Файл: Курсовая работа по дисциплине Разработка программного обеспечения мобильного модуля MindWave системы NeuroSky Biosensor (eeg algo sdk).doc

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Саратовский государственный технический университет имени
Гагарина Ю.А.»

Институт машиностроения, материаловедения и транспорта
Кафедра «Техническая механика и мехатроника»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Разработка программного обеспечения мобильного модуля MindWave системы NeuroSky Biosensor (EEG Algo SDK)»


Выполнил: студент

Форма обучения: очная

Группа: м1-МХРТ-11

Номер зачетной книжки: 222458

ФИО: Букумбаев Р.К.

_________________

^{(подпись)}

Руководитель работы:

Трефилов П.А.,

к.т.н., доцент кафедры ТММ

^{(ФИО, должность, кафедра)}

Работа допущена к защите __________________________

^{(подпись руководителя) (дата)}

Работа выполнена и защищена с оценкой _____________

Дата защиты ________________

Члены комиссии: ________________________________

^{(должность) (подпись) (И.О. Фамилия)}

Саратов 2022

РЕФЕРАТ

Общий объем курсовой работы составляет 29 страниц, 17 рисунков, и 6 источников.

Структура курсовой работы представлена введением, целью, основной частью, заключением и списком литературы.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В нейрогарнитуре MindWave от производителя NeuroSky заложены технологии, которые могут быть интегрированы в компьютерные пользовательские интерфейсы в скором будущем. Речь идет о так называемой биологической обратной связи.

---

Одним из основных элементов биологической обратной связи является электроэнцефалография (ЭЭГ) — метод наблюдения и регистрации электрических процессов в мозге. Данный метод используется в медицине: таким образом, диагностируется склонность к эпилепсии и наличие опухолей мозга. Во время процедуры «снятия» ЭЭГ на голову пациента надевается прорезиненная шапочка с электродами и далее регистрируется электрическая активность мозга в разных состояниях: например, при восприятии интенсивно мигающего света. ЭЭГ также широко применяется в науке. Благодаря этому методу можно проверять гипотезы о типах мозговой активности при той или иной деятельности.

Ритмы мозга, регистрируемые методом ЭЭГ, могут с относительным успехом контролироваться человеком, следовательно — могут быть использованы в интерфейсах «человек − машина».

В современной электроэнцефалографии используются в основном стационарные и мобильные электроэнцефалографы.

MindWave Mobile безопасно измеряет и выводит спектры мощности ЭЭГ (альфа-волны, бета-волны и т. д.), измерители NeuroSky eSense (внимание и медитация) и моргание глаз. Устройство состоит из гарнитуры, ушной клипсы и сенсорного кронштейна. Референтный и заземляющий электроды гарнитуры находятся на ушном зажиме, а электрод ЭЭГ — на держателе датчика, расположенном на лбу над глазом (положение FP1). Он использует одну батарею AAA с 8 часами автономной работы.

ОБЗОР НЕЙРОГАРНИТУРЫ NEUROSKY MINDWAVE

РАСШИФРОВКА ЭЭГ

Напервом этапе расшифровки ЭЭГ необходимо просмотреть ее всю от начала до конца, чтобы составить о ней общее представление (условия регистрации, наличие артефактов, реакция на нагрузки, наличие пароксизмальной и локальной патологической активности).

Обработка электроэнцефалограммы для визуального и математического анализа ЭЭГ, а также формирования заключения, включает:

• 
  редактирование записи, связанное с удалением артефактов;
  
• 
  выделение участков, представляющих интерес для математического анализа;
  
• 
  математический анализ записей с получением на экране его результатов в числовом и графическом виде;
  
• 
  специальные преобразования (например, фильтрацию), а также другие вспомогательные операции (необходимо проводить для идентификации определенных паттернов ЭЭГ);
  
• 
  документирование исследования, состоящее в выдаче на печать числовых и графических результатов.
  

---

ФОРМИРОВАНИЕ МЕДИЦИНСКОГО ЗАКЛЮЧЕНИЯ

При диагностической оценке ЭЭГ учитываются частотный состав ЭЭГ, ее компоненты и характер организации (паттерн) биоэлектрической активности.

Заключение ЭЭГ – обследования должно включать время и дату записи, фамилию, имя, отчество и возраст обследуемого, клинический диагноз.

Текстовые заключения, составляемые электрофизиологом, представляют основной результат ЭЭГ-исследования и требуют учета имеющихся нейрофизиологических представлений и особенностей клинического состояния для каждого обследуемого.

Первая часть – вступительная, в ней раскрываются условия записи: на фоне каких препаратов производилась запись, в каком состоянии находился больной, открыты или закрыты глаза, в условиях привлеченного внимания или в пассивном расслабленном состоянии бодрствования, в состоянии сна и т.д.

Вторая часть – описательная, в ней рассмотрены все виды активности. Описание ЭЭГ должно включать все характеристики записи, как нормальные, так и аномальные; главные, наиболее выраженные компоненты; выделение отдельных типов биоэлектрических потенциалов, их характера; определение локализации их источников в головном мозге.

Целью является полный и объективный отчет, который позволит другим ЭЭГ-специалистам прийти к выводу относительно нормальности или степени аномальности записи по описанию без необходимости просматривать исходную ЭЭГ. Хорошо и полно описанная ЭЭГ дает возможность врачу-эксперту объективно оценить функциональное состояние мозга и локализацию очагов ирритации или медленноволновой активности. Предварительно следует просмотреть всю запись ЭЭГ, чтобы составить общее впечатление, выявить артефакты и наличие пароксизмальной активности. Расшифровка начинается с фоновой и доминирующей активности. Обязательные характеристики, которые должны быть указаны, – это частота, амплитуда, степень проявления и зональные различия. При описании α-ритма важно учитывать форму волн, модуляцию, асимметрию, склонность к формированию вспышек. Аналогичным образом описываются и другие ритмы: ß-ритм, θ-колебания, δ-активность.

Далее должно идти описание нарушений, не относящихся к фоновой активности: наличие различных вспышек, пароксизмальных разрядов, состоящих из β-, θ-, δ-волн или комплексов пиков, острых и медленных волн различной амплитуды и длительности; распространенность (диффузные, локальные), топография или локализация, симметрия/асимметрия, синхронность (внутри или межполушарная), амплитуда, временные характеристики (непрерывная, периодическая, эпизодическая, пароксизмальная), количество аномальных паттернов. Описываются эффекты гипервентиляции и фотостимуляции, включая нормальные и аномальные ответы. Если гипервентиляция или фотостимуляция не проводились, необходимо указать причину.

---

При оценке ЭЭГ следует принимать во внимание известные положения, принятые на основе многочисленных исследований. Генерализованные сдвиги, захватывающие все отделы больших полушарий мозга, и изменения, возникающие синхронно в симметричных областях обоих полушарий, обычно связывают с дисфункцией стволовых структур, поражением гипоталамической области и некоторых других мезодиэнцефальных образований.

Важны выявление и оценка локальных патологических знаков, их характера, локализации. Фокус патологической активности обычно выражается в виде δ- или θ-активности, по амплитуде превышающей фоновую активность, и локального усиления ß-активности.

Определенные паттерны ЭЭГ подтверждают более или менее специфические клинические ситуации. δ-Фокус может говорить о структурном поражении, определенные типы спайков или острых волн подтверждают потенциальный эпилептогенез. Если присутствуют несколько видов нарушений, желательно ограничиться списком из двух или трех главных нарушений, которые наиболее характерны для данной записи.

Третья часть – интерпретация. Это выводы, которые делаются на основании полученных данных и выносятся в отдельный раздел расшифровки ЭЭГ «Заключение». При этом следует помнить основное правило: ЭЭГ нозологически неспецифична, является вспомогательным методом, и ни в коем случае нельзя ставить диагноз только на основании ЭЭГ-данных.

В заключении следует указать, имеются ли изменения в ЭЭГ, каков характер этих изменений, степень проявления и локализация. Такие изменения, как острые волны, спайки, комплексы спайк-волна и острая волна-медленная волна, а также разряды в заключении следует характеризовать как эпилептиформную активность, а не как эпилептическую, поскольку перечисленные виды активности могут встречаться не только при эпилепсии, но и при других нозологических формах: неврозах, олигофрении, травмах и др.

При наличии данных предыдущих ЭЭГ-записей необходимо включать их в сравнение с результатами проведенного исследования. При этом важно не упустить ряд существенных деталей. Эту возможность дает система правил (алгоритм) расшифровки ЭЭГ.
КОНСТАТАЦИЯ ПОРАЖЕНИЯ МОЗГА

В настоящее время можно считать общепризнанным, что обнаружение явных патологических изменений ЭЭГ является признаком ненормального функционирования нервной ткани, а следовательно, и церебральной патологии. Даже при полном внешнем клиническом здоровье обследуемого наличие патологических изменений на ЭЭГ следует рассматривать как признак латентной патологии, резидуального или еще не проявившегося поражения. Критерии электроэнцефалографической нормы изложены выше. В реальных условиях ЭЭГ в популяции представляет собой континуум частотно-амплитудных вариантов, на одном конце которого находятся записи, полностью укладывающиеся в понятие нормы, а на другом — явно патологические. В связи с этим возникают определенные проблемы обозначения границ нормы и патологии. Вопрос усложняется еще и тем, что, как уже указывалось, в ряде случаев даже органические внутричерепные поражения могут не вызывать изменений на ЭЭГ; в то же время у практически здоровых людей могут наблюдаться явно патологические электроэнцефалографические феномены.

---

Учитывая реальную невозможность провести формальную границу между нормой и патологией, во всех классификациях ЭЭГ выделяют три группы:

1. 
   нормальные;
   
2. 
   пограничные между нормой и патологией;
   
3. 
   патологические или анормальные.
   

Нормальными называются ЭЭГ, соответствующие возрасту и функциональному состоянию обследуемого по частотным, амплитудным и пространственно-временным характеристикам. Для взрослого человека — это ЭЭГ, содержащие α-и (или) β-ритмы, по амплитуде не превышающие соответственно 100 и 15 мкВ, в зонах их физиологической максимальной выраженности. На нормальной ЭЭГ взрослого бодрствующего человека могут встречаться θ- и δ-волны, по амплитуде не превышающие 50 мкВ и основной ритм, не носящие характера билатеральносинхронных организованных разрядов или четкой локальности и занимающие не более 15% от общего времени записи.

Пограничными называют ЭЭГ, выходящие за указанные рамки, но не имеющие характера явной патологической активности. Несмотря на всеобщее употребление этого понятия, руководства по электроэнцефалографии не дают четких формальных критериев этой группы ЭЭГ, что, очевидно, связано именно с трудностью вычленения их из нормы и патологии.

Трудность определения соответствующих границ видна из следующих соображений. Отклонения от нормы могут определяться:

1. 
   сдвигом нормальной частоты доминирующего ритма и появлением аномальных ритмов 0, 8 и по меньшей мере 4 видов эпилептиформной активности (спайков, острых волн, комплексов спайк-волна и др.);
   
2. 
   выходом амплитуды нормальной активности за пределы нормы;
   
3. 
   аномальным группированием графоэлементов в ЭЭГ;
   
4. 
   изменениями нормальной топики;
   
5. 
   изменениями реакции на функциональные пробы;
   
6. 
   зависимыми от возраста особенностями (при самом грубом подходе — не менее 7 возрастных градаций).
   

Поскольку все перечисленные факторы могут комбинироваться практически любым образом, число возможных пограничных с нормой вариантов оказывается не менее нескольких десятков, внутри которых реализуются многие сотни индивидуальных вариантов. Примером одного из возможных вариантов достаточно ориентировочного определения пограничных между нормой и патологией ЭЭГ, разработанного на основе опыта Лаборатории клинической нейрофизиологии Московской медицинской академии

---