Tecnologia e strumentazione biomedica

Disturbo dei potenziali d'elettrodo

È impossibile evitare differenze residue nei potenziali d'elettrodo, infatti in punti diversi sullo scalpo possono esserci valori di alcuni parametri come ad esempio la temperatura, da cui dipende il potenziale d'elettrodo, che possono essere molto diversi tra loro. Di solito, quindi, Ed nella formula non è nullo ed è un disturbo che solitamente è lentamente variabile, un disturbo DC: essendo quindi un disturbo differenziale, viene anch'esso riportato in uscita dall'amplificatore, amplificato dello stesso fattore di guadagno con cui viene amplificato il nostro segnale utile Eeeg. Quindi quello che può succedere è che questa differenza di potenziale di elettrodo Ed potrebbe portare in saturazione il nostro amplificatore e quindi rendere la rilevazione di Eeeg estremamente difficile. Quindi di solito, visto che i due potenziali di elettrodo sono diversi, come si fa ad attenuare questo disturbo e questa componente DC? Si interpone

Un condensatore di accoppiamento fra gli elettrodi e l'ingresso del pre amplificatore: Quindi per la presenza del condensatore, ciascun ingresso, si comporta come un filtro passa alto con la funzione di trasferimento in figura Gs. Quindi questo accoppiamento AC permette di filtrare le componenti DC e a bassa frequenza dovuta ai potenziali di elettrodo che non si annullano tra di loro, e fa si che l'uscita differenziale dell'amplificatore Vd, sia dato dalla differenza fra V' e V'A B che comprende sia il segnale utile che noi vorremmo misurare che una forma ridotta del disturbo dovuto al potenziale di elettrodo.

La parte finale della parte analogica del nostro elettroencefalografo, è formata da questi due blocchi, che sono il filtro passa basso anti-aliasing e la ADC. Il primo, serve perché il segnale EEG in uscita all'amplificatore ha solitamente uno spettro continuo, che si estende quindi sull'intero asse delle frequenze.

Poiché poi noi dobbiamo campionare il segnale EEG tramite il convertitore analogico-digitale, è necessario riuscire a limitare la banda del segnale in ingresso per soddisfare il teorema di Shannon ed evitare quindi distorsioni dovute all'aliasing.

Quindi per il teorema di Shannon: se fs è la frequenza di campionamento del convertitore ADC, la banda del segnale deve essere contenuta entro fs/2 per non indurre aliasing. Il filtro antialiasing filtra il segnale in modo da soddisfare il teorema del campionamento. I parametri che caratterizzano il convertitore analogico-digitale sono fs e b, numero di bit del convertitore: fs è solitamente compresa tra 256 Hz e 5 kHz, mentre b è solitamente pari a 12 o 16 bit (che permettono di codificare 4096 e 65536 valori, rispettivamente).

Circuito di misura delle impedenze di elettrodo

Ne avevamo parlato all'inizio, era collegato al jackbox:

1. valori elevati di impedenze di elettrodo aumentano l'errore di interconnessione,
riducendol'ampiezza del segnale utile all'ingresso dell'amplificatore differenziale; 2) uno sbilanciamento tra le impedenze di elettrodo converte parte del disturbo di modo comune in ingresso in disturbo differenziale. Per cui quello che i sistemi EEG propongono è di utilizzare un circuito di controllo delle impedenze, che deve essere utilizzato dall'utente per cercare di ridurre l'impedenza il più possibile, in modo da ridurre i disturbi. Quello che vediamo nella foto, sono elettrodi considerati attivi, che hanno un led: in figura il led è rosso il che vuol dire che l'impedenza è alta. Quello che succede è che quando il sistema viene collegato alla testa di un paziente, in seguito all'abrasione e all'introduzione del gel, l'impedenza diminuisce piano piano finché non diminuisce sotto una certa soglia (di solito si cerca di stare sotto i 5kOhm). Quando ciò succede, il led diventa verde.

Facendo capire all'utente che ha raggiunto l'impedenza necessaria e quindi controllando le impedenze di elettrodo è possibile già a proprio cercare di dedurre questo tipo di problematiche.

Dopo la parte c'è quella c'è una parte di memorizzazione dove di solio sia analogica digitale: memorizzano i segnali grezzi che vengono acquisiti prima di qualunque altra elaborazione digitale del segnale.

Poi abbiamo una parte di elaborazione vera e propria, che prevede filtraggio, ri-referenziamento e montaggio (che serve a ri-referenziare alla media dei due elettrodi simmetrici), con vari algoritmi di elaborazione che permettono di elaborare a priori il segnale.

Per quanto riguarda la visualizzazione, sul monitor abbiamo due modi per farlo: uno è quello di vedere i segnali nel corso del tempo, abbina varie linee che corrispondono ciascuno ad un elettrodo, l'altro è quello di utilizzare delle mappe topografiche, interpolando i

