CC BY
90
6. Ручное присвоение меткам кластеров соответствующих имен стандартных стадий сна. Производится для 5 репрезентативных эпох каждого кластера. Дальше процесс продолжается автоматически.
7. Автоматическое уточнение дифференцировки каждой стадии согласно правил R-K. Псевдокод процедуры уточнения поблочно (по каждой стадии) приведен в приложении.
Предпочтительная схема отведений для данного метода - из ЭЭГ-каналов анализируются центральные (C3-A2) и затылочные (O2-A1) отведения; 2 ЭОГ-канала: правый и левый; 1 ЭМГ-канал: подбородочная мышца.
Частотные диапазоны: Дельта - 0,5-3,5 Гц; Тета - 3,5-8 Гц; Альфа - 8-11Гц; Сигма - 11,5-15 Гц.
Моделируемый нами алгоритм учитывает изложенные принципы при обработке записи сна и распознавании стадий сна с использованием записанных физиологических данных и должен обеспечить автоматизированное построение гипнограммы и формирование необходимых статистических отчетов по распределению стадий сна в виде таблиц и круговой диаграмм.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. R. Agarwal and J. Gotman. Computer-Assisted Sleep Staging. IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, VOL. 48, NO. 12, DECEMBER 2001.
2. K. Agarwal, H.S. Deogun, D. Sylvester, and K. Nowka. Power gating with multiple sleep modes. ACM/IEEE International Symposium on Quality Electronic Design, January, 2006.
В.И.Усачев, С.С.Слива, В.Е.Беляев, Г.А.Переяслов, П.Е.Печорин
НОВАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ СТАБИЛОМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И ПРОБЛЕМЫ ШИРОКОГО ВНЕДРЕНИЯ ЕЕ В
ПРАКТИКУ
Прошло 15 лет со времени разработки ОКБ «РИТМ» ТРТИ первого серийного отечественного стабилографа с компьютерной обработкой стабилометрического сигнала. По своим техническим параметрам он соответствует лучшим зарубежным образцам, а по некоторым из них и превосходит зарубежные аналоги.
Тем не менее, серьезной проблемой стала разработка медицинского программного обеспечения стабилометрии. Зарубежный опыт в этом направлении оказался весьма ограниченным. Как правило, применялся лишь традиционный тест Ромберга с открытыми и закрытыми глазами. По зарубежным нормативам стабилометри-ческих показателей здоровых лиц в большинстве случаев не представлялось возможным отличить значения стабилометрических показателей больного человека от здорового. Это, по нашему мнению, связано с большой дисперсией стабиломет-рических показателей в норме.
Несмотря на усилия руководителя отдела компьютерной стабилометрии ОКБ «РИТМ» С.С.Сливы заинтересовать научные коллективы в необходимости сотрудничества и разработки медицинского программного обеспечения стабиломет-рии, на этот призыв откликнулась лишь кафедра отоларингологии Военномедицинской академии. Правда стабилографические реабилитационные тренажеры, программы для которых были разработаны Г.А.Переясловым в ОКБ «РИТМ», с успехом использовались в НИИ неврологии РАМН для реабилитации постин-сультных больных, а также в учреждениях спортивной медицины для тренировки функциональной системы равновесия тела.
С целью расширения круга специалистов, заинтересованных в использовании стабилометрии, в стабилометрическую платформу были введены дополнительные
каналы регистрации и анализа физиологических процессов: пульсометрия, пневмометрия, миография, становая силометрия. Но время показало, что это существенно не улучшило ситуацию с внедрением компьютерной стабилометрии в России.
Первый в мире стабилограф был предложен Е.Б.Бабским, В.С.Гурфинкелем, Э.Л.Ромелем и Я.С.Якобсоном в 1951 г. [3]. Как научное направление стабилогра-фия в России была сформулирована группой ученых Института проблем передачи информации АН СССР под руководством В.С.Гурфинкеля в 1953 г.
