ХАИ-МЕДИКА
Главная | Новости | Продукция | Версии | Скачать | Публикации | О нас | Контакты EnglishEn

Электроэнцефалографический комплекс НЕЙРОКОМ. Удаление артефактов.

Главная НЕЙРОКОМ | База Данных | Регистрация | Видеомониторинг | Артефакты | Спектр | Карты | ICA анализ | Гипервентиляция | Стимуляция | Томограф | ВП | Отчет | Печать | Спецификация | ЧаВо

Обычно, при работе с ЭЭГ данными, врач сталкивается с четырьмя типами артефактов:
  • электродные артефакты, возникающие при изменении поляризационной ЭДС, генерируемой кожно-электродным переходом;
  • физиологические артефакты, связанные с регистрацией потенциалов, возникающих при моргании и движении глаз, миографических потенциалов при мышечном напряжении, регистрацией ЭКГ или пульсовых колебаний, возникающих за счет совместного влияния пульсаций скальповых сосудов и изменения поляризационной ЭДС кожно-электродного перехода;
  • синхронизированные стимулами физиологические артефакты при работе с ВП;
  • артефакты, создаваемые электромагнитными полями промышленного переменного тока частоты 50 (60) Гц.
  • Наиболее эффективным средством борьбы с артефактами, создаваемыми электромагнитными полями промышленного переменного тока является использование усилителей с высоким коэффициентом подавления синфазной помехи и применение программных режекторных фильтров.
    В комплексе НЕЙРОКОМ мы еще больше повысили коэффициент подавления синфазной помехи усилителя, увеличили его входное сопротивление для синфазной составляющей, предотвращая ее преобразование в дифференциальную, расширили динамический диапазон усилителя, облегчая задачу последующей фильтрации. Мы применили более совершенные программные фильтры и ввели еще один, принципиально новый метод борьбы с подобной помехой - использование ICA технологии.

    Синхронизированные стимулами физиологические артефакты при работе с ВП - особый вопрос. Нам не известны коммерческие версии ЭЭГ комплексов, позволяющие с ними бороться. В комплексе НЕЙРОКОМ режекция подобных артефактов возможна. Она также базируется на использовании ICA технологии.
    Что касается оставшихся типов артефактов, то в предыдущих версиях нашей программы мы могли предложить лишь самый простой способ их устранения, состоящий в вырезании временных интервалов ЭЭГ, содержащих артефакты, причем, и задача обнаружения артефакта, и задача выделения соответствующих временных участков записи, полностью возлагалась на врача, и делать это нужно было в реальном времени. (Заметим, что это один из самых распространенных способов борьбы с артефактами, т.к. он наиболее прост в реализации).

    Недостатки этого метода очевидны:

  • сложность работы в реальном времени, т.к. врачу приходится одновременно наблюдать и за пациентом и за регистрируемым сигналом, а дополнительно - еще и вырезать артефакты;
  • сложность распознавания не очевидных артефактов по "сырой" ЭЭГ;
  • возможность получения дополнительных артефактов в точках стыковки предыдущих и последующих безартефактных участков;
  • необходимость вырезания участков с интересными ЭЭГ феноменами, если они совпадали с артефактными участками;
  • принципиальная невозможность отстройки от ОКГ артефактов, синхронных со стимулами, при работе с ВП.
  • В программе НЕЙРОКОМ мы несколько усовершенствовали этот метод. В процессе регистрации ЭЭГ мы ввели возможность установки "маркеров событий", для описания особенностей поведения пациента, а вырезание артефактных участков перенесли на этап последующей обработки, причем, мы ввели в программу алгоритмы автоматического поиска артефактов, с возможностью коррекции полученных результатов врачом. Теперь, уже без спешки просматривая запись и учитывая расставленные при регистрации маркеры и автоматически выделенные артефакты, Вы сможете провести более качественное редактирование ЭЭГ. К сожалению, это не исключило все недостатки метода. Поэтому в новой версии программы мы предложили и для устранения таких артефактов использовать технологию ICA.

    В проблеме борьбы с артефактами существует два аспекта: распознавание артефакта и его режекция. Рассмотрим второй аспект - режекцию артефакта, хотя, как будет ясно из дальнейшего, ICA технология просто незаменима и при распознавании артефактов. Предположим, что мы выделили временной участок с электродным артефактом, провели разложение ЭЭГ сигналов на компоненты и выделили артефактную компоненту. Теперь проведем обратную операцию, композицию, т.е., сложение всех компонент (за исключением артефактной) с соответствующими весами и фазами, для образования сигналов отведений из независимых компонент. Т.к. артефактная компонента из композиции исключена, будет исключено и влияние источника артефактов на сигналы ЭЭГ отведений. Как видно, в результате проведенной операции осуществляется избирательная режекция артефакта с сохранением временного участка записи, с сохранением вклада всех источников ЭЭГ активности, за исключением артефактного. Теперь на анализируемом временном участке исходный сигнал можно заменить полученной композицией, произвести соответствующую коррекцию данных в Базе данных и устраненный артефакт навсегда исчезнет из записи. Можно переходить к устранению следующего артефакта и т.д.

    ЭЭГ сигнал / ICA разложение (электродный артефакт) (29 kb) ЭЭГ сигнал / ICA композиция (электродный артефакт) (29 kb)
    Слева - временной участок ЭЭГ с электродным артефактом в отведении Т5, справа - полученные компоненты ICA разложения. Компонента ICA#1 - артефактная составляющая ЭЭГ сигнала. Слева - тот же участок ЭЭГ сигнала, справа -  композиция всех компонент ICA разложения, за исключением артефактной компоненты ICA#1. Пример режекции электродного артефакта.

