Database esame Ingegneria dei sistemi biologici

STRUMENTAZIONE ELETTROCARDIOGRAFICA

➢ La differenza (interno meno esterno) di potenziale a riposo di una tipica cellula vale

all'incirca: -90 mV

➢ Meccanismi di trasporto attivo nella generazione del potenziale a riposo sono presenti per gli

ioni: Na e K

➢ La propagazione del potenziale d'azione lungo una fibra nervosa avviene con un unico verso:

perché si propaga lo stimolo a generare il segnale e non il segnale in sé

➢ Il nodo sino-atriale all'interno del cuore: contiene le cellule pacemaker

➢ Nodo sino atriale : sede delle cellule pacemaker, da dove parte lo stimolo elettrico.

➢ In corrispondenza del nodo atrio-ventricolare : si ha un rallentamento della velocità di

propagazione del potenziale.

➢ Sistole : uguaglianza delle pressioni del ventricolo e dell’aorta (PQ).

➢ Diastole : uguaglianza pressione atrio e ventricolo (RST).

➢ Complesso PQRST: sta ad indicare il ciclo cardiaco.

➢ Le ampiezze tipiche dei picchi dell'ECG sono: alcune decine di mV

➢ Le onde P e T nel segnale ECG hanno ampiezze dell'ordine di: centinaia di microvolt

(0.3mV)

➢ Nel ciclo cardiaco il tratto da P a R indica: il ritardo ventricolare.

➢ Nel ciclo cardiaco il tratto da P a Q indica: durata sistole atriale.

➢ L'intervallo QT nel segnale ECG fornisce informazioni su: la durata della fase di sistole

ventricolare

➢ Nel ciclo cardiaco il tratto da Q a T indica: la durata della contrazione ventricolare.

➢ Nel ciclo cardiaco il tratto QRS indica: la durata della conduzione ventricolare.

➢ Nel ciclo cardiaco il tratto da R a R indica: l’inverso della frequenza cardiaca (rappresenta il

periodo del ciclo).

➢ Ampiezze caratteristiche dei picchi: P= 0.3 mV Q= 0.5 mV R= 1.6 mV T= 0.3 mV

➢ L'onda P del segnale ECG: esprime l'attività elettrica degli atri (depolarizzazione)

➢ Il complesso QRS indica: l'attività elettrica degli atrii e dei ventricoli (depolarizzazione

ventricoli).

➢ L'onda T del segnale ECG: esprime l'attività elettrica dei ventricoli (ripolarizzazione

ventricolare).

➢ La pressione all'interno dell'aorta equivale a quella all'interno del ventricolo sinistro: durante

la maggior parte della sistole

➢ Utilità Holter : permette di proseguire l’acquisizione del segnale cardiaco per lungo tempo(1-

2gg).

➢ Nei potenziali bioelettrici : il segnale di modo comune e molto più grande di quello di modo

differenziale.

➢ Rispetto ad un tipico potenziale d'azione dei neuroni, quello delle cellule pacemaker

all'interno del cuore: non ha una fase a valore costante

➢ Rispetto al potenziale d’azione delle cellule muscolari, le cellule pacemaker : non hanno una

fase a valore costante ma hanno una deriva che può essere alzata e abbassata. Inoltre hanno

una piccola deriva a riposo, non hanno periodo assoluto refrattario e non presentano fase ad

attività lineare.

➢ Derivazioni ECG: 3unipolari periferiche, 3 bipolari periferiche(Triangolo di Einthoven), 6

unipolari precordiali.

➢ Derivazioni periferiche : sono necessari solo 2 misurazioni per ricavare le altre due rimanenti.

➢ Le derivazioni precordiali dell'ECG vengono utilizzate in modalità: unipolare (misurano ECG

sul torace)

➢ Le derivazioni unipolari aumentate dell'ECG differiscono da quelle non aumentate per: il

maggior guadagno applicato dall'amplificatore

➢ Derivazioni Unipolari aumentate: Derivazioni di Goldberger, viene rimossa la connessione tra

la derivazione misurata e terminale di Wilson (ampiezza segnale viene aumentata del 50%).

➢ Triangolo di Einthoven : derivazioni LA-RA-LL con al centro il vettore cardiaco H(t).

➢ Punto centrale di Wilson: riferimento per le 3 derivazioni unipolari periferiche. per le

derivazioni precordiali e per le derivazioni unipolari (centro stella), eliminabile con le

derivazioni aumentate di Goldberg

➢ Il terminale di Wilson è il punto di riferimento per derivazioni unipolari

➢ Vettore cardiaco H(t): momento del dipolo elettrico che rappresenta il miocardio, ha intensità

e direzione variabili durante il ciclo cardiaco.

➢ Sistema ECG di Frank : presenta 7 derivazioni.

➢ Ampiezza segnale di calibrazione : 1mV.

➢ Il circuito di protezione ECG : serve per proteggere lo strumento dalle sovratensioni che

possono presentarsi ad es. durante la defibrillazione

➢ Il circuito di isolamento in un elettrocardiografo serve a: evitare il passaggio sul paziente delle

correnti di dispersione che possono essere presenti sullo strumento

➢ Dispositivo Driven Right Leg serve: per la sicurezza del paziente, e per una riduzione delle

interferenze da modo comune, gamba dx collegata non a massa ma ad uscita operazionale,

limitando gli artefatti del segnale.

