Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Усилитель ЭЭГ сигналов на основе технологий ЦОС 12
1.1. Основные требования к цифровым усилителям ЭЭГ 12
1.2. Типовая схемотехника аналого-цифрового блока ЦУЭЭГ 14
1.3. Построение аналого-цифрового блока ЦУЭЭГ на основе многоразрядных сигма-дельта преобразователей 17
1.3.1. Сигма-дельта АЦП. Основные принципы функционирования 17
1.3.2. Технические характеристики сигма-дельта АЦП AD7716 30
1.3.3. Структурная схема аналого-цифрового блока ЦУЭЭГ на основе сигма-дельта преобразователей 35
1.3.4. Усилитель постоянного напряжения для ЦУЭЭГ 37
1.3.5. Цифровой ФВЧ для реализации на ПК 38
1.4. Структурная схема цифрового блока ЦУЭЭГ 40
1.4.1. Обеспечение требований по электробезопасности ЦУЭЭГ 41
1.4.2. Реализация функций цифрового блока ЦУЭЭГ на основе ОМЭВМ 43
Глава 2. Устройства внешней стимуляции для ЭЭГ исследований 51
2.1. Метод вызванных потенциалов в электроэнцефалографических исследованиях 51
2.1.1. Регистрация зрительных ВП 54
2.1.2. Регистрация слуховых ВП 57
2.1.3. Регистрация соматосенсорных ВП 59
2.1.4. Регистрация эндогенных ВП 60
2.2. Устройства фоно- и фотостимуляции в составе цифрового комплекса для ЭЭГ исследований 62
Глава 3. Сопряжение устройств ЭЭГ комплекса с ПК 69
3.1. Интерфейс приборов ЭЭГ комплекса и ПК 69
3.2. Стандарт интерфейса USB 71
3.2.1. Топология USB 71
3.2.2. Электрическое соединение USB 73
3.2.3. Механическое соединение USB 74
3.2.4. Протокол обмена USB 75
3.2.5. Помехоустойчивость USB 77
3.2.6. Конфигурация системы в USB 78
3.2.7. Протоколы передачи данных USB 79
3.3. Подключение приборов ЭЭГ комплекса к ПК с помощью интерфейса USB 81
3.3.1. Аппаратная поддержка USB в периферийных устройствах 81
3.3.2. Программное обеспечение для работы с USB в периферийных устройствах 82
3.3.3. Программное обеспечение для работы с USB на ПК 90
Глава 4. Компьютерная обработка сигналов ЭЭГ 92
4.1. Спектральный анализ ЭЭГ, ВП 92
4.2. Методы картирования, топическая диагностика 95
4.2.1. Топическая диагностика 95
4.2.2. Амплитудное картирование ЭЭГ 96
4.2.3. Картирование спектральной мощности ЭЭГ 98
4.3. Дипольный анализ 101
Заключение 107
Библиография 108
- Построение аналого-цифрового блока ЦУЭЭГ на основе многоразрядных сигма-дельта преобразователей
- Устройства фоно- и фотостимуляции в составе цифрового комплекса для ЭЭГ исследований
- Подключение приборов ЭЭГ комплекса к ПК с помощью интерфейса USB
- Методы картирования, топическая диагностика
Введение к работе
Электроэнцефалография является одним из основных методов объективного тестирования функций центральной нервной системы (ЦНС). В последнее десятилетие наблюдается активизация исследований в этой области с качественным и количественным совершенствованием аппаратуры и методов анализа, расширением диапазона применения метода а х более широкие области диагностики [2,22].
Новые методы нейровизуализации, появившиеся в 80-е 90-е годы: компьютерная рентгеновская томография, ядерно-магнитно-резонансная томография, позитронно-эмиссионная томография и др. решили в основном задачу диагностики органических структурных морфологических и частично дизметаболических расстройств путем воссоздания трехмерного изображения структуры головного мозга [74]. Однако в большинстве случаев методы нейровизуализации оказываются недостаточно чувствительными и специфичными, особенно на начальных стадиях заболевания или при преобладании метаболических нарушений над структурно-морфологическими [20,96]. Определился круг задач, которые может решать только электроэнцефалография - это диагностика функциональной активности ЦНС - то главное, что характеризует живой мозг человека в норме или при неврологической патологии. Электроэнцефалография является совершенно незаменимым методом в эпилептологии. Чрезвычайно возрос удельный вес электроэнцефалографических исследований в области так называемых «функциональных» расстройств (невротических, психических и др. нарушений). Эта последняя важная роль электроэнцефалографии не могл бы быть реализована без использования количественных компьютерных методов обработки, анализа и представления данных. В результате перехода от аналогового способа регистрации ЭЭГ на бумажных носителях к цифровым (компьютерным) методам появился новый аппаратно-методический подход - компьютерная электроэнцефалография (КЭЭГ) [22].
