СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСИИ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АЛЬФА-РИТМА ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРИ ПСИХИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ
METHOD OF DETERMINING DISPERSION OF AMPLITUDE-FREQUENCY CHARACTERISTICS OF BRAIN ALPHA-RHYTHM IN CASE OF MENTAL ILLNESSES

Изобретение относится к медицинской области применения, в частности к нейрофизиологическим методам исследования.
i
(i)
2
Известен способ определения спектральной мощности излучения альфа-ритма как его амплитудно-частотной характеристики при проведении электроэнцефалографического исследования головного мозга. Математической основой амплитудно-частотного анализа является преобразование Фурье, принимающее различные формы в зависимости от вида анализируемых сигналов. Общим является предположение о том, что исследуемые процессы (сигналы) состоят из определенного числа (возможно бесконечного) синусоидальных и/или косинусоидальных составляющих (гармоник) последовательно возрастающего ряда частот. Преобразование Фурье осуществляет разложение сигнала на ряд гармонических составляющих без какой-либо потери информации (если арифметически сложить все гармоники, то получится опять исходный сигнал). Каждая гармоника определяется тремя параметрами: амплитудой, начальной фазой и частотой. Зависимость амплитуды и фазы гармоник от частоты называется спектром. Спектр мощности P(i)=f(f) представляет собой амплитудный спектр, возведенный в квадрат P(i)=A . На практике спектральный анализ ЭЭГ осуществляется с помощью встроенных в компьютерный энцефалограф программ. Искомый спектр мощности той или иной частоты излучения может быть выведен в графическом и табличном виде (Гнездицкий В.В. Обратная задача ЭЭГ и клиническая электроэнцефалография. Таганрог: Медиком, 2000; Жирмунская Е.А. Клиническая электроэнцефалография. М.: 1991; Макс Ж. Методика и техника обработки сигналов при технических измерениях. М.: Мир, 1983; Отнес Р., Эноксон Л. Прикладной анализ временных рядов. М.: Мир, 1982. Т.1, 2; Русинов B.C., Гриндель О.М., Болдырева Г.Н., Вакер Е.М. Биопотенциалы головного мозга. Математический анализ. М.: Медицина, 1987).
Недостатками данного способа являются:
1) при анализе мощности амплитуды спектральных гармоник измеряются в милливольтах регистрируемого на скальпе черепа напряжения и, переведенные в милливольтах в квадрате, не понятны для многих исследователей;
2) трудно анализировать нелинейные соотношения (в данном случае квадратичные);
3) мощность альфа-ритма не демонстрирует прямой корреляционной связи с патологическими отклонениями и нозологическими формами заболеваний головного мозга;
4) встречающиеся в патологии, визуально определяемые на графике, «расщепления» спектра альфа-ритма, встречающиеся при различных психических заболеваниях, описываются только качественно (мономодальное, димодальное, полимодальное), что затрудняет выявление корреляционных связей между степенью выраженности указанного феномена и клинической картиной (Иванов Л.Б. Прикладная компьютерная электроэнцефалография. АОЗТ «Антидор», 2000).
Указанный выше способ изучения изменения альфа ритма при психических болезнях не представляет полной картины заболевания пациента, носит качественный и неспецифический характер, неприменим для целей нозологической диагностики заболеваний головного мозга, и не позволяет точно диагностировать степень выраженности патологического процесса.
Предлагаемый «Способ определения дисперсии амплитудно-частотных характеристик альфа-ритма головного мозга при психических заболеваниях» не имеет аналогов.
Задачей изобретения является выявление количественных изменений спектра альфа-ритма, патогномоничных органическим поражениям головного мозга, позволяющих установить их количественные соотношения, характерные для отдельных нозологических единиц в психиатрии.
Поставленная задача решается методом определения относительных величин, которые являются мерой дисперсии амплитудно-частотных характеристик альфа-ритма, отражающей структурное содержание спектра его мощности у конкретного пациента, показывающие не индивидуальные его особенности, а сдвиги, характерные для определенных патологических состояний. Применяя корреляционный анализ полученных количественных величин, вырабатываются нормативные показатели.
Сущность предложенного способа заключается в следующем.
Производится стандартная съемка фоновой электроэнцефалограммы на компьютерном электроэнцефалографе в 19 монополярных отведениях согласно международной системе расположения электродов «10-20», при значении импеданса 10 кОм и менее в полосе пропускания 0,3-50 Гц при частоте дискретизации 256 Гц. В качестве референтных используются ушные электроды. Регистрация ЭЭГ проводится при положении испытуемого, сидя в удобном кресле, в состоянии расслабленного бодрствования. Эпохи ЭЭГ длиной 20 сек подвергаются быстрому преобразованию Фурье с использованием окна Ханна в полосе 3-30 Гц (шаг 0.25 Гц). Выходные формы анализа формируются с помощью специализированной программы WinEEG, составленной в соответствии с принятыми стандартами анализа сигнала, и представляют собой графики или таблицы спектральной мощности ЭЭГ в каждом отведении с шагом 0,25 Гц.
