Изобретения относятся к медицине и могут использоваться при исследованиях функционального состояния мозга с целью выявления нарушений мозгового кровообращения.
Известен способ определения биоэлектрической активности мозга, включающий наложение на голову пациента измерительных электродов над мозгом и нулевого электрода на определенном расстоянии от мозга, усиление сигналов с измерительных электродов в два этапа: на первом этапе биопотенциал с каждого измерительного электрода поступает на один вход соответствующего дифференциального усилителя, на второй вход которого подается биопотенциал с нулевого электрода, на втором этапе выходной сигнал каждого дифференциального усилителя сравнивается с усредненным выходным сигналом дифференциальных усилителей соседних измерительных электродов (см. заявку Великобритании №1501803, МПК 3 А 61 В 5/04, НКИ G 1 N, A 3 R, публ. 1979 г.). Этот способ не обеспечивает выявление нарушений мозгового кровообращения.
Патентом Российской Федерации №2187958, МПК 7 А 61 В 5/04, публ. 2002 г., защищен способ исследования состояния сосудов головного мозга, включающий локальное холодовое воздействие и реоэнцефалографию, отличающийся тем, что локальное холодовое воздействие осуществляют в проекции бассейна сосудов внутренней сонной артерии теплообменником с температурой t°=10±2°С в течение 10 мин, причем реоэнцефалография проводится до, сразу и через 10 и 20 мин после холодового воздействия. Этот способ имеет ограниченное ирименение и непригоден для выявления причин нарушения мозгового кровообращения.
Известен способ определения нарушения кровоснабжения головы (см. патент Российской Федерации №2159075, МПК 7 А 61 В 5/05, публ. 2000 г.), в соответствии с которым регистрируют дифференциальные реограммы с области шеи, груди, рук. Измеряют их амплитудно-временные характеристики. Рассчитывают объем притока крови к голове как разность объемов кровотока на участках грудь - шея и грудь - руки. Регистрируют огибающую реограмму на участке грудь - шея и измеряют амплитуды ее венозной систолической и основной волн. Рассчитывают их соотношение. Регистрируют ультразвуковую доплерограмму потока крови через правое атриовентрикулярное отверстие сердца. Измеряют по ней средние скорости потока крови во время раннего наполнения правого желудочка сердца и систолы правого предсердия. Рассчитывают их соотношение. Нарушение кровоснабжения головы определяют по рассчитанным величинам. Недостаток этого способа - он позволяет выявить патологические нарушения только при их клинической выраженности и малоэффективен в донозологической диагностике.
Из патента Российской Федерации №2103912, МПК6 А 61 В 5/0476, публ. 1998 г. известен способ исследования мозга, согласно которому снимают электроэнцефалограмму до и после предъявления стимула, вычисляют спектр мощности ЭЭГ или коэффициент синхронности электрических процессов в каждой точке расположения электрода по отношению к соседним. Определяют изменение величины полученных значений после стимула и представляют результаты вычислений в виде топографической карты. Дополнительно в точках расположения электродов измеряют температуру, рассчитывают ее разность и вносят в карту. Этот способ позволяет одновременно с измерением и исследованием электрических процессов измерять и исследовать тепловое поле головы. Недостаток такого способа исследования функционального состояния головного мозга - низкая эффективность при установлении причин нарушения мозгового кровообращения.
Задача, решаемая изобретением, - повышение эффективности при установлении причин нарушения мозгового кровообращения и выявлении начальных проявлений цереброваскулярных нарушений.
Решение указанной задачи достигается тем, что в способе исследования функционального состояния головного мозга, включающем многоканальную запись электроэнцефалограммы (ЭЭГ), дополнительно проводят функциональную пробу на гипервентиляцию и/или ортостатическую пробу, при проведении функциональной пробы одновременно с многоканальной записью и регистрацией ЭЭГ синхронно и в реальном масштабе времени осуществляют запись и регистрацию реоэнцефалограммы (РЭГ) в бассейнах сонных и позвоночных артерий и электрокардиограммы (ЭКГ), а визуализацию электроэнцефалограммы, реоэнцефалограммы и электрокардиограммы осуществляют в одном окне с единой временной осью, при этом о функциональном состоянии мозга судят по синхронным изменениям ЭЭГ, РЭГ и ЭКГ в ответ на функциональную пробу. Если после начала проведения пробы на гипервентиляцию наблюдается снижение амплитуды РЭГ более чем на 25%, а затем наблюдаются пароксизмальные проявления на ЭЭГ в виде резкого повышения медленно-волновых волн, то потенциально возможной причиной пароксимальных проявлений на ЭЭГ формулируют как сосудистые нарушения головного мозга. Если локализация снижения амплитуды РЭГ и появления пароксимальных проявлений на ЭЭГ пространственно совпадают, то дополнительно делается вывод о наличии области патологической активности, связанной с неадекватностью регионарного мозгового кровотока. Если до проведения функциональной пробы на гипервентиляцию наблюдались дезорганизация ЭЭГ, снижение пульсового кровенаполнения и повышение тонуса по РЭГ, а в процессе проведения пробы на гипервентиляцию наблюдалась нормализация показателей мозгового кровотока, выражающаяся в повышении пульсового кровенаполнения, и нормализация ЭЭГ, выражающаяся в повышении уровня альфа-активнсти с сохранением зональных различий по лобно-затылочным областям, то формулируют предположение о наличии церебро-васкулярных нарушений, связанных с нарушением газового состава крови в исходном фоновом состоянии. Если в процессе проведения пробы на гипервентиляцию на ЭКГ наблюдаются экстрасистолы и им предшествуют пароксизмы на синхронно регистрируемых сигналах ЭЭГ, то делают вывод о цереброгенном характере нарушений сердечного ритма. Если в процессе проведения пробы на гипервентиляцию отсутствует причинно-следственная связь между пароксизмами на ЭЭГ и появлениям экстрасистол на ЭКГ, то делается вывод о кардиогенном характере нарушений сердечного ритма. Если в процессе проведения длительную пассивной ортостатической пробы у пациента фиксируется синокопальное состояние, то при резко выраженной брадикардии или асистолии по ЭКГ до наступления синокопального состояния и снижении показателей мозгового кровотока по РЭГ диагностируют кардиоингибиторную причину синкопального состояния, при предшествующем синокопальному состоянию снижении показателей мозгового кровотока по РЭГ и отсутствии значимого уменьшения частоты сердечных сокращений по ЭКГ диагностируют вазодепрессивную причину синкопального состояния, а при предшествующих синкопальному состоянию пароксизмах на ЭЭГ и отсутствии значимого уменьшения частоты сердечных сокращений по ЭКГ диагностируют судорожный тип обморока.
Заявляемый способ исследования функционального состояния головного мозга по мнению заявителя соответствует критериям изобретения "новизна" и "изобретательский уровень", так как отсутствует источник информации, в котором была бы описана возможность при проведении функциональной пробы синхронного съема в реальном масштабе времени многоканальной ЭЭГ, РЭГ в бассейнах сонной и позвоночных артерий и ЭКГ и визуализации электроэнцефалограммы, реоэнцефалограммы и электрокардиограммы в одном окне с единой временной осью.
Устройство для исследования функционального состояния головного мозга является самостоятельным объектом изобретения.
Известно устройство для оценки патологических изменений в системной деятельности мозга человека, включающее набор датчиков, налагаемых на голову человека и/или подключаемых к глубинным электродам, многоканальный усилитель сигналов датчиков с числом каналов, соответствующим числу датчиков, блок одновременного преобразования сигналов из непрерывной формы в дискретную, блок статистической обработки полученных данных и блок объемного воспроизведения (см. патент США №4736751, МПК 5 А 61 В 5/04, публ. 1988 г.). Такое устройство не обеспечивает синхронный съем в реальном масштабе времени ЭЭГ и РЭГ.
Из патента Российской Федерации №2177716, МПК 7 А 61 В 5/0476, публ. 2002 г. известно устройство для оценки патологических изменений в системной деятельности мозга, которое включает набор датчиков, налагаемых на голову человека и/или подключаемых к глубинным электродам, и/или располагаемых на некотором расстоянии от головы, многоканальный усилитель сигналов датчиков, например электроэнцефалограф, с числом каналов, соответствующим числу датчиков, блок преобразования сигналов, например преобразования из непрерывной формы в дискретную, блок измерения статистической взаимосвязи между процессами, блок измерения размерности пространства отображаемых процессов, соответствующей совокупным статистическим свойствам взаимосвязей между измеряемыми процессами, блок вычисления координат и/или величин радиус-векторов отображаемых процессов, блок визуализации пространственного распределения радиус-векторов отображаемых процессов, например графопостроитель или графический дисплей, запоминающее устройство, блок измерения отличий параметров пространственных распределений радиус-векторов отображаемых процессов, блок визуализации отличий в интегративной деятельности мозга пациента, блок предъявления тестов и блок синхронизации. Устройство позволяет достоверно выявить степень и характер устойчивых патологических отклонений в системной деятельности мозга человека, определять их локализацию и характер нарушений, количественно оценивать степень патологических отклонений, связанных с выполнением тестов или с любыми переменами функционального состояния мозга. Это устройство также не обеспечивает синхронный съем многоканальной ЭЭГ, РЭГ в бассейнах сонной и позвоночных артериях.
Наиболее близким к заявляемому устройству для исследования функционального состояния головного мозга является устройство для съема, регистрации и анализа электрофизиологических сигналов, защищенное патентом Российской Федерации №2102004, МПК 6 А 61 В 5/04, публ. 1998 г., содержащее последовательно соединенные блок электродов, селективный многоканальный усилитель, мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, устройство управления и первичной обработки, блок гальванического разделения, интерфейсный блок и персональную ЭВМ. Цепи питания многоканального усилителя соединены с выходными шинами блока защиты от аварийных токов, первая группа входов которого подключена к электродам, а вторая к выходным шинам источника питания. Это устройство для исследования функционального состояния головного мозга недостаточно эффективно при анализе причин нарушения мозгового кровообращения из-за отсутствия возможности синхронного съема в реальном масштабе времени многоканальной ЭЭГ, РЭГ в бассейнах сонной и позвоночных артерий и ЭКГ.
Задача, решаемая изобретением, - обеспечение возможности синхронного съема и анализа в реальном масштабе времени многоканальной ЭЭГ, РЭГ и ЭКГ, повышение эффективности дифференциальной диагностики нарушений мозгового кровообращения.
