CC BY
36
ТулГУ, 2012. C.77-86.
Демидова Анастасия Владимировна, аспирант, [email protected], Россия, Тула, ТулГУ
INTELLIGENT NAVIGATION AND INHERENT CONTROL OF UNIVERSAL PILOTLESS
UNA TTENDED TRANSFER PLA TFORMS
A. V. Demidova
The research studies the task of unattended dynamic programming of the path of object-oriented travel and control over actions of a machine and units with high level of independence when traveling in environment with mobile and immobile objects. Dual relation conservation law is at the heart of the algorithm. Functional structure of the model and its organizational design are described.
Key words: intelligent unattended object, universal travel algorithm, cross-forming
dual.
Anastasia Vladimirovna Demidova, postgraduate, [email protected] Russia, Tula, Tula State University.
УДК (61+62) :519.673
БИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ: ВЕРИФИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РЕГИСТРАЦИИ ВЫЗВАННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ НА ВСПЫШКУ СВЕТА
В. А. Жеребцова, В.В. Савельев, А. А. Индюхин,
А.Ф. Индюхин, Н.Л. Коржук, А.В. Томашвили
В статье идет речь о применении факторного анализа при исследовании средне- и длиннолатентных вызванных потенциалов на вспышку света. Рассмотрен способ и устройство для регистрации вызванных потенциалов, основанные на использовании самонастраивающегося фильтра, который выделяет из ЭЭГ доминирующий ритм. Проведен факторный анализ полученных данных методом общих факторов. Обобщен новый материал по исследуемой теме.
Ключевые слова: электроэнцефалограмма, вызванный потенциал, самонастраивающийся фильтр, доминирующий ритм, факторный анализ.
Биотехническая система предназначена для скринингующей диагностики неврологических нарушений у детей. Диагностический процесс включает три этапа: выявление грубой патологии, экспертную оценку ЭЭГ по уровням и частотам синхронизации, регистрацию и оценку вызванных потенциалов.
Среднелатентные зрительные вызванные потенциалы (ЗВП) на вспышку регистрируются на специализированных компьютерных системах
259
(например, «Электроретинограф» фирмы МБН, г. Москва) методом синхронного накопления, когда отрезки электроэнцефалограммы (ЭЭГ) суммируются, начиная с момента подачи вспышки фотостимулятором. Результат получается после 50 - 100 вспышек, поскольку в суммируемых отрезках ЭЭГ присутствует в случайной фазе, и после многократного суммирования стремится к своему математическому ожиданию, т. е. к нулю. При этом ЗВП, имеющие более регулярный характер, накапливаются и становятся заметными, несмотря на свою малую амплитуду (единицы мкВ). Длиннолатентные вызванные потенциалы, чаще именуемые когнитивными (КВП) или Р300 (по латентности главного положительного пика, возникающего около 300 мс после афферентного стимула), регистрируются, как правило, на других компьютерных системах, имеющих в своем составе аудиостимулятор, а также кнопку для связи с компьютером. Это обусловлено самой методикой выделения Р300: испытуемый должен опознать среди однотонных звуковых стимулов случайным образом возникающие стимулы другого тона, и отреагировать на них нажатием кнопки. В синхронном накоплении участвуют только те отрезки ЭЭГ (25 - 50 реализаций), которые следуют за значимым стимулом. В то же время в литературе указывается на возможность регистрировать Р300 на любые другие стимулы [1].
Рассматривается диагностическая система, которая не только регистрирует одновременно ЗВП и КВП, но также получает единичные реализации вызванных потенциалов.
Известны способ и устройство для регистрации КВП, основанные на использовании самонастраивающегося фильтра, который выделяет из ЭЭГ доминирующий ритм. При вычитании его из исходного сигнала можно выделить когнитивную составляющую и определить Р300 [2]. Такая система не может зарегистрировать ЗВП, поскольку время переходного процесса у нее составляет 0,15 - 0,2 с, и главные компоненты ЗВП - пики К75 и Р100 будут потеряны из-за недоподавления доминирующего ритма. На рис. 1 представлен среднестатистический график вызванного потенциала, построенный по литературным данным.
Для достижения желаемого результата известную систему следует модифицировать в соответствии с рис. 2.