1
2
1
1
Выделяется участок длительностью 20-25 секунд. На этом участке определяется спектр мощности во всем диапазоне излучения. На стандартном графике (фиг.1) определяется модальная (максимальная) мощность альфа-ритма (Мо). Производится вычисление отношения мощности модального (наиболее выраженного) колебания альфа-ритма в каком-либо отведении ЭЭГ к его суммарной мощности в том же отведении (КДα). Для уточнения имеющихся нарушений вычисляется отношение суммарной мощности альфа-ритма в диапазоне ±0,5 Гц от модального (наиболее выраженного) колебания к его суммарной мощности (КДα). С этой целью для вычисления (КДα) из таблицы мощностей спектров ритмов, экспортируемой из программы ЭЭГ, которая представляет собой прямоугольную матрицу, где по вертикали расположены названия стандартных отведений ЭЭГ, а по горизонтали - частоты колебаний от 0 до 30 Гц с шагом 0,25 Гц, определяется мощность модального (максимального по мощности) колебания в каком-либо стандартном отведении (Мо) в диапазоне альфа-ритма (7-14 Гц). Та же процедура может быть проведена на графике спектров мощностей ритмов, предоставляемом стандартной программой ЭЭГ. Затем определяется суммарная мощность альфа-ритма (М) путем сложения всех мощностей в этом отведении в альфа-диапазоне (стандартная программа ЭЭГ автоматически предоставляет эту величину в сводной таблице мощностей спектров). (КДα) вычисляется по формуле: Мо(1)/М×100%.
2
Для вычисления (КДα) необходимо в таблице мощностей или на графике мощностей выделить значения мощностей, которые располагаются справа и слева от модального значения на 0.5 Гц (т.е. по 2 значения справа и слева от модального). Все эти значения, включая модальное, суммируются. Полученное значение делится да суммарную мощность в данном отведении по формуле:
2
Где Mo - модальная мощность альфа-ритма (мкВ),
M - валовая мощность альфа-ритма.
Полученные величины сравниваются с нормативными (таблица 1), полученными при статистическом корреляционном анализе клинического материала, и делается вывод о степени выраженности патологического процесса.
Таблица 2 - результат анализа клинических данных, произведенных данным способом, позволяющим четко разграничивать степени поражения головного мозга.
1
2
Изобретение позволяет ввести количественный параметр спектра мощности альфа-ритма, отражающий степень поражения головного мозга. Определение степени изменения КДα(%) и КДα(%) позволяет разграничить нормальное и патологически измененное состояние головного мозга, высказать предположение о нозологической принадлежности этих изменений и наблюдать их в динамике.
Данный способ был применен в ГКУЗ ОКПБ №1 им. М.П. Литвинова (г.Тверь). В процессе изучения 2235 электроэнцефалограмм больных и 115 здоровых (контроль) были получены данные, представленные в таблице 2, подтверждающие предложенный способ определения дисперсии амплитудно-частотных характеристик альфа-ритма при психических заболеваниях.
1
2
Таким образом, существует статистически достоверная корреляционная связь между предлагаемыми показателями КДα и КДα и органическими заболеваниями головного мозга.
Таблица 1
Значения КДα<sub>1</sub>(%)
Значения КДα<sub>2</sub>(%)
Степень органического поражения головного мозга
Более 24
Более 67
Нормальная ЭЭГ
18-21
61-66
Легкая
15-18
51-60
Умеренная
5-14
15-50
Значительная
Таблица 2
Степень дисперсии альфа-ритма
КДα<sub>1</sub>
КДα<sub>2</sub>,
левое полушарие
правое полушарие
левое полушарие
правое полушарие
Контроль (М±m, %) p<0.01
Больные (М±m, %) p<0.01
Контроль (М±m, %) p<0.01
Больные (М±m, %) p<0.01
Контроль (М±m, %) p<0.01
Больные (М±m, %) p<0.01
Контроль (М±m, %) p<0.01
Больные (М±m, %) p<0.01
Минимальная
29±1%
27±0.3%
29±1.1%
27±0.3%
75±1.4%
75±0.4%
75±1.7%
75±0.5%
n,%
60(52%)
171(8%)
63(55%)
405(18%)
69(60%)
387(17%)
76(75%)
637(29%)
Легкая
21±0.4%
21±0.1%
21±0.4%
21±0.1%
63±0.4%
64±0.1%
64±0.5%
63±0.1%
n,%
49(43%)
679(30%)
42(37%)
694(31%)
29(25%)
579(26%)
32(28%)
515(23%)
Умерен-ная
17±0.2%
17±0.1%
17±0.2%
17±0.1%
56±0.8%
56±0.2%
56±0.4%
56±0.2%
n,%
6(5%)
679(30%)
9(8%)
561(25%)
13(11%)
437(20%)
5(4%)
388(17%)
Значи-тельная
0±0%
12±0.1%
13±0%
12±0.1%
48±0.7%
39±0.5%
45±1.3%
38±0.6%
n,%
(0%)
606(27%)
1(1%)
575(26%)
4(3%)
832(37%)
2(2%)
695(31%)
Всего
25±1.4%
18±0.3%
25±1.6%
19±0.4%
69±2.7%
55±1%
71±2.5%
58±1.1%
n,%
115 (100%)
2235 (100%)
115 (100%)
2235 (100%)
115 (100%)
2235 (100%)
115 (100%)
2235 (100%)