用于計(jì)算定量eeg的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及用于計(jì)算定量EEG的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]腦電圖(“EEG”)是測(cè)量和記錄人的大腦的電活動(dòng)以便評(píng)價(jià)腦功能的診斷工具。多個(gè)電極被附著到人的頭部并且通過(guò)接線連接到機(jī)器。機(jī)器放大信號(hào)并記錄人的大腦的電活動(dòng)。通過(guò)對(duì)在多個(gè)神經(jīng)元上的神經(jīng)活動(dòng)求和來(lái)產(chǎn)生電活動(dòng)。這些神經(jīng)元生成小的電壓場(chǎng)。這些電壓場(chǎng)的聚集產(chǎn)生在人的頭部上的電極能夠檢測(cè)和記錄的電讀數(shù)。EEG是多個(gè)較簡(jiǎn)單的信號(hào)的疊加。在正常成人中，EEG信號(hào)的幅度通常在I微伏到100微伏的范圍，并且當(dāng)利用硬腦膜下電極測(cè)量時(shí)EEG信號(hào)為大約10毫伏到20毫伏。對(duì)電信號(hào)的幅度和時(shí)間動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)提供與潛在的神經(jīng)活動(dòng)和人的醫(yī)療狀況有關(guān)的信息。
[0003]EEG被執(zhí)行以:診斷癲癇；驗(yàn)證關(guān)于意識(shí)喪失或癡呆的問(wèn)題；驗(yàn)證昏迷中的人的腦活動(dòng)；研究睡眠障礙，在外科手術(shù)期間監(jiān)測(cè)腦活動(dòng)，以及額外的身體問(wèn)題。
[0004]多個(gè)電極(通常17至21個(gè)，然而存在針對(duì)至少71個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)位置)在EEG期間被附著到人的頭部。通過(guò)與人的大腦的腦葉或區(qū)域有關(guān)的電極的位置來(lái)引用電極。引用如下:F =額部的；Fp =額極的；T =顳葉的；C =中央的；P =煩頂?shù)模? =枕部的；并且A =近耳的(耳部電極)。數(shù)字被用于進(jìn)一步使位置變窄，并且“z”點(diǎn)涉及在人的頭部的中線中的電極位點(diǎn)。心電圖(“EKG”)還可以顯現(xiàn)在EEG顯示器上。
[0005]EEG使用被稱作導(dǎo)聯(lián)(montages)的電極的各種組合來(lái)記錄來(lái)自不同放大器的腦電波。導(dǎo)聯(lián)一般被創(chuàng)建以提供在腦皮層上的EEG的空間分布的清晰圖片。導(dǎo)聯(lián)是從記錄電極的空間陣列獲得的電圖并且優(yōu)選地指的是在特定時(shí)間點(diǎn)被檢查的電極的特定組合。
[0006]在雙極導(dǎo)聯(lián)中，通過(guò)將一個(gè)通道的電極輸入端2連接到隨后通道的輸入端I來(lái)鏈接連續(xù)的電極對(duì)，使得相鄰?fù)ǖ谰哂泄餐囊粋€(gè)電極。電極的雙極鏈可以從前到后(縱向的)或從左到右(橫向的)進(jìn)行連接。在雙極導(dǎo)聯(lián)中，比較兩個(gè)有源電極位點(diǎn)之間的信號(hào)，得到記錄的活動(dòng)的差異。另一種類型的導(dǎo)聯(lián)是參考導(dǎo)聯(lián)或單級(jí)導(dǎo)聯(lián)。在參考導(dǎo)聯(lián)中，各種電極連接到每個(gè)放大器的輸入端I并且參考電極連接到每個(gè)放大器的輸入端2。在參考導(dǎo)聯(lián)中，在有源電極位點(diǎn)處收集信號(hào)并且將該信號(hào)與共同參考電極進(jìn)行比較。
[0007]參考導(dǎo)聯(lián)有益于確定波形的真實(shí)幅度和形態(tài)。對(duì)于顳葉電極，CZ通常是良好的頭皮參考。
[0008]能夠?qū)﹄娀顒?dòng)的源點(diǎn)進(jìn)行定位(“定位”)對(duì)于能夠分析EEG是關(guān)鍵的。對(duì)雙極導(dǎo)聯(lián)中的正?；虍惓ＤX電波的定位通常通過(guò)識(shí)別“相位反轉(zhuǎn)”來(lái)完成，“相位反轉(zhuǎn)”是指鏈內(nèi)的兩個(gè)通道的偏轉(zhuǎn)指向相反的方向。在參考導(dǎo)聯(lián)中，所有通道可以示出在相同方向上的偏轉(zhuǎn)。如果在有源電極處的電活動(dòng)當(dāng)與在參考電極處的活動(dòng)比較時(shí)是正的，則偏轉(zhuǎn)將向下。其中電活動(dòng)與在參考電極處的電活動(dòng)相同的電極將不示出任何偏轉(zhuǎn)。一般地，具有最大向上偏轉(zhuǎn)的電極表示參考導(dǎo)聯(lián)中的最大負(fù)活動(dòng)。
[0009]—些圖案指示朝向人中的癲癇的傾向。醫(yī)師可以將這些波稱為“癲癇樣異?！被颉鞍d癇波”。這些包括棘波(spike)、尖波(sharp wave)、以及棘波放電(spike-and-wavedischarge)。在諸如左顳葉的大腦的特定區(qū)域中的棘波和尖波指示部分癲癇可能有可能來(lái)自于該區(qū)域。另一方面，原發(fā)性全身性癲癇由廣泛分布在大腦的兩個(gè)半球上的棘波放電揭示，尤其在棘波放電同時(shí)在兩個(gè)半球中開(kāi)始的情況下。
[0010]存在若干類型的腦電波:alpha波、beta波、delta波、theta波以及gamma波。Alpha波具有8赫茲到12赫茲(“Hz”)的頻率。Alpha波通常當(dāng)人放松或在清醒狀態(tài)中時(shí)當(dāng)人的眼睛閉上但是人在精神上是警覺(jué)的時(shí)發(fā)現(xiàn)。當(dāng)人的眼睛張開(kāi)或人集中注意力時(shí)，Alpha波結(jié)束。Beta波具有13Hz到30Hz的頻率。Beta波通常當(dāng)人警覺(jué)、思考、激動(dòng)或服用高劑量的特定藥物時(shí)發(fā)現(xiàn)。Delta波具有小于3Hz的頻率。Delta波通常當(dāng)人睡著(非REM睡眠或沒(méi)有做夢(mèng)的睡眠)或人是幼兒時(shí)發(fā)現(xiàn)。Theta波具有4Hz到7Hz的頻率。Theta波通常當(dāng)人睡著(做夢(mèng)或REM睡眠)或人是幼兒時(shí)發(fā)現(xiàn)。Gamma波具有30Hz到10Hz的頻率。Gamma波通常在高級(jí)精神活動(dòng)和運(yùn)動(dòng)功能時(shí)發(fā)現(xiàn)。
[0011]本文中使用以下定義。
[0012]“幅度”是指從波谷到最大峰(負(fù)的或正的)測(cè)得的垂直距離。其表示與神經(jīng)元群的大小和其在分量生成期間的激活同步性有關(guān)的信息。
[0013]術(shù)語(yǔ)“模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換”是指當(dāng)模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換成能夠之后被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中以用于進(jìn)一步處理的數(shù)字信號(hào)時(shí)的情況。模擬信號(hào)是“真實(shí)世界”信號(hào)(例如，諸如腦電圖、心電圖或眼電圖的生理信號(hào))。為了使它們被存儲(chǔ)并且由計(jì)算機(jī)操縱，這些信號(hào)必須被轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠理解的離散數(shù)字形式。
[0014]“偽影(artifact) ”是由EEG沿頭皮檢測(cè)到的但是源自于非腦源點(diǎn)的電信號(hào)。存在患者相關(guān)偽影(例如，移動(dòng)、出汗、ECG、眼部移動(dòng))和技術(shù)偽影(50/60HZ偽影、線纜移動(dòng)、電極膏相關(guān)的偽影)。
[0015]術(shù)語(yǔ)“差分放大器”是指電生理儀器的關(guān)鍵。其放大在兩個(gè)輸入端之間的差異(每對(duì)電極一個(gè)放大器)。
[0016]“持續(xù)時(shí)間”是從電壓變化的開(kāi)始到其返回到基線的時(shí)間間隔。其也是在分量生成中涉及的神經(jīng)元的同步性激活的測(cè)量結(jié)果。
[0017]“電極”是指用于建立與電路的非金屬部分的電接觸的導(dǎo)體。EEG電極是通常由不銹鋼、錫、金或覆蓋有氧化銀涂層的銀制成的小金屬片。它們被放置在頭皮上的專門(mén)的位置中。
[0018]“電極凝膠”用作電極的可塑延伸，使得電極引線的移動(dòng)不太可能產(chǎn)生偽影。凝膠使皮膚接觸最大化并且允許通過(guò)皮膚的低阻抗記錄。
[0019]術(shù)語(yǔ)“電極定位”(10/20系統(tǒng))是指用于典型EEG記錄的頭皮電極的標(biāo)準(zhǔn)化布置。該系統(tǒng)的本質(zhì)是鼻根-枕骨隆突(Nas1n-1n1n)與固定點(diǎn)之間的10/20范圍的百分?jǐn)?shù)中的距離。這些點(diǎn)被標(biāo)記為額極(Fp)、中央(C)、顱頂⑵、枕部(O)、以及顳葉⑴。中線電極被標(biāo)記有腳注z，其代表零。奇數(shù)用作在左半球上的點(diǎn)的腳注，并且偶數(shù)用作在右半球上的點(diǎn)的腳注。
[0020]“腦電圖”或“EEG”是指通過(guò)記錄來(lái)自頭皮的大腦的電活動(dòng)的由腦電圖儀做出的腦電波的軌跡。
[0021]“腦電圖儀”是指用于檢測(cè)并記錄腦電波的裝置(還稱作腦電描記器(encephalograph))。
[0022]“癲癇樣”是指類似癲癇。
[0023]“濾波”是指從信號(hào)移除不想要的頻率的過(guò)程。
[0024]“濾波器”是更改信號(hào)的頻率組分的設(shè)備。
[0025]“導(dǎo)聯(lián)”指電極的布置。能夠利用雙極導(dǎo)聯(lián)或參考導(dǎo)聯(lián)來(lái)監(jiān)測(cè)EEG。雙極導(dǎo)聯(lián)指每一個(gè)通道存在兩個(gè)電極，因此對(duì)于每個(gè)通道存在參考電極。參考導(dǎo)聯(lián)指對(duì)于所有通道存在共同參考電極。
[0026]“形態(tài)”指波形的形狀。波的形狀或EEG圖案由組合來(lái)構(gòu)成波形的頻率并且由它們的相位和電壓關(guān)系來(lái)確定。波圖案能夠被描述為:顯現(xiàn)為包括一個(gè)主導(dǎo)活動(dòng)的“單形態(tài)”顯著EEG活動(dòng)、包括組合形成復(fù)雜波形的多個(gè)頻率的“多形態(tài)”顯著EEG活動(dòng)、類似正弦波的“正弦形”波。單形態(tài)活動(dòng)通常是與背景活動(dòng)明顯不同的正弦形“瞬變”孤立波或圖案。
[0027]“棘波”是指具有尖峰和從20毫秒到低于70毫秒的持續(xù)時(shí)間的瞬變。
[0028]術(shù)語(yǔ)“尖波”指具有尖峰和70至200毫秒的持續(xù)時(shí)間的瞬變。
[0029]術(shù)語(yǔ)“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法”是指識(shí)別具有是癲癇樣異常的高可能性的尖波瞬變的算法。
[0030]“噪聲”是指修改期望的信號(hào)的任何不想要的信號(hào)。其能夠具有多個(gè)源。
[0031]“周期性”是指圖案或元素在時(shí)間上的分布(例如，特定EEG活動(dòng)在或多或少有規(guī)律的間隔上的出現(xiàn))?；顒?dòng)可以是全身性的、局灶性的或偏側(cè)性的。
[0032]EEG歷元(印och)是根據(jù)時(shí)間和頻率的EEG信號(hào)的幅度。
[0033]定量EEG(QEEG)曾經(jīng)在過(guò)去某個(gè)時(shí)間在對(duì)EEG的分析中使用。最常用的是用于使用FFT的時(shí)間壓縮的圖形輸出。這種類型的圖形輸出能夠由人類閱讀者解讀以示出例如長(zhǎng)時(shí)間段EEG在頻率范圍中的概觀。盡管單頁(yè)EEG可以顯示十秒的數(shù)據(jù)，但是一頁(yè)QEEG可以顯示數(shù)分鐘或甚至數(shù)小時(shí)。
[0034]QEEG還能夠用于產(chǎn)生以在給定時(shí)間點(diǎn)的單個(gè)數(shù)字值的時(shí)間平均的結(jié)果。這能夠是與平均幅度一樣簡(jiǎn)單。或者，其能夠是限于單個(gè)頻率范圍中的波的計(jì)算結(jié)果。
[0035]QEEG能夠被限制到記錄的通道的數(shù)量的子集。以這種方式，計(jì)算反映半球中的活動(dòng)，或大腦的較小部分。
[0036]所述計(jì)算結(jié)果也可以被計(jì)算為通道的兩個(gè)子集或兩個(gè)不同的頻率范圍的相對(duì)值。思想在于這些相對(duì)值的變化能夠是在診斷上重要的。
[0037]已經(jīng)存在對(duì)使用QEEG來(lái)解讀EEG的大量學(xué)術(shù)興趣。構(gòu)思在于QEEG是較不主觀的并且比審閱潛在的波形更快。圖案也可能隨時(shí)間浮現(xiàn)，這種圖案如果不是不可能看到的話也是難以看到的。
[0038]—個(gè)示例是對(duì)中風(fēng)的診斷。應(yīng)相信，當(dāng)中風(fēng)開(kāi)始時(shí)，腦活動(dòng)的變化幾乎立即被反映在EEG中。這將在存在臨床癥狀之前顯著地出現(xiàn)在許多案例中。因此，存在對(duì)處于中風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)的患者的連續(xù)監(jiān)測(cè)以提供早期診斷和治療的很大興趣。
[0039]然而，對(duì)連續(xù)監(jiān)測(cè)的障礙是巨大的。第一，連續(xù)監(jiān)測(cè)原始EEG信號(hào)是非常勞動(dòng)密集的。第二，反映中風(fēng)的小的相對(duì)變化的類型非常難以觀察到，尤其是當(dāng)一次以僅十秒的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)時(shí)。QEEG能夠是對(duì)此的解決方案并且已經(jīng)存在嘗試確定哪種計(jì)算結(jié)果可以示出反映中風(fēng)的變化的類型的重要的正在進(jìn)行中的研究。然而，在該領(lǐng)域中的工作由于EEG中的偽影的非常大量的存在已經(jīng)受到很大挫敗。
[0040]在頭皮EEG信號(hào)中，諸如肌肉、眼部移動(dòng)和通過(guò)電極的不良電接觸的偽影能夠淹沒(méi)針對(duì)大腦的信號(hào)。專家級(jí)審閱者知道忽視這些偽影并關(guān)注無(wú)偽影部分，然而QEEG沒(méi)有這種奢侈并且所有信號(hào)被包含在計(jì)算中。結(jié)果是QEEG常常反映偽影與其反映腦活動(dòng)一樣多或比其反映腦活動(dòng)更多。當(dāng)然，這在產(chǎn)生圖形結(jié)果時(shí)是有問(wèn)題的，但是在那種情況下專家級(jí)審閱者再次可能能夠辨別出來(lái)源于腦活動(dòng)的圖案。然而，在為了診斷目的計(jì)算離散值的情況下，這是非常大的問(wèn)題。出于這個(gè)原因，研究者頻繁地嘗試挑選相對(duì)無(wú)偽影的片段來(lái)進(jìn)行計(jì)算，但是這當(dāng)然不可用于臨床實(shí)踐中。
[0041]因此，尤其在臨床設(shè)置中，存在對(duì)含有完全信號(hào)但是大大減少的偽影的QEEG的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0042]本解決方案是在QEEG處理之前以計(jì)算方式移除在記錄中存在的偽影中的許多偽影。以這種方式，能夠顯著改善信噪比，并且得到的QEEG計(jì)算將反應(yīng)腦活動(dòng)。在這點(diǎn)上，之后能夠同時(shí)確定哪種類型的QEEG將在診斷中是有效的以及在臨床上使用它。
[0043]在本領(lǐng)域中已經(jīng)存在可能使用EEG的計(jì)算出的測(cè)度(QEEG)來(lái)預(yù)料中風(fēng)的臨床癥狀的研究和討論。
[0044]關(guān)于進(jìn)行使用QEEG來(lái)預(yù)料中風(fēng)的臨床癥狀