На входы сумматора поступают сигнал с выхода усилителя ЭЭГ и (с минусом) сигнал ПФ. С выхода регулятора сигнал подается на сглаживающий фильтр. При достижении заданного уровня срабатывает пороговое устройство, в результате чего блок управления через блок переключения отключает регулятор от управления полосовым фильтром и выдает сигнал на запуск фотостимулятора.
Предлагаемая структура системы позволяет выделить наряду с длиннолатентным ВП также и среднелатентный благодаря тому, что воздействие на пациента (вспышка света) подается после окончания переходного процесса настройки ПФ на частоту доминирующего ритма.
10
5 4
ва" 2
С О
- -2 -
-4
-10
РЮО РЗОО
л
3 2 1 0 4 0 ь 0 0 '
1
N75
N200
Время. С
Рис. 1. График вызванного потенциала, содержащий средне-и длиннолатентные составляющие
Проверка системы осуществлена на группе пациентов, у которых регистрировалась ЭЭГ в процессе ритмической фотостимуляции с частотой 1 Гц, результаты обрабатывались полосовым фильтром с автоматически изменяющимися параметрами. В группу входили дети и подростки (К = 40 человек, 24 мальчика и 16 девочек) в возрасте от 9 до 17 лет с отчетливым доминированием в ЭЭГ альфа-ритма. Большая часть из них (28 человек, основная группа) имела функциональные (вегетососудистая дистония - 10 человек, цереброастенический синдром - 9 человек, цефалгия -4 человека) и органические неврологические нарушения (эписиндром в стадии компенсации - 3 человека, черепно-мозговая травма - 2 человека). Контрольную группу составляли 12 человек здоровых пациентов.
Дети обследовались врачами - неврологами и специалистами функциональной диагностики после получения информированного согласия родителей по разработанным рекомендациям о применении лечебнодиагностических программно-аппаратных комплексов.
Обработка ЭЭГ осуществлялась по схеме рис. 2, для подавления высокочастотных шумов использовался низкочастотный фильтр третьего порядка [3]. Ввиду значительных амплитудных искажений ВП (до 35 %) в анализ взяты только латентности пиков И75, Р]оо, N2оо, Рзоо (обозначения по [1]), зарегистрированные в отведениях Р3, Р4, О], О2.
Целью эксперимента было выявление таких параметров ВП, которые могли бы быть использованы при скринингующем обследовании детей для диагностики неврологических нарушений.
Из литературы [1] известно, что для КВП характерна отчетливая зависимость от возраста пациента, но эта зависимость получена для параметров после осреднения нескольких десятков реализаций. Единичные реализации (раздельно на первую и вторую вспышку) показывают другую
тенденцию (табл. 1).
Рис. 2. Система диагностики вызванных потенциалов:
ФС - фотостимулятор; П - пациент; У - усилитель ЭЭГ;
С - сумматор; ПФ - полосовой фильтр; БУ - блок управления; БП - блок переключения; ПУ - пороговое устройство;
СФ - сглаживающий фильтр; Р - регулятор
Таблица 1
Коэффициенты корреляции латентностей пиков вызванных потенциалов с возрастом в полной группе испытуемых
Номер вспышки От- ведение N75 Р100 N200 Р300
1 т -0,07 -0,25 -0,09 0,10
Рч -0,35 -0,21 -0,36 -0,12
Оі 0,00 -0,09 0,18 0,11
О2 0,03 0,02 0,18 -0,01
2 Рз 0,05 0,08 -0,10 -0,43
-0,18 0,05 -0,09 -0,15
Оі 0,29 0,17 0,30 0,34
О2 -0,19 -0,29 -0,34 -0,27
Наиболее чувствительной к возрасту оказалась латентность Р300 в отведении Р3 при второй вспышке, но почти такую же зависимость с противоположным знаком имеет Р300 в отведении Оь При второй вспышке латентность И200 в отведениях ОI и О2 имеет противоположную направленность. Первая вспышка вызывает достаточно индивидуальный отклик
(низкие корреляции), кроме N200 в отведении Р4 и, неожиданно, N75 в отведении Р4. Последний результат обладает существенной новизной, поскольку единичные реализации ЗВП мало исследованы.
При наличии у пациента неврологических нарушений картина возрастных зависимостей значительно меняется (табл. 2).
