Способ определения реабилитационного потенциала двигательной системы после черепно-мозговой травмы Российский патент 2024 года по МПК A61B5/369 A61B5/372 

Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии, реабилитации пациентов после тяжелой черепно-мозговой травмы (ЧМТ), в том числе находящихся в хроническом критическом состоянии и длительном угнетении сознания. Способ позволяет прогнозировать восстановление двигательной функции у пациентов при разной степени гемипареза после тяжелой ЧМТ путем анализа параметров когерентности ЭЭГ.

Уровень техники.

Значительный вклад в оценку двигательной сферы в норме и патологии вносят нейровизуализационные технологии: компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография - структурная (МРТ) и функциональная (фМРТ), однофотонная эмиссионная компьютерная томография, позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), диффузионно-тензорная трактография.

Большинство известных к настоящему времени способов определения реабилитационного потенциала двигательных функций включает оценку активности центральной нервной системы, преимущественно оценку когнитиных функций и уровня сознания (RU 2605425, RU 2752511, CN 110495880). При этом оценка двигательной функции сосредоточена на оценке периферического звена двигательной системы (JP 201803852, CN 115376694, CN 115376694).

Таким образом, логичным стал поиск возможности безопасно, доступно, информативно оценить центральное звено двигательной функциональной системы.

ЭЭГ может быть использована при оценке функционального состояния мозга больных с посттравматическим нарушением сознания для прогнозирования исхода болезни, а также определения локализации зоны поражения. Однако изменения ЭЭГ, выявляемые в ранние сроки после ЧМТ могут быть малоинформативны, поскольку биоэлектрическая активность, отражая общую реакцию мозга на повреждение, крайне вариабельна. В этом плане перспективными являются направления исследований, которые включают долговременный мониторинг ЭЭГ, в том числе в процессе восстановления сознания и реабилитации. В настоящее время известны попытки частичной автоматизации диагностики и прогнозирования течения ЧМТ с помощью ЭЭГ посредством поиска маркеров различных состояний в рамках ЧМТ и использования машинного обучения. (CN 110495880)

ЭЭГ широко используется также для контроля и оценки эффективности фармакологических и иных лечебных воздействий при различной тяжелой церебральной патологии. Трудно переоценить диагностическое значение ЭЭГ при остром нарушении мозгового кровообращения. Спектральная мощность в диапазоне дельта и соотношение спектральных мощностей в альфа/дельта диапазонах как в поврежденном, так и здоровом полушарии, позволяют различать пациентов с ишемией и пациентов с подозрением на ишемию.

Имеющийся в настоящее время «методический арсенал» ЭЭГ определяет ее важную роль в исследовании общих закономерностей восстановительных процессов при тяжелом травматическом повреждении головного мозга (ГМ), прогнозировании исхода заболевания, а также выявлении специфических особенностей системной организации определенных патологических процессов, психических и двигательных нарушений.

Набор показателей, которыми описывается двигательная нагрузка в рамках изучения методом ЭЭГ, представлен широко и включает мощностные характеристики и показатели процессов синхронизации-десинхронизации биопотенциалов ГМ. Наряду с этим отмечена информативность показателей когерентности ЭЭГ в оценке реактивности мозга при двигательных нагрузках.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи определения реабилитационного потенциала двигательной системы ГМ после ЧМТ, в том числе оценки эффективности реабилитационных мероприятий за счет анализа параметров когерентности ЭЭГ.

Раскрытие сущности изобретения.

Многолетние комплексные ЭЭГ-исследования выявили определенное соответствие между сложной картиной патофизиологических и патоморфологических изменений мозга, сопровождающих ЧМТ, и не менее сложной динамикой изменений церебральной биоэлектрической активности. В этой связи ЭЭГ, обогащенная современными методами математического анализа, относится к числу возможных информативных методов оценки состояния функциональной двигательной системы. К числу наиболее интересных, но недостаточно исследованных, относятся вопросы о функциональной активности корковых проекций функциональной двигательной системы при ЧМТ в контексте анализа процессов нейропластичности, а также объективной оценки влияния метаболической терапии.

Изменения ЭЭГ при ЧМТ характеризуются значительным многообразием, зависящим от характера повреждения мозга, локализации очага, наличия внутричерепных гематом и контузий, гемо- и ликвородинамических расстройств, нарушений метаболизма. В этих условиях ЭЭГ отражает общую интегральную реакцию мозга всей совокупности сложных патофизиологических нарушений, вызываемых ЧМТ, а также фазный характер течения травматической болезни ГМ.

Заявляемый способ определения реабилитационного потенциала двигательной системы ГМ после ЧМТ основан на структурно-функциональном исследовании интегральной двигательной функциональной системы ГМ, определении взаимосвязи между изменениями показателей функциональной МРТ, некоторых параметров ЭЭГ и двигательным дефицитом у пациентов после ЧМТ.

Изучение изменений электроэнцефалограммы у пациентов после тяжелой ЧМТ длительное время применяется как один из объективных методов диагностики изменений сознания. В ЭЭГ-исследованиях в качестве информативного показателя функциональной коннективности частотной области широко используется когерентность: коэффициент корреляции (в квадрате), который оценивает согласованность относительной амплитуды и фазы между любой парой сигналов в каждой полосе частот и является количественной оценкой фазовой синхронизации [Гриндель, О.М. Оптимальный уровень когерентности ЭЭГ и его значение в оценке функционального состояния мозга человека / О.М. Гриндель // Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. - 1980. - Т. 30. - №. 1. - С. 62.; Жаворонкова, Л.А. ЭЭГ-маркеры когнитивного дефицита у пациентов после черепно-мозговой травмы / Л.А. Жаворонкова, О.А. Максакова, И.Г. Скорятина // Информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии. - 2019. - С. 144-146.].

Для решения задачи определения реабилитационного потенциала двигательной системы ГМ после ЧМТ выбран анализ когерентности ЭЭГ как разновидности показателя функциональной коннективности (connectivity). В ЭЭГ взаимодействие между областями мозга может быть определено путем измерения соответствия между сигналами, полученными из разных каналов.

Авторами заявляемого способа установлено, что важны не только топические изменения при анализе ЭЭГ, но и частотный диапазон этих изменений. Динамика в альфа-диапазоне является отражением активации компенсаторных механизмов, и эти данные можно использовать для анализа динамического состояния двигательной функциональной системы. Исследование сроков наблюдения клинических изменений и наступления изменений показателей когерентности позволило установить наличие изменений в альфа2-диапазоне для легкого и умеренного гемипареза и в альфа 1-диапазоне для выраженного в установленных областях, возникающих в среднем за 14 дней до появления клинической динамики.

Анализ когерентности ЭЭГ, проведенный авторами заявляемого способа, показал, что наиболее вероятными проекциями двигательной функциональной системы являются пары Cz-C4-C3, Pz-Cz, Pz-P3-P4, С4-Т4, С3-Т3. Отражением пластических перестроек двигательной системы являются динамические изменения в альфа-диапазоне. Динамическое снижение когерентности в данных отведениях может служить маркером формирования устойчивого неврологического дефицита.

Установлено, что анализ параметров когерентности электроэнцефалограммы следует рассматривать в качестве альтернативного варианта оценки функциональной двигательной системы в случаях, когда выполнение функциональной МРТ оказывается затруднительным или невозможным. Данный вид исследования демонстрирует изменения, предвосхищающие клиническую динамику восстановления двигательной функции, что имеет важное практическое значение.

При анализе ЭЭГ важны не только топические изменения, но и частотный диапазон этих изменений. Динамика в альфа диапазоне является отражением активации компенсаторных механизмов и активации корковых структур, и эти данные можно использовать для анализа динамического состояния двигательной функциональной системы. По этим показателям решается и «обратная задача». При отсутствии динамических сдвигов в процессе реабилитации можно сделать вывод об ограниченности реабилитационного потенциала пациента.

Установлено, что одним из проявлений нейропластичности является нарастание синхронной биоэлектрической активности в виде усиления межцентральной и центральной теменной когерентности ЭЭГ. Появление этих изменений коррелирует с положительной динамикой двигательных нарушений и статистически значимо возникает раньше, чем уменьшается степень пареза по неврологическим шкалам.

