Способ макроэнцефалометрии полушарий большого мозга человека
METHOD OF MACROENCEPHALOMETRY OF HUMAN BRAIN HEMI SPHERE

Область техники.
Настоящее изобретение относится к области медицины и может быть использовано в неврологии, психиатрии, нейрофизиологии, нейропсихологии и рядом других современных нейронаук, изучающих головной мозг человека.
Уровень техники.
Изучение и понимание устройства, а так же принципов работы большого мозга человека и его составных частей является одним из приоритетных направлений развития современной медицины, информационных и нейрокоммуникационных технологий.
Одной из важнейших составных частей головного мозга являются полушария большого мозга (hemispherium cerebralis). Рельеф поверхностей этих полушарий довольно сложен, в связи с наличием борозд различной глубины и расположенных между ними вилкообразных возвышений - извилин (Анатомия человека. В двух томах. Т.2 / М.Р. Сапин, В.Я. Бочаров, Д.Б. Никитюк и др. / Под ред. М.Р. Сапина. - Изд. 5-е перераб. И доп. - M.: Медицина. - 2001. - 640 с: ил.).
До настоящего времени актуальна макроэнцефалометрия поверхности большого мозга, в том числе включающая этапы измерения объемов и площадей свободной внешней поверхности извилин и борозд полушарий большого мозга, а также проекций полушарий большого мозга и их составных частей на кости черепа с использованием компьютерно-диагностических аппаратных комплексов магнитно-резонансной и спиральной томографии, компьютерной магнитоэнцефалографии, позитронно-эмиссионной томографии и других методов нейровизуализации.
При этом важным является выявление общих закономерностей морфометрических измерений анатомических структур полушарий большого мозга, как конкретного человека, так и большой группы людей. Что позволило бы в дальнейшем более полно определить влияние этих общих результатов измерений на возникновение и протекание патологии работы мозга, а так же изменения адаптационных процессов человека в окружающем его пространстве и оптимизировать лечебные мероприятия.
Полученные результаты также могут быть использованы для разработки и создания моделей большого мозга, а также искусственного интеллекта. Известно, например, Устройство для создания физической модели внутри-мозгового пространства (SU №1055504, А61В 19/00, 23.11.83. Бюл. №43), содержащее пластину с нанесенными на ее плоскостях координатными осями и устанавливаемые на плоскостях метки. Причем с целью повышения точности моделирования путем приближения модели к реальной картине внутри-мозгового пространства, оно снабжено двумя дополнительными пластинами.
Также известен Способ наведения стереотаксического инструмента на целевую точку (SU №745505, А61В 6/00, 07.07.80. Бюл. №25), который предполагает введение в полости головного мозга рентгено контрастного вещества и использование контрастной рентгенографии.
Для изучения морфологии и измерения количественных характеристик большого мозга и его составных частей широко используются методы краниоцеребральной топографии. Например, известны методы краниоцеребральной топографии Кренлейна, Кохера и Б.Г. Егорова (Егоров Б.Г. Анатомо-физиологическое обоснование оперативных, доступов к. опухолям головного мозга через теменную долю, в кн.: Проблемы современной нейрохирургии, под ред. Б. Г. Егорова, т.3, с.5, М., 1959) при которых используются проекции на поверхности костей черепа долей мозга, извилин, борозд, пограничных пунктов между долями и извилинами и т.д..
Описана методика определения линейных размеров анатомических структур головного мозга. (Анатомия Головного мозга в норме и при внутричерепной гипертензии по данным магнитно-резонансной томографии. Автореферат диссертации канд. мед. наук, Зудин В.В., Новосибирск 2006).
Известен метод определения стереотаксических координат мишеней головного мозга человека по данным рентгеновской компьютерной томографии (Автореферат диссертации канд. техн. наук, 2007 Козаченко А.В.).
Выше перечисленные методы и способы используются для оптимизации диагностических и лечебных мероприятий, оказываемых при различных заболеваниях и патологических состояниях головного мозга. При этом они используют узко специализированные патология ориентированные алгоритмы измерений анатомических структур.