Возможности КЭЭГ используются в первую очередь в регистрации, первичной обработке ЭЭГ и ее рутинном анализе. Преимущества КЭЭГ по сравнению со стандартным методом ЭЭГ исследования:•
Цифровые методы регистрации ЭЭГ отличаются более качественной предварительной обработкой сигнала, обеспечивая избирательную и точно ограниченную заданной полосой цифровую фильтрацию, коррекцию постоянного смещения сигнала, произвольное изменение развертки во времени и масштаба амплитуды записи.
Цифровые ЭЭГ комплексы позволяют сократить время исследования, так как непосредственная регистрация ЭЭГ производится в монополярных отведениях, из которых вычислительными методами получают все необходимые биполярные, а также специальные отведения.
Представление данных в цлф эвом формате значительно улучшает возможности по их хранению, систематизации и интеграции (с использованием «безбумажных» - магнитных и лазерных носителей).
Улучшение массогабаритных характеристик цифровых усилителей ЭЭГ по сравнению с традиционными, их высокие потребительские свойства увеличивают мобильность метода и расширяют возможности его амбулаторного использования, а так же применения в полевых и экспедиционных условиях.
Цифровые ЭЭГ комплексы обеспечивают гораздо более полную, развернутую и наглядную документацию записи за счет неограниченного использования разных маркировок и сопровождающих текстов. При необходимости любой участок ЭЭГ может быть выведен на бумагу в виде «твердой копии», ничем не отличающейся от традиционной формы представления ЭЭГ.
Целесообразным является применение КЭЭГ в научных исследованиях, поскольку последние направлены на выявление фактов, критериев и закономерностей ранее не известных, чему и удовлетворяет использование нов лх подходов и методов. Для практического же применения допустимо использование только общепринятых критериев, параметров, приемов описания и интерпретации фактов, что и составляет основную трудность внедрения КЭЭГ в область клинического использования, поскольку КЭЭГ является на сегодняшний день относительно молодым методом исследования. Вместе с тем, перспективность нового диагностического подхода не вызывает сомнений. КЭЭГ позволяет применить для анализа сигнала:
• Стандартные приемы оценки волновых процессов, включающие быстрое преобразование Фурье с получением спектра мощности, корреляционный, фазовый и когерентный анализ, когерентное накопление и др.
• Комплексный анализ по распознаванию образов, таких как спайки, острые волны, спайк-волна, «разряды» и др.
• Мультипараметрические методы анализа, реализующие некоторые диагностические и прогностические процедуры, направленные на получение специфической клинической информации (оценка функционального состояния мозга, тяжесть токсических или ишемических расстройств, прогноз исхода нарушений мозгового кровообращения, дифференциация некоторых клинических групп и др.).
На основе современных персональных компьютеров (ПК) класса Pentium с высокопроизводительным ядром, графическим акселератором и большим объемом жесткого диска (десятки гигабайт) возможна разработка цифрового комплекса для КЭЭГ. Портативные ПК класса Notebook по своим функциональным возможностям приближаются к настольным, что позволяет создавать такие системы для различных условий применения. При использовании 32-х разрядной операционной системы (ОС) класса Windows 95/ 98/ 2000/ NT, библиотек обработки сигналов оптимизированных по скорости выполнения (к примеру - Intel Signal Processing Library, фирмы Intel Corp.), технологий визуализации Direct Draw © и Direct 3D © фирмы Microsoft Corp. возможно получение результатов исследования в реальном времени.
Основой такой ЭЭГ системы должен быть цифровой усилитель ЭЭГ сигнала (ЦУЭЭГ), построенный на современной элементной базе — многоканальных малошумящих операционных усилителях, многоразрядных и многоканальных интегральных аналого-цифровых преобразователей (АЦП), программируемых логических матрицах и/или микроконтроллерах.
