МАГНИТОЭНЦЕФАЛОГРАФИЧЕСКИЙ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗАТОР-СУММАТОР БИОПОТЕНЦИАЛОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА

Полезная модель относится к области медицины и предназначена для регистрации электромагнитных излучений головного мозга человека, в частности при анализе функционального состояния пациентов.
Известны устройства для регистрации электромагнитных излучений головного мозга - магнитоэнцефалографы (МЭГ). В тоже время при регистрации магнитных полей биообъектов в настоящее время используются магнитометры, различные как по способу построения, так и по своей структуре (см. Холодов Ю.А. Магнитные поля биологических объектов/Ю.А.Холодов, А.Н.Козлов, A.M.Горбач; Отв. ред. М.Г.Айрапетянц. - М.: Наука, 1987. - С.14, 23).
Известен сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик. В основе принципа действия СКВИД лежит явление сверхпроводимости, возникающее в некоторых металлах при низких температурах, и квантование магнитного потока через кольцо из сверхпроводящего материала со слабой связью. Если расстояние между двумя половинками сверхпроводника уменьшить до расстояния 1-2 нм, то между двумя половинками начинает течь ток, который зависит от магнитного поля. Этот эффект называется эффектом Джозефсона. Уровень собственных шумов датчика очень мал.
Магнитометры на базе СКВИД используют для магнитоэнцефалографических исследований. Магнитоэнцефалографы, работающие на базе СКВИД, очень дороги и громоздки, их необходимо регулярно заполнять жидким гелием для охлаждения. Они чрезвычайно чувствительны к смещениям датчика относительно головы пациента и к внешним магнитным полям, экранирование от которых является достаточно сложной технической задачей. Магнитоэнцефалографы, работающие на базе СКВИД, используются преимущественно для научных исследований и не применяются в практическом здравоохранении (см. Холодов Ю.А. Магнитные поля биологических объектов/Ю.А.Холодов, А.Н.Козлов, A.M.Горбач; Отв. ред. М.Г.Айрапетянц. - М.: Наука, 1987. - С.30-41).
Известно устройство для измерения слабых магнитных полей, содержащее ферромагнитный проводник, последовательно соединенный с источником переменного тока, катушку индуктивности, соединенную с измерителем напряжения (см. Патент на изобретение РФ №2118834, МПК G01R 01/06, публикация 10.09.1998 г.).
Известно устройство для оценки патологических изменений в системной
деятельности мозга, включающее набор датчиков, налагаемых на голову человека (см. Патент на изобретение РФ №2177716, МПК А61В 5/0476, публикация 10.01.2002 г.).
Первые измерения магнитного поля головного мозга человека были выполнены при помощи индукционных магнитометров (ИМ), конструктивную основу которых составляет устройство из многовитковых катушек, включенных по дифференциальной схеме измерений. Индукционный магнитометр является измерителем компоненты, магнитного поля, направленной вдоль оси индукционного датчика.
При этом большинство исследований по спектральному анализу электроэнцефалографии были проведены при изучении его коротких секундных временных отрезков. Именно в таких интервалах времени протекает оперативная работа мозга. Анализу электроэнцефалографии при усреднении за длительные интервалы времени не уделялось до настоящего времени достаточного внимания.
Принцип работы индукционного датчика ИМ основан на эффекте электромагнитной индукции, возникающей в электрическом контуре при изменении магнитного поля. Индукционный датчик представляет собой многослойную катушку с сердечником из материала с высокой магнитной проницаемостью (см. Холодов Ю.А. Магнитные поля биологических объектов/Ю.А.Холодов, А.Н.Козлов, A.M.Горбач; Отв. ред. М.Г.Айрапетянц. - М.: Наука, 1987. - С.23, 26-28), принято за прототип.
Недостатком индукционного датчика при биомагнитных исследованиях являются относительно большие геометрические размеры датчика, что не позволяет точно локализовать зону источника магнитного поля на голове пациента.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, состоит в повышении удобства и упрощении наложения электромагнитного индукционного датчика.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленной полезной модели, состоит в расширении функциональных и эксплуатационных возможностей, также области использования магнитоэнцефалографического спектрального анализатора-сумматора биопотенциалов головного мозга человека за счет простоты предлагаемой конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что в магнитоэнцефалографическом спектральном анализаторе-сумматоре биопотенциалов головного мозга человека, содержащем электромагнитный индукционный датчик, выполненный в виде двух пар катушек, согласно полезной модели, в каждой паре катушки установлены встречно друг другу, одна из катушек - активная и расположена на голове человека, вторая катушка - пассивная, причем пассивные катушки из каждой
пары совмещены друг с другом за счет намотки в два провода, активные и пассивные катушки размещены таким образом, чтобы витки одной из них не перекрывали витки другой, при этом активные и пассивные катушки расположены в одной плоскости, с возможностью съема сигналов через каналы цифрового усилителя и передачи сигналов на блок регистрации и анализа информации.
В магнитоэнцефалографическом спектральном анализаторе-сумматоре биопотенциалов головного мозга человека пассивные катушки размещены от головы на расстоянии не менее чем 40 мм.
В магнитоэнцефалографическом спектральном анализаторе-сумматоре биопотенциалов головного мозга человека активные и пассивные катушки имеют одинаковый диаметр, выполнены из провода, с одинаковым сечением и электрохимическими характеристиками, содержат равное число витков, не менее 5000.
Полезная модель поясняется графическими изображениями:
на фиг.1 - представлена блок-схема магнитоэнцефалографического спектрального анализатора-сумматора биопотенциалов головного мозга человека;
на фиг.2 - фотография расположения катушек на голове человека;
на фиг.3 - фотография конструктивного решения внешнего вида магнитоэнцефалографического спектрального анализатора-сумматора биопотенциалов головного мозга человека.
Магнитоэнцефалографический спектральный анализатор-сумматор биопотенциалов головного мозга человека содержит электромагнитный индукционный датчик, выполненный в виде двух пар катушек активной 1 и пассивной 2. В каждой паре активная и пассивная катушки 1, 2 включены встречно, то есть так, что токи, наведенные в катушках 1, 2 магнитными полями, взаимно вычитаются.
Активные 1 и пассивные 2 катушки должны быть максимально одинаковыми по диаметру, содержать равное количество витков (не менее 5000) при этом намотаны проводом имеющим одинаковое сечение и электрохимические характеристики.
Активная 1 и пассивная катушки 2 разнесены так, чтобы витки одной катушки не перекрывали витки другой катушки. Это делается для того, чтобы избежать их взаимного влияния. Конструктивно обе пассивные катушки 2 выполнены в виде одной катушки за счет намотки в два провода. Диаметр объединенной пассивной катушки должен быть таким же, как и диаметр активной катушки (не менее 50 мм). Кроме того, они должны быть расположены в одной плоскости. Только в этом случае можно добиться максимального подавления помех (токов, наведенных промышленными магнитными полями).
В каждой паре активная катушка 1 располагается в лобной части головы человека: одна с правой стороны, другая с левой стороны. В лобной части головы интенсивность электромагнитного поля головного мозга наибольшая. Активная катушка 1 накладывается непосредственно на голову человека (можно через прокладку) параллельно ее поверхности, так как силовые линии магнитного поля проходят радиально, то есть перпендикулярно поверхности головы человека.
Кроме того, обе активные катушки 1 и объединенная пассивная катушка 2 должны быть расположены в одной плоскости (насколько это возможно при расположении на голове человека).
При таком расположении катушек 1, 2 в каждой активной катушке 1 наводятся токи, как от магнитного поля головного мозга, так и токи от индустриальных помех, но в каждой пассивной катушке 2 при этом наводятся токи только от индустриальных помех. При взаимном вычитании на выходах катушек 1, 2 остается только сигнал, наведенный магнитным полем головного мозга.
Сигналы с каждой пары катушек 1, 2 подаются на входы 3, 4 дифференциальных цифровых усилителей 5. Средние точки двух пар катушек подключается к общему проводу (на чертеже не указан) цифрового усилителя 5. Съем информации производится одновременно по двум каналам 6, 7 и передается на цифровые фильтры 8 программного блока 9. Регистрация и анализ информации производится в блоке спектрального анализа и сегментарной матрице 10.
Такое расположение катушек 1, 2 позволяет значительно уменьшить артефакты различного происхождения в низкочастотной области (менее 0,5 Гц) и устойчиво регистрировать электромагнитные излучения головного мозга человека в частотном диапазоне от 27 до 0,13 Гц. Предложенный магнитоэнцефалографический спектральный анализатор-сумматор биопотенциалов головного мозга человека позволяет формировать длительность эпохи анализа более 2 мин.
Следует отметить, что известен метод спектрального анализа ЭЭГ в частотном диапазоне 0,5-30 Гц., с определением среднего нормированного значения мощностей ритмов ЭЭГ и выделением 20 поддиапазонов с соответствующими центральными частотами и эпохой анализа 20 секунд, при частоте дискретизации 330 Гц. (см. Подольский И.Я. Длительные изменения спектров ЭЭГ гиппокампа и неокортекса при фармакологических воздействиях на холинергическую систему/И.Я.Подольский, В.В.Воробьев, Н.А.Белова//Высшая нервная деятельность. - 2000. - Т.50. - №6. - С.982-989).
Предлагаемая полезная модель позволяет повысить удобство и простоту наложения электромагнитного индукционного датчика, предоставляет возможность
самостоятельного наложения и съема его самим пациентом, при этом смещение датчика относительно головы пациента не влияет на результат измерения.
Преимущества предложенной полезной модели заключаются также в отсутствии электрического контакта с пациентом, нечувствительности к внешним помехам (отпадает необходимость в экранированной комнате), в отказе от необходимости применения нейтрального электрода.
Из-за этого расширяются функциональные и эксплуатационные возможности использования полезной модели, позволяя устойчиво регистрировать электромагнитные излучения головного мозга человека в частотном диапазоне от 27 до 0,13 Гц. Малогабаритность, простота конструкции, возможность мобильного исполнения, а также относительно низкая стоимость расширяет область использования полезной модели.
Предложенный магнитоэнцефалографический спектральный анализатор-сумматор биопотенциалов головного мозга человека может найти применение в практическом здравоохранении для анализа функционального состояния пациентов и оперативной передачи данных в реальном масштабе времени по коммуникационным каналам.