Решение указанной задачи достигается тем, что устройство для исследования функционального состояния головного мозга, содержащее последовательно соединенные многоканальный аналого-цифровой преобразователь, микроЭВМ с гальванически развязанными портами ввода-вывода и ПЭВМ стандартной конфигурации, блок электродов для съема сигналов биоэлектрической активности головного мозга, подключенный к многоканальному усилителю сигналов биоэлектрической активности головного мозга, электроды для съема сигналов электрической активности сердца, соединенные с усилителем электрофизиологических сигналов, блок токовых и потенциальных электродов для осуществления записи реосигналов, многоканальный усилитель реосигналов, генератор токовых реосигналов и синхронный детектор реосигналов, дополнительно содержит коммутатор отведений, первая группа входов которого соединена с потенциальными электродами блока токовых и потенциальных электродов для осуществления записи реосигналов, вторая группа входов - с выходами генератора токовых реосигналов, первая группа выходов - с токовыми электродами блока токовых и потенциальных электродов для осуществления записи реосигналов, вторая группа выходов - с входами синхронного детектора реосигналов, и демультиплексор, вход которого соединен с выходом синхронного детектора реосигналов, а выходы с входами многоканального усилителя реосигналов, при этом выходы многоканального усилителя сигналов биоэлектрической активности головного мозга, многоканального усилителя реосигналов и усилителя электрофизиологических сигналов соединены с соответствующими входами многоканального аналого-цифрового преобразователя, выходы микроЭВМ соединены с входом управления коммутатора отведений, входом управления демультиплексора и входом управления многоканального аналого-цифрового преобразователя. Генератор токовых реосигналов содержит источник постоянного напряжения, полюсы которого подключены к переключаемым входам управляемого переключателя, выход управляемого переключателя через узкополосный усилитель напряжения соединен с входом линейного преобразователя напряжение - ток, выход которого является выходом генератора. Синхронный детектор реосигналов содержит последовательно соединенные дифференциальный усилитель, полосовой фильтр и инвертор, а также управляемый переключатель, переключаемые входы которого соединены с входом и выходом инвертора, входами синхронного детектора являются входы дифференциального усилителя и управляющий вход управляемого переключателя, выходом - выход управляемого переключателя. Усилительный канал многоканального усилителя сигналов биоэлектрической активности головного мозга содержит последовательно соединенные дифференциальный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с входом для подключения соответствующего рабочего электрода, а инвертирющий - через согласующий каскад с входом для подключения референтного электрода, усилитель с коэффициентом усиления по постоянному току, равном единице, и усилением в рабочей полосе частот, равном номинальному, и фильтр нижних частот.
Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков заявляемого устройства для исследования функционального состояния головного мозга на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".
Изобретения поясняются чертежами. На фиг.1 приведена структурная схема устройства для исследования функционального состояния головного мозга, на фиг.2 - функциональная схема генератора токовых реосигналов, на фиг.3 - функциональная схема синхронного детектора реосигналов, на фиг.4 - функциональная схема усилительного канала усилителя сигналов биоэлектрической активности головного мозга, на фиг.5 и 6 - представлены примеры отображения многоканальной ЭКГ, РЭГ и ЭКГ в одном окне с единой временной осью.
Перечень позиций на чертежах фиг.1 - 4:
1 - блок электродов для съема сигналов биоэлектрической активности головного мозга;
2 - блок электродов для съема сигналов электрической активности сердца;
3 - блок токовых и потенциальных электродов для осуществления записи реосигналов;
4 - коммутатор отведений;
5 - генератор токовых реосигналов;
6 - синхронный детектор реосигналов;
7 - многоканальный усилитель сигналов биоэлектрической активности головного мозга;
8 - усилитель электрофизиологических сигналов;
9 - демультиплексор;
10 - многоканальный усилитель реосигналов;
11 - многоканальный аналого-цифровой преобразователь - МАЦП;
12 - микроЭВМ с гальванически развязанным портом ввода-вывода;
13 - ПЭВМ стандартной конфигурации;
14 - управляемый переключатель;
15 - фильтр нижних частот;
16 - полосовой фильтр;
17 - управляемый переключатель.
Заявленный способ исследования функционального состояния головного мозга реализуется следующим образом. На голову пациента накладывают электроды для съема сигналов биоэлектрической активности головного мозга, токовые и потенциальные электроды для осуществления записи реосигналов в бассейнах сонных и позвоночных артерий, на груди закрепляют электроды для съема сигналов электрической активности сердца. Электроды для съема сигналов биоэлектрической активности головного мозга и электроды для съема сигналов электрической активности сердца подключены каждый к отдельному входу многоканального усилителя. Потенциальные электроды для осуществления записи реосигналов подключаются к входам многоканального усилителя реосигналов через коммутатор отведений, синхронный детектор и демультиплексор. Выходы многоканальных усилителей соединены с многоканальным аналого-цифровым преобразователем, подключенным к гальванически развязанному порту ввода-вывода микроЭВМ. Это позволяет осуществлять синхронно в реальном масштабе времени многоканальную запись электроэнцефалограммы (ЭЭГ), запись реоэлектроэнцефалограммы (РЭГ) в бассейнах сонных и позвоночных артерий и запись электрокардиограммы (ЭКГ) и производить их компьютерный анализ. На экране дисплея ПЭВМ в одном окне с единой временной осью отображаются снятые синхронно в реальном масштабе времени ЭЭГ, РЭГ и ЭКГ. После включения и проверки работы аппаратуры проводят функциональную пробу на гипервентиляцию в типовом режиме. Пациенту предлагают глубоко ритмично дышать в течение 3-х минут. Глубина вдоха и полнота выдоха должны быть максимальными, частота дыхания в пределах 16...20 в минуту. Параметры дыхания можно контролировать с помощью датчика дыхательной волны. Запись и регистрацию ЭЭГ, РЭГ и ЭКГ желательно производить как минимум за 3 минуты до пробы и не менее 5-ти минут после ее окончания. При констатации в процессе проведения пробы наличия снижения уровня реографического сигнала и появление пароксимальных проявлений на ЭЭГ в виде