Таблица 2
Коэффициенты корреляции латентностей пиков вызванных потенциалов с возрастом в группе испытуемых с неврологическими
нарушениями
Номер вспышки Отведе- ние N75 Р100 N200 Р300
1 Рз -0,01 -0,25 0,27 0,31
Рч -0,05 -0,11 -0,11 -0,01
Оі 0,07 -0,14 0,16 0,23
О2 0,12 0,03 -0,29 -0,01
2 Рз 0,00 0,00 -0,02 -0,38
р^ч -0,22 -0,04 0,08 -0,22
Оі 0,30 0,41 -0,14 -0,40
О2 -0,12 -0,14 -0,32 -0,31
Практически отсутствует зависимость параметров ЗВП от возраста при первой вспышке, которая отчетливо проявляется при второй в отведении О}. Для КВП при первой вспышке латентность N^0 подвержена противоположным тенденциям в отведениях Р3 и О2. После второй вспышки проявляется зависимость от возраста параметров N75 и Р!00, а также отрицательная корреляция Р300 в отведении О!.
Таблица 3
Коэффициенты корреляции латентностей пиков вызванных потенциалов с возрастом в^группе здоровых испытуемых
Номер вспышки Отведе- ние N75 Р100 N200 Р300
1 Рз -0,10 -0,28 -0,23 0,07
-0,48 -0,24 -0,47 -0,16
О1 -0,08 -0,06 0,27 0,10
О2 -0,10 0,00 -0,14 -0,10
2 Р3 0,07 0,22 -0,09 -0,40
р^ -0,12 0,13 -0,26 -0,14
О1 0,34 0,18 0,44 0,68
О2 -0,25 -0,39 -0,29 -0,19
Для здоровых испытуемых (табл. 3) характерна отрицательная зависимость от возраста латентности отрицательных пиков И75 и И200 в отведении Р4 при первой вспышке, которая при второй значительно снижается. Еще более важным признаком можно назвать обнаруженную парадоксально положительную зависимость латентностей пиков КВП в отведении О1 при второй вспышке.
Факторный анализ проводился методом общих факторов в пакете прикладных программ 8ТЛТІ8ТІСЛ-8. Рассматривались следующие массивы данных:
1. Латентности ВП полной группы после первой вспышки;
2. Латентности ВП полной группы после второй вспышки;
3. Латентности ВП полной группы после двух вспышек;
4. Латентности ВП пациентов с неврологическими нарушениями после первой вспышки;
5. Латентности ВП пациентов с неврологическими нарушениями после второй вспышки;
6. Латентности ВП пациентов с неврологическими нарушениями после двух вспышек;
7. Латентности ВП контрольной группы после первой вспышки;
8. Латентности ВП контрольной группы после второй вспышки;
9. Латентности ВП контрольной группы после двух вспышек.
Результаты факторного анализа представлены в соответствии с указанными номерами.
1. Рассмотрены 3 фактора с собственными значениями свыше 1,9. Эти факторы суммарно определяют 52% общей дисперсии. 1 фактор - теменной, оказывает влияние на латентность пиков: N200 и Р300 в отведении Р4 (факторные нагрузки -079 и -0,72 соответственно).
2. Рассмотрены 4 фактора с собственными значениями свыше 1,7. Эти факторы суммарно определяют 61% общей дисперсии. 1 фактор - теменной, оказывает влияние на латентность пиков: N200 в отведении Р3 (факторная нагрузка -0,74); N200 и Р300 в отведении Р4 (факторные нагрузки -0,78 и -0,76 соответственно).
3. Рассмотрены 8 факторов с собственными значениями свыше 1,5. Эти факторы суммарно определяют 68% общей дисперсии. 1 фактор, -теменной, оказывает влияние на латентность пика N200 в отведении Р4 во время 1 вспышки (факторная нагрузка -0,8).
4. Рассмотрены 4 фактора с собственными значениями свыше 1,5. Эти факторы суммарно определяют 76% общей дисперсии. 1 фактор - париетально-окципитальный, оказывает влияние на латентность пиков: Р300 в отведении Р3 (факторная нагрузка -0,72); ^5 и Р100 в отведении Р4 (факторные нагрузки -0,72 и -0,77 соответственно); Р100 в отведении О1 (факторная нагрузка -0,76). 2 фактор - теменной, оказывает влияние на латентность пика ^5 в отведении Р3 (факторная нагрузка -0,76). 3 фактор - затылоч-
ный, оказывает влияние на латентность пиков: Р300 в отведении О1 (факторная нагрузка -0,72); ^5 и Р100 в отведении О2 (факторные нагрузки 0,71 и 0,77 соответственно). 4 фактор - затылочный, оказывает влияние на латентность пика Р300 в отведении О2 (факторная нагрузка 0,70).
5. Рассмотрены 4 фактора с собственными значениями свыше 1,5. Эти факторы суммарно определяют 78% общей дисперсии. 1 фактор - париетально-окципитальный, оказывает влияние на латентность пиков: N7^ Р100, N200, Р300 в отведении Р4 (факторные нагрузки 0,76; 0,81; -0,76; -0,74 соответственно); ^5 и Р100 в отведении О2 (факторные нагрузки 0,76 и 0,95 соответственно). 2 фактор - затылочный, оказывает влияние на латентность пиков: Р300 в отведении О1 (факторная нагрузка -0,82); N200 в отведении О2 (факторная нагрузка -0,78). 4 фактор - затылочный, оказывает влияние на латентность пика ^5 в отведении О1 (факторная нагрузка -
0,82).
6. Рассмотрены 8 факторов с собственными значениями свыше 1,3. Эти факторы суммарно определяют 87 % общей дисперсии. 1 фактор -париетально-окципитальный, оказывает влияние на латентность пиков: Р100 в отведении Р4 во время 2 вспышки (факторная нагрузка 0,74); Р100, N200, Р300 в отведении О2 во время 2 вспышки (факторные нагрузки 0,83; -0,72; -
0,7 соответственно). 2 фактор - затылочный, оказывает влияние на латентность пика N200 и Р300 в отведении О1 во время 2 вспышки (факторные нагрузки -0,76 и -0,87 соответственно). 3 фактор - теменной, оказывает влияние на латентность ^5 в отведении Р3 во время 1 вспышки (факторная нагрузка 0,75). 4 фактор - теменной, оказывает влияние на латентность Р300 в отведении Р3 во время 1 вспышки (факторная нагрузка 0,7). 5 фактор - теменной, оказывает влияние на латентность Р300 в отведении Р3 во время 2 вспышки (факторная нагрузка -0,7).
7. Рассмотрены 4 фактора с собственными значениями свыше 1,9. Эти факторы суммарно определяют 68 % общей дисперсии. 1 фактор -париетально-окципитальный, оказывает влияние на латентность пиков: ^00, Р300 в отведении Р4 (факторные нагрузки 0,75 и 0,8 соответственно); Р300 в отведении О1 (факторная нагрузка 0,79). 2 фактор - затылочный, оказывает влияние на латентность пиков: ^5 и Р100 в отведении О1 (факторные нагрузки 0,74 и 0,77 соответственно). 3 фактор - затылочно-теменной, оказывает влияние на латентность пика Р100 в отведении Р3 (факторная нагрузка 0,77); Р300 в отведении О2 (факторная нагрузка -0,73).
8. Рассмотрены 4 фактора с собственными значениями свыше 1,97. Эти факторы суммарно определяют 71 % общей дисперсии. 1 фактор -теменной, оказывает влияние на латентность пика Р300 в отведении Р3 (факторные нагрузки -0,8). 2 фактор - теменной, оказывает влияние на латентность пика ^5 в отведении Р4 (факторная нагрузка -0,7).
9. Рассмотрены 8 факторов с собственными значениями свыше 1,6. Эти факторы суммарно определяют 75% общей дисперсии. 1 фактор - те-
менной, оказывает влияние на латентность пиков: К200 в отведении Р4 во время 1 вспышки (факторная нагрузка -0,9); Р300 в отведении Р3 во время 2 вспышки (факторная нагрузка -0,8). 2 фактор - теменной, оказывает влияние на латентность пика Р100 в отведении Р3 во время 1 вспышки (факторная нагрузка 0,8).
Проведенный анализ нельзя назвать успешным с классической точки зрения, поскольку не выявлено четкой структуры данных, влияние факторов невелико. Однако отсутствие значительной корреляции между зарегистрированными латентностями позволяет сделать более ценные выводы.
По полной группе следует отметить особую значимость пика К200 в правом и левом полушариях в париетальных отведениях. Он является опорным независимо от наличия неврологических нарушений.
