Автоматические анализаторы ЭЭГ - соответствие электрофизиологическим критериям.
27.05.2004
С учетом того факта, что практически все современные электроэнцефалографы включают в себя цифровой блок, управляемый программным обеспечением, появляется возможность в числе обработок ЭЭГ использовать автоматические анализаторы. Чаще всего разработчики (не размениваясь по мелочам) устанавливают систему автоматического заключения. Т.е. такая система сразу вмешивается в компетенцию врача и заменяет его экспертную оценку своей. Иногда, впрочем, это происходит при непонимании инженерами специфики аналитической работы врача функционалиста. Например: некоторые электроэнцефалографы способны в автоматическом режиме генерировать утверждения типа «патологических изменений ЭЭГ не обнаружено» или «повышенная судорожная готовность» или «пароксизмальная активность». При этом руководитель проекта, который определял структуру системы, сразу принимает на себя ответственность за врачебное заключение, которое в автоматическом режиме произвело на свет его не слишком разумное детище. Трудно, впрочем, предполагать разумную аргументацию и у разработчика, т.к. он явно не понимает, что не просто вмешивается не в свое дело, а еще и диктует экспертам (при любом ЭЭГ исследовании) терминологию, не соответствующую общепринятой классификации болезней.
Попробуем определиться с терминами, описывающими всякого рода автоматические анализаторы ЭЭГ в соответствии с современными требованиями. Будем считать, что любой программный блок, вставляющий цифровые данные об электроэнцефалограмме в некоторый связный текст, можно назвать системой автоматического описания ЭЭГ. Естественно, что в соответствии с требованиями доказательности в медицине, такая система должна описывать только иллюстрированный участок электроэнцефалограммы, т.е. к автоматическому описанию обязательно должен прилагаться фрагмент кривой, по которому и произведены все расчеты. Иначе возможна непреднамеренная дезинформация эксперта и клинициста. Проще говоря – любое утверждение автоматического анализатора должно быть проиллюстрировано. Кроме того, автоматическое описание не может превращаться в заключение и именно поэтому фразы «патологических изменений на ЭЭГ не зарегистрировано» или им подобные абсолютно недопустимы. Что касается обнаружения патологических феноменов на электроэнцефалограмме вообще, следует полагать, что ни один автоматический анализатор не имеет права утверждать, что именно этот феномен является патологическим (иначе он заменяет собой врача). Понятия нормы, патологии и любая другая врачебная семантика не могут быть использованы никакой безмозглой железкой.
С другой стороны, применение даже простейшей системы автоматического расчета параметров, обнаружения и распознавания специфических феноменов способно серьезно облегчить работу функционалиста. При этом идеология должна быть именно такова – расчет общепринятых показателей по понятным (не экзотическим и не ошибочным) формулам, обнаружение и распознавание (не наоборот!) того, что можно с приемлемой вероятностью обнаружить. И тогда уже прерогативой эксперта будет отношение к результатам – принять к сведению или игнорировать.
Следует учитывать, что далеко не все феномены электроэнцефалограммы можно классифицировать в автоматическом режиме, более того, невозможно со стопроцентной уверенностью отличить истинные феномены от артефактов. Кроме того, вследствие вариабельности ЭЭГ в зависимости от возраста и других параметров, жесткие (т.е. раз навсегда установленные решающие правила алгоритма) не могут быть применены при сколько-нибудь широкой выборке. Система должна иметь динамические (т.е. адаптивные к разбросу внутри популяции) критерии оценки электроэнцефалограммы.
Исходя из этих соображений, можно предложить следующее решение – паттерн электроэнцефалограммы трансформируется в некоторый образ и все феномены, не соответствующие главным характеристикам паттерна, т.е. образующие отдельные от основного образа кластеры, будут индицированы. При этом, разумеется, нельзя определить, какие из них являются патологическими (этого и не требуется) и невозможно оценить степень отличия от «нормы» основного паттерна (что несколько хуже). Например: акинетический petit mal статус будет только описан только в цифровых параметрах, но не выделен, т.к. именно последовательность пик-волна будет главным для данного фрагмента ЭЭГ паттерном и сформирует основной образ. Впрочем, нельзя же на иллюстрации «выделить все» – это эквивалентно отсутствию выделения.
Попробуем привести некоторые примеры работы системы автоматического описания-анализатора для различных клинических случаев. Для начала рассмотрим работу системы для случая безартефактной электроэнцефалограммы здорового человека (Рис.1).
