🗊Презентация Спектральные методы анализа магнитных энцефалограмм

МЭГ СПЕКТРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА МАГНИТНЫХ ЭНЦЕФАЛОГРАММ

методы магнитной энцефалографии МЭГ является наиболее эффективным методом для изучения процессов, протекающих в головном мозге и трехмерной локализации нейронной активности (токовых источников магнитного поля) при решении обратной задачи. Погрешность локализации токовых источников в МЭГ, как правило, не превышает 2–3 мм и может использоваться также в кли-нической практике. Магнитные поля, вызванные источниками в объеме мозга, очень слабы (в диапазоне примерно –Тл, Табл.1), и сильно искажены фоновым шумом.

Таблица 1

Superconducting Quantum Interference Device, SQUID Одной из главных составляющих установки МЭГ является сверхпроводящий квантовый интерференционный датчик — СКВИД. Это петля из сверхпроводника, которое в одном или двух местах имеет джозефсоновский контакт. Именно работа при сверхнизкой температуре, когда уменьшены тепловые шумы датчика, позволяет создавать предельно чувствительные приборы. Предел чувствительности в современных сквид-магнитометрах составляет величину порядка Тл. С обнаружением в 1986 оксидных высокотемпературных сверхпроводников появилась принципиальная возможность создания "азотных" сквидов, работающих при темп-ре 77 К. Детекторы, находящиеся в жидком гелии, встроены в специальный шлем. Вся эта конструкция помещена в специальную камеру, которая экранирует систему съёма от магнитного поля Земли.

Измеряемый сигнал представляет собой пространственно-временную структуру: 148-мерный вектор измерений в 148 точках на поверхности головы, развернутый во временной ряд с частотой опроса датчиков 500 Гц.

Общая задача анализа МЭГ Общая задача анализа МЭГ сводится к задаче параметрической идентификации изучаемой системы. На рис. 1 представлены g(t)— входной тестовый сигнал, A(t,p) — оператор опознаваемой системы, x(t) — выходной сигнал, n(t)— внешний шум, y(t) — наблюдаемый сигнал.

Анализ данных В последнее время интенсивно развивается подход к распознаванию, использующий спектральное представление сигнала ортогональными функциональными разложениями. При этом элементами признакового пространства являются векторы коэффициентов Фурье. Для распознавания типа активности сигнала предлагается следующий метод: Векторизация данных МЭГ. Их представление в сферической системе координат в виде ряда по ортонормированным сферическим функциям Наличие простой аналитической связи между коэффициентами разложения при применении к аргументу функции преобразования SO(2) позволяет построить быструю процедуру перебора функций в заданном классе.

Выделение трех наиболее информативных коэффициентов разложения. На вход подается матрица, состоящая из полученных 35 коэффициентов для каждого момента времени, т. е. , где N — количество отсчетов. Выделение трех наиболее информативных коэффициентов разложения. На вход подается матрица, состоящая из полученных 35 коэффициентов для каждого момента времени, т. е. , где N — количество отсчетов. В качестве критерия выбора коэффициентов разложения рассматривается требование максимальности отношения математического ожидания к дисперсии:

нахождение магнитного поля по известным источникам Источники магнитной активности головного мозга моделируются точечными токовыми диполями. Каждый такой диполь характеризуется радиус-вектором диполя r0 и Q —моментом диполя. Для вычисления магнитной индукции на поверхности головы используется модель токового диполя в проводящей сфере. Для датчика магнитного поля в точке r и имеющего направление n, уравнение записывается следующим образом:

Токовый диполь представляется функцией Токовый диполь представляется функцией плотности тока в виде Магнитная индукция при этом зависит линейно от величины момента Q и нелинейно от положения источника. Можно переписать для величины магнитного потока через поперечную площадь катушки индуктивности:

Обратная задача магнитной энцефалографии Если известны приближенные положение и направление токового диполя, можно вычислить величину магнитного поля на всей поверхности головы. Функцию невязки можно записать в виде Обратная задача магнитной энцефалографии состоит в нахождении искомых параметров r0 и Q, минимизирующих функцию невязки. Источники магнитного поля должны, естественно, находиться внутри головы.

Локализация источника сигнала во время вспышки паркинсонической активности

картрирование Точное измерение положения области нервной активности, сопровождающей раздражение того или иного органа чувств, позволяет строить карты активности коры головного мозга: «соматотопическую» для осязания, «тонотопическую» для слуха, «ретинотопическую» для зрения. Такие карты могут служить основой для понимания процессов переработки поступающей в головной мозг информации и постановки более сложных нейрофизиологических экспериментов на базе полученных результатов. Причем исследования можно проводить на вполне здоровых людях без какого-либо оперативного вмешательства и существенных неудобств для испытуемого.

фМРТ Снимки функциональной магнитно-резонансной томографии мозга при выполнении задачи, не задействующей лобные доли (А), и при выполнении задачи, задейсвующей лобные доли (Б).