Установлено, что наличие изменений в бета-диапазоне для легкого и умеренного гемипареза и в альфа1-диапазоне для выраженного в установленных областях возникает в среднем за 14 дней до появления клинической динамики.

Одним из проявлений нейропластичности является нарастание синхронной биоэлектрической активности в виде усиления межцентральной и центральной теменной когерентности ЭЭГ. Появление этих изменений коррелирует с положительной динамикой двигательных нарушений и статистически значимо возникает раньше, чем уменьшается степень пареза по неврологическим шкалам. Усиление когерентности в отведениях Cz-C4-С3, Pz-Cz, Pz-P3-P4, С4-Т4, С3-Т3 является прогностически значимым признаком нарастания мышечной силы у пациентов после ЧМТ.

Анализ когерентности ЭЭГ у пациентов с посттравматическими нарушениями двигательной активности может быть использован для оценки двигательной функциональной системы, ее динамических нейропластических перестроек, а также решать обратную задачу в виде определения сформированности двигательного дефицита.

Осуществление изобретения.

Среди пациентов с ЧМТ, у которых проводили комплексное клинико-ЭЭГ-исследование, были выделены группы наблюдений с разной степенью правостороннего гемипареза (n=51). У каждого из них анализировали данные фоновой записи ЭЭГ, как состояния покоя. У обследованных пациентов проведена динамическая оценка неврологического статуса в течение 1 года.

Когерентность ЭЭГ (КогЭЭГ) оценивали в сравнении с «нормой» (n=43) и в динамике исследования по группам. Ее анализ проводили по основным частотным диапазонам: дельта (0,5-4 Гц), тета1 (4,3-5,5 Гц), тета2 (5,6-7,4 Гц), альфа1 (7,8-8,6 Гц), альфа2 (9-10,2), альфа3 (10,5-12.5 Гц), бета1 (12,9-20 Гц), а также в интегральном (0,5-20 Гц). Оценку когерентности электроэнцефалографических данных проводили по группам пациентов с парезом.

В исследование включено 52 человека: 29 пациентов, перенесших ЧМТ (мужчин - 19, женщин - 10; средний возраст 33±5,6 лет), и 23 здоровых человека (средний возраст 23,5±8 лет) - группа нормы. Все пациенты были разделены на группы в зависимости от выраженности правостороннего гемипареза по шкале оценки мышечной силы:

- 4 балла, гемипарез справа (n=10);

- 3 балла, (n=11);

- 2-1 балла пассивное движение правой рукой (n=10).

Обследование пациентов проводили в сроки через от 3 до 6 месяцев после травмы. Клинически оценивали соматический статус пациентов и витальные функции. Лабораторно исследовали гематологические показатели периферической крови, уровень С-реактивного белка и нарушения водно-электролитного баланса.

Нейрофизиологические данные. ЭЭГ регистрировали на 18-канальном электроэнцефалографе Nihon Khoden (Япония) при расположении электродов по международной схеме 10-20%. Анализировали ЭЭГ в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами. Безартефактные реализации ЭЭГ длительностью не менее 60 сек анализировали на специализированном программно-вычислительном комплексе Нейрокартограф (МБН, Россия). В программе «STATISTICA» («Статистика», США) проводили статистические сопоставления формализованных ЭЭГ и клинических показателей с применением критерия максимального правдоподобия хи-квадрат (МП χ²), а также рангового коэффициента корреляции Спирмана R(S). Проводили топографическое картирование параметров мощности и когерентности для основных физиологических диапазонов ритмов (дельта, тета, альфа, бета). Затем групповые количественные показатели ЭЭГ между фоном в начале и в конце исследования, нормой и патологией сопоставляли на основе непараметрического критерия Манна-Уитни с помощью пакета статистических программ. При анализе когерентности для интерпретации полученных данных использовали пиктографические изображения в результате обработки пакетом статистических программ.

Корреляция сроков возникновения клинических изменений и наступления изменений показателей когерентности позволила установить, что наличие изменений в бета-диапазоне для легкого и умеренного гемипареза и в альфа1-диапазоне для выраженного в установленных областях возникает в среднем за 14 дней до появления клинической динамики. Показаны корреляции между выраженностью посттравматического гемипареза и локальным нарастанием когерентности

Методика исследования.

- Осуществляют регистрацию ЭЭГ на 18-канальном электроэнцефалографе при расположении электродов по международной схеме 10-20%. Анализируют ЭЭГ в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами.

- Запись ЭЭГ длительностью не менее 60 сек анализируют на специализированном программно-вычислительном комплексе, например, Нейрокартограф (МБН, Россия).

- Проводят топографическое картирование параметров когерентности для основных физиологических диапазонов ритмов (дельта (0,5-4 Гц), тета1 (4,3-5,5 Гц), тета2 (5,6-7,4 Гц), альфа1 (7,8-8,6 Гц), альфа2 (9-10,2), альфа3 (10,5-12.5 Гц), бета1 (12,9-20 Гц)).

- Индивидуальные показатели когерентности сравнивают с показателями когерентности нормы, во всех диапазонах ритмов, между отведениями Cz-C4-C3, Pz-Cz, Pz-P3-P4, С4-Т4, С3-Т3.

- Если в отведениях Cz-C4-C3, Pz-Cz, Pz-P3-P4, С4-Т4, С3-Т3 в диапазоне альфа значения когерентности равны или больше нормативных значений, фиксируют благоприятный прогноз и высокий реабилитационный потенциал.

- Если в отведениях Cz-C4-C3, Pz-Cz, Pz-P3-P4, С4-Т4, С3-Т3 в диапазоне альфа значения когерентности ниже нормативных значений более чем на 20%, по истечении 14 дней реабилитационных мероприятий осуществляют повторную регистрацию ЭЭГ и рассчитывают когерентность в диапазоне альфа ритма в отведениях Cz-C4-C3, Pz-Cz, Pz-Р3-Р4, С4-Т4, С3-Т3, - Если при повторной регистрации ЭЭГ динамика значений показателей когерентности отсутствует, то фиксируют не благоприятный прогноз и низкий реабилитационный потенциал; если динамика увеличений значений показателей составляет более 10%, но менее 50% прогноз является сомнительным, требуется продолжение реабилитационных мероприятий и динамическое исследование через 14 дней.

Нормативные значения показателей когерентности представлены в таблице 1.

Клинический пример 1

Пациент К. (29 лет) последствия ТЧМТ, переведен на 20-е сутки. В неврологическом статусе выявлен правосторонний гемипарез до 3х баллов, выполнена ЭЭГ, где по результатам ЭЭГ произведен расчет когерентности по отведениям Cz-C4-C3, Pz-Cz, Pz-P3-P4, С4-Т4, С3-Т3, выявлено снижение когерентности по основным диапазонам ритмов более чем на 50%. После 2-х недель реаблитационных мероприятий отмечалось повышение уровня когерентности между указанными парами от 15 до 20% от нормы в альфа2 (9-10,2 Гц) (Cz-C4 0,930, Cz-C3 0,907, Pz-Cz 0,635, Pz-P3 0,840 Pz -P4 0,750, C4-T4 0,723, C3-T3 0,805) и альфа3 (10,5-12.5 Гц) (Cz-C4 0,870, Cz-C3 0,887, Pz-Cz 0,605, Pz-P3 0,780 Pz -P4 0,730, C4-T4 0,608, C3-T3 0,797). В неврологическом статусе сохранялась прежняя картина (правосторонний гемипарез 3 балла).

При контрольном исследовании через 14 дней (третий сеанс обследования) отмечалось повышение уровня когерентности между указанными парами от 10 до 15% от нормы в альфа2 (9-10,2 Гц) (Cz-C4 0,945, Cz-C3 0,900, Pz-Cz 0,625, Pz-P3 0,850 Pz -P4 0,780, C4-T4 0,763, C3-T3 0,845) и альфа3 (10,5-12.5 Гц) (Cz-C4 0,890, Cz-C3 0,897, Pz-Cz 0,645, Pz-P3 0,830 Pz-P4 0,780, C4-T4 0,648, C3-T3 0,830), в неврологическом статусе отмечался полный регресс пареза и увеличение мышечной силы до нормальной. Прогноз благоприятный, высокий реабилитационный потенциал.

Клинический пример 2

Пациент Я. (31 год) последствия ТЧМТ, переведен на 27-е сутки. В неврологическом статусе выявлен правосторонний гемипарез до 2-х баллов, выполнена ЭЭГ, где по результатам ЭЭГ расчет когерентности по отведениям Cz-C4-C3, Pz-Cz, Pz-Р3-Р4, С4-Т4, С3-Т3 выявлено снижение когерентности по основным диапазонам ритмов более чем на 50%. После 2-х недель реаблитационных мероприятий сохранялся уровень когерентности между указанными парами от нормы в альфа2 (9-10,2 Гц) (Cz-C4 0,425, Cz-С3 0,337, Pz-Cz 0,257, Pz-P3 0,560 Pz -P4 0,410, C4-T4 0,380, С3-Т3 0,250) и альфа3 (10,5-12.5 Гц) (Cz-C4 0,380, Cz-C3 0,415, Pz-Cz 0,270, Pz-P3 0,115 Pz -P4 0,310, C4-T4 0,280, С3-Т3 0,420).

Через 14 дней после реаблитационных мероприятий (третий сеанс обследования) сохранялся уровень когерентности между указанными парами от нормы в альфа2 (9-10,2 Гц) (Cz-C4 0,425, Cz-C3 0,335, Pz-Cz 0,255, Pz-P3 0,562 Pz -P4 0,412, C4-T4 0,383, С3-Т3 0,251) и альфа3 (10,5-12.5 Гц) (Cz-C4 0,383, Cz-C3 0,417, Pz-Cz 0,272, Pz-P3 0,113 Pz -P4 0,313, C4-T4 0,282, C3-T3 0,422).

В неврологическом статусе сохранялась прежняя картина (правосторонний гемипарез 2 балла), при контрольном исследовании сохранялись те же изменения со снижением когерентности, в неврологическом статусе сохранялся гемипарез 2 балла. Прогноз не благоприятный, низкий реабилитационный потенциал.

Клинический пример 3

Пациентка Б. (19 лет) последствия ТЧМТ, переведена на 35-е сутки. В неврологическом статусе выявлен правосторонний гемипарез до 3х баллов, выполнена ЭЭГ, где по результатам ЭЭГ расчет когерентности по отведениям Cz-C4-C3, Pz-Cz, Pz-Р3-Р4, С4-Т4, С3-Т3 выявлено снижение когерентности по основным диапазонам ритмов более чем на 40%. После 2-х недель реабилитационных мероприятий отмечалось повышение уровня когерентности между указанными парами от 15 до 20% от нормы в альфа2 (9-10,2 Гц) (Cz-C4 0,910, Cz-C3 0,917, Pz-Cz 0,655, Pz-P3 0,830 Pz -P4 0,710, C4-T4 0,703, C3-T3 0,805) и альфа3 (10,5-12.5 Гц) (Cz-C4 0,830, Cz-C3 0,817, Pz-Cz 0,615, Pz-P3 0,740 Pz-P4 0,710, C4-T4 0,618, C3-T3 0,777). В неврологическом статусе сохранялась прежняя картина (правосторонний гемипарез 3 балла). Прогноз сомнительный, средний реабилитационный потенциал.

При контрольном исследовании через 30 дней отмечалось повышение уровня когерентности между указанными парами от 10 до 15% от нормы в альфа2 (9-10,2 Гц) (Cz-С4 0,925, Cz-C3 0,910, Pz-Cz 0,635, Pz-P3 0,830 Pz - Р4 0,740, С4-Т4 0,755, С3-ТЗ 0,815) и альфа3 (10,5-12.5 Гц) (Cz-C4 0,870, Cz-C3 0,890, Pz-Cz 0,640, Pz-P3 0,810 Pz -P4 0,720, C4-T4 0,640, C3-T3 0,810), в неврологическом статусе отмечался полный регресс пареза и увеличение мышечной силы до нормальной Прогноз благоприятный.

При контрольном исследовании через 1 год отмечалось прежний уровень когерентности в альфа2 (9-10,2 Гц) (Cz-C4 0,925, Cz-C3 0,910, Pz-Cz 0,635, Pz-P3 0,830 Pz -P4 0,740, C4-T4 0,755, C3-T3 0,815) и альфа3 (10,5-12.5 Гц) (Cz-C4 0,870, Cz-C3 0,890, Pz-Cz 0,640, Pz-P3 0,810 Pz -P4 0,720, C4-T4 0,640, C3-T3 0,810), в неврологическом статусе отмечался полный регресс пареза и увеличение мышечной силы до нормальной.

Изобретение относится к медицине, а именно к неврологии, реабилитации. Осуществляют регистрацию ЭЭГ в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами. Проводят топографическое картирование параметров когерентности для основных физиологических диапазонов ритмов. Индивидуальные показатели когерентности сравнивают с показателями нормы. Если в отведениях Cz-C4-C3, Pz-Cz, Pz-P3-P4, С4-Т4, С3-Т3 в диапазоне альфа-ритма значения когерентности равны или больше нормативных значений, фиксируют благоприятный прогноз и высокий реабилитационный потенциал. Если в отведениях Cz-C4-C3, Pz-Cz, Pz-P3-P4, С4-Т4, С3-Т3 в диапазоне альфа-ритма значения когерентности ниже нормативных значений более чем на 20%, то по истечении 14 дней реабилитационных мероприятий осуществляют повторную регистрацию ЭЭГ. Если по результатам повторного анализа ЭЭГ фиксируют повышение показателей когерентности на 20%, определяют средний реабилитационный потенциал. Если по результатам повторного анализа ЭЭГ фиксируют сохранение низких показателей когерентности, определяют низкий реабилитационный потенциал. Способ позволяет определить реабилитационный потенциал двигательной системы после черепно-мозговой травмы за счет анализа наиболее значимых параметров когерентности ЭЭГ. 1 табл., 3 пр.

Способ определения реабилитационного потенциала двигательной системы после черепно-мозговой травмы, заключающийся в том, что осуществляют регистрацию ЭЭГ на 18-канальном электроэнцефалографе при расположении электродов по международной схеме 10-20% в состоянии спокойного бодрствования с закрытыми глазами, проводят топографическое картирование параметров когерентности для основных физиологических диапазонов ритмов: дельта 0,5-4 Гц, тета1 4,3-5,5 Гц, тета2 5,6-7,4 Гц, альфа1 7,8-8,6 Гц, альфа2 9-10,2, альфа3 10,5-12,5 Гц, бета1 12,9-20 Гц, индивидуальные показатели когерентности сравнивают с показателями когерентности нормы в соответствии с таблицей 1 описания во всех диапазонах ритмов между отведениями Cz-C4-C3, Pz-Cz, Pz-Р3-Р4, С4-Т4, С3-Т3, проводят оценку когерентности в диапазоне альфа-ритма ЭЭГ, если в отведениях Cz-C4-C3, Pz-Cz, Pz-P3-P4, С4-Т4, С3-Т3 в диапазоне альфа-ритма значения когерентности равны или больше нормативных значений, фиксируют благоприятный прогноз и высокий реабилитационный потенциал, если в отведениях Cz-C4-C3, Pz-Cz, Pz-P3-P4, С4-Т4, С3-Т3 в диапазоне альфа-ритма значения когерентности ниже нормативных значений более чем на 20%, то по истечении 14 дней реабилитационных мероприятий осуществляют повторную регистрацию ЭЭГ и рассчитывают когерентность в диапазоне альфа-ритма в отведениях Cz-C4-C3, Pz-Cz, Pz-P3-P4, С4-Т4, С3-Т3, если по результатам повторного анализа ЭЭГ фиксируют повышение показателей когерентности на 20%, определяют средний реабилитационный потенциал, если по результатам первичного анализа ЭЭГ фиксировали снижение показателей когерентности, а по результатам повторного анализа ЭЭГ фиксируют сохранение низких показателей когерентности, определяют низкий реабилитационный потенциал.