Рис.1 Усиление 50 мкВ/10 мм, скорость развертки30 мм/сек, ФВЧ 0.3 сек, ФНЧ 70 Гц.(ЭЭГ масштабирована, 50 мкв,1 сек обозначены) 50 мкв,1 сек обозначены)
Паттерн средневольтной ЭЭГ. Средняя удвоенная амплитуда (действующее значение) электроэнцефалограммы составила 18.4 мкВ, ее максимальный уровень отмечается в отведении O2 и составляет 25.2 мкВ, минимальный - в отведении C4 и составляет 15.8 мкВ. Типичное значение от пика до пика составляет 28.8 мкВ для данного фрагмента ЭЭГ. Максимальный размах от пика до пика зарегистрирован в отведении O2 и равен 113.2 мкВ. На представленном фрагменте электроэнцефалограммы доминирует альфа ритм с частотой 10.89 Гц. Субдоминирует бета2 ритм с частотой 21.00 Гц. Зональные различия альфа ритма выражены достаточно. Межполушарная асимметрия, вычисленная по формуле (D/S-1)*100% составляет 0.3%, энергия электроэнцефалограммы больше в правом полушарии. Максимальная асимметрия наблюдается в альфа диапазоне в теменных отведениях. Ее величина, вычисленная по формуле (D/S-1)*100%, равна 55.0%. Соотношение ритмов в представленном фрагменте электроэнцефалограммы равно: дельта - 8.3%, тета - 17.1%, альфа - 34.6%, бета1 - 17.0%, бета2 - 23.1%. Медианная частота спектра равна 15.11 Гц, в левополушарных отведениях - 15.15 Гц, в правополушарных - 15.06 Гц. Максимальная зарегистрированная медианная частота спектра равна 16.04 Гц в отведении O1, минимальная - 13.72 Гц в отведении Fp1. Значимого количества волн и ЭЭГ феноменов, существенно отличающихся от основного паттерна, не регистрируется.
Это описание выполнено автоматом. Обратим внимание на некоторые волны ЭЭГ, которые подчеркнуты автоматическим анализатором. Ничего патологического в них, разумеется, нет, они просто отличаются от основного паттерна, и принимать их во внимание или нет – определяется решением эксперта. В этом клиническом случае ему достаточно добавить пару слов на свое усмотрение и, в общем - все, таким электроэнцефалограммам можно уделять минимум внимания.
Но для случая, представленного на рис.2, дополнительный врачебный анализ с возможной коррекцией процедуры обследования не будет излишним.
Рис.2 Усиление 50 мкВ/10 мм, скорость развертки30 мм/сек, ФВЧ 0.3 сек, ФНЧ 70 Гц. (ЭЭГ масштабирована, 50 мкв,1 сек обозначены)
Паттерн средневольтной ЭЭГ. Средняя удвоенная амплитуда (действующее значение) электроэнцефалограммы составила 24.8 мкВ, ее максимальный уровень отмечается в отведении T4 и составляет 34.8 мкВ, минимальный - в отведении F7 и составляет 17.6 мкВ. Типичное значение от пика до пика составляет 33.7 мкВ для данного фрагмента ЭЭГ. Максимальный размах от пика до пика зарегистрирован в отведении T4 и равен 126.1 мкВ. На представленном фрагменте электроэнцефалограммы доминирует альфа ритм с частотой 8.82 Гц. Субдоминирует дельта ритм с частотой 1.50 Гц. Зональные различия альфа ритма выражены достаточно. Межполушарная асимметрия, вычисленная по формуле (D/S-1)*100% составляет 26.5%, энергия электроэнцефалограммы больше в правом полушарии. Максимальная асимметрия наблюдается в альфа диапазоне в теменных отведениях. Ее величина, вычисленная по формуле (D/S-1)*100%, равна 67.9%. Соотношение ритмов в представленном фрагменте электроэнцефалограммы равно: дельта - 22.8%, тета - 19.7%, альфа - 29.2%, бета1 - 13.7%, бета2 - 14.6%. Медианная частота спектра равна 11.16 Гц, в левополушарных отведениях - 11.28 Гц, в правополушарных - 11.04 Гц. Максимальная зарегистрированная медианная частота спектра равна 14.83 Гц в отведении Fp1, минимальная - 8.78 Гц в отведении Т4. Обращает на себя внимание: межполушарная асимметрия - более 20.0%, локальное понижение медианной частоты спектра в отведениях Fp2, F4, T4, C4, P4 (больше 1 Гц относительно симметричного). Автоматическим анализатором системы EXPERT обнаружено: разряд в виде островолновых компонентов (спайков) и группы волн, отличающихся от основного паттерна ЭЭГ, две вспышки в виде групп волн, отличающихся от основного паттерна ЭЭГ, спайки преимущественно в отведениях Fp2, T4. Нетипичные для основного паттерна феномены подчеркнуты, их количество, а также суммарный энергетический уровень компонентов ЭЭГ представлены в виде графиков в нижней части иллюстрации.
В данном случае речь идет об объемном процессе правой лобно-височной области (опухоль, подтверждение МРТ и нейрохирургической операцией). Обратим внимание на «поведение» анализатора и его полезность в случае применения при амбулаторном обследовании пациентов. Смысл его использования в данном случае был – он обратил внимание на отведения, в которых регистрируется медленноволновая активность, указал значительную межполушарную асимметрию, отметил разряд и две вспышки, обусловленные генерализацией активности и т.п. Врачу остается в этом случае высказать свои предположения о природе процесса и информировать клиницистов о том, что анатомическая томография и консультация нейрохирурга в данном случае совершенно необходимы.
Это, разумеется, «студенческий» случай обнаружения локальной медленноволновой активности. Тем не менее, такой патологии совсем немало при консультативных обследованиях, количество ее (в том числе и запущенных случаев) растет и актуальность «находок» в электроэнцефалографии к сожалению не снижается за последние годы.
Более профессиональное применение автоматического анализатора можно продемонстрировать при поиске специфических паттернов в эпилептологии.
Рис.3 Усиление 100 мкВ/10 мм, скорость развертки30 мм/сек, ФВЧ 0.1 сек, ФНЧ OFF Гц.(ЭЭГ масштабирована, 50 мкв,1 сек обозначены)
Предложим анализатору оценить такой кратковременный разряд острых-медленных волн. При этом будем предполагать, что случай простой, типичный и все, в общем, понятно и без всяких анализаторов, однако некоторая дополнительная информация не помешает.
Рис.4 Усиление 100 мкВ/10 мм, скорость развертки30 мм/сек, ФВЧ 0.1 сек, ФНЧ OFF Гц.(ЭЭГ масштабирована, 50мкв,1сек обозначены)
Паттерн высоковольтной ЭЭГ. Средняя удвоенная амплитуда (действующее значение) электроэнцефалограммы составила 42.5 мкВ, ее максимальный уровень отмечается в отведении O2 и составляет 56.5 мкВ, минимальный - в отведении C4 и составляет 27.2 мкВ. Типичное значение от пика до пика составляет 60.0 мкВ для данного фрагмента ЭЭГ. Максимальный размах от пика до пика зарегистрирован в отведении Fp2 и равен 243.8 мкВ. На представленном фрагменте электроэнцефалограммы доминирует альфа ритм с частотой 9.50 Гц. Субдоминирует тета ритм с частотой 3.75 Гц. Зональные различия альфа ритма выражены достаточно. Межполушарная асимметрия, вычисленная по формуле (S/D-1)*100% составляет 9.8%, энергия электроэнцефалограммы больше в левом полушарии. Максимальная асимметрия наблюдается в альфа диапазоне в затылочных отведениях. Ее величина, вычисленная по формуле (D/S-1)*100%, равна 82.5%. Соотношение ритмов в представленном фрагменте электроэнцефалограммы равно: дельта - 17.0%, тета - 25.3%, альфа - 29.2%, бета1 - 15.0%, бета2 - 13.6%. Медианная частота спектра равна 11.67 Гц, в левополушарных отведениях - 11.48 Гц, в правополушарных - 11.86 Гц. Максимальная зарегистрированная медианная частота спектра равна 12.74 Гц в отведении P3, минимальная - 10.26 Гц в отведении C3. Автоматическим анализатором системы EXPERT обнаружено: два разряда в виде спайков, полиспайков и групп волн, отличающихся от основного паттерна ЭЭГ, полиспайки преимущественно в отведениях Fp1, F3, спайки преимущественно в отведениях Fp1, F3. Нетипичные для основного паттерна феномены подчеркнуты, их количество, а также суммарный энергетический уровень компонентов ЭЭГ представлены в виде графиков в нижней части иллюстрации.
С текстом, представленным автоматом, можно согласиться и заметить при этом, что разрядов действительно было не один, а два (второй – относительно низкоамплитудный и короткий). К находкам можно отнести также то, что спайки (отмечены зелеными треугольниками сверху) в данном случае предшествуют полиспайкам. Кроме того, аномальные феномены появились практически одновременно во всех отведениях, без локальных предвестников. Отметим и то, что группы острая-медленная волна отмечены, разряды зафиксированы, спайки и полиспайки указаны. Врачу функционалисту больше ничего и не нужно, расширенная трактовка обнаруженных феноменов будет находиться уже в его компетенции.
Рассмотрим другой часто встречающийся случай диагностики типичного абсанса (Рис.5). Очевидно, что специфический паттерн легко определяется «на глаз», сомнений не вызывает и вопрос может заключаться только в дифференциальной диагностике типичного и атипичного абсансов. В данном случае автоматический анализатор полезен именно тем, что с его помощью точно указана частота доминирующего ритма –3.00 Гц, что патогномонично именно для паттерна типичного абсанса.
Рис.5 Усиление 100 мкВ/10 мм, скорость развертки30 мм/сек, ФВЧ 0.1 сек, ФНЧ OFF Гц.(ЭЭГ масштабирована, 50мкв,1сек обозначены)
Паттерн высоковольтной ЭЭГ. Средняя удвоенная амплитуда (действующее значение) электроэнцефалограммы составила 73.2 мкВ, ее максимальный уровень отмечается в отведении F3 и составляет 100.9 мкВ, минимальный - в отведении T4 и составляет 52.6 мкВ. Типичное значение от пика до пика составляет 103.4 мкВ для данного фрагмента ЭЭГ. Максимальный размах от пика до пика зарегистрирован в отведении F3 и равен 386.5 мкВ. На представленном фрагменте электроэнцефалограммы доминирует дельта ритм с частотой 3.00 Гц. Субдоминирует альфа ритм с частотой 8.50 Гц. Зональные различия альфа ритма парадоксальны. Межполушарная асимметрия, вычисленная по формуле (S/D-1)*100% составляет 7.7%, энергия электроэнцефалограммы больше в левом полушарии. Максимальная асимметрия наблюдается в бета2 диапазоне в затылочных отведениях. Ее величина, вычисленная по формуле (D/S-1)*100%, равна 236.6%. Соотношение ритмов в представленном фрагменте электроэнцефалограммы равно: дельта - 26.2%, тета - 14.0%, альфа - 23.5%, бета1 - 20.5%, бета2 - 15.8%. Медианная частота спектра равна 11.85 Гц, в левополушарных отведениях - 12.05 Гц, в правополушарных - 11.66 Гц. Максимальная зарегистрированная медианная частота спектра равна 14.76 Гц в отведении Fp1, минимальная - 8.76 Гц в отведении O1. Обращает на себя внимание: доминирование дельта ритма, локальное понижение медианной частоты спектра в отведениях T4, C4, T6, O1 (больше 1 Гц относительно симметричного). Автоматическим анализатором системы EXPERT обнаружено: разряд в виде спайков, полиспайков и группы волн, отличающихся от основного паттерна ЭЭГ, полиспайки преимущественно в отведениях Fp2, Fp1, спайки преимущественно в отведениях Fp2, Fp1. Нетипичные для основного паттерна феномены подчеркнуты, их количество, а также суммарный энергетический уровень компонентов ЭЭГ представлены в виде графиков в нижней части иллюстрации.
Обратим внимание на уверенное обнаружение специфичных феноменов в автоматическом режиме и отметим (хотя это и не имеет большой диагностической ценности в данном случае) более раннее появление островолновых компонентов в отведении F8. Проверим соответствие сделанных заключений с помощью предложенного В.Л. Родригесом критерия дифференциальной диагностики типичных абсансов. На рис.6 хорошо просматривается типичный гребенчатый спектр характерного паттерна с подъемом спектральных составляющих на частотах, кратных основной гармонике 3 Гц (Рис.6).
Рис.6 Специфичный «гребенчатый» спектр, характерный для паттерна типичного абсанса.
Для случаев разрядов полиморфных атипичных комплексов с выраженной локальностью автоматический анализатор также может быть небесполезным (Рис.7). Здесь следует отметить, что выбор частотного диапазона, в котором проводилась трехмерная локализация, выполнен вручную (т.е. оператором), хотя и с учетом данных автоматического анализатора.