ULTRASUONI

➢ L'equazione di Poisson vista negli US ha come parametri: modulo di comprimibilità e densità

del materiale

➢ Le grandezze nell'equazione di Poisson US sono densità materiale e modulo elastico.

2 2

➢ =

Equazione di Poisson per gli US : .

2 2

2 2

2

− =0

2 2

➢ L'equazione di Poisson (delle onde) vista negli US esprime una relazione tra: derivate dello

spostamento della particella (dalla sua posizione di equilibrio)

➢ = = 1540

√

Formula e valore della velocità di propagazione di US nei tessuti :

➢ 1 = 10 ( ) = 20 ( ).

Misura in db di US :

0 0

➢ In uno strumento A-Scan, la frequenza di ripetizione f_R ha lo scopo di: temporizzatore:

temporizza la successione delle scansioni

➢ Il diagramma dell'intensità di un fascio di US indica il contorno di una regione spaziale

all'esterno della quale l'intensità dell'US è: minore o uguale a -3 dB

➢ Se R è la distanza di focalizzazione di un trasduttore a US e Z la sua distanza caratteristica,

la focalizzazione è definita debole quando: Z/R minore di 2

➢ Il demodulatore in uno strumento A-Scan ha la funzione di: ricavare la variazione di

frequenza del segnale di US ricevuto

➢

Se uno strumento A-scan funzionante con una di 6kHz viene utilizzato per esplorare una

regione profonda 20 cm: ci sono problemi nella visualizzazione corretta degli echi

➢ Una attenuazione di 10 dB corrisponde ad una riduzione delle intensità di: 10 volte

➢ Il diagramma dell'intensità di un fascio US indica il contorno di una regione spaziale

all'esterno della quale l'intensità dell'US è: minore o uguale a -3 dB

➢ , come si esprime μ : μ = 4.3 α.

=

Dato il coeff di attenuazione 2

( )

−

2 1

➢ =

Formula del coeff di riflessione per intensità : .

2

( )

+

2 1

−

2 1

➢ =

Formula del coeff di riflessione per ampiezze: .

2

+

2 1

2 2

➢ la distanza caratteristica (o dell’ultimo massimo).

= =

La formula esprime :

➢ Data la distanza Zm dell’ultimo massimo si ha che : x < Zm (zona di Fresnell), x > Zm(zona

di Fraunhofer).

➢ La distanza caratteristica di un trasduttore piezoelettrico: è la posizione dell'ultimo massimo

2

=

dell'intensità dell'US (distanza ultimo picco massimo )

➢ Distanza caratteristica del fascio US è: distanza dall'ultimo massimo, fine della zona di

Fresnel e inizio della zona di Fraunhofer.

➢ (0 < < 2) (2 < < 2)forte (2 < )

Gradi di focalizzazione: debole medio

➢ =

Formula ampiezza/distanza zona focale : .

0.61

➢ =

Divergenza fascio:

➢ = = =

√B

L'impedenza acustica di un materiale è pari a (P: pressione acustica

applicata ; v: velocità che acquista la particella).

➢ Caratteristica strato di backing : deve avere impedenza acustica circa uguale a quella del

≈ ≈ 0

trasduttore , così con max trasmissione verso backing, ha

massimo assorbimento. (2−1)

➢ =

Caratteristiche strato di accoppiamento (o matching layer) : spessore per avere la

4

= =

√

max trasmissione totale e .

4

➢ Lo stato di accoppiamento in una sonda ad ultrasuoni è fatto di un materiale avente Z: pari

alla radice quadrata del prodotto della Z del materiale del trasduttore per quella del tessuto

biologico

➢ =

√

Strato di accoppiamento

0

➢ =

Fattore di qualità per gli US da ospedale : Q deve essere piccolo. (Dato che , si ha che

lo smorzamento dura molto poco, evitando così di non riconoscere riflettori piuttosto vicini).

➢ Demodulatore A-scan : converte il segnale in frequenza ricevuto in un inviluppo ad impulso.

➢ : aumenta il guadagno dell’amplificatore per ovviare all’attenuazione degli US

TGC A-scan

nei tessuti, dato che anche se i riflettori più distanti hanno lo stesso coeff di riflessione di

quelli vicini, i loro echi sono riportati con ampiezze minori per via della maggior attenuazione

che subiscono gli US che li investono.

➢ In A Scan per compensare l’attenuazione per propagazione nel tessutoμ si introduce un TGC

prima dell’amplificatore.

➢ La risoluzione (definizione generale) : minima variazione in ingresso che provoca variazioni

misurabili in uscita(percentuale fondo scala).

➢ Risoluzione spaziale assiale : è la minima distanza a cui due riflettori possono stare affinché

siano visti come distinti.

➢ Per aumentare la risoluzione assiale : si aumenta la frequenza degli US e lo spessore dello

strato di backing.

➢ : aggiunge all’ A-scan

B-scan informazione su posizione/orientamento della sonda.

➢ Risoluzione laterale B-scan : capacità di distinguere due riflettori vicini tra loro in direzione

laterale.

➢ Come migliorare la risoluzione laterale di uno B-scan: restringimento del fascio

(focalizzazione), diminuzione larghezza fascio, aumento della frequenza US. Infatti per avere

2 2

= =

focalizzazione forte deve essere grande.

➢ M-mode : serve a valutare il movimento degli organi, in particolare quell