varrebbe l'uso nella diagnosi di epilessia. L'EEG può rilevare le anomalie elettriche nel cervello che sono tipiche di questa condizione. Inoltre, l'EEG può essere utilizzato per monitorare l'attività cerebrale durante interventi chirurgici che coinvolgono il cervello, per garantire che il paziente rimanga cosciente e che non ci siano danni al cervello durante l'operazione. Un altro esempio di utilizzo dell'EEG è nella ricerca sul sonno e sui disturbi del sonno. L'EEG può registrare l'attività cerebrale durante il sonno e può essere utilizzato per identificare i diversi stadi del sonno, come il sonno REM e il sonno non REM. Questo può aiutare nella diagnosi e nel trattamento dei disturbi del sonno come l'insonnia e l'apnea del sonno. Inoltre, l'EEG può essere utilizzato nella ricerca sulla coscienza e sullo stato mentale. Può essere utilizzato per studiare l'attività cerebrale durante la meditazione, la concentrazione e altre attività mentali. Questo può fornire informazioni preziose sulla funzione cerebrale e sulla coscienza umana. In conclusione, l'EEG è uno strumento potente per studiare l'attività cerebrale e può essere utilizzato in una varietà di applicazioni, dalla diagnosi di patologie cerebrali alla ricerca sulla coscienza umana. La sua capacità di registrare l'attività elettrica del cervello fornisce una mappa dettagliata delle varie aree del cervello e dei loro potenziali, consentendo agli scienziati e ai medici di comprendere meglio il funzionamento del cervello umano.è quello dello studio dei potenziali. Cioè la risposta elettroencefalografica ad eventi cognitivi e motori specifici, che di solito ha un andamento come una curva. Quello che si fa è fare eseguire al paziente una certa cosa molte volte, visto che so che il segnale EEG è molto piccolo in ampiezza perciò abbiamo bisogno di tante ripetizioni per riuscire a mediarle tra di loro e sopprimere il rumore ed estrarre il potenziale evocato. Solitamente si presenta con una serie di deflessioni del potenziale elettrico che sono chiamate componenti e vengono definite in base alla polarità del picco (se è positivo lettera N se negativo lettera P), e alla loro latenza, per esempio P1 e N1 si trovano intorno ai 100 millisecondi, P2 e N2 intorno ai 200. (lezione 13) Analisi del movimento È la disciplina che si occupa della valutazione del movimento umano, e comprende l'acquisizione di dati sperimentali, la loro elaborazione e

l'interpretazione dei risultati: valutazione che è oggettiva e quantitativa. Si studia la cinematica, cioè il moto nello spazio, e la dinamica, che comprende sia le forze di interazione tra il corpo e l'ambiente, sia le forze interne al corpo che determinano il movimento.

L'analisi del movimento serve a studiare qualsiasi gesto in qualsiasi ambito come per esempio quello sportivo; possiamo anche registrare gesti in ambito clinico, il più tipico è il cammino, che è facilmente ripetibile e eseguibile, per valutare il grado di disabilità o per valutare l'efficacia di una terapia. Potremmo poi usarla per la progettazione di dispositivi e attrezzi sportivi, per esempio.

Cosa non è detto li contiene tutti, ma contiene un laboratorio di analisi del movimento? Vediamo quali sono i più frequenti.

1. Stereofotogrammetria: serve per registrare la cinematica dei gesti, quindi lo svolgimento del gesto nello spazio.

delle telecamere, da degli hub che sono dispositivi che servono a sincronizzare tutte le telecamere e per sincronizzarle con un pc che raccoglie i vari dati. Stereofotogrammetria significa che sta registrando qualcosa nello spazio 3D, acquisisce vari fotogrammi, e riporta tutto in dati che hanno una dimensione in metri nello spazio. Questo sistema stereofotogrammetrico ha delle caratteristiche dalle quali dipende la bontà delle acquisizioni e dipende cosa posso andare a registrare. Parlando di telecamere, avremo certi tipi di ottiche con zoom o grandangolo, con certe lunghezze focali, con una certa frequenza di acquisizione ecc; poi il sistema dipende anche da come l'operatore utilizza le telecamere, come le punta, come le mette a fuoco, ma dipende anche dalla bontà dell'algoritmo che lavora per effettuare la calibrazione del sistema e la triangolazione. La triangolazione cos'è? Significa che dalla vista di almeno due telecamere, posso ricostruire la posizione

Di un punto nello spazio, quindi da viste bidimensionali posso ricostruire uno spazio tridimensionale: perciò tipicamente la posizione dei marcatori posti sul corpo del soggetto viene ricostruita nello spazio 3D grazie ad un algoritmo interno di calibrazione.

Quindi questi marcatori che vengono posti sul corpo del soggetto in posizioni che hanno un certo significato anatomico, assumono un significato nel momento in cui vado a dire al software su quale prominenza ossea era stato posizionato: il software quindi riesce a ricostruire così un modello anatomico partendo da quella che era una nuvola di pallini. Da ciò poi possiamo andare ad interpretare i dati: vengono valutati parametri spazio temporali come la durata del gesto, la velocità del gesto, la lunghezza (ad es. del passo), e gli angoli anatomici cioè a partire dai marcatori sul corpo del soggetto, possa andare a costruire dei sistemi di riferimento per ogni segmento corporeo, e tra.

due sistemi di riferimento posso andare a calcolare gli angoli articolari (per esempio tra il sistema di riferimento sulla coscia e quello sulla gamba, ho due terne, e posso calcolare gli angoli all'articolazione di ginocchio). Un altro modo di registrare la cinematica si un soggetto, è di utilizzare un sensore inerziale. 2. Sensore inerziale Se ne possono usare più di uno, e sono sensori che all'interno hanno tre tipi di sensori: accelerometri, giroscopi, e i magnetometri. Generalmente si usano più sensori inerziali, per esempio in foto vediamo che il soggetto ne ha uno sulla coscia, uno sulla gamba e uno sul piede per cercare di ricavare degli angoli articolari. Quindi vediamo ora questi tre tipi di sensori diversi. Accelerometri Sono strumenti di misura che rilevano l'accelerazione, quindi una variazione di velocità nel tempo. Sono costruiti con diversi tipi di tecnologia, ci sono quelli