Данные методы используются в основном для целей нейрохирургии и не позволяют решать другие задачи. Это обусловлено тем, что при этих методах невозможно обеспечить получение идентичных результатов топографических измерений большого мозга и его долей для широкого круга пациентов, так как, во-первых, размеры и формы костей черепа индивидуальны для каждого человека, а, во-вторых, мозг имеет достаточную подвижность относительно костей черепа.
Таким образом, в существующих способах отсутствует единая измерительная база, позволяющая провести кластерную оценку морфологических и функциональных особенностей большого мозга при его исследовании. При этом оценка указанных особенностей большого мозга, как правило, проводится дихотомически и путем аналогового сравнения полученных результатов.
Настоящее изобретение направлено на создание способа макроэнцефалометрии полушарий большого мозга, позволяющего на основе единой измерительной базы решить следующие задачи:
1. Получить идентичные замеры анатомических особенностей полушарий большого мозга у пациентов различного половозрастного состава и различных рас, не имеющих и имеющих заболевания мозга и/или другие заболевания.
2. Выявить закономерности устройства и работы большого мозга при нормальных условиях и в условиях патологии.
3. Проводить исследования напряженно-деформированного состояния полушарий большого мозга, их долей и проводить оценку процессов, происходящих в них с точки зрения физико-химической механики.
4. На основе полученных результатов исследований создать математическую и физическую модели полушарий большого мозга и его долей.
Технический результат настоящего изобретения состоит в получении способа, позволяющего на основе единой измерительной базы проводить измерения морфологических характеристик полушарий большого мозга, в том числе в процессе его работы, а также проводить исследования напряженно-деформированного состояния полушарий большого мозга и его частей с точки зрения физико-химической механики с оценкой процессов, происходящих в них в статическом и динамическом состояниях.
Сущность изобретения.
Указанный технический результат достигается посредством совокупности признаков, приведенных в соответствующих пунктах формулы изобретения.
Способ макроэнцефалометрии полушарий большого мозга человека включает, по меньшей мере, этапы измерения площади свободной поверхности полушарий большого мозга с учетом его извилин и борозд и площади поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг полушарий большого мозга, с использованием компьютерно-диагностических аппаратных комплексов.
В соответствии с настоящим изобретением в указанной способе дополнительно определяют отношение площади свободной поверхности полушарий большого мозга с учетом его извилин и борозд к площади поверхности минимальной мнимой сферы, описанной вокруг них.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением указанного выше способа дополнительно определяют площади проекции свободной поверхности полушарий большого мозга с учетом его извилин, и борозд на мнимую сферу, описанную вокруг полушарий, а также определяют отношение площади свободной поверхности полушарий большого мозга с учетом его извилин и борозд к площади поверхности их проекций.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением указанного выше способа дополнительно определяют объем полушарий большого мозга и его отношение к объему, описанной вокруг них мнимой сферы, и к площади проекции их свободной поверхности на описанную вокруг них мнимую сферу, а также плотность вещества в объеме полушарий большого мозга.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением указанного выше способа дополнительно определяют площади свободной поверхности и их проекции, по меньшей мере, одной из долей лобной, височной, теменной или затылочной полушарий большого мозга на мнимую описанную вокруг полушарий сферу.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением указанного выше способа дополнительно определяют отношение площади свободной поверхности, по меньшей мере, одной из долей лобной, височной, теменной или затылочной полушарий большого мозга к площади, поверхности, описанной вокруг них мнимой сферы, а также к площади их проекции на эту сферу.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением указанного выше способа дополнительно определяют объем, по меньшей мере, одной из долей лобной, височной, теменной или затылочной полушарий большого мозга и его отношение к площади поверхности, описанной вокруг полушарий мнимой сферы, а также к площади проекции поверхности соответствующей доли на эту сферу.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением указанного выше способа используют компьютерно-диагностический аппаратный комплекс магнитно-резонансной или спиральной томографии.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением указанного выше способа используют аппаратный комплекс компьютерной томографии.
