Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Моделювання ЕЕГ сигналів в середовищі ППП MathCAD (Розрахункова робота №3)
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра електронних приладів
Інформація про роботу
Рік:
2009
Тип роботи:
Розрахункова робота
Предмет:
Біомедичні сигнали та їх обробка
Група:
ФБЕ-11
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет "Львівська політехніка"
Кафедра електронних приладів
Розрахункова робота № 3
з дисципліни: “Біомедичні сигнали та їх обробка”
на тему: “ Моделювання ЕЕГ сигналів в середовищі ППП MathCAD”
Виконав:
студент групи ФБЕ - 11
Перевірила:
Дорош Н.В.
Львів – 2009
Мета роботи
Ознайомитись з типом та електрофізичними параметрами біосигналів мозку та методами їхнього аналізу. Провести моделювання електроенцефалографійних (ЕЕГ) сигналів у середовищі ППП MathCAD, визначити їхні основні амплітудно-часові та спектральні характеристики. Ознайомитись з методами нейровізуалізації електричної активності мозку.
2. Завдання і порядок виконання розрахунково-графічної роботи
2.1. Сформувати або вибрати з бази даних масив відліків ЕГГ-сигнал для заданого відведення (система 10-20) і часового інтервалу (інтервал аналізу Т=1-3 с ). Побутувати графік ЕЕГ-сигналу.
2.2. Провести спектральний Фур'є-аналіз ЕЕГ-сигналу (розрахунок спектральних коефіцієнтів: і модуля , побудова графіка
2.3. Розрахунок сумарного спектру для одного з стандартних () частотних діапазонів. Наприклад, для -діапазону:
2.4. Побудова топографічної карти для обраного частотного діапазону.
3. Теоретичні відомості
Електроенцефалографія (ЕЕГ)
Різницю потеціалів між двома точками на скальпі кроля та мавпи зафіксував ще у 1875 році англієць Річард Катом. Він також встановив, що кора мозку крім нативних (натуральних, природних) мозкових потенціалів відображає зміну у потенціалах мозку при збудженні визначеної чутливої афе рентної (тобто в напрямку від периферійних до центральних відділів) системи.6 липня 1924 року Гапс Бергер одержав перший запис біоелектричної активності мозку людини.
Після покращання забезпечення приладами (в 1926 році Бергер придбав гальванометр фірми Сіменс) він почав реєструвати ЕЕГ з поверхні непорушеного черепа. В 1929 році Бергер опублікував результати своєї праці -- «Uber das Electroenzephalogram des Menschen» - ця публікація вважається народженням електроенцефалографії.
Нейрофізіологічна природа ЕЕГ в наш час не ясна. Немає доказу, що повільні періодичні хвилі в сигналі ЕЕГ є наслідком підсумовування поодиноких потенціалів дії. Зйом кою ЕКОГ з різних глибин було встановлено, що сигнал ЕЕГ виникає в сірій (але не в білій) речовині.
З початку 40-х років електроенцефалографія набула ве ликого значення не тільки в дослідженнях, але й у клінічній практиці. Сигнал ЕЕГ є носієм інформації про стан (в середнь ому) тисячі нейронів у відповідному інтервалі часу.
Інженер повинен знати, що результуюча сукупність ЕЕГ відображає завжди рівень збудження сукупностей клітин (а не поодиноких нейронів), бо по міжклітинному простору про тікають струми, що водночас виникають в тисячах нейронів. Тому для вірного відображення мозкової активності не тільки важливо знімати ЕЕГ у великій кількості місць (в зарубіжних дослідженнях іноді використовують більше 48 відведень), але й передобробкою сигналу забезпечити якнайкращу його ди наміку.
ЕЕГ вже більш, ніж півстоліття використовують для діаг ностики шерегу захворювань, класифікації сну, анестезії, гіпнозу, інтоксикації організму тощо.
Електроди для зйомки ЕЕГ
Використовують два типи електродів поверхневі та підшкірні (останні в медицині використовують дуже рідко), звичайно діаметром від 7 до 10 мм, виготовлені на базі срібла. Поверхня електродів хлорована (в розчині 5% NаСl при використанні сталого поляризаційного струму). Окремі елект роди індивідуально розміщують на поверхні черепа за вибраним планом, або всю систему електродів фіксують на го лові пацієнта гумовими ремінцями чи розташовують в ЕЕГ-капелюсі.
