Schema riassuntivo ECG

Strumentazione Biomedica

Biopotenziali

Le principali sorgenti dei biopotenziali sono muscoli e nervi. Le singole cellule generano il potenziale di membrana. I potenziali si generano a livello cellulare e l’attività sincronizzata dei gruppi muscolari genera pattern di potenziali elettrici, che vengono registrati e analizzati.

Le cellule eccitabili mostrano due stati potenziali:

• A riposo (-70/90 mV) = fuoriuscita di K⁺
• