Совместный анализ частотно-временных характеристик ЭЭГ, ЭМГ и механического тремора

Одним из путей поиска признаков болезни Паркинсона (БП) является совместный анализ сигналов разной модальности - электроэнцефалограммы (ЭЭГ), элек- тромиограммы (ЭМГ) и механического тремора (МТ), измеряемого с помощью акселерометров.

В нейрофизиологии создан метод компьютерной регистрации и количественной оценки тремора, возникающего при неизменном поддержании позы суставного угла. Более детально этот метод описан ниже в следующем разделе. Метод

Рис. 5. Средние арифметические (слева) и медианы коэффициентов корреляции для отведений С3 и С4 контрольной группы и отведений в «больном» полушарии групп пациентов на 1-й и 2-й стадиях БП

Таблица 1

Оценка стадии БП по анализу ЭЭГ и сравнение с клиническим диагнозом

позволяет из широкого спектра электромиограммы выделить тот частотный диапазон сигнала, который создаетдвигательный акт.

Информация о треморе руки лежит не в самом сигнале ЭМГ, а в его огибающей, которую можно вычислить с помощью преобразования Гильберта (Вакман,Вайнштейн, 2000). Для выделения амплитуды и фазы произвольного амп- литудно модулированного сигнала u(t) необходимо создать на его основе аналитический сигнал:

Вещественная часть аналитического сигнала совпадает с исходным сигналоми(^). Мнимая часть w(t) называется преобразованием Гильберта сигнала u(t). Вычисляется с помощью преобразования Гильберта:

Подставляя (5) в формулу (4) и преобразуя формулу (4) в представленной форме (6), можно идентифицировать огибающую ЭМГ (4).

Оцифрованные записи ЭЭГ были обработаны фильтром Баттерворта 4-го порядка для удаления частот 50 и 100 Гц.

На рис. 6 и 7 представлены частотно-временные распределения экстремумов вейвлет-спектрограмм ЭЭГ в отведения С3 и С4 моторной зоны коры, а также экстремумы огибающей ЭМГ и механического тремора (МТ) в контралатеральных конечностях.

Соответствующие интегральные частотные гистограммы локальных максимумов отображаются на рис. 8, 9.

На рис. 9 видно, что экстремумы в больной моторной зоне правого полушария частотно скоррелированы с экстремумами МТ и ЭМГ. Напротив, в еще клинически здоровом левом полушарии мозга такой корреляции нет (см. рис. 8).

В табл. 2 приведены оценки стадии БП по количественным характеристикам ЭЭГ и тремора и сравнение их с клиническими диагнозами. В качестве количественных признаков ЭЭГ используется отношение амплитуд пиков частотных гис-

Рис.

Рис. 7. Локальные максимумы на частотно-временном диапазоне межполушарно-симметрично- го отведения C4 и контралатеральных МТ и ЭМГ больного на 1-й стадии БП по качественной шкале Хен-Яра

Рис. 8. Интегральные частотные гистограммы локальных максимумов («здоровое» полушарие) с частотной рассинхронизацией в 0-диапазоне

Рис. 9. Интегральные частотные гистограммы локальных максимумов («больное» полушарие) с частотной синхронизацией в 0-диапазоне

тограмм экстремумов вейвлет спектрограмм в тета диапазоне и доминирующего ритма А₀/А_ав отведениях С3 и С4, отношение аналогичных пиков тремора LH/RH, отношение средних r(C3)/r(C4) и среднеквадратичных отклонений o(C3)/o(C4) распределения коэффициентов корреляции динамических гистограмм доминирующего ритма в отведениях С3 и С4. Из этих величин можно сформировать оценку близости R испытуемого к некоторому абстрактному идеалу:

у которого отсутствует ритм в 0-диапазоне, следовательно А₀/А_а = 0 в обоих отведениях С3 и С4, амплитуды тремора конечностей, средние коэффициенты корреляции динамических гистограмм доминирующего ритма и их среднеквадратичные отклонения одинаковы. Оценка близости R является эвклидовым расстоянием в пространстве этих признаков испытуемого от абстрактного идеала.

Таблица 2

Оценка стадии заболевания БП по количественному анализу признаков ЭЭГ и тремора и

сравнение ее с клиническим диагнозом

Из табл. 2 видно, что для представителей контрольной группы - расстояние R