Для поверхневих електродів має бути забезпечений імпе данс, менший ніж 5 кОм (сучасні технології дозволяють за безпечити імпеданс близько 3 кОм). В разі розміщення мета левого електрода у провідному середовищі утворюється електричний потенціал (між металом та розчином) порядку 100 — 200 мВ. Цей сталий потенціал під впливом артефактів за рахунок рухів може мати змінний компонент, який прийде на вхід перед підсилювача, і стане причиною коливань сталої складової ЕЕГ. З урахуванням рівня ЕЕГ такі коливання мо жуть бути значно більшими, ніж власний потенціал ЕЕГ. Для зменшення цієї складової електрод не прикладають безпосе редньо до шкіри. Між шкірою та електродом розміщують відповідну провідну пасту або захищають електрод одним — двома шарами тканини, яку змочують попередньо у фізіологічному розчині.
Розміщення електродів
На початку застосування електроенцефалографії у ме дицині з технічних причин використовували малу кількість електродів, які розмішували у різних медичних установах по-різному. Системи позначали ім'ям автора (наприклад, 12 електродів використовував у двох різних системах Кобб; 16 електродів на поверхні голови декількома способами розміщували за Ф. А. Гіббсом). У 1957 році система розмі щення електродів була узагальнена та прийнята Міжнародною федерацією клінічної електроенцефалографії та нейрофізіології. Цю систему називають «10/20», оскільки відстані від двох крайніх положень у сагітальній (поздовжній) та трансверсальній (поперечній) лініях ділять на сегменти по 10% або 20%. Непарні номери електродів розміщені ліворуч, парні — праворуч (у правій півкулі). Індексом Z (zero — нуль) позначені місця електродів посередині.
На рис. 1. цю схему детально наведено з позначенням окремих розміщень. Ці позначення виходять з позначень окремих областей: F - фронтальна, Fp - протофронтальна, С - ценральна, Р — парієтальна (тім'яна), О — окципітополярна (потилич на).
Для електродів лівої гемісфери (наприклад, F3) використовують чор ні кабелі, для елект родів праної гемісфери (наприклад, F4) — білі.
Ритми ЕЕГ
Дельта (від 0 до 4 Гц) — є завжди патологічним проявом в ЕЕГ дорослої людини (що не спить) при достатній його амплітуді.
Чим більшу амплітуду має хвиля дельта і чим вона спектрально чистіша, тим більше її патологічне значення. Проте у дітей віком близько 4 місяців базовий ритм ЕЕГ (в нормі) ста новить приблизно 4 Гц.
Хвилі дельта виникають у глибокому сні, трансі та гіпнозі. Уві сні хвилі дельта мають амплітуду 100 мкВ.
Тета (від 4 до 8 Гц) — у здорових людей ці хвилі вини кають у темпоральній та парієнтальній (тім'яній) областях. Якщо у нативному сигналі ЕЕГ ритм тета має малу амплітуду (до 15 мкВ), а ці хвилі з'являються симетрично, не можна тета-активиість у молодих людей вважати патологічним яви щем. Тета-хвилі вказують на патологічний етап, якщо їх амплітуда принаймні вдвічі більша за альфа-активність (близько ЗО мкВ, якщо альфа-хвиля відсутня).
Тета- та дельта-активності зменшуються під час психотестів при відкритих очах. Хвилі тета також виникають в ЕЕГ у визначених фазах сну та при глибокому розслабленні, якого досягають люди з багаторічною тренованістю у медитації.
Існування тета-хвиль довів у 1947 році англієць Вільям Вальтер. Часто ці хвилі пов'язані з живими згадками, фан тазіями, образними представами та сном, тобто зі станами, коли свідоме мислення «відімкнене».