Фундаментальным принципом г гроения ЦУЭЭГ является технология цифровой обработки сигналов (ЦОС). Качество ЦОС, регистрации ЭЭГ сигнала зависит от реализации входных каскадов усилителя, АЦП и предварительной обработки сигнала. На технические характеристики системы в целом влияют общие вопросы организации функциональной сх .л т комплекса, в том числе насыщенность микропроцессорными интегральными схемами, использование высокопроизводительных интерфейсов для связи с персональным компьютером (ПК). С развитием компьютерной техники, технологии микроэлектроники появилась возможность создавать ЭЭГ комплексы с качественно новыми характеристиками.
Целью работы являлась разработка цифрового комплекса для ЭЭГ исследований на основе алгоритмов ЦОС и современных компьютерных технологий.
Основные результаты работы
Разработан электроэнцефалографический комплекс (Рис. 1) в составе:
• 40-канального цифрового усилителя ЭЭГ сигналов Neurovisor40 U;
• ЭЭГ фонофотостимулятора FSS2 с программируемыми параметрами воздействия;
• малогабаритного автономного устройства тестирования работоспособности ЦУЭЭГ в составе ЭЭГ комплекса PocketTrace;
• персонального компьютера и печатающего устройства.
ЦУЭЭГ NeurovisoMOU (Рис. 2) разработан на основе современных технологий ЦОС, с применением сигма-дельта АЦП [99], высокопроизводительных однокристальных микроЭВМ (ОМЭВМ) [47], что позволило выполнить его в малогабаритном пластиковом корпусе 200x150x40 мм. Входящий в состав ЭЭГ комплекса фонофотостимулятор использует в качестве оптического излучателя матрицу из полупроводниковых светодиодов, конструктивно выполнен в виде лампы на штативе. Устройства объединены с ПК с использованием интерфейса USB [8], длина кабеля до 5 м. Применение стандартного интерфейса обеспечивает надежную передачу данных, синхронизацию работы устройств, поддержку со стороны современных ОС ПК - Windows 98/2000/NT5, MacOS и Linux.
• входной диапазон сигнала ±130 мВ;
• собственные шумы усилителя в полосе сигнала не более 1 мкВ;
• разрешение сигнала по амплитуде менее 0.1 мкВ;
• рабочий диапазон частот сигнала 0-70 Гц (по уровню -3 дБ); программные ФВЧ от 0.01 до 1 Гц, режектор-ный фильтр на 50 Гц;
• коэффициент ослабления синфазного сигнала не менее 100 дБ;
• потребляемая мощность не более 2.5 Вт.
Технические параметры комплекса позволяют проводить регистрацию и анализ спонтанной ЭЭГ, а так же исследования вызванных потенциалов (ВП) мозга (за исключением коротколатентных стволовых ВП). Цифровой усилитель Neurovisor40U имеет защиту входных каналов от статического электричества, систему оценки сопротивления контакта электродов. Обеспечена гальваническая развязка пациента от вычислительного блока (класс электробезопасности II тип CF).
К моменту написания диссертационной работы подготовлены технические условия (номер 9441-001-40160890 ТУ) и подана заявка в комитет по новой медицинской технике на прохождение технических и клинических испытаний.
Апробация работы
Приведенные в диссертации результаты работы были представлены автором на:
• Международной конференции по биомедицинскому приборостроению «Биомедприбор-2000», Москва, ЗАО «ВНИИМП-ВИТА» РАМН, 24-26 октября 2000 года.
• Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика -2000», Москва, МИЭТ, 17-18 апреля 2000.
• Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микрозлеї хроника и информатика -99», Москва, МИЭТ, 19-21 апреля 1999.
• Международной конференции по биомедицинскому приборостроению «Биомедприбор-98», Москва, ЗАО «ВНИИМП-ВИТА» РАМН, 6-8 октября 1998 года;
• Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика -98», Москва, МИЭТ, 20-22 апреля 1998;
• Научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика-97», Москва, МИЭТ, 18-20 апреля 1997 года;
За время работы над диссертацией было опубликовано 8 научных работ [3-10].
Построение аналого-цифрового блока ЦУЭЭГ на основе многоразрядных сигма-дельта преобразователей
В последние годы сигма-дельта архитектура стала популярна для реализации АЦП и ЦАП высокого разрешения в виде интегральных схем (ИС). Благодаря развитию технологии микроэлектроники такие ИС стали коммерчески доступны, а их применение в современных разработках - оправданным. Принципы функционирования сигма-дельта преобразователей описаны в литературе [51,56,57,69].
В сигма-дельта АЦП аналоговый сигнал квантуется с очень низким разрешением (как правило, 1 бит), но с частотой, во много раз превышающей верхнюю границу спектра входного сигнала. Используя такую методику передискретизации в сочетании с цифровой фильтрацией, можно значительно повысить разрядность преобразования. Для снижения эффективной скорости поступления отсчетов на выходе АЦП применяем я децимация. Однобитовые сигма-дельта АЦП обладают превосходной дифференциальной и интегральной линейностью благодаря линейности однобитного квантователя. Не требуется высокоточная лазерная подгонка, удорожающая производство ИС.
Значительная часть шума квантования попадает в рабочую полосу частот. При соблюдении условия теоремы Котельникова (полоса частот полезного сигнала меньше либо равна Fs/2) аналоговый фильтр на входе преобразователя должен обладать высокой крутизной спада амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) за полосой пропускания. Это необходимо для эффективного ослабления высокочастотных шумов и помех, п ю їкающих в рабочую полосу в результате интерференции с гармониками частоты дискретизации. В подавляющем большинстве случаев это активный ФНЧ. Но добиться удовлетворительного коэффициента аомоник у таких фильтров и малых фазовых искажений непросто. При решении данной проблемы возникают противоречия.
Эффективный способ улучшения разрешения преобразователя -передискретизация {Рис.5). При этом входной сигнал квантуется с частотой KFS, где К - коэффициент передискретизации, a Fs -частота выходного цифрового поте ... Здесь появляется два новых элемента схемы: цифровой фильтр к дециматор - устройство снижения частоты следования отсчетов. Шум квантования в полосе частот от Fs до К-Fs/2 подавляется цифровым фильтром в выходном потоке, что приводит к улучшению отношения сигнал/шум на величину:
Кроме того, можно добиться малой неравномерности АЧХ и фазо-частотной характеристики (ФЧХ) цифрового фильтра и высокой линейности. Сам же аналоговый фильтр вырождается в простое RC звено. Однако цена за сверхразрешение высока, поскольку для улучшения отношения сигнал/шум на 6 дБ (1 бит) требуется соответственно увеличить коэффициент передискретизации в 4 раза. Для сохранения значения этого коэффициента в разумных пределах можно разбить спектр шума квантования так, что бы основная его часть была между Fs/2 и KFs/2 и только небольшая - на отрезке
[O..Fs/2]. Эту функцию выполняет сигма-дельта модулятор. После такого распределения цифровой фильтр легко подавляет значительную часть энергии шума квантования, и общее отношение сигнал/шум, определяющее динамический диапазон, ощутимо возрастает.
Блок-схема сигма-дельта АЦП первого порядка представлена на Рис.6. Входная (аналоговая) часть такого класса приборов - сигма-дельта модулятор, преобразующий входной сигнал в последовательный непрерывный поток нулей и единиц, следующих с частотой K-Fs/2. Замкнутая цепь обратной связи состоит из вычитающего устройства, интегратора, компаратора (1-битного АЦП), 1-битного цифроаналогового преобразователя (ЦАП). Этот ЦАП принимает последовательные .тток данных, а сигнал с его выхода вычитается из входного сигнала. Из теории обратной связи следует, что средняя величина напряжения на выходе ЦАП при достаточном петлевом усилении может достигать значения на входе модулятора. Интегратор может быть представлен как фильтр, амплитуда отклика которого пропорциональна І/f, где / - частота входного воздействия. Компаратор синхронизируется тактовыми импульсами, следующими с частотой KFs/2, преобразуя медленный входной сигнал в сигнал переменного тока высокой частоты, меняющейся в зависимости от среднего значения напряжения на входе. Таким образом эффективное значение шума квантования на низких частотах пренебрежимо мало, а интегратор выступает в роли фильтра высоких частот для шума квантования. Распределение спектра результирующего шума сильно зависит от скорости квантования, постоянной времени интегратора и точности балансировки обратной связи по напряжению.
Для различных входных величин в одном интервале квантования данные от 1-битного АЦП мало что значат. Только когда накоплено большое число отсчетов, мы получим результирующее значение. Если входной сигнал близок к положительному краю полной шкалы, то в битовом потоке на выходе больше единиц, чем нулей, и наоборот, если сигнал ближе к отрицательному краю, то больше нулей. Для сигнала, близкого к середине шкалы, количество нулей и единиц примерно одинаково.
Для декодирования выходного потока і ропустим выходные отсчеты через простой цифровой фильтр низкой частоты, который усредняет только по четырем отсчетам. На выходе фильтра будет 2/4. Это значение соответствует нулю. По мере накопления отсчетов достигается более широкий динамический диапазон. Например, накопление 8 отсчетов даст 4/8 (3-бит разрешение). На нижней диаграмме накопление, проведенное для 4 отсчетов, даст 3/4, а для 8 -6/8. Сигма-дельта АЦП можно также рассматривать как синхронный преобразователь напряжения в частоту и следующий за ним счетчик. Число единиц, подсчитанное в заданном количестве отсчетов выходного потока данных, счетчик выдаст как цифровое значение входного воздействия. Однако прямой метод накопления подходит только для постоянных или медленно меняющихся входных сигналов из-за низкой скорости преобразования, так как только за 2N тактов цикла можно достичь N-бит эффективного разрешения. Для повышения скорости преобразования применяют специальные способы распараллеливания процессов.
Устройства фоно- и фотостимуляции в составе цифрового комплекса для ЭЭГ исследований
Функциональную схему построения прибора во многом определяет выбор интерфейса сопряжения с ПК. В составе цифрового ЭЭГ комплекса целесообразно использовать единый стандарт связи. Выбор USB в качестве интерфейса для ЦУЭЭГ (см. главу 3) определяет такое же решение и при проектировании устройств стимуляции. В последнем случае применение технологии USB дает преимущества [8]: Обеспечение синхронизации приборов внутри комплекса; Поддержка современного интерфейса связи на системном уровне; Высокая помехозащищенность при передаче данных; Обеспечение питания прибора от шины USB; Основным условием для исследований ВП является синхронизация устройств стимуляции с регистратором ЭЭГ. Как отмечается ниже, стандарт USB имеет встроенный механизм, позволяющий сделать абсолютную привязку по времени потоков данных от любых устройств на шине. При этом отпадает необходимость в создании специальных каналов синхронизации между приборами. Поскольку временные кадры передаются по USB с периодом в 1 мс, точность синхронизации приборов составляет ±0.5 мс, что достаточно для большинства медицинских применений и, в частности, для ЭЭГ исследований. Использование USB в устройствах стимуляции позволяет получить им все преимущества, предоставляемые современным интерфейсом -поддержку протокола на системі „. уровне, совместимость со стандартом "Plug&Play", позволяющим гибко конфигурировать устройства на шине, поддержка «горячего» подключения /отключения.
Высокая скорость обмена не накладывает ограничения на количество используемых в комплексе устройств. Помехозащищенность обеспечивается в USB на аппаратном и протокольном уровне. В асинхронном канале связи используются дифференциальные приемопередатчики, разъемы и кабели со специальными техническими параметрами. В протоколах обмена заложен контроль правильности передачи данных с возможностью повтора ошибочных пакетов. Повышенная помехозащищенность особенно важна для устройств стимуляции, где основной объем данных составляют команды управления устройством. Наличие в стандартном кабеле USB провода питания +5В с выходной мощностью 2.5 Вт позволяет напрямую подключать определенный класс устройств стимуляции. При большей мощности необходимо использовать внешние источники питания. Поддержка интерфейса USB в устройстве является «интеллектуальной» задачей. Одновременно требуется организовать достаточно сложные алгоритмы управления процессами фоно-фотостимуляции. При проектировании приборов с таким классом задач целесообразно применять функциональные схемы на основе ОМЭВМ (Рис. 23). Интерфейса USB (с помощью внешнего специализированного контроллера); Протоколов управления устройством; Генерации управляющих сигналов для блока оптических излучателей с заданными временными параметрами, возможность формирования псевдослучайных последовательностей; Генерации выходных и управляющих сигналов для блока аудиоусилителя с заданными амплитудными и временными параметрами, возможность формирования псевдослучайных последовательностей и фонового шумового сигнала; Генерации шумового сигнала в аудиоканале для специального метода исследования СВП; Калибровки интенсивности звуковой стимуляции; Детектирования дополнительного внешнего источника питания (при отсутствии внешнего источника питания выходная мощность фоно- и фотостимуляции ограничивается). Для реализации таких алгоритмов ОМЭВМ должна обладать производительностью 6-8 MIPS, ОЗУ не менее 128 байт, ПЗУ -8 кбайт, энергонезависимой памятью в несколько десятков байт для записи калибровочных коэффициентов, иметь в своей структуре как минимум два независимый таймера. Этим требованиям полностью удовлетворяет ИС AT90S8515, производства фирмы "Atmel", выполненная по RISC-архитектуре. Дополнительно для работы с аналоговыми сигналами ИС имеет два ШИМ-модулятора и компаратор. Выполнить блок оптических излучателей фотостимулятора возможно на основе: Импульсной газоразрядной лампы: Сложность регулирования параметров вспышки -длительности, силы света; Издает акустический щелчок, что нежелательно при проведении ЭЭГ исследований; Управляется высоковольтным импульсом, что увеличивает вероятность возникновения емкостной наводки на чувствительные канаты регистрации ЭЭГ. Низкая стоимость. Матрицы твердотельных полупроводниковых излучателей: Гибкое регулирование всех параметров вспышки -длительности, частоты следования, силы света (яркость возможно регулировать скважностью высокочастотных импульсов заполнения вспышки) Управление низким напряжением. Ячеистая структура матрицы позволяет без дополнительных затрат организовать паттерн режим подачи импульсов.
Относительно высокая стоимость. Значительные преимущества твердотельных полупроводниковых излучателей определяют их использование в современных устройствах фотостимуляции. Это стало возможно с появлением сверхярких светодиодов, где сила света увеличена в 10-15 раз за счет изменений в технологии производства. Кроме того, их спектр свечения может быть существенно расширен и приближен к белому (Рис.24).
Подключение приборов ЭЭГ комплекса к ПК с помощью интерфейса USB
Сложная структура и разветвленна. vг ть протоколов, кодирование данных - все это привело к созданию специализированных контроллеров USB. Они представляют собой достаточно интеллектуальные устройства, значительно облегчающие разработку аппаратуры, обеспечивая поддержку шины на низком уровне -согласование уровней сигнала, кодирование-декодирование данных, проверка CRC кода, адресацию устройства и узлов, буферирование данных. При этом контроллер может интегрироваться в систему с внешним процессором, поддерживающим протоколы USB на более высоком уровне. На Рис.33 приведен пример схемы подключения контроллера USB к ОМЭВМ. Обмен осуществляется с использованием механизма прерываний ОМЭВМ по внешней восьмиразрядной шине данных. Возможно так же применение ОМЭВМ со встроенным портом USB. Фирмами-производителями интегральных чипов (Cypress, Intel, National Semiconductors, Philips, Siemens) предлагаются отладочные платы с набором тестового программного обеспечения и исходного кода, что значительно увеличивает эффективность разработки новых устройств. При написании ПО прибора в качестве исходных рекомендуется использовать примеры, предоставляемые фирмами-производителями USB-контроллеров.
Объем программы составляет одну - две тысячи строк на языке высокого уровня (Си), т.е. около 2 килослов в машинном коде. Требования к производительности ОМЭВМ зависят от объема передаваемых данных. Для высокоскоростных устройств USB (поддерживается обмен на 12 мбит/с) она должна составлять, как минимум, 1 MIPS. Такими характеристиками обладают все современные ОМЭВМ, устройство USB может быть выполнено на основе любого семейства 8-ми разрядных микроконтроллеров. Прибор тестируется на совместимость на специальном оборудовании или на ПК с помощью тестовых программ. Рассмотрим в качестве примера реализацию алгоритма начальной инициализации периферийного устройства USB. На Рис. 34 - Рис.36 и далее в тексте представлена структура пакетов USB, проходящих по шине после подключения нового устройства. Хост передает пакет начала нового кадра USB (через каждые 1мс). В течение одного кадра хост обращается к устройству (к узлу устройства), как минимум, 1 раз. Если шина не загружена, а идет передача больших пакетов данных, обмен может осуществляться и несколько раз за миллисекунду. Хост передает маркер, оповещающий, что следующим пакетом будет служебная команда к устройству с нулевым адресом (по умолчанию). Хост передает стандартную команду "Get Descriptor". идентификатор фирмы-производителя, модели, номер изделия, текстовые строки описания фирмы-производителя, модели и номера изделия. Кадр И. Хост передает стандартную команду "Get Configuration Descriptor" - запрос информации о конфигурации, используемых интерфейсах, описание узлов устройств. Кадр 12-15. Устройство по запросам с хоста передает полный пакет "Device Descriptor", включающий в себя информацию: возможные конфигурации устройства и используемые при этом узлы и интерфейсы, текстовые строки описания конфигураций, потребляемую устройством мощность от шины USB (ток в мА), информация об узлах устройства (протоколы обмена, их характеристики). На этом процесс конфигурации заканчивается. Устройство может передавать/принимать данные с хоста по его запросам. При этом необходимо так же поддерживать обработку стандартных команд USB. На Рис.37 - Рис.39 представлен примхо алгоритма программы для ОМЭВМ, обеспечивающий инициализацию периферийного устройства USB при подключении к шине.
Методы картирования, топическая диагностика
В клинической ЭЭГ амплитудно-частотный анализ обычно дополняется оценкой пространственной организации ритмов [20,22]. Например, для ос-ритма определяется степень межполушарной асимметрии, а также степень Е "женности градиента «лоб-затылок». При наличии тета- и дельта-ритмов по соотношению амплитуд под разными электродами определяются места их генерации. Если на этапе визуального анализа ЭЭГ были обнаружены стереотипные феномены пароксизмальной активности, прежде всего такие, как эпилептиформные паттерны типа «спайк», «спайк-волна» или острые волны, то также желательно хотя бы приблизительно определить, где происходит их генерация и пути их дальнейшего распространения по мозгу. Этот тип анализа ЭЭГ также важен при определении мест генерации различных компонент вызванных потенциалов, так как позволяет глубже понять их механизмы и более эффективно использовать в дифференциальной диагностике. В клинике этот вид анализа ЭЭГ носит название топической диагностики. При этом используются: схемы отведения с различным положением референтного электрода; метод биполярных монтажей; картирование спектральной мощности для основных частотных составляющих ЭЭГ; картирование мгновенных распределений потенциалов; дипольный анализ источников ЭЭГ/ВП.
Амплитудное картирование ЭЭГ представляет карту мгновенного распределения разностей потенциалов по поверхности головы ( Рис.41)[22,58,96,102]. Амплитудное картирование является ценным методом определения топики компонентов усредненных вызванных или связанных с событиями потенциалов, позволяющим исследовать участие различных отделов коры в переработке афферентной информации или реализации некоторых когнитивных и моторных процедур. стереотипных переходных феноменов в ЭЭГ, прежде всего эпилептиформных паттернов «спайк», «спайк— волна», острые волны. Анализ последовательных карт потенциала, отражающих его распределение через заданные короткие (обычно единицы мс) интервалы времени (Рис. 42) позволяет получить наглядное представление о месте возникновения интересующего феномена, его распространении по мозгу и изменениях его полярности. Метод позволяет выявить фокальность начала некоторых эпилептических разрядов, которые на «сырой» ЭЭГ выглядят как билатерально-синхронные, поскольку глаз без прицельного вымеривания не улавливает небольшой разницы развития событий на разных каналах в случаях их сдвига на небольшое количество миллисекунд. Помимо этого, амплитудное картирование позволяет наглядно представить дипольные характеристики исследуемого типа потенциала. По некоторым данным, такой анализ дает дополнительную диагностическую информацию и улучшает прогнозирование течения заболевания. Карты распределения спектральной мощности ЭЭГ по поверхности скальпа представляются в одном или нескольких частотных диапазонах (Рис.43, Рис. 44)[22,Ж,91]. Кроме картирования результатов спектрального анализа (отдельных частотных полос), в клинической ЭЭГ используется картирование канонограмм - соотношения мощностей по диапазонам частот, например, (а+Р)/(0+8), результаты вероятностного Z-картирования. В последнем случае на карту наносятся не распределения мощностей, а число Z средних квадратичных отклонений от среднего значения группы нормы данных конкретного исследуемого. Таким образом, если в определенной области мозга обнаруживается окрашивание, соответствующее Z 2,5 среднего квадратичного отклонения, это, с соответствующей степенью достоверности, говорит о ненормальности электрической активности в этом отведении и в этом частотном диапазоне.