Краткое описание чертежей.
Для лучшего понимания, но только в качестве примера, настоящее изобретение будет описано с отсылками к приложенным чертежам, на которых изображены особенности осуществления измерения полушарий большого мозга.
При этом на чертежах в частности изображены:
на фиг. 1 изображен вид сверху на полушария большого мозга человека;
на фиг. 2 изображен вид снизу на полушария большого мозга, изображенные на фиг. 1;
на фиг. 3 изображен вид сбоку на полушария большого мозга, изображенные на фиг. 1;
на фиг. 4 изображен сагиттальный срез полушарий большого мозга, изображенных на фиг. 1;
Детальное описание осуществления способа и использования его результатов.
Способ макроэнцефалометрии полушарий большого мозга человека 10 включает, по меньшей мере, этап измерения площади свободной поверхности 12 полушарий большого мозга с учетом его извилин и борозд и площади поверхности минимальной мнимой сферы 14, описанной вокруг полушарий большого мозга, с использованием компьютерно-диагностических аппаратных комплексов.
В соответствии с предложенным изобретением дополнительно определяют отношение площади свободной поверхности 12 полушарий большого мозга с учетом его извилин и борозд к площади поверхности минимальной мнимой сферы 14, описанной вокруг них.
Например, на фиг. 1-4 изображена минимальная мнимая сфера 14, описанная вокруг полушарий большого мозга человека 10. При этом сфера 14 представляет собой минимальную сферу, которую возможно описать вокруг полушарий большого мозга 10 и использовать ее в качестве единой измерительной базы, так как она, с одной стороны, имеет материальные размеры в виде ее диаметра, площади поверхности и центра, которые строго привязаны к полушариям большого мозга конкретного человека, и которые в отличие от костей его черепа следуют за изменением формы и объема полушарий его большого мозга, возникающих при его функционировании и работе в различных положениях относительно нормали к земной поверхности или другого космического объекта, обладающего гравитацией, а также при возможном проведении исследований в космосе.
С другой стороны, сфера 14 является единой идентичной измерительной базой для широкого круга исследуемых пациентов, позволяющей в динамике учитывать изменения формы и размеров полушарий большого мозга и его частей, с определением формоизменяющих касательных механических напряжений, оказывающих влияние на протекание процессов в полушариях с точки зрения физико-химической механики, и, например, использовать полученные результаты измерений для составления физических и математических моделей работы большого мозга.
При этом в соответствии с предложенным способом с использованием компьютерно-диагностических аппаратных комплексов производят также измерение площади свободной поверхности 12 полушарий большого мозга с учетом его извилин и борозд, которая наиболее полно характеризует морфологические особенности полушарий, в том числе в динамике, так как процессы, происходящие в ней оказывают существенное влияние на физико-химические процессы, происходящие в полушариях большого мозга, вызывающие, например, растягивающие механические напряжения в оболочках полушарий. При этом в оболочках полушарий большого мозга могут возникать значительные суммарные механические усилия, которые могут оказывать существенное влияние на образование зон возбуждения в полушариях в процессе их функционирования.
Причем площадь поверхности полушарий с учетом их извилин и борозд, также зависящая от формы и размера полушарий, в свою очередь определяемых размером минимальной сферы, описанной вокруг них, во многом определяет колоссальное число вариантов получения суммарных, например, растягивающих усилий в оболочках полушарий. В свою очередь растягивающие усилия, возникающие в оболочках полушарий, с учетом возможных возбуждений в каком-либо месте оболочки полушарий, могут вызывать практически бесконечное множество вариантов зон возбуждения в полушариях, которые соответствуют мыслительной деятельности человека.
При этом получаемые соотношения, например, площади свободной поверхности 12 полушарий большого мозга с учетом его извилин и борозд к площади поверхности минимальной мнимой сферы 14, описанной вокруг них, позволяют исследовать на базе единой измерительной базы динамику процессов, происходящих в полушариях большого мозга у широкого круга пациентов различного половозрастного состава и различных рас, с различными анатомическими особенностями, не имеющих и имеющих заболевания мозга и другие заболевания, как в условиях гравитации, например, земли, так и в космосе.
