Устройство для оценки патологических изменений в системной деятельности мозга

 

Изобретение относится к области медицины и предназначено для определения состояния головного мозга человека и выявления патологических изменений в его системной деятельности. Устройство для оценки патологических изменений в системной деятельности мозга 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. 5 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области медицины и предназначено для определения состояния головного мозга человека и выявления патологических изменений в его системной деятельности.

Для оценки новизны и изобретательского уровня второго независимого объекта заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известно устройство для оценки патологических изменений в системной деятельности мозга человека, представляющее собой коррелятор, снабженный электродами, устанавливаемыми на голове пациента и связанными с усилителем сигналов и операционным блоком для количественного определения степени корреляции формы ЭЭГ-волн за определенное время, регистрируемых в двух соседних точках головы пациента, а также графический дисплей, см. заявку Японии 59-27567, А 61 В 5/04.

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 US 4736751, А 61 В 5/04.

По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано за прототип настоящего изобретения.

Недостатками прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является то, что прототип не предусматривает количественной и качественной оценки патологических изменений в системной деятельности мозга.

Задачей изобретения является достоверное выявление степени и характера устойчивых патологических отклонений в системной деятельности мозга человека, обеспечение возможности устанавливать их локализацию и характер нарушений, количественно оценивать степень патологических отклонений, а также отклонений, связанных с выполнением тестов или с любыми переменами функционального состояния мозга.

Сущность заявляемого изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Согласно изобретению устройство для оценки патологических изменений в системной деятельности мозга, включающее набор датчиков, измеряющих различные процессы жизнедеятельности мозга, 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, отражающих процессы жизнедеятельности мозга, например, преобразования сигналов из непрерывной формы в дискретную, блок измерения статистической взаимосвязи между процессами, характеризуется тем, что оно содержит блок вычисления координат и/или величин радиус-векторов отображаемых процессов, запоминающее устройство, блок визуализации пространственного распределения радиус-векторов отображаемых процессов, например, графопостроитель или графический дисплей, при этом выходы всех датчиков подключены ко входам многоканального усилителя сигналов датчиков, выходы которого соединены с входами блока преобразования сигналов, отражающих процессы жизнедеятельности мозга, выходы которого соединены с входами блока измерения статистической взаимосвязи между процессами, выходы которого соединены с входами блока вычисления координат и/или величин радиус-векторов отображаемых процессов, выходы которого подключены ко входу блока визуализации пространственного распределения радиус-векторов отображаемых процессов, причем многоканальный усилитель сигналов датчиков, блок преобразования сигналов, блок измерения статистической взаимосвязи между процессами и блок вычисления координат и/или величин радиус-векторов отображаемых процессов взаимосвязаны с запоминающим устройством.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме этого, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения либо особые условия его использования, а именно: - устройство может быть дополнительно снабжено блоком определения размерности пространства отображаемых процессов, соответствующей совокупным статистическим свойствам взаимосвязей между отображаемыми процессами, включенным между блоком измерения статистической взаимосвязи между процессами и блоком вычисления координат и/или величин радиус-векторов отображаемых процессов, при этом блок определения размерности пространства взаимосвязан с запоминающим устройством, - устройство может быть дополнительно снабжено блоком измерения отличий параметров пространственных распределений радиус-векторов отображаемых процессов, вход которого подключен к выходам блока измерения статистической взаимосвязи между процессами, блока определения размерности пространства отображаемых процессов и блока вычисления координат и/или величин радиус-векторов отображаемых процессов, кроме того блок измерения отличий параметров пространственных распределений радиус-векторов отображаемых процессов взаимосвязан с запоминающим устройством, - устройство может быть дополнительно снабжено блоком визуализации отличий в интегративной деятельности мозга пациента, вход которого подключен к выходу блока измерения отличий параметров пространственных распределений радиус-векторов отображаемых процессов, кроме того блок визуализации отличий в интегративной деятельности мозга пациента взаимосвязан с запоминающим устройством, - устройство может быть дополнительно снабжено блоком предъявления тестов, подключенным к выходу запоминающего устройства, - устройство может быть дополнительно снабжено блоком синхронизации, выходы которого подключены ко всем остальным блокам устройства.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

За счет реализации отличительных признаков изобретения (в совокупности с признаками, указанными в ограничительной части формулы) достигаются важные новые свойства объекта. В предложенном техническом решении достигается возможность непосредственного наблюдения структуры системного взаимодействия процессов жизнедеятельности различных отделов мозга и ее текущих изменений при патологии в системной деятельности мозга.

Заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат. В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена блок-схема заявленного устройства.

Устройство для оценки патологических изменений в системной деятельности мозга включает набор датчиков 1, налагаемых на голову человека, и/или подключаемых к глубинным электродам, и/или располагаемых на некотором расстоянии от головы, многоканальный усилитель 2 сигналов датчиков, например электроэнцефалограф, с числом каналов, соответствующим числу датчиков 1, блок 3 преобразования сигналов, например, преобразования из непрерывной формы в дискретную, блок 4 измерения статистической взаимосвязи между процессами, блок 5 измерения размерности пространства отображаемых процессов, соответствующей совокупным статистическим свойствам взаимосвязей между измеряемыми процессами, блок 6 вычисления координат и/или величин радиус-векторов отображаемых процессов, блок 7 визуализации пространственного распределения радиус-векторов отображаемых процессов, например, графопостроитель или графический дисплей, запоминающее устройство 8, блок 9 измерения отличий параметров пространственных распределений радиус-векторов отображаемых процессов, блок 10 визуализации отличий в интегративной деятельности мозга пациента, блок 11 предъявления тестов и блок синхронизации 12.

Устройство работает следующим образом.

На голову пациента накладывают, и/или вживляют, и/или устанавливают на некотором расстоянии от головы датчики 1, регистрирующие различные процессы жизнедеятельности мозга пациента, например, биоэлектрохимические, магнитные и тепловые процессы. Многоканальный усилитель 2 усиливает сигналы датчиков 1, блок 3 преобразует сигналы, отражающие процессы жизнедеятельности мозга, например, из непрерывной формы в дискретную. В блоке 4 происходит измерение и преобразование совокупности величин статистических связей между упомянутыми процессами, преимущественно с использованием кросскорреляционного метода измерения статистической взаимосвязи между процессами.

В необходимых случаях в блоке 4 могут быть произведены измерения статистической взаимосвязи между процессами с помощью взаимноспектральных или когерентных методов оценок, а также знаковых, ковариационных, регрессионных, взаимноинформационных, структурных и методов, использующих оптическое преобразование процессов.

Блок 5 позволяет в необходимых случаях определить минимальную размерность пространства, соответствующую совокупным статистическим свойствам взаимосвязей между измеряемыми процессами. В блоке 6 происходит вычисление координат и/или величин радиус-векторов, соответствующих отдельным процессам. Блок 7 производит построение отображений совокупностей радиус-векторов процессов в любой удобной для визуального восприятия форме с учетом величин статистических связей, отображаемых в виде величин углов между попарными радиус-векторами, с учетом пропорциональной зависимости между величиной косинуса угла между радиус-векторами и величиной статистической связи между соответствующими процессами.

Оценку патологических изменений в системной деятельности мозга производят путем визуального сопоставления пространственного распределения радиус-векторов, предъявляемого в блоке 7, с пространственным положением датчиков, и по наличию и характеру отличий в пространственном распределении радиус-векторов и датчиков судят о патологии в системной деятельности мозга пациента.

Оценку патологических изменений в системной деятельности мозга производят путем визуального и количественного сопоставления распределения радиус-векторов с распределением радиус-векторов, типичным для клинически здоровых испытуемых.

Оценку динамики патологических изменений в системной деятельности мозга производят путем визуального и количественного сопоставления распределения радиус-векторов с распределением радиус-векторов, ранее полученных у этого же пациента и хранящихся в запоминающем устройстве 8. Это позволяет объективно оценить результаты проводимого лечения.

Оценку функциональных изменений в системной деятельности мозга производят путем визуального и количественного сопоставления распределения радиус-векторов с распределением радиус-векторов, полученных у этого же пациента в исходном состоянии и хранящихся в запоминающем устройстве 8. Это позволяет оценивать изменения функционального состояния пациента в связи с утомлением, приемом лекарств, нахождением в экстремальных условиях, в состоянии естественного или гипнотического сна и в измененных состояниях сознания.

Оценку изменений в системной деятельности мозга производят путем визуального и количественного сопоставления распределения радиус-векторов, полученных в моменты выполнения тестовых заданий, предъявляемых с помощью блока 11, с распределением радиус-векторов, полученных у этого же пациента в исходном состоянии.

Это позволяет оценить изменения системной деятельности мозга при мыслительной и операторской деятельности человека, провести профессиональное тестирование, отслеживание связей умственных способностей человека с пространственной организацией системной деятельности его мозга.

Количественное сопоставление распределения радиус-векторов может быть осуществлено в блоке 9 путем измерения величины и знака угловых отклонений, зарегистрированных радиусов-векторов от нормативного их расположения или значения и/или отклонений величин модулей зарегистрированных радиусов-векторов от нормативного их значения, при этом по величине и знаку угловых отклонений радиус-векторов судят о наличии и характере патологических нарушений системного взаимодействия мозговых процессов, а по величине отклонений величин модулей радиус-векторов судят о сугубо локальных, очаговых, изменениях в системной деятельности мозга. Это позволяет в блоке 10 получить карты отличий в интегративной организации системной деятельности различных отделов мозга пациента, что позволяет определить степень выраженности локальных и межрегиональных абсолютных и относительных отличий интегративной деятельности различных отделов мозга от нормативного.

Блок 9 также позволяет путем сопоставления минимальной размерности пространства, выявленной у данного пациента в блоке 5, с размерностью пространства, соответствующей совокупным статистическим свойствам взаимосвязей между процессами у клинически здоровых испытуемых, обнаружить сложные формы искажений нормативной структуры пространственных взаимосвязей между измеряемыми процессами.

Блок синхронизации 12 обеспечивает согласованную работу всех элементов заявленного устройства.

Основным и наиболее существенным преимуществом заявленного устройства является возможность простого и быстрого выявления патологических отклонений в системной деятельности мозга, эффективно диагностировать степень и характер патологии и следить за результатами проводимого лечения.

Заявленное устройство позволяет: - непосредственно в период регистрации наблюдать на дисплее распределение радиус-векторов сигналов мозга у конкретного пациента, - по отклонениям их расположения от нормативного эффективно и достаточно быстро визуально и количественно оценить степень выраженности патологических изменений и их характер, - оценить их стабильность на протяжении обследования, - проследить за наличием или отсутствием межполушарных асимметрий,
- выявить сугубо локальные, очаговые изменения и их локализацию,
- обнаружить сложные формы искажений структуры пространственных взаимосвязей процессов,
- непрерывно качественно и количественно оценивать эффективность проводимого лечения в его динамике,
- оценивать изменения функционального состояния пациента в связи с утомлением, приемом лекарств, нахождением в экстремальных условиях, в состоянии естественного или гипнотического сна и в измененных состояниях сознания,
- определить степень выраженности локальных и межрегиональных отличий в деятельности различных отделов мозга при выполнении пациентом различных тестовых заданий,
- оценить изменения системной деятельности мозга при мыслительной и операторской деятельности человека, провести профессиональное тестирование, отслеживание связей умственных способностей человека с пространственной организацией системной деятельности его мозга.

Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается успешными результатами опытной проверки заявленного устройства, все блоки которого реализуются известными методами с использованием известных выпускаемых промышленностью технических средств (микросхемы и другая элементная база т. п. ).

