3.6. Выводы по главе

Был проведен нелинейный анализ экспериментальных нативных ЭЭГ данных. Нелинейный анализ сигналов позволяет выявить их основные свойства, т.е. является ли электрическая активность мозга стохастической, случайной или это упорядоченный, а значит и управляемый процесс, который может быть описан методами нелинейной динамики.

В нашем случае внешний вид сигналов электроэнцефалограммы позволяет сделать предположение о том, что данный сигнал может проявлять некоторые свойства хаотических сигналов при определенных условиях мозговой активности. При этом в некоторых случаях ЭЭГ сигнал может проявлять некоторые упорядоченные свойства или быть шумоподобным.

1. Проведен первичный анализ нативной ЭЭГ, построены спектры для всех участников эксперимента. У больных пациентов максимумы наблюдаются на более низких частотах. Для здоровых испытуемых свойственно распределение максимумов амплитуды на протяжении всего частотного диапазона.

2. Проведен численный анализ симметричных отведений ЭЭГ – рассчитана мгновенная корреляционная размерность по каждому из отведений. Построены графики для реальных сигналов и для их суррогатных данных.

3. Разработан численный критерий – коэффициент корреляции нелинейных инвариантов исходных данных и искусственно сконструированной суррогатной последовательности.

4. Построены фазовые портреты ЭЭГ сигнала. Для симметричных отведений они имеют симметричный наклон. Исследования показали, что аттрактор принимает более сложную форму, когда мы снимаем сигналы у здоровых людей в спокойном состоянии. И наоборот, если у пациента наблюдается какая-либо болезнь, то аттрактор принимает более упорядоченную форму, иногда в виде петли.

5. Для выбора минимально необходимой размерности фазового пространства участки нативных ЭЭГ исследованы методом поиска ближайших «ложных соседей». Определено наименьшее значение размерности пространства вложения, которое составило D_emb=5-9.

6. Рассчитана корреляционная размерность восстановленного аттрактора для разных групп пациентов, которая является количественной мерой сигнала. Получены значения от 0,51±0,3 до 3,78±0,8. Увеличение D2 говорит об увеличении сложности системы.

7. Рассчитан набор характеристических показателей Ляпунова. Проанализированы значения и знак максимального показателя для исследуемых случаев. Он составил от 0,18±0,013 до 0,45±0,02. Положительный знак указывает на то, что в системе присутствует хаос.

4. Разработка структуры базы нативных электроэнцефалограмм и блока нелинейно-динамической обработки в среде LabView

4.1. Общие сведения о LabView

LabVIEW (англ. Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) — это среда разработки и платформа для выполнения программ, созданных на графическом языке программирования «G» фирмы National Instruments (США) [137]. Это – интегрированная графическая среда разработчика для создания интерактивных программ сбора, обработки данных и управления периферийными устройствами. Программирование осуществляется на уровне функциональных блок-схем (блок-диаграмм).

LabVIEW имеет обширные библиотеки функций для решения различных инженерных задач: ввод/вывод, обработка, анализ и визуализация сигналов; контроль и управление технологическими объектами; статистический анализ и комплексные вычисления и др.

Основными преимуществами использования графической оболочки LabVIEW являются[138]:

относительная простота и доступность: программы на LabVIEW представляют собой графическую схему-рисунок, что избавляет разработчика и пользователя от необходимости изучать классический язык программирования;

наглядность (простая и мощная графика): программная оболочка LabVIEW содержит простые универсальные средства визуализации данных; по существу, средства оболочки LabVIEW представляют собой хорошо оснащенную измерительными приборами лабораторию;

простейшие и наглядные средства отладки: контроль работы программ на LabVIEW производится с помощью включения одной кнопки; при этом мощный отладчик печатает на схеме все входные и выходные данные для каждого элемента схемы;

актуальность и перспективы: в настоящее время большинство программ, связанных с лабораторными измерениями и экспериментами создаются на LabVIEW, причем зачастую не программистами, а самими исследователями.

Программные приложения, создаваемые в LabVIEW, носят название виртуальных приборов (ВП). ВП состоит из двух основных частей:

передняя или лицевая панель, представляющая собой интерактивный интерфейс пользователя и имитирующая панель некоторого пульта управления, на котором размещаются кнопки, переключатели, индикаторы, диаграммы, графики и другие средства отображения и управления;

функциональная панель или блок-схема, представляющая собой иллюстрированный алгоритм действий ВП, одновременно являющийся исходным текстом ВП, в которой с помощью языка G осуществляется процесс разработки исходного кода виртуального инструмента в виде отдельных графических пиктограмм, осуществляющих различные функции, и связей между ними.

В последних версиях LabVIEW имеется очень удобный инструмент для разработки приложений — интерактивные виртуальные экспресс-приборы (Экспресс-ВП), представляющие собой готовые модули (фактически — подпрограммы), предназначенные для обработки и анализа данных для большинства типичных измерительных и испытательных приложений. Экспресс-ВП разделены по тематике и обеспечивают моментальный доступ к более чем 400 различным функциям анализа и обработки сигналов, содержащимся в LabVIEW.

Процесс разработки ВП включает:

1. Размещение регуляторов и индикаторов на передней панели ВП.

2. Добавление требуемых для прикладной задачи структур и функций на функциональной панели.

3. Соединение регуляторов, индикаторов, констант, функций и др. на функциональной панели при помощи проводки.

Особенно актуально использование технологии Labview в функциональной диагностике в связи с необходимостью концентрации финансово-емкой диагностической измерительной техники в учреждениях здравоохранения. Стоимость специализированного медицинского диагностического оборудования постоянно растет, при одновременном снижении цен и популяризации компьютеров. Применение технологии Labview позволит разработчикам использовать эти обстоятельства в интересах здоровья людей [139].

Исходя из выше описанных преимуществ, была использована программная среда Labview для реализации методик обработки нативных ЭЭГ сигналов. Разработана функционально-структурная схема блока сбора ЭЭГ информации, структуры базы данных и блока нелинейно-динамической обработки.