Следует заметить, что в качестве дополнительной измерительной базы могут быть использованы сферы или другие поверхности тел вращения, например, гекоида, описанные вокруг полушарий большого мозга. При этом их размеры могут быть больше размеров, например, минимальной мнимой сферы и их геометрические центры могут не совпадать с центром минимальной описанной сферы. Однако, для привязки к конкретным, полушариям большого мозга наиболее рационально использование координат центра и поверхности минимальной описанной сферы.
Рассматриваемый способ может иметь ряд предпочтительных исполнений, которые позволяют получить дополнительную информацию о морфологических характеристиках и функционировании полушарий большого мозга и его долей.
Например, в соответствии с одним предпочтительным исполнением указанного выше способа дополнительно определяют площади проекции свободной поверхности 12 полушарий большого мозга с учетом его извилин и борозд 10 на мнимую сферу 14, описанную вокруг полушарий, а также определяют отношение площади свободной поверхности 12 полушарий большого мозга с учетом его извилин и борозд к площади поверхности их проекций.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением указанного выше способа дополнительно определяют объем полушарий большого мозга 10 и его отношение к объему, описанной вокруг них мнимой сферы 14, и к площади проекции их свободной поверхности на описанную вокруг них мнимую сферу 14, а также плотность вещества в объеме полушарий большого мозга.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением указанного выше способа дополнительно определяют площади свободной поверхности 12 и их проекции, по меньшей мере, одной из долей лобной 16, височной 18, теменной 20 или затылочной 22 полушарий большого мозга 10 на мнимую описанную вокруг полушарий сферу 14.
В соответствии с другим предпочтительным, исполнением указанного выше способа дополнительно определяют отношение площади свободной поверхности 12, по меньшей мере, одной из долей лобной, височной, теменной или затылочной полушарий большого мозга 10 к площади поверхности, описанной вокруг полушарий мнимой сферы, а также к площади их проекции на эту сферу.
В соответствии с другим предпочтительным исполнением указанного выше способа дополнительно определяют объем, по меньшей мере, одной из долей лобной, височной, теменной или затылочной полушарий большого мозга и его отношение к площади поверхности, описанной вокруг полушарий мнимой сферы, а также к площади проекции поверхности соответствующей доли на эту сферу.
Для осуществления указанного выше способа могут быть использованы компьютерно-диагностический аппаратный комплекс магнитно-резонансной или спиральной томографии. Также измерения могут быть проведены с использованием аппаратного комплекса компьютерной томографии.
Пример использования настоящего способа.
Специальных исследований в соответствии с настоящим способом для доказательства возможности его технического осуществления не проводилось. Это обусловлено тем, что технические возможности указанных выше компьютерно-диагностических аппаратных комплексов с применяемом на них программным обеспечением позволяют, по меньшей мере, в статическом состоянии производить весь комплекс измерений, предусмотренных настоящим способом.
При этом современный уровень развития техники и технологий позволяет производить измерения так же в динамике. Поэтому в описании настоящего способа не приведен весь перечень действий, совершаемых при диагностических исследованиях, так как они общеизвестны и не ограничивают существа предложенного способа.
В то же время следует остановиться на некоторых особенностях осуществления настоящего способа. Как было указано выше при использовании настоящего способа возможно проведение измерений в статическом состоянии, когда пациент, например, находится неподвижно в специальном кресле в положении лежа или сидя. При этом не зависимо от его положения относительно, например, нормали к земной поверхности рассматриваемый способ позволяет проводить измерения с учетом влияния гравитации на изменение формы полушарий большого мозга.
Хотя настоящее изобретение было описано с определенной степенью детализации, различные изменения и модификации его могут быть выполнены без отхода от существа и объема изобретения, изложенного в приведенной ниже формуле изобретения.