Модификация электроэнцефалографической диагностики как развивающаяся задача

С развитием вычислительной техники предполагалось, что всю черновую работу по обработке и анализу ЭЭГ возьмет на себя компьютер, а врач сможет сосредоточиться на сугубо аналитической работе. В какой-то степени, эти надежды оправдались. Сейчас компьютерные электроэнцефалографы фактически вытеснили чернильно-пишущие ЭЭГ-системы. Они не только регистрируют электрофизиологический сигнал, но и осуществляют анализ вызванных потенциалов, картирование, спектральный анализ, реконструируют трехмерные изображения.

 

Появились в Украине и отечественные системы видеомониторинга, в которых длительная многочасовая регистрация ЭЭГ сопровождается видеозаписью пациента. Пожалуй, именно работа на системах видеомониторинга ярко высветила проблему, которую старательно не хотели замечать не только фирмы-разработчики, но и сами врачи. Реальный объем работы диагноста вырос. И вырос значительно, потому что для качественного анализа записанной совокупности ЭЭГ и видеосигнала врач вынужден лично просматривать всю длительную запись, сопоставляя изменения ЭЭГ и записанное видеоизображение. По опыту работы такой системы в ЦКБ 5, опытный врач-электрофизиолог физически не способен просмотреть более двух записей видеомониторинга в день. Причем, необходимо отметить, что это не суточные, а двух-, трехчасовые записи ЭЭГ, сделанные во время фармакологических проб, после депривации сна и т.п., а этот же врач-диагност ежедневно справляется с 30-40 обычными компьютерными ЭЭГ. Основной причиной сложившейся ситуации является отсутствие надежных систем автоматического анализа ЭЭГ, адаптированных для видеомониторинга.

 

Но это лишь одна из проблем. Другим негативным аспектом, существенно снижающим эффективность видеомониторинга как метода в целом, является вынужденная неподвижность подвергаемого данному обследованию пациента. Нужно ли подчеркивать, что это не соответствует его обычному состоянию?

 

Анализ тенденций развития электроэнцефалографической техники в Украине позволяет утверждать, что последние годы характеризуются экстенсивными изменениями, не влияющими на уровень диагностики. Фактически, все работы по модернизации ЭЭГ-систем свелись к переводу программного обеспечения под новые операционные системы, а также к наращиванию вспомогательных функций, не имеющих существенного диагностического значения.

 

Между тем, развитие современных технологий способно открыть перед электроэнцефалографией новые перспективы, что позволит упростить работу врача, облегчить участь обследуемого пациента и повысить качество диагностики.

 

Переходя от общих рассуждений к конкретным задачам, необходимо учитывать следующие соображения. Предположение, что регистрируемая в процессе исследования электроэнцефалограмма описывает мозговую активность пациента в состоянии спокойного бодрствования тем более нелепо, чем больше волнуется человек, на которого надели шлем с электродами и посадили в темную камеру. Не менее самонадеянным будет утверждение, что ребенок, подвижность головы которого ограничена радиусом около 70 сантиметров в течение суток(!) будет продуцировать ту же ЭЭГ активность, что и во время своего обычного поведения. И запредельной наивностью будет обсуждение результатов психофизиологических экспериментов, проведенных с привязанными в необычной ситуации и испуганными пациентами.

 

Кроме того, необходимо учитывать, что изменения электроэнцефалограммы вследствие внешних воздействий не являются аддитивной помехой, а изменяют (с неизвестным коэффициентом) не только саму ритмику, но и все реакции на внешние раздражители, т.е. становятся мультипликатом. В результате никаким способом невозможно отделить реакцию, присущую испытуемому, от изменений ЭЭГ, обусловленных избыточной и ненужной активацией.

 

Следует также отметить, что в методике проведения ЭЭГ исследований мы ничуть не продвинулись вперед со времен ламповых электроэнцефалографов, занимавших добрую четверть комнаты. А компьютерная обработка лишь фиксирует застывшее методическое безобразие.

 

Хорошим выходом из положения может быть либо "холтеровский" принцип регистрации с последующей обработкой результатов, либо телеметрия, дающая возможность анализа данных в реальном времени. И хотя оба эти метода технически реализованы, широкого распространения (во всяком случае, в Украине) они не получили. Кроме тривиальных причин (стоимости, непривычности), есть и недостатки, такие как невозможность синхронизации ЭЭГ с видеоизображением пациента и проблематичность получения картинки в случае его свободного перемещения. Т.е. пациент будет находиться все время в разных ракурсах на разных дальностях и с высокой степенью вероятности четкое и интерпретируемое изображение его лица будет потеряно. Кроме того, необходимо будет анализировать не одно, а несколько изображений от разных видеокамер.

 

Близким к оптимальному можно считать решение, когда многоканальная холтеровская телеметрия синхронизирована с видеосистемой, обеспечивающей постоянное слежение за пациентом и гарантирующей непрерывное получение качественного и легко читаемого изображения. Все сложности и проблемы сосредоточены в данном случае только в инженерной области, а пациент максимально свободен и ведет себя как в привычных условиях (если прибор, находящийся на теле, достаточно легкий и маленький, о нем быстро забывают). В результате станет возможным не только существенное улучшение качества мониторинга, но и возможность проведения корректных психофизиологических, этологических и любых других экспериментов, повышающих эффективность диагностики. Единственной проблемой будет необходимость применения военных технологий, т.к. захват сигнала и слежение за объектом в условиях неизбежных помех, присутствии других людей в непосредственной близости от обследуемого и т.п. потребуют решения задачи распознавания цели в реальном масштабе времени и непрерывно. О сложностях цифровой телеметрии микромощным передатчиком при наличии поглощения и интерференции радиосигнала в помещении лучше вообще умолчать.

 

Но и в случае вполне успешного решения всех технических трудностей будет лишь получен качественный и синхронизированный с видеоизображением сигнал ЭЭГ. Его анализ и интерпретация результатов останутся проблемой исследователя. И эти проблемы как бы не самые важные на всем пути информации - от электродов на голове пациента до врачебного заключения.

 

С учетом глубокого кризиса в области обработки электроэнцефалограммы, когда почти все специалисты (и в первую очередь эпилептологи) вернулись к визуальной оценке всех значимых феноменов, необходимо предложить решение, которое позволит исключить просмотр километров записи и устранить неизбежный субъективизм. При этом следует учитывать, что "жесткие" решающие правила недопустимы вследствие отсутствия единого для всех специалистов метода интерпретации ЭЭГ. Т.е. появляется задача автоматического транскодирования данных электроэнцефалограммы в область врачебных представлений. Разумеется, такая задача может быть решена только с помощью искусственного интеллекта (к сожалению). Однако ситуация не является вполне безнадежной. Хорошим вариантом может стать непрерывно пополняемая разными специалистами экспертная система. В этом случае на нее можно будет возложить функции обнаружения и распознавания аномальных феноменов, т.е. исключить врачебный анализ неинформативных участков записи. Кроме того, демонстрация прецедентов из имеющейся базы знаний с индикацией степени подобия данного феномена тому, который проанализирован ведущими специалистами, может повысить качество диагностики практически во всех сложных клинических случаях. Дополнительным достоинством будет отсутствие "навязывания" суждений, полученных в результате автоматического анализа.

 

Что же касается определения локализации очага эпилептиформной активности, которая может представлять интерес скорее для нейрохирургов и физиологов, сам факт обнаружения некоторой аномалии в более или менее определенных координатах имеет немалое значение для диагностики, тактики лечения пациента и прогноза. Учитывая значительную неинвариантность ЭЭГ во времени, обнаружение и/или локализация такого очага при реализациях конечной длительности могут быть произведены только с неединичной вероятностью. Этот принцип обычно не учитывается как в исследовательских работах, так и в существующих алгоритмах трехмерной локализации (имеется в виду дипольная и подобные модели).

 

Опыт использования метода вероятностной ЭЭГ томографии на протяжении 10 лет во многих клиниках и неоднократные верификации методом двойного слепого контроля подтвердили его некоторую ценность при достоверности получаемых данных в пределах 71.5% (для случаев подтвержденных объемных процессов). Поэтому была проведена разработка и клинические испытания способа реконструкции трехмерного изображения очага методом равного волнового фронта, что дало возможность не только получать изображения в любых произвольных срезах любой конфигурации, но и значительно повысить достоверность получаемых данных. Совпадение алгоритма с некоторыми методами сейсмической томографии не означают, тем не менее, что получаемое изображение описывает характеристики электрической активности мозга в точке с координатами x,y,z. Для каждого сколь угодно малого элемента внутримозгового объема может быть вычислена лишь вероятность нахождения очага, обусловливающего аномальную активность на поверхности головы. Характер очага таким способом, разумеется, определен быть не может, как не может быть получена достоверная карта тока внутри трехмерного проводника. В то же время достоинством вероятностной ЭЭГ томографии является возможность получения изображения функционального очага, даже в случае полного отсутствия его анатомического субстрата, что делает метод применимым для работы в области эпилептологии.

 

Хотелось бы думать, что совмещение четырех предложенных инноваций (холтеровской радиотелеметрии, следящего видеомониторинга, обучаемой экспертной системы и вероятностного томографа) могут придать ЭЭГ исследованиям новое качество. И не исключено, что в случае реализации такого подхода уровень диагностики может быть значительно более высоким, чем при традиционно применяемых методах обследования. Тем более что решение математических и инженерных проблем является лишь функцией сил и средств, вложенных в разработку.