Для регистрации перемещения центра давления стоп человека на стабиломет-рическую платформу использовался двухкоординатный самописец, с помощью которого анализировались раздельно колебания тела во фронтальной и сагиттальной плоскостях (рис. 1). При обработке аналогового сигнала получаемых стабило-грамм (Х;У) использовались следующие параметры: минимальные и максимальные их значения, длина кривой, число экстремумов, средняя амплитуда и частота колебаний [9].
С появлением компьютеров стало возможным обрабатывать статокинезиграм-му - траекторию перемещения центра давления стоп в горизонтальной плоскости (рис. 2.А).
У
Рис.1. Стабилограммы
Определялись: центр давления стоп, площадь и длина статокинезиграммы, средняя скорость перемещения центра давления, средний радиус отклонения. Так как компьютером дискретно фиксировались координаты точек статокинезиграм-мы, К.-Н. Маип^ в 1979 г. преложил строить круговую гистограмму положения по типу «розы ветров» [18].
Б
Рис. 2. Статокинезиграмма (А) и векторы статокинезиграммы (Б)
Т. Оку7апо в 1983 г. описал методику графического представления «векторной статкинезиграммы». Он предложил все векторы, образованные посредством соединения двух соседних точек статокинезиграммы (рис. 2,Б) поместить началом в центр искусственной системы координат (рис. 3,А) и, разбив ее на 16 секторов и вычислив среднее значение длин векторов в каждом секторе, получить гистограмму направления колебаний (Рис.3,Б) [19].
у
А Б
Рис. 3. Графическое представление векторов статокинезиграммы (по T. Okyzano, 1983)
В.И.Усачев познакомился с работой Т. Оку7аио в 1996г., когда работал в Военно-медицинской академии. Он предположил, что, используя анализ векторов статокинезиграммы, можно извлечь практически всю информацию не только о ее интегральных показателях, но и о динамике перемещения центра давления. Это предположение основывалось на том, что векторы отражают не только направление движения, но и скорость перемещения, так как длина вектора за известное время, определяемое частотой дискретизации стабилографического сигнала, есть не что иное, как скорость в мм/с. Кроме линейной скорости можно оценивать и угол, и угловую скорость смещения каждого последующего вектора относительно предыдущего. Т. Оку7аио этого не делал, но его «толчок» в направлении новой методологии оценки стабилометрической информации представлялся поистине революционным.
Началась работа по созданию нового программно-методического обеспечения стабилометрии с использования анализа векторов скорости статокинезиграммы. Такая программа вскоре была создана. Теперь стабилометрических показателей стало довольно много - 47, включая 16 показателей анализа векторов и 20 показателей спектрального анализа стабилограмм. Прекрасно понимая трудности, которые неминуемо встанут перед пользователями стабилографов в выборе информативных показателей, В.И. Усачев приступил к анализу информативности стабило-метрических параметров и поиску интегрального показателя функции равновесия тела по данным анализа векторов скорости статокинезиграммы.
Была исследована димнамика и стабильность как традиционных, так и векторных показателей, повторены эксперименты В.С. Гурфинкеля по влиянию освещенности не только на параметры стабилограмм, но и параметры статокинези-граммы, в том числе векторные. Изучено влияние когнитивной зрительной и слуховой нагрузки на стабилометрические показатели. Определены возможности анализа векторов статокинезиграммы в диагностике постуральных нарушений [14].
При разработке интегрального показателя функции равновесия тела по векторам скорости статокинезиграммы В.И.Усачев, анализируя исследование функции равновесия в историческом аспекте, заинтересовался работой В.Г.Базарова с соавт. по обработке результатов кефалографии [4]. С помощью специального устройства, закрепленного на голове пациента, на планшете, размещенном над головой пациента, с частотой 1 Гц в течение 1 минуты карандашом наносились точки. После этого на них накладывали сетку, состоящую из 8 кругов. Радиус первого круга составлял 20 мм, а каждого последующего - на 10 мм больше предыдущего. Показатель кефалограммы рассчитывали по формуле
У
16 1
4
X
5
P =
t * N 60
где Р - показатель кефалограммы, 1 - число точек, N - номер круга (с точками), наиболее отдаленного от центральной точки, 60 - общее количество точек в кефа-лограмме.
В отличие от методики В .Г.Базарова, В.И.Усачев проанализировал распределение вершин векторов скорости в искусственной системе координат по кольцам равной площади (рис. 4,А).
Б
Рис. 4. Кольца равной площади искусственной системы координат (А) и экспоненциальная зависимость распределения вершин векторов скорости статокинези-граммы по кольцам равной площади (Б)
Y
X
Оказалось, что закон распределения вершин векторов описывается экспоненциальной зависимостью (рис.4,Б). Чем более пологая кривая, тем хуже равновесие тела. Крутизну кривой отражает коэффициент X экспоненты, но врачу очень сложно было бы по его числовому выражению в сотых долях единиц судить о функции равновесия тела. Поэтому был применен прием сравнения площади пространства под кривой распределения векторов - Si и общей площадью графика - S2 (рис.4,Б). Отношение Si/S2, выраженное в процентах, отражает состояние функции равновесия тела [12]. Этот показатель был назван «качество функции равновесия - КФР». Для примера приводим графики закона распределения и облака вершин векторов у здорового человека при открытых (рис. 5,А) и закрытых (рис. 5,Б.) глазах. В процентах рассчитаны значения качества функции равновесия тела.
Результатом исследования качества функции равновесия у летчиков, машинистов железнодорожных составов, водителей трамваев явилась разработка способа оценки общего функционального состояния человека (предрейсового допускового контроля) [13].
С помощью анализа векторов статокинезиграммы удалось подтвердить предположение о наличии у человека центрального генератора ритма изменения скорости перемещения тела человека в вертикальном положении (central pattern generator - CPG) и определить частоту этого генератора, равную 0,4-0,6 Гц [15]. Генератор с такими же значениями частоты обеспечивает у человека и автоматию сакка-дических движений глаз [16], что позволяет сделать предположение о его существенной роли в получении информации о положении тела и зрительной информации об окружающей обстановке в статике.
Стат-нажрамма] Стабилограммы| Гистограммы] 1жтра.ьныйана. Ана.оашрро ] Диаграммы] Анимагрр| ЗрныnpfflncjJj.
+]_-
Б
Рис. 5. Графики закона распределения и облака вершин векторов у здорового человека при открытых (А) и закрытых (Б) глазах - визулизаторы ПрО ОКБ
«РИТМ»
Информация, полученная при совместной работе с инженером-математиком, доцентом ТРТУ В.Е.Беляевым, существенно расширила наши представления о стратегии и тактике поддержания равновесия тела в норме и патологии.
Для того чтобы грамотно применять стабилометрию, необходимо иметь глубокие знания по физиологии функции равновесия тела, базирующиеся на теории функциональных систем П.К. Анохина [2]; кибернетике Н. Винера [7]; теории построения движений Н.А. Бернштейна [5,6]; представлениях о регуляции позы человека научной школы В.С. Гурфинкеля [8]; теории хаоса И. Пригожина [11] и синергетике Г. Хакена [17], освещающих вопросы управления в нелинейных (стохастических) динамических системах.
Как известно, новые гипотезы, теории и понятия, не вписывающиеся в прочно сложившийся стереотип научного мышления, принимаются большинством ученых с большим трудом. Иногда, чем более сведущим специалистом в какой-либо области считает себя ученый, тем труднее он воспринимает новые концепции. Научить новому подходу гораздо легче человека, который не считает себя специалистом в физиологии функции равновесия тела и стабилометрии.
Среди пользователей компьютерных стабилографов можно выделить три категории лиц.
Первые - «специалисты» - научные работники, изучающие функцию равновесия тела, видят в компьютерном стабилографе лишь возможность упростить получение тех традиционных стабилометрических показателей, которые ими использовались ранее. Они, порой, даже не обращают внимания на имеющиеся возможно-
Мижраммы ........... С,
i Анализ ррктрррр ] Диаграммы ] Аниматор ] Зоны предпс^
„ Е
94,23 I
Среа
Среа
Вреь
М
Сред
Сред
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Сред
Коэ4
Облако векторов
: : : : : : : : : :
.. к i
i’i,* n,,\
jiViä
.•WV& Ufet* v,:. .
■!' ■ ■IS -16 -1Ы1-10‘. •w ;;y* ъ Ifrt 13 2t
♦♦ 4
. ♦ ♦ ♦
’i
Cpai
Cptl
Cpai
Cpai
сти анализа векторов статокинезиграммы. «Специалисты» в области тренировки функции равновесия склонны предлагать разработчикам свои варианты стабило-метрических тестов с оценкой качества их выполнения не по стабилометрическим показателям, а только по времени или числу положительных и отрицательных баллов.
Вторые - «диагносты» - врачи различных специальностей не могут самостоятельно выбрать из большого числа стабилометрических показателей и тестов необходимые для решения их практических и научных задач информативные показатели и тесты. Они хотят, чтобы компьютерный стабилограф по результатам исследования выдавал готовый диагноз и не стремятся к глубокому изучению и пониманию функции равновесия тела в норме и патологии. Необходимо понимать, что ни один разработчик, не имея стабилометрической базы данных по изучаемой врачом патологии, не может создать экспертной системы. Только при постоянном взаимодействии разработчика стабилометрических медицинских программ и врача эта цель становиться реально достижимой [1].
Третьи - «эксперты» - понимают возможность оценки функционального состояния оператора по векторному показателю - качеству функции равновесия, но с трудом принимают концепцию о некорректности оценки функционального состояния организма по групповой норме, которая может применяться лишь для профотбора. Следствием этого является то, что руководитель, который способствовал внедрению компьютерной стабилометрии, не получает четкой информации об эффективности ее применения в целях допускового (предрейсового) контроля и не может поставить вопрос о необходимости ее регламентирования соответствующими инструкциями перед руководством министерства.
Необходимость овладения пользователями глубокими знаниями физиологии функции равновесия тела, методик компьютерной стабилометрии и способов обработки стабилометрической информации ставит на первое место вопрос об обязательном обучении пользователей при приобретении ими стабилографа. Наш опыт показывает, что хорошо овладеть стабилометрией или углубить свои знания можно только при индивидуально адаптированном обучении высококвалифицированными специалистами, так как никакая инструкция пользователю не может разрешить того обширного круга возникающих при ее изучении простых и сложных вопросов.
ОКБ «РИТМ» готово обеспечить установку программного обеспечения на компьютер пользователя, провести индивидуальное обучение пользователей работе на стабилографе и оказать помощь в индивидуальном планировании клинического стабилометрического эксперимента в каждом конкретном случае. Важной составляющей обучения должен быть мастер-класс по основам физиологии функции равновесия и стабилометрии. Он может проводиться как индивидуально, так и с группой пользователей. Срок обучения - 5-7 дней, что определяется количеством пользователей и сложностью решаемых диагностических задач.
В заключение следует отметить два решающих обстоятельства успешности обучения и использования компьютерной стабилометрии. Первое - это проведение обучения специалистом-медиком и второе - постоянный творческий контакт обучающего с пользователями в процессе решения ими своих научно-практических задач. Конечным результатом этого сотрудничества должно быть создание стаби-лометрических экспертных диагностических систем, составление методических разработок и законодательное утверждение стабилометрии в качестве простой, эффективной и надежной методики допускового (предрейсового, предполетного) контроля функционального состояния человека.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Абдулкеримов Х.Т. с соавт. Способ дифференциальной диагностики вида атаксии / Патент на изобретение № 2257845, выдан 10.08.2005 г. (Приоритет от 05.03.2002 г.).
2. Анохин П.К. Узловые вопросы теории функциональной системы. - М.: Наука, 1980. -196 с.
3. Бабский Е.Б., Гурфинкель В.С., Ромель Э.Л. Новый способ исследования устойчивости стояния человека //Физиол. журн. СССР. 1955. Т.12, №3. - С. 423 - 426.
4. Базаров В.Г., Мороз Б.С., Юсфин А.И., Коблянский В.В. Установка для обьективной регистрации устойчивости статического равновесия при вестибулярных исследованиях // Журнал ушных, носовых и горловых болезней. - 1973, №6. - С. 82-84.
5. Бернштейн Н.А. О построении движений. - М.: Медгиз, 1947. - 254 с.
6. Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологической активности. - М.: Медицина, 1966. - 349 с.
7. Винер Н. Кибернетика или управление и связь в животном и машине / Пер. с англ., 2 изд. - М.: Наука, 1983. - 339с.
8. ГурфинкельВ.С., КоцЯ.М., ШикМ.Л. Регуляция позы человека. - М.: Наука, 1965. - 258 с.
9. Киреева Т.Б. Автоматизация обработки стабилограмм для физиологических исследований и клинического использования / Медицинские информационные системы: Междуведомственный тематический научный сборник. - Таганрог: Изд-во ТРТИ, 1993, вып.4 (XI), - С. 131-136.
10. Магнус Р. Установка тела: Эксперим. -физиол. исслед.: Пер. с нем. - М.;Л.: Изд-во АН СССР, 1962. - 624 с.
11. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок и хаос. - М.: Прогресс, 1986. - 324 с.
12. Усачев В.И. Способ качественной оценки функции равновесия / Патент на изобретение № 2175851, выдан 20.11.2001 г. (Приоритет от 15.03.1999 г.).
13. Усачев В.И., Слива С.С. Способ оценки общего функционального состояния человека. / Патент на изобретение № 2165733, выдан 27.04.2001 г. (Приоритет от 15.03.1999 г.).
14. Усачев В.И., Мохов Д.Е. Возможности стабилометрического векторного анализа в диагностике постуральных нарушений / Материалы I международного симпозиума. Клиническая постурология, поза и прикус. - ООО «ИД СПбМАПО», 2004. - С. 32-41.
15. Усачев В.И., Белисова Т.Н., Печорин П.Е. Остеопатическое лечение больных детским церебральным параличом / Сб. тез. научно-практической конференции. Немедикаментозные методы терапии. - ООО «ИД СПбМАПО», 2006. - С. 93-95.
16. Филин В.А. Автоматия саккад. - М.: Изд-во МГУ, 2002. - 240 с.
17. Хакен Г. Синергетика / Пер. с англ. - М.: Мир, 1980. - 404 с.
18. Mauritz K.-H. Standataxie bei Kleinhirnlastionen, Untersuchungen zur Differential-diagnostik und Patofhysiologie gestörter Haltungregulation. - Freiburg, 1979.
19. Okyzano T. Vector statokinesigram. A new method of analysis of human body sway. // Pract. Otol. Kyoto. - 1983. -Vol. 76, N10. - P. 2565 - 2580.
Я.З. Гринберг
ЕЩЁ РАЗ ОБ ОСОБЕННОСТЯХ СКЭНАР-ВОЗДЕЙСТВИЯ
Эффективность СКЭНАР-терапии в настоящее время не вызывает сомнения. За последние годы защищено несколько диссертационных работ по разработки методов лечения различных заболеваний. Вопрос о причине эффективности продолжает оставаться актуальным. В работах [1-3] отмечено, что для СКЭНАР-воздействия характерен специфический эффект - вибрация, сопровождающаяся звучанием. В цитируемых работах показано: источником звука является кожа. Это новое, ранее не описанное явление, не наблюдаемое (не отмеченное?) в других электростимуляторах и аппаратах для электротерапии.
Цель настоящей статьи ещё раз проанализировать этот эффект, выявить его причину, оценить возможные дополнительные физиологические последствия.