Альфа (від 8 до 13 Гц) — цей ритм у стані без сну макси мальний над задніми областями мозкових гемісфер, до того ж у спокої та при фізичному відпочинку. Найкраще прояв ляється при закритих очах, загасає при їх відкриванні або з початком психічної роботи. Альфа-ритм — це активність оп тичного аналізатора (люди незрячі від народження не мають альфа-активності). Альфа-хвилі характерні для стану перед сном.
Амплітуда альфа-хвилі досягає 20-50 мкВ, час існування поодиноких хвиль - від 80 до 125 мс. У 85% здорових осіб у віці від 20 до 60 років частота альфа-активності лежить у смузі частот від 9,5 до 10,5 Гц. Більша частота може також вважатися нормальною. Зниження до 8 Гц можна вважати проявом патологічних або інших змін у ЦНС.
Хвилі альфа відкрив у 1926 році Ганс Бергер. На альфа-активність може виразно впливати воля людини.
Зникнення альфа-ритму (називають блокадою альфа-ритму) може мати значення при оцінці реакції мозку на стимули. Блокада виникає, наприклад, при емоційній ак тивізації.
Сигма (періодичний ритм з частотою близько 14 Гц) — виникає у III стадії сну. Найкращим чином виявляється фрон тально та фронтоцентрально. Має амплітуду близько ЗО мкВ.
Бета (звичайно розглядають у смузі від 13 до ЗО Гц, іноді у смузі від 18 до 32 Гц). Цей ритм з точки зору локалізації — симетричний. Досягає максимуму найчастіше над передніми частинами черепа, здебільшого фронтально. У напрямку на зад — зменшується. Але може бути і трохи асиметричним, на нього впливають рухи очей або нехворобливі стимули. Бета- хвилі типові для зосередження на зовнішніх стимулах, для логічно-аналітичного мислення, для почуття неспокою, страху та гніву. Вони звичайно не загасають від зорового сприйняття чи концентрації уваги.
Амплітуда бета-хвиль ЗО мкВ, тривалість існування від 40 до 50 мс. Збільшена бета-активність виникає в ЕЕГ після використання психотропних речовин. Висока питома вага бета-хвиль в ЕЕГ може бути пов'язана із збільшеним виділенням стресових гормонів.
Іноді поняття бета-активність використовують у більш широкому сенсі. Цим поняттям означають високочастотні ритми живих істот (до 500 Гц у котів, від 200 до 300 Гц у мавп) та людини (від 250 до 480 Гц).
Гамма — деякі автори цим терміном позначають активність мозку у смузі від 22 до ЗО Гц.
Мі-ритм — (використову ють синоніми: Ролапдичний ритм, аркадовий ритм) лежить у частотній смузі від 7 до 11 Гц. Має часто гребінкоподібний характер. Пов'язаний з бета-хвилею (є її субгармонікою). Виявля ється у 3% досліджуваних, частіше у молодих. Не зага сає з відкриттям очей, але загасає за рахунок рухів (наприклад із стисненням пальців) або концентрації свідомості та рухів очей. Хоча мі-ритм не має пато логічного походження, він найчастіше виявляється у психопатів.
На рис. 2. наведено де які приклади ЕЕГ, типові для дорослих та дітей в нормі та патології.
Розглянемо тепер наве дені (евоковані) ЕЕГ. Сти мул-супроводжується в ЕЕГ залпами активності, які часто називають 40 Гц-хвилями (у відповідності до середньої частоти цих хвиль). Додамо також, що реальна частота у залпах активності змінюється від 20 до 90 Гц. Оскільки у цих залпах відображена одночасна активність багатьох нейронів, у різних відведеннях відповідні сегменти ЕЕГ значно відрізняються один від одного. Але кореляційними методами підтверджено існування однієї й тієї ж активності у цих відведеннях. Крім того, можна в різних відведеннях виділити сполучену форму коливань (несучу,хвилю, яка проявляється у різних підйомах та спаданнях рівня біосигиалу), які в усіх відведеннях синхронні. Середня амплітуда залпу змінюється: в деяких відведеннях несуча хвиля слабкіша, в деяких — сильніша.
Результати моделювання алгоритмів ЕЕГ – сигналу для відведення Fp1(норма)
Результати моделювання алгоритмів ЕЕГ – сигналу для відведення Fp2(відхилення)
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора