинической диагностике чаще всего производят электрическую стимуляцию периферических нервных стволов с помощью поверхностных электродов, накладываемых над областью прохождения нерва. Интенсивность стимуляции выбирают несколько выше порога двигательной реакции (обычно 5 В или 0,1 мА).

Взависимости от места стимуляции и расположения отведений обычно различают следующие типы ССВП:

•ССВП от спинного мозга;

•ССВП от интактных покровов головы:

•дальнего поля (коротколатентные ВП);

•ближнего поля (длиннолатентные ВП).

Регистрация ССВП является адекватным методом исследования при диагностике поражений спинного и головного мозга.

Когнитивные ВП.

Считается, что вызванные потенциалы являются индикаторами электрических процессов работы мозга, связанных с механизмами восприятия информации и ее обработки первичного и рефлекторного характера.

Методика РЗ00 основывается на подаче в случайной последовательности двух стимулов (обычно слуховые), один из которых незначим, а другой является значимым и на него испытуемый или пациент должен реагировать.

Автоматическая регистрация ВП достигается определением протокола реального времени, являющегося компонентом плана исследования. Протокол представляет собой описание последовательных или альтернативных событий, которые могут происходить в заданные моменты времени или при выполнении заданных условий:

Каждое событие включает три компонента:

1)выполняемое действие;

2)объект, над которым действие выполняется;

3)условие выполнения действия.

КОГЕРЕНТНОЕ (СИНХРОННОЕ) НАКОПЛЕНИЕ — один из применяемых в технике методов улучшения отношения сигнал/шум, получивший широкое распространение в электрофизиологии, особенно при исследовании ВП интактного мозга. В последнем случае ВП рассматривается в качестве полезного сигнала, а спонтанная (фоновая) ЭЭГ — в качестве шума. Процедура синхронного накопления при исследовании ВП заключается в сложении оценок амплитуды отдельных реализаций постстимульной ЭЭГ, осуществляемом раздельно для точек, имеющих одинаковые ЛП (латентный период), относительно момента подачи стимула.

Использование метода для выделения ВП базируется на двух допущениях:

•первом — о наличии закономерной связи между характеристиками одиночных реализаций ВП и параметрами стимулов, в ответ на которые данный ВП был зарегистрирован

•втором — об отсутствии такой связи для фоновой (спонтанной) ЭЭГ

Идея применения метода для выделения ВП заключается в том, что случайные относительно момента подачи стимула изменения потенциала фоновой ЭЭГ, суммируясь (напр., в противофазе) должны давать сигнал с амплитудой меньшей, чем амплитуда отдельной реализации ВП, а при бесконечно большом числе накоплений — с нулевой амплитудой. В то же время закономерные относительно стимула изменения потенциала в результате накопления должны давать среднюю статистическую оценку амплитуды единичных ВП. Теоретически отношение сигнал/шум улучшается при использовании К. н. пропорционально i/N (где N — число отдельных реализаций постстимульной ЭЭГ, подвергаемой накоплению). Практически отношение сигнал/шум при использовании К. н. растет медленнее. Такое расхождение объясняется, в частности, значительной вариабельностью ЛП одних и тех же компонентов единичных ВП от пробы к пробе. Таким образом, форма сигнала, получаемого в результате К. н., не является наилучшей, что вызывает необходимость ее коррекции. Тем не менее в ряде