Разработка модульного программно-аппаратного комплекса для записи, анализа и обработки биоэлектрических сигналов

Научное направление: прикладные научно-технологические разработки в области медицины и биомедицины: тест системы, приборы, оборудование

2 место

Проект представил: Хлёсткина Мария Сергеевна

Авторы: Суфианова Галина Зиновьевна
Хлёсткина Мария Сергеевна
Шапкин Андрей Григорьевич
Тюлюбаев Азамат Кинжебаевич

Научный руководитель: Суфианова Галина Зиновьевна, Шапкин Андрей Григорьевич

Организация: Тюменский ГМУ

Актуальность, научная новизна: 

Регистрация спонтанной и вызванной биоэлектрической активности головного мозга имеет важное значение в клинической практике для диагностики различных патологических состояний ЦНС, в частности ишемического и травматического повреждения головного мозга, диагностики эпилепсии, а также для объективной регистрации изменения функционального состояния нервной ткани при изучении центральных фармакологических эффектов различных лекарственных препаратов.
Современные технические возможности, в частности значительный прогресс в производстве микроэлектроники и рост производительности вычислительной техники, позволяют создавать масштабируемые миниатюрные комплексы для эффективной безартефактной записи и обработки биоэлектрических сигналов. В настоящее время существует большое количество как коммерческих, так и некоммерческих проектов по созданию программно-аппаратного комплекса для регистрации биоэлектрических сигналов. Однако различные производители как правило нацелены на различную аудиторию: медицинские изделия (электроэнцефалографы, электрокардиографы), изделия для непрофессиональных увлеченных пользователей (Emotiv), изделия для экспериментальных лабораторий (отличающиеся универсальностью).
Основными недостатками существующих прототипов являются узкое целевое назначение, сложность освоения программ регистрации и настройки аппаратного комплекса, крупные габариты, высокая нестабильность записи сигналов, отсутствие гибкости в плане перенастройки целевого назначения прибора, плохая интеграция с МАТЛАБ (основной программой для современных электрофизиологических исследований, особенно в нейробиологии и физиологии, и цифровой обработки сигналов).
Нами разработан прототип устройства для записи биоэлектрических сигналов на основе микросхемы ADS1299, программы для записи и анализа биоэлектрической активности. Получено 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ №2019663846 (11.11.2019), №2019664679 (12.11.2019), патенты на изобретения №2565372. (20.10.2015), № 2639787 (22.12.2017), №2562230 (10.09.2015). Изучены особенности спектрограмм у пациентов с минимальными мозговыми дисфункциями. Изучены возможности программно-аппаратного комплекса для записи биоэлектрических сигналов в эксперименте у мышей при моделировании ишемии головного мозга. Разработаны программы для проведения частотно-временного анализа ЭЭГ, трехмерной амплитудной локализации эквивалентных источников ЭЭГ.
Предложенное нами решение отличается от аналогов значительно меньшими размерами, универсальностью (можно записывать биоэлектрические сигналы различных физиологических источников), возможностью записывать уровень постоянного потенциала и сверхмедленную электрическую активность в большом диапазоне амплитуд (от 1 мкВ до 3.7 В). Разработанный программный продукт не уступает по своим функциональным возможностям основным бесплатным (EEGlab) и платным аналогам (SciWorks, SigView).
Основными преимуществами и инновационными особенностями программы является дружественный пользовательский интерфейс, модульность, использование собственных алгоритмов фильтрации и анализа биологических сигналов. Кроме того разработан прототип устройства для записи биоэлектрических сигналов на основе микросхемы ADS1299. Получено 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ №2019663846 (11.11.2019), №2019664679 (12.11.2019), патенты на изобретения №2565372. (20.10.2015), № 2639787 (22.12.2017), №2562230 (10.09.2015). Изучены особенности спектрограмм у пациентов с минимальными мозговыми дисфункциями, возможности программно-аппаратного комплекса для записи биоэлектрических сигналов в эксперименте у мышей при моделировании ишемии головного мозга и судорожного статуса. Разработаны программы для проведения частотно-временного анализа ЭЭГ, трехмерной амплитудной локализации эквивалентных источников ЭЭГ.

Практическая значимость: 

Результаты НИР апробированы в условиях клиники на базе Федерального центра нейрохирургии (г. Тюмень) и при проведении экспериментов на животных в лаборатории кафедры фармакологии Тюменского государственного медицинского университета. Получено 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ №2019663846 (11.11.2019), №2019664679 (12.11.2019), патенты на изобретения №2565372. (20.10.2015), № 2639787 (22.12.2017), №2562230 (10.09.2015).