Рис.7Усиление 141 мкВ/10 мм, скорость развертки30 мм/сек, ФВЧ 0.1 сек, ФНЧ 70 Гц. (ЭЭГ масштабирована, 50 мкв,1сек обозначены)
Паттерн средневольтной ЭЭГ. Средняя удвоенная амплитуда (действующее значение) электроэнцефалограммы составила 34.8 мкВ, ее максимальный уровень отмечается в отведении P4 и составляет 48.2 мкВ, минимальный - в отведении T3 и составляет 30.3 мкВ. Типичное значение от пика до пика составляет 49.2 мкВ для данного фрагмента ЭЭГ. Максимальный размах от пика до пика зарегистрирован в отведении P4 и равен 363.9 мкВ. На представленном фрагменте электроэнцефалограммы доминирует дельта ритм с частотой 2.95 Гц. Субдоминирует альфа ритм с частотой 10.63 Гц. Зональные различия альфа ритма выражены достаточно. Межполушарная асимметрия, вычисленная по формуле (D/S-1)*100% составляет 2.8%, энергия электроэнцефалограммы больше в правом полушарии. Максимальная асимметрия наблюдается в дельта диапазоне в теменных отведениях. Ее величина, вычисленная по формуле (S/D-1)*100%, равна 98.8%. Соотношение ритмов в представленном фрагменте электроэнцефалограммы равно: дельта - 28.3%, тета - 24.1%, альфа - 25.6%, бета1 - 11.9%, бета2 - 10.1%. Медианная частота спектра равна 9.25 Гц, в левополушарных отведениях - 9.30 Гц, в правополушарных - 9.21 Гц. Максимальная зарегистрированная медианная частота спектра равна 10.62 Гц в отведении P3, минимальная - 8.00 Гц в отведении Р4. Обращает на себя внимание: доминирование дельта ритма, пониженная медианная частота спектра ЭЭГ (менее 10 Гц), локальное понижение медианной частоты спектра в отведениях T6, Р4 (больше 1 Гц относительно симметричного). Автоматическим анализатором системы EXPERT обнаружено: разряд в виде островолновых компонентов (спайков) и группы волн, отличающихся от основного паттерна ЭЭГ, вспышка в виде группы волн, отличающихся от основного паттерна ЭЭГ, полиспайки преимущественно в отведениях F4, F8, спайки преимущественно в отведениях F4, F8, артефакты(?) преимущественно в отведениях Fp1, Fp2. Нетипичные для основного паттерна феномены подчеркнуты, их количество, а также суммарный энергетический уровень компонентов ЭЭГ представлены в виде графиков в нижней части иллюстрации.
В таких случаях дополнительную сложность представляет оценка спайков или острых волн. В ряде случаев при визуальном анализе легко заметить, что острая волна соответствует критериям эксперта и в то же время скорость нарастания ее фронта не дает оснований для формального занесения ее в группу островолновых компонентов. Естественно, электрофизиолог всегда прав и поэтому системы автоматических анализаторов должны иметь адаптивные критерии обнаружения спайков, только в этом случае удастся добиться соответствия их оценки врачебным представлениям. Впрочем, это положение вряд ли нуждается в доказательствах – странно было бы, если спайки имели одинаково крутые фронты у пациентов в 17 и 75 лет.
В качестве выводов можно предложить следующие соображения:
- Автоматические анализаторы электроэнцефалограммы могут использоваться в качестве дополнительного средства обработки сигнала, которое облегчит труд врача функционалиста.
-
Оценка ЭЭГ методом автоматического анализа обязательно должна сопровождаться иллюстративным материалом, по которому и выполнены расчеты.
-
Критерии оценки феноменов ЭЭГ должны соответствовать электрофизиологической семиотики, и ни в каком случае не допускать расширительного толкования.
-
Автоматические анализаторы не должны вмешиваться в область компетенции эксперта и не формулировать положений, которые могут быть неверно истолкованы врачом клиницистом.
-
Использование «жестких» т.е. ригидных решающих правил при оценке ЭЭГ методом автоматического анализа неминуемо приведет к расхождению автоматического описания с видимыми функционалистом изменениями на электроэнцефалограмме.
-
Использование устаревших, недостаточно ясных и не предусмотренных международными критериями оценки ЭЭГ терминов не только недопустимо, но и существенно вредит адекватной оценке электроэнцефалограммы.
-
Работа автоматического анализатора всегда должна идти под контролем оператора. Иначе не выявленные вовремя артефакты превратят анализ в описание несуществующих феноменов. Надежда на стопроцентное автоматическое распознавание и удаление артефактов может быть следствием либо беспредельной наивности, либо не менее выдающейся некомпетентности.
Категории:
- Войдите, чтобы оставлять комментарии
|
|
|