резкого повышения отношения патологических медленно-волновых волн диференцируют потенциально возможные причины пароксимальных проявлений на ЭЭГ. Если вначале наблюдалось снижение амплитуды РЭГ более чем на 25%, а затем наблюдаются пароксимальные проявления на ЭЭГ, то причиной с большой вероятностью следует считать сосудистые нарушения головного мозга. Если локализация снижения амплитуды РЭГ и появления пароксимальных проявлений на ЭЭГ пространственно совпадают, то дополнительно делается вывод о наличии области патологической активности, связанной с неадекватностью регионарного мозгового кровотока. Если до проведения функциональной пробы на гипервентиляцию наблюдались дезорганизация ЭЭГ, снижение пульсового кровенаполнения и повышение тонуса по РЭГ, а в процессе проведения пробы наблюдалась нормализация показателей мозгового кровотока, выражающаяся в повышении пульсового кровенаполнения и нормализация ЭЭГ, выражающаяся в повышении уровня альфа-активности с сохранением зональных различий по лобно-затылочным областям, то предполагают наличие цереброваскулярных нарушений, связанных с нарушением газового состава крови в исходном фоновом состоянии. Если проводят функциональную пробу на гипервентиляцию и в процессе проведения пробы на сигнале ЭКГ наблюдаются экстрасистолы и им предшествуют пароксизмы на синхронно регистрируемых сигналах ЭЭГ, то делают вывод о цереброгенном характере нарушений сердечного ритма. Если отсутствует причинно-временная связь между пароксизмами на ЭЭГ и экстра-систолами на ЭКГ, то делается вывод о кардиогенном характере нарушений сердечного ритма. Для выявления причин синокопальных состояний проводят длительную пассивную ортостатическую пробу и, если в процессе проведения пробы у пациента фиксируется синокопальное состояние, то при резко выраженной брадикардии или асистолии по ЭКГ до наступления синкопального состояния и снижении показателей мозгового кровотока по РЭГ диагностируют кардиоингибиторную причину синкопального состояния, при предшествующих синокопальному состоянию снижения показателей мозгового кровотока по РЭГ и отсутствии значимого уменьшения частоты сердечных сокращений по ЭКГ диагностируют вазодепрессивную причину синкопального состояния, а при предшествующих синкопальному состоянию пароксизмах на ЭЭГ и отсутствии значимого уменьшения частоты сердечных сокращений по ЭКГ диагностируют судорожный тип обморока.
Синхронная регистрация ЭЭГ, РЭГ и ЭКГ с возможностью сжатого представления в едином временном масштабе трендов физиологических показателей позволяет расширить диагностические возможности при исследовании различных заболеваний и нарушений. Она позволяет контролировать корректность проведения исследований (в частности, провоцирующих проб на гипервентиляцию), учитывать возможное влияние сосудистого фактора при эпилепсии, выявлять пациентов с неправильно сформированным дыхательным паттерном, приводящим к цереброваскулярным нарушениям, давать полезную информацию при дифференциальной диагностике синкопальных состояний, исследовать характер взаимодействий между системами организма при различных нарушениях, обеспечивать более обоснованный выбор лечебных мероприятий и оценку их эффективности.
Достижение указанного выше технического результата поясняется следующими примерами. При начальных проявлениях недостаточности кровообращения мозга часто встречаются ЭЭГ с высокой степенью синхронизации (преимущественно в альфа-диапазоне). Это связано с активизацией интегративных структур мезэнцефального уровня, возникающей в ответ на ухудшение кровоснабжения мозга. При дисциркуляторных расстройствах в вертебробазилярном русле могут наблюдаться явления десинхронизации и уплощения ЭЭГ, при тромбозах и стенозах с соответствующими клиническими проявлениями (парезы, перемежающаяся слепота и афазия) изменения на ЭЭГ проявляются медленными волнами. Выявлена тесная корреляция между объемом кровотока в бассейне пораженного сосуда и средней частотой ритмической активности в этой области, что позволяет судить по данным ЭЭГ о возможностях компенсации и реабилитации при ишемических нарушениях мозгового кровообращения. На этом же основании ЭЭГ используют для контроля мозговых функций во время операций каротидной эндартерэктомии. При ишемических нарушениях мозгового кровообращения ЭЭГ-данные могут до определенной степени служить дифференциально-диагностическим целям. Так при каротидном стенозе патологические ЭЭГ встречаются у 50% больных, при тромбозе сонной артерии - у 70%, а при тромбозе сильвиевой артерии - у 95%. Определенное значение имеет электроэнцефалография в дифференциальной диагностике сосудистого инсульта. При геморрагических инсультах изменения на ЭЭГ значительно более грубые и стойкие, сопровождаются более выраженными общемозговыми изменениями, что соответствует более тяжелой клинической картине. Синхронная регистрация ЭЭГ и РЭГ делает возможным выявление влияния сосудистого фактора при пароксизмальных состояниях и эпилепсии путем сопоставления изменений параметров мозгового кровотока, предшествующих проявлениям эпилептиформной активности. Например, неадекватно сильное ухудшение параметров мозгового кровотока (чаще всего это выражается в снижении пульсового кровенаполнения, повышении тонуса сосудов, нарастание нестабильности показателей тонуса и пр.) на проводимые функциональные пробы может спровоцировать возникновение эпилептиформной активности на ЭЭГ. Сопоставляя степень изменения параметров мозгового кровотока по РЭГ с соответствующими изменениями ЭЭГ при проведении функциональных проб (например, с использованием гипервентиляции, световой ритмической стимуляции, звуковых раздражителей, с введением судорожных и противосудорожных препаратов или использованием других провоцирующих факторов), а также временные соотношения этих изменений, может быть принято решение о преимущественном акценте в лечении сосудистых нарушений или о совместном приеме препаратов, улучшающих мозговую гемодинамику, и противосудорожных препаратов. Дополнительная регистрация дыхательной кривой с помощью респираторного пояса помогает контролировать корректность выполнения проб с гипервентиляцией и задержкой дыхания. Такой контроль весьма желателен для корректной содержательной интерпретации, поскольку поверхностное учащенное или, наоборот, замедленное дыхание при проведении гипервентиляции может привести к обратному физиологическому эффекту (гиперкапнии вместо гипокапнии). Если моменту появления эпилептиформных вспышек и разрядов предшествуют значимые изменения параметров церебрального кровотока, то это может свидетельствовать о первичном влиянии нарушений именно мозгового кровотока.
В качестве иллюстрации рассмотрим несколько примеров исследований. В первом исследовании (фиг.5) у пациента было выявлено снижение порога судорожной готовности на гипервентиляцию. Перед трехминутной гипервентиляцией в исходном состоянии наблюдалась несколько дезорганизованная альфа-активность высокой амплитуды, нерегулярная по частоте. Реоэнцефалограмма в исходном состоянии была относительно нормальной формы со слегка повышенным тонусом. На третьей минуте гипервентиляции начали проявляться вспышки полиморфной, преимущественно медленноволновой, эпилептиформной активности. Перед началом вспышек на РЭГ наблюдается существенная нестабильность пульсового кровенаполнения и тонуса сосудов различного калибра, даже в соседних кардиоциклах отличается амплитуда пульсаций РЭГ, форма реоволны меняется от гипотонической до гипертонической. Низким значениям тонуса артериол мозговых сосудов соответствуют минимальные изменения ЭЭГ. Прирост патологических элементов ЭЭГ увеличивается пропорционально нарастанию явлений внутричерепной гипертензии. С прогностической точки зрения низкие исходные значения показателей тонуса является свидетельством сохранности центральных механизмов сосудодвигательной регуляции, а высокие значения тонуса коррелируют с выпадением центральных механизмов сосудодвигательной регуляции и начальными проявлениями ишемической болезни мозга. На фиг.5 представлено отображение ЭЭГ, РЭГ и ЭКГ в одном окне с единой временной осью. Слева - исходное фоновое состояние, справа - 3-я минута гипервентиляции. Заметно выраженное ухудшение сигналов ЭЭГ и РЭГ на провоцирующее воздействие, в частности снижение пульсового кровенаполнения мозговых сосудов и появление пароксизмальных вспышек медленно-волновой активности на ЭЭГ.
Во втором исследовании у пациента была зафиксирована нормализация показателей ЭЭГ и РЭГ на гипервентиляцию. На фиг.6 видна динамики изменения ЭЭГ, РЭГ и ЭКГ на провоцирующие воздействия при втором исследовании, когда у пациента была зафиксирована нормализация показателей ЭЭГ и РЭГ на гипервентиляцию. Исходное состояние характеризуется низкоамплитудной десинхронизированной ЭЭГ (алфа-волн почти не заметно), повышенным тонусом мозговых сосудов (вторая систолическая волна выше по амплитуде, чем первая, сниженным пульсовым кровенаполнением (реографический индекс на уровне 0,08...0,09 Ом). При провоцирующем воздействии в виде гипервентиляции наблюдаются следующие изменения: альфа-ритм существенно более выражен с сохранением нормальных зональных различий, тонус мозговых сосудов нормализовался (вторая систолическая волна стала ниже первой по амплитуде), пульсовое кровенаполнение мозговых сосудов нормализовалось (реографический индекс на уровне 0,12 Ом).
Сравнение отклонений физиологических показателей по двум пациентам позволяет сделать следующие выводы. По 1-му пациенту с выявленным повышением порога судорожной готовности при гипервентиляции следует отметить, что ухудшение показателей ЭЭГ сопровождается ухудшением показателей пульсового кровенаполнения мозговых сосудов (снижение амплитуды сигнала РЭГ на 30%). Сначала происходит существенное ухудшение показателей мозгового кровотока (наблюдается с 1-й минуты гипервентиляции), а затем возникновение пароксизмальных проявлений патологической активности (на 3-й минуте гипервентиляции).
По пациенту с нормализацией показателей ЭЭГ при гипервентиляции наблюдается другая картина. Проба на гипервентиляцию приводит к нормализации ЭЭГ и сопровождается улучшением показателей пульсового кровенаполнения мозговых сосудов (повышение амплитуды сигнала РЭГ почти на 30%). Нормализация ЭЭГ и РЭГ начинается одновременно уже через 30 секунд после начала гипервентиляции.
Можно предположить, что у второго пациента в исходном состоянии было недостаточное содержание кислорода в крови, из-за чего исходные показатели ЭЭГ и РЭГ были несколько нарушены. Гипервентиляция привела к повышению содержания кислорода в крови, что привело к нормализации показателей мозгового кровотока и показателей ЭЭГ. Кроме того, у второго пациента, видимо, более развиты адаптационные возможности, т.к. при провоцирующем воздействии сработали адаптационные механизмы по повышению тонуса периферических сосудов, а значит улучшилось соотношение по перераспределению общего кровотока в пользу мозгового за счет периферического. У первого пациента тонус периферических сосудов повысился незначительно, соответствующего перераспределения кровотока не произошло, мозговой кровоток существенно уменьшился, что и могло привести к ухудшению ЭЭГ.