    Весьма неприятными среди физиологических артефактов являются окулографические артефакты, возникающие при моргании и движении глаз. Они становятся еще более неприятными, если совпадают по времени возникновения с интересующими нас участками записи, например, в пробе Ориентировочная нагрузка, при исследовании зрительных вызванных потенциалов и т.д. В некоторых, наиболее совершенных компьютерных комплексах западных производителей существует возможность избирательного подавления таких артефактов. Как правило, при этом используются дополнительные электроды для регистрации "в чистом виде" ОКГ сигналов с последующим вычитанием (с определенными весами и фазами для каждого канала) артефактных сигналов из регистрируемых ЭЭГ сигналов. Однако, практически всегда, пользователи сталкиваются со значительными трудностями при определении весовых коэффициентов для последующего вычитания. Кроме того, дополнительные электроды всегда регистрируют ОКГ сигналы не "в чистом виде", а в сумме с составляющими полезных ЭЭГ сигналов, которые, к сожалению, также будут режектироваться в сигналах ЭЭГ отведений при данном методе режекции.

    В 90-х годах Principal Component Analysis (Berg and Scherg, 1991) был предложен как метод устранения глазодвигательных артефактов, однако и этот метод не позволил полностью разрешить проблему, особенно, когда ЭОГ имеет амплитуду, сравнимую с полезным ЭЭГ сигналом. В 1995 г. Bell и Sejnowski предложили использовать технологию ICA для решения поставленной задачи, которая, с некоторыми усовершенствованиями, остается наилучшей и по сегодняшний день. Они показали, что ICA алгоритм может быть использован для отделения ЭЭГ активности от миографических, окулографических и кардиографических артефактов и для нахождения независимых компонент ЭЭГ и ВП данных. Аналогичные алгоритмы были получены Girolami (1998) и Lee (1999), которые использовали их для режекции многообразных артефактов (включая ОКГ, МГ, ЭКГ сигналы и помехи питающей сети) из ЭЭГ данных.

    Можно назвать, по меньшей мере, три преимущества ICA технологии по сравнению с другими методами режекции подобных артефактов:

  • ICA технология разделяет ЭЭГ данные и присутствующие в записи артефакты на независимые компоненты, базируясь, исключительно, на характеристиках сигналов ЭЭГ отведений, не требуя дополнительных каналов регистрации данных, для записи "в чистом виде" артефактов каждого типа;
  • ICA технология после коррекции артефактов предоставляет в распоряжение все исходные данные, в противовес другим методам, дающим существенное уменьшение объема входных данных;
  • в отличие от регрессионных методов, ICA технология эффективно устраняет артефакты и сохраняет данные ЭЭГ активности в сигналах всех отведений, включая отведения, пространственно расположенные в непосредственной близости к источникам артефактов.
  • ЭЭГ сигнал / ICA композиция (ОКГ артефакт) (28 kb) ЭЭГ сигнал / ICA композиция (ОКГ артефакт) (29 kb)
    Временной участок ЭЭГ (слева), с физиологическим артефактом в виде ОКГ, и полученные компоненты ICA разложения (справа). Компоненты ICA#1, 15 - артефактные составляющие ЭЭГ сигнала. Тот же участок ЭЭГ (слева) и композиция всех компонент ICA разложения, за исключением артефактных компонент (справа). Пример режекции физиологического артефакта.

    Методически, режекция физиологических артефактов в программе НЕЙРОКОМ ничем не отличается от режекции электродных артефактов. Выделяется временной участок записи с подозрительным феноменом, производится разложение данных на независимые компоненты, при необходимости, строятся соответствующие топографические карты или проводится локализация источников отдельных компонент. Если компонента признается артефактной, то проводится композиция всех компонент, за исключением артефактной, и результатами композиции заменяются исходные ЭЭГ данные в Базе данных.

    При регистрации ВП интерес представляют короткие эпохи ЭЭГ сигналов, синхронные с моментами появления стимулов, которые в дальнейшем когерентно накапливаются для повышения соотношения сигнал/шум. Под шумом в данном случае понимаются не синхронизированные со стимулами сигналы различных источников ЭЭГ активности и различные артефакты, в том числе и артефакты, возникающие за счет моргания и движения глаз.
    Однако, когерентное накопление принципиально не может устранить составляющие глазодвигательных артефактов, если они возникают синхронно со стимулами. Эти артефакты накладываются на истинные сигналы ВП и могут привести к значительному искажению результатов анализа. Понятно, что, в особенности, эти искажения будут проявляться во фронтальных и темпоральных отведениях, электроды которых расположены в непосредственной близости от источников данной помеховой активности.

    В программе НЕЙРОКОМ для устранения влияния синхронных со стимулами глазодвигательных артефактов также используется технология ICA. После предварительного устранения не синхронных со стимулами артефактов, производится повторное когерентное накопление сигналов ВП. Далее, полученные сигналы ВП отведений раскладываются на независимые компоненты с использованием технологии ICA, и результирующая матрица ICA разложения запоминается программой. С помощью топографических карт или томографа программы производится локализация независимых источников полученного ICA разложения. Находятся источники, пространственное положение которых соответствует положению артефактных источников, например, источников глазодвигательных артефактов, и производится композиция оставшихся компонент. Т.к. композиция проводится без артефактных компонент, в полученных сигналах ВП отведений будут отсутствовать вызываемые синхронными артефактами искажения и полученные данные можно анализировать уже стандартным способом, вызвав соответствующее окно обработки программы.

    <<... Видеомониторинг ...>> Спектр
    google icon
    +38(057) 719-0478, 719-9188, (095) 047-4000, (098) 047-4000
    E-mail : info@xai-medica.com