Так, блок измерения статистической взаимосвязи между мозговыми процессами 4 может быть выполнен с использованием известных в области электроники технических средств, реализующих разные методы математического анализа статистической взаимосвязи процессов (корреляционные, когерентные, а также знаковые, ковариационные, регрессионные, взаимноинформационные, кросспектральные, структурные и методы, использующие оптическое преобразование процессов, и т. п. ). Все эти методы известны в области статистики, спектрального анализа либо анализа случайных процессов.

Блок 5 определения размерности пространства отображаемых процессов может быть выполнен с использованием известных в области электроники технических средств, реализующих методы линейной алгебры и многомерной статистики.

Блок 6 вычисления координат и/или величин радиус-векторов отображаемых процессов может быть выполнен с использованием известных в области электроники технических средств, реализующих разные методы факторного и компонентного анализов, а также методы экстремальной группировки параметров, корреляционных плеяд, многомерного шкалирования.

Блок 7 визуализации пространственного распределения радиус-векторов реализуется, например, в виде графопостроителя, графического дисплея, представляющего необходимую информацию либо в трехкоординатной системе с помощью стереометрических методов, либо с помощью ограниченного числа двумерных проекций.

Все вышеуказанное обусловливает, по мнению заявителя, соответствие заявленного технического решения критерию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Устройство для оценки патологических изменений в системной деятельности мозга, включающее набор датчиков, измеряющих различные процессы жизнедеятельности мозга, 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, отражающих процессы жизнедеятельности мозга, например преобразования сигналов из непрерывной формы в дискретную, блок измерения статической взаимосвязи между процессами, отличающееся тем, что оно содержит блок вычисления координат и/или величин радиус-векторов отображаемых процессов, запоминающее устройство, блок визуализации пространственного распределения радиус-векторов отображаемых процессов, например графопостроитель или графический дисплей, при этом выходы всех датчиков подключены ко входам многоканального усилителя сигналов датчиков, выходы которого соединены с входами блока преобразования сигналов, отражающих процессы жизнедеятельности мозга, выходы которого соединены с входами блока измерения статистической взаимосвязи между процессами, выходы которого соединены с входами блока вычисления координат и/или величин радиус-векторов отображаемых процессов, выходы которого подключены ко входу блока визуализации пространственного распределения радиус-векторов отображаемых процессов, причем многоканальный усилитель сигналов датчиков, блок преобразования сигналов, блок измерения статистической взаимосвязи между процессами и блок вычисления координат и/или величин радиус-векторов отображаемых процессов взаимосвязаны с запоминающим устройством.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено блоком определения размерности пространства отображаемых процессов, соответствующей совокупным статистическим свойствам взаимосвязей между отображаемыми процессами, включенным между блоком измерения статистической взаимосвязи между процессами и блоком вычисления координат и/или величин радиус-векторов отображаемых процессов, при этом блок определения размерности пространства взаимосвязан с запоминающим устройством.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено блоком измерения отличий параметров пространственных распределений радиус-векторов отображаемых процессов, вход которого подключен к выходам блока измерения статистической взаимосвязи между процессами, блока определения размерности пространства отображаемых процессов и блока вычисления координат и/или величин радиус-векторов отображаемых процессов, кроме того, блок измерения отличий параметров пространственных распределений радиус-векторов отображаемых процессов взаимосвязан с запоминающим устройством.

4. Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено блоком визуализации отличий в интегративной деятельности мозга пациента, вход которого подключен к выходу блока измерения отличий параметров пространственных распределений радиус-векторов отображаемых процессов, кроме того, блок визуализации отличий в интегративной деятельности мозга пациента взаимосвязан с запоминающим устройством.

5. Устройство по пп. 1-4, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено блоком предъявления тестов, подключенным к выходу запоминающего устройства.

6. Устройство по пп. 1-5, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено блоком синхронизации, выходы которого подключены ко всем остальным блокам устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1