Lezione di Elaborazione di dati e e segnali biomedici

Elaborazione dei Segnali Biomedici: Lezione 2

1. Elettromiografia (EMG)

L'Elettromiografia (EMG) è una tecnica diagnostica che registra

l'attività elettrica generata dai muscoli scheletrici in risposta a uno

stimolo nervoso. Viene utilizzata per diagnosticare patologie

neuromuscolari e muscolari, valutando la salute dei nervi e dei muscoli.

Modalità di Registrazione

1. EMG Invasiva (ad ago):

Si utilizzano elettrodi ad ago che vengono inseriti direttamente

o nel muscolo.

È più accurata, offre una risoluzione maggiore e permette

o l'analisi dell'attività della singola unità motoria (MU).

L'EMG a singola fibra è un'ulteriore variazione usata

o specificamente per diagnosticare malfunzionamenti

neuromuscolari, come miopatie e patologie della giunzione

neuromuscolare.

2. EMG di Superficie (sEMG):

Si utilizzano elettrodi di superficie posizionati sulla pelle.

o Registra un'attività mediata (somma dei potenziali di molte

o fibre), con durata e risoluzione minore rispetto all'EMG ad

ago.

Caratteristiche del Segnale

 I segnali EMG hanno una frequenza più elevata rispetto al segnale

elettrocardiografico (ECG). L'attività muscolare è intrinsecamente

più veloce di quella cardiaca.

 Frequenza di campionamento: Per catturare accuratamente i

dettagli, i segnali EMG sono spesso registrati con frequenze di

campionamento nell'ordine dei kilohertz (kHz) (migliaia di

campioni al secondo), l'inverso del periodo di campionamento.

 Le cellule muscolari generano anch'esse un potenziale d'azione,

che è diverso da quello nervoso: ha una durata maggiore ma

un'ampiezza limitata.

2. Segnali Magnetici (MEG, MCG)

Magnetoencefalografia (MEG)

La Magnetoencefalografia (MEG) è una tecnica di neuroimaging non

invasiva che misura l'attività magnetica generata dalle correnti elettriche

delle cellule nervose (neuroni) nel cervello.

 Risoluzione: Offre un'eccellente risoluzione temporale ( ms),

permettendo di seguire l'attività cerebrale quasi in tempo reale, ed è

in grado di discriminare spazialmente sorgenti vicine (circa mm).

 Misurazione: I campi magnetici generati sono estremamente piccoli

(nell'ordine dei femtotesla, T). Per registrarli, si usano sensori molto

sensibili chiamati SQUID (Superconducting Quantum

Interference Device), spesso in configurazioni a radiometri

multicanale.

 Costo: La tecnologia MEG è molto costosa e complessa, per cui non

è usata di routine ma come esame di secondo livello per fornire

informazioni aggiuntive.

Magnetocardiografia (MCG)

La Magnetocardiografia (MCG) registra l'attività magnetica del

cuore generata dalle correnti elettriche cardiache.

 Sensibilità: Misura campi nell'ordine dei picotesla ( T). Si ritiene

che offra una maggiore sensibilitàrispetto all'ECG

(Elettrocardiogramma) per rilevare lievi anomalie, come quelle

associate all'ischemia del miocardio.

3. Altre Tecniche e Segnali

Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) / Spettroscopia RM (MRS)

La Spettroscopia a Risonanza Magnetica (MRS), basata sui principi

della Risonanza Magnetica Nucleare, è usata per misurare la presenza e

la concentrazione di composti biochimici (metaboliti) direttamente in

vivo nel paziente.

Misure di Impedenza Elettrica Biologica

I tessuti biologici mostrano una resistenza al passaggio della corrente, e la

loro interazione con la corrente rispetta approssimativamente la legge di

Ohm per densità di corrente (tipicamente ).

 Variazioni di Impedenza: L'impedenza (o resistenza) di un tessuto

varia in base a diversi fenomeni, come le variazioni di volume del

sangue (es. durante il ciclo cardiaco).

 Tecnica a 4 Elettrodi: Le misurazioni di impedenza sono eseguite

tipicamente con 4 elettrodi: due iniettano una corrente alternata a

bassa intensità, e due misurano la conseguente caduta di tensione (e

quindi l'impedenza), minimizzando l'errore dovuto all'interfaccia

elettrodo-pelle.

Pletismografia (e Pneumogramma)

La Pletismografia è una tecnica che sfrutta la variazione di

resistenza/impedenza per stimare le variazioni di volume in una parte del

corpo, in particolare i volumi ematici periferici.

 La variazione di volume del sangue che scorre nel distretto genera

una corrispondente variazione di resistenzadel tessuto.

 Il Pneumogramma (spesso una forma di pletismografia a impedenza

toracica) registra il movimento respiratorio e le variazioni di volume

polmonare.

Fonocardiogramma (PCG)

Il Fonocardiogramma (PCG) è la registrazione grafica dei suoni

prodotti dal cuore (battiti, soffi, ecc.) attraverso un microfono o un

trasduttore acustico posizionato sul torace.

4. Segnali Meccanici e di Pressione

Segnali di Pressione

È possibile misurare l'andamento della pressione all'interno del sistema

cardiovascolare (es. arterie o cavità cardiache) utilizzando trasduttori di

pressione miniaturizzati (cateteri) inseriti direttamente nei vasi o nelle

cavità.