Следует отметить, что резкие изменения показателей ЭЭГ и РЭГ наблюдаются во многих случаях и при выполнении умственных нагрузок. После умственной нагрузки наблюдается компенсаторное повышение амплитуды сигналов РЭГ. Метод совокупного анализа синхронно снятых ЭЭГ и РЭГ также может быть с успехом использован для проведения исследований у различных групп больных с психическими и психоневрологическими отклонениями с деменацией для исследования механизмов памяти и пр.
Устройство для исследования функционального состояния головного мозга, с использованием которого реализуется заявленный способ, содержит (фиг.1) блок 1 электродов для съема сигналов биоэлектрической активности мозга, блок 2 электродов для съема сигналов электрической активности сердца, блок 3 токовых и потенциальных электродов для осуществления записи реосигналов, коммутатор отведений 4, генератор 5 токовых реосигналов, синхронный детектор 6 реосигналов, многоканальный усилитель 7 сигналов биоэлектрической активности головного мозга, усилитель 8 электрофизиологичого сигнала, демультиплексор 9, многоканальный усилитель реосигналов 10, многоканальный аналого-цифровой преобразователь (МАЦП) 11, микроЭВМ 12 с гальванически развязанным портом ввода-вывода, и ПЭВМ 13 стандартной конфигурации. Блок 1, включающий устройство для закрепления электродов, рабочие (сигнальные), референтные и нулевой электроды, соединительные проводники и разъем для подключения к многоканальному усилителю 7, может быть выполнен в виде эластичной шапочки и предназначен для удобного и комфортного закрепления электродов на голове пациента. Блок 2 включает электрокардиографические электроды и элементы закрепления электродов на теле пациента. При необходимости контроля продолжительности и глубины дыхания во время проведения функциональной пробы на гиперентиляцию блок 2 может дополнительно содержать датчик дыхательной волны (например, респираторный пояс). Блок 3 включает токовые электроды для подачи токовых импульсных сигналов и потенциальные электроды для съема падения напряжений от токовых импульсных сигналов и может быть совмещен с блоком 1, т.е. токовые и потенциальные электроды могут быть закреплены на той же эластичной шапочке, при этом в элементах крепления электроды блока 3 группируются попарно - токовый электрод б1 и соответствующий ему потенциальный электрод Б1. Коммутатор 4 предназначен для временного разделения реосигналов и включает два демультиплексора, один из которых подключает к выходу генератора 5 токовые электроды блока 3 и к входу синхронного детектора 6 потенциальные электроды блока 3 с четными номерами, другой - с нечетными. Генератор 5 (фиг.2) содержит источник постоянного напряжения Е, полюсы которого через управляемый переключатель 14 и узкополосный усилитель, включающий C1, R1, У1 и фильтр нижних частот 15, подключены к входу линейного преобразователя напряжение - ток (У2, Tp1, R2). На выходе генератора 6 частота синусоидального тока равна частоте переключения управляемого переключателя 14. Синхронный детектор 6 (фиг.3) содержит дифференциальный усилитель У3 с полосовым фильтром 16 на выходе и управляемый переключатель 17, один вход которого соединен с полосовым фильтром непосредственно, а второй через инвертор. На входы управления переключателей 14 и 17 подаются синхронные сигналы от микроЭВМ 12. Многоканальный усилитель 7 предназначен для усиления сигналов биоэлектрической активности мозга, снимаемых с помощью рабочих электродов блока 1. Каждый канал усиления этого усилителя содержит (фиг.4) последовательно соединенные дифференциальный усилитель (У4, R3, R4), усилитель с коэффициентом по постоянному току, равном единице, и усилением в рабочей полосе частот (У5, R5, R6, R7, С2), и фильтр нижних частот (R8, С3). Неинвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с соответствующим рабочим электродом блока 1, а инвертирующий - через согласующий каскад (У6, R9, R10) с соответствующим референтным электродом. Выход синхронного детектора 6 подключен к входу мультиплексора 9, выходы которого соединены с входами многоканального усилителя 10. Подключение выходов мультиплексора 9 осуществляется от микроЭВМ 12 синхронно с переключением электродов блока 3 коммутатором отведений 4. Выходы многоканальных усилителей 7 и 10 и усилителя 8 подключены к соответствующим входам многоканального аналого-цифрового преобразователя 11, назначение которого преобразование аналоговых сигналов в дискретную форму с пространственным разделением каналов. МикроЭВМ 12 предназначена для обеспечения съема в реальном масштабе времени всех сигналов, предварительной их обработки (цифровая фильтрация), контроля за функционированием блока 1 и многоканального усилителя 7 и управления работой коммутатора 4, генератора 5, синхронного детектора 6, мультиплексора 9 и многоканального аналого-цифрового преобразователя 11. МикроЭВМ 12 каналом обмена соединена с ПЭВМ 13. Назначение ПЭВМ 13 - статистическая обработка записанных синхронно в реальном масштабе времени значений электрофизиологических сигналов (ЭЭГ, ЭКГ, РЭГ) и отображение этих сигналов на экране дисплея. Дополнительно в ПЭВМ 13 может производиться вычисление в едином покардиоцикловом временном масштабе, т.е. в привязке к каждому из автоматически распознаваемых кардиоциклов, физиологических показателей: биоэлектрической активности мозга - абсолютные и относительные значения мощности альфаактивности, патологической медленно-волновой активности в диапазоне дельта- и тета-волн, динамики уровня метаболической активности головного мозга по постоянной составляющей ЭЭГ, частоты сердечных сокращений по ЭКГ, пульсового кровенаполнения сосудов мозга по реографическим индексам РЭГ, периферического сопротивления мозговых сосудов (ППСС) и отображение этих показателей на экране дисплея в объеме и в виде для обеспечения возможности дифференциальной диагностики эпилепсии и эпилептиформных проявлений.