В основной группе наблюдается парадоксальная картина: ряд факторов оказывает влияние и на параметры ЗВП, и на параметры КВП, причем факторы при первой вспышке действуют локально, каждый в своей зоне, а при второй их зона действия расширяется. Самым интересным представляется то, что в основной группе не выявлено ни одного фактора, оказывающего влияние при двух вспышках, то есть реакции на первую и вторую вспышки совершенно независимы.
В контрольной группе при первой вспышке доминирующие первый и второй факторы управляют раздельно зрительным и когнитивным процессами, но есть менее значительный фактор, связывающий зрительный анализатор в левом полушарии с осознанием в правом. При второй вспышке зрительный и когнитивный процесс полностью независимы. Анализ массива по двум вспышкам выявил наличие у здоровых пациентов связи в реакциях на первую и вторую вспышки (чего не было в основной группе), однако результат процесса распознавания (Р300) в обоих случаях наступает независимо.
Таким образом, по результатам разведочного факторного и корреляционного анализа можно сделать следующие выводы:
1. При скринингующем обследовании целесообразно наряду с регистрацией ЭЭГ определять параметры зрительных и когнитивных вызванных потенциалов на вспышку света.
2. Для определения наличия неврологических нарушений необходимо учитывать возраст обследуемого и предъявлять ему не менее двух вспышек света.
3. Наиболее существенным признаком наличия неврологических нарушений по обследованной группе является противоположная направленность тенденций изменения параметров вызванных потенциалов при первой и второй вспышке.
4. У обследуемых с неврологическими нарушениями выявлена корреляция между параметрами зрительных и когнитивных вызванных потен-
циалов.
Список литературы
1. Опыт применения вызванных потенциалов в клинической практике / под ред. В.В. Гнездицкого, А.М. Шамшиновой. М.: АОЗТ «Анти-дор», 2001. 480 с.
2. Жеребцова В.А., Индюхин А.Ф., Соколов Э.М., Хадарцев А.А., Васильев В.П., Морозов В.И. Способ диагностики длиннолатентного вызванного потенциала мозга и устройство для его осуществления // Патент РФ № 2240036 от 20.11.2004 г.
3. Томашвили А.В., Индюхин А. А. Программно-аппаратный комплекс диагностики вызванных потенциалов // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск: «Медицинские информационные системы». Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2012. № 9 (134). С. 154 - 159.
Жеребцова Валентина Александровна, д-р биолог. наук, директор, [email protected] , Россия, Тула, ГУЗ ТО «Тульская областная детская психоневрологическая больница»,
Савельев Валерий Викторович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой pbs. tula aramhler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Коржук Николай Львович, канд. техн. наук, доц., pbs. [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Индюхин Алексей Федорович, канд. биолог. наук, доц., ind a famail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Индюхин Алексей Алексеевич, аспирант, induke 705 a.mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Томашвили Анна Валерьевна, аспирант, tomashvili annaamail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FACTOR ANALYSIS OF THE LATENCY TO MEDIUM AND LONG-LATENT EVOKED
POTENTIALS A T THE FLASH OF LIGHT
V.A. Zherebtsova, V. V. Saveliev, N.L. Korzhuk,
A.F. Indyuhin, A.A. Indyuhin, A. V. Tomashvili
The article deals with the application of factor analysis in the study of the medium-and long-latency evoked potentials at the flash of light. The paper considers a method and a device for registration of evoked potentials, based on the use of self-tuning filters, which distinguishes from the EEG dominant rhythm. The factor analysis of the data obtained by the common factors. The new material on the researched theme generalized.
Key words: electroencephalogram, the evoked potential, the self-tuning filter, the dominant rhythm, factor analysis.
Zherebtsova Valentina Alexandrovna, doctor of biological sciences, manager, [email protected], Russia, Tula, «Tula regional children's psychoneurological hospital»
Saveliev Valery Viktorovich, doctor of technical science, professor, manager of department, pbs. [email protected]. Russia, Tula, Tula State University,
Korzhuk Nikolay Lvovich, candidate of technical science, docent,
pbs. tula@ramler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Indyuhin Alexey Fedorovich, candidate of biological science, docent, ., ind_a_f@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Indyuhin Alexey Alexeevich, postgraduate, induke [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Tomashvili Anna Valeryevna, postgraduate, tomashvili [email protected], Russia, Tula, Tula State University