Заявленное устройство работает следующим образом. Электроды для съема электроэнцефалограммы и реограммы закрепляются на голове с использованием эластичного шлема (специальной электродной эластичной шапочки), электроды для съема электрокардиограммы закрепляются на пациенте с помощью электропроводящего клея или лейкопластыря. При длительном мониторинге, когда канал обмена микроЭВМ 12 с ПЭВМ 13 организован по радиоканалу, на пациенте дополнительно могут быть закреплены акселерометры, по сигналам от которых устанавливается двигательная активность пациента. Осуществление связи ПЭВМ 13 с микроЭВМ 12 по радиоканалу не только позволяет пациенту находиться в комфортных условиях, но и одновременно осуществлять мониторинг нескольких пациентов. После установки электродов и включения питания проверяется работоспособность и надежность подключения электродов. Затем включается микроЭВМ 12 в режим съема физиологических сигналов. Электрические сигналы, подаваемые на входы, усиливаются, преобразуются в МАЦП 3 из аналоговой формы в дискретную, очищаются от артефактов в микроЭВМ 12 и запоминаются в кодовом виде. Быстродействие микроЭВМ 12 позволяет в реальном масштабе времени синхронно записать и сохранить данные ЭЭГ-сигналов по нужному количеству отведений (до 32 цифровых отведений), реографических сигналов (до 6-ти каналов), физиологических сигналов по каналам ЭКГ, маркеры различного типа, отражающие те или иные события, данные функциональных проб, намеченных программой или проводимых врачом в процессе ЭЭГ-видеомониторинга, результаты предварительной обработки по выявлению аномалий ЭЭГ и ЭКГ. Записанная информация из микроЭВМ 12 передается в ПЭВМ 13 при подключении ее к порту ПЭВМ 13 либо по радиоканалу. В ПЭВМ 13 производится обработка необходимых фрагментов электрофизиологических сигналов и, в зависимости от цели исследования, отображение в едином временном интервале необходимых для визуальной оценки врачом происходящих процессов. Обработка производится с использованием всех возможностей математической обработки. Так например, обработка электроэнцефалограммы может производиться с использованием всех возможностей компьютизированного электроэнцефалографа, таких как референтная реконструкция, вертикальный “сплит”, автоматический поиск артефактов и эпилептиформной активности, двух- и трехмерный топоскоп, спектральный, авто-кросс-корреляционный анализ и функция когерентности с топографическим картированием, анализ функциональной асимметрии, а также автоматическое формирование описания и классификация ЭЭГ с возможностью редактирования, трехмерная локализация источников патологической электрической активности мозга и т.п.
Длительный мониторинг электроэнцефалограммы и синхронно снимаемых с ней других физиологических параметров является важным диагностическим методом, позволяющим дифференцировать псевдоэпилептические и истинные эпилептические пароксизмы. ЭЭГ-видеомониторинг применяют при необходимости подтверждения правильности предварительного диагноза “эпилепсия”, особенно в сложных случаях, когда точная дифференциальная диагностика является принципиально важной для выбора наилучшей тактики лечения и прогноза течения заболевания. Диагноз “эпилепсия” очевиден при обнаружении эпилептических ЭЭГ-паттернов на межприступной/приступной ЭЭГ. Отсутствие аномалий ЭЭГ в межприступном/приступном периоде не исключает полностью эпилепсию. Известно, что значительное число простых парциальных пароксизмов, сопровождающихся вегетативными или соматосенсорными симптомами, нередко характеризуется отсутствием изменений на ЭЭГ при поверхностном наложении электродов. Наличие эпилептических ЭЭГ-паттернов в момент приступа также не является абсолютным доказательством эпилепсии. У больных с ритмическими повторными моторными феноменами на ЭЭГ в ряде случаев имеются артефакты, напоминающие эпилептические ЭЭГ-паттерны, и способные ввести в заблуждение неопытного электроэнцефалографиста. Во избежание ошибок необходимо сопоставление синхронных изменений ЭЭГ и РЭГ исследований. Подобный подход обеспечивает не только экономию времени проведения исследований за счет однократного выполнения записи в исходном (фоновом) состоянии и при проведении функциональных проб в рамках одновременного ЭЭГ-РЭГ-исследования. Получение комплексной информации при сопоставлении динамики синхронного изменения показателей ЭЭГ, РЭГ и ЭКГ в процессе выполнения одновременного исследования, что, в свою очередь, позволяет:
- оценить возможное влияние сосудистого фактора на пароксизмальные проявления (в случае их наличия);
- выявить возможные цереброваскулярные причины изменения биоэлектрической активности головного мозга;
- сопоставить пароксизмальные проявления на ЭЭГ и признаки нарушения сердечного ритма и проводимости на ЭКГ (в случае их наличия) с целью выявления типа нарушений (кардиогенный или цереброгенный);
- проанализировать взаимодействие ЦНС, ВНС и мозгового кровообращения на основе сопоставления динамики сигналов ЭЭГ, РЭГ и ЭКГ, а также физиологических показателей, рассчитываемых на основе этих сигналов.
По данным, полученным с помощью заявленного устройства, для больных с исходно низкими показателями объемного мозгового кровотока характерно значительное увеличение числа диффузных патологических тета-включений, эквивалентных процессам демиелинизации, атеросклероза и диффузной ишемии мозга. У больных с избыточным полнокровием мозговых сосудов (реографический индекс равен 0,3 Ом), умеренно сниженным тонусом и замедленным венозным оттоком также наблюдаются признаки билатерально синхронной ритмики, отражающей явления дисфункции срединных образований мозга. То есть и в том, и в другом случае значительные отклонения гемодинамических компонентов мозга свидетельствуют о нарушении центральных механизмов регуляции сосудодвигательного контроля. Замедление венозного оттока, специфичное для явлений повышенного кровенаполнения мозга и высокого тонуса артериол свидетельствует о нарастании внутричерепной гипертензии с потерей отрицательной обратной связи между центром и основными компонентами мозгового кровотока, с чем коррелируют ЭЭГ-проявления ирритативных и диффузных изменений функционального состояния мозгового ствола. Низким значениям тонуса артериол соответствовали минимальные, в сравнении с другими группами пациентов, изменения ЭЭГ. Прирост патологических элементов ЭЭГ увеличивался пропорционально нарастанию явлений внутричерепной гипертензии. С прогностической точки зрения низкие исходные значения показателей тонуса являются свидетельством сохранности центральных механизмов сосудодвигательной регуляции, а высокие значения тонуса коррелируют с выпадением центральных механизмов сосудодвигательной регуляции и начальными проявлениями ишемической болезни мозга.
Важное значение имеет сопоставление ЭЭГ и РЭГ с точки зрения выявления провоцирующих факторов элементов эпилептиформной активности. Если моменту появления эпилептиформных вспышек и разрядов предшествуют значимые изменения параметров церебрального кровотока, то это может свидетельствовать о первичном влиянии нарушений именно мозгового кровотока.
Однако этим не ограничивается возможная область применения синхронной записи ЭЭГ и реографических сигналов, отражающих состояние церебрального, центрального и периферического кровотока. Учитывая зависимость функционального состояния головного мозга от состояния сердечно-сосудистой системы, учет изменений регистрируемых показателей сосудистой системы может помочь в интерпретации возникающих феноменов на ЭЭГ. Это может относиться и к выявлению провоцирующих факторов эпилептических приступов (анализ изменений церебрального кровотока, предшествовавших началу приступа), и для дифференциальной диагностики эпилептических и не эпилептических приступов (например, выявление синкопальных состояний, связанных с нарушением сердечного ритма или вазодепрессорной реакцией), к выявлению нарушений ЭЭГ цереброваскулярного характера (по факту нормализации ЭЭГ и РЭГ при проведении каких-либо проб, например гипервентиляции) и к подтверждению наличия регуляторных нарушений, проявляемых на ЭЭГ, РЭГ и вариабельности сердечного ритма. В рамках отдельно проводимых исследований ЭЭГ, РЭГ, кардиоинтервалографии, показателей центральной гемодинамики часто используются одни и те же функциональные пробы. Синхронная регистрация этих данных позволяет не только уменьшить суммарное время исследования, но и получить уникальную возможность сопоставления показателей, получаемых по разным типам сигналов с целью более достоверной интерпретации данных. Сопоставление этих данных позволяет уточнить характер основного сосудистого заболевания и региональность цереброваскулярных расстройств. Кроме РЭГ и ЭКГ целесообразно использовать и другие физиологические сигналы. К ним могут относиться периферическая фотоплетизмограмма (ФПГ для контроля реактивности резистивных сосудов, тонуса магистральных артерий, состояния посткалиллярно-венулярного русла), кожно-гальваническая реакция (КГР для контроля психоэмоционального напряжения, особенно при проведении психологических проб), пневмограмма (ПГ для оценки частоты и глубины дыхания, контроля корректности выполнения различных дыхательных проб) и другие сигналы.
Изобретение относится к медицине и может использоваться при исследованиях функционального состояния мозга. Осуществляют многоканальную запись электроэнцефалограммы (ЭЭГ), электрокардиограммы (ЭКГ) и проводят функциональные пробы. Дополнительно с многоканальной записью и регистрацией ЭЭГ синхронно и в реальном масштабе времени осуществляют запись и регистрацию реоэнцефалограммы (РЭГ) в бассейнах сонных и позвоночных артерий. Визуализацию электроэнцефалограммы, реоэнцефалограммы и электрокардиограммы осуществляют в одном окне с единой временной осью, при этом о функциональном состоянии мозга судят по синхронным изменениям ЭЭГ, РЭГ и ЭКГ в ответ на функциональную пробу. Устройство для реализации способа содержит блок 1 электродов для съема сигналов биоэлектрической активности мозга, блок 2 электродов для съема сигналов электрической активности сердца, блок 3 токовых и потенциальных электродов для осуществления записи реосигналов, коммутатор отведений 4, генератор 5 токовых реосигналов, синхронный детектор 6 реосигналов, многоканальный усилитель 7 сигналов биоэлектрической активности головного мозга, усилитель 8 электрофизиологического сигнала, демультиплексор 9, многоканальный усилитель реосигналов 10, многоканальный аналого-цифровой преобразователь (МАЦП) 11, микроЭВМ 12 с гальванически развязанным портом ввода-вывода и ПЭВМ 13 стандартной конфигурации. Изобретение позволяет повысить эффективность дифференциальной диагностики нарушений мозгового кровообращения. 2 и 9 з.п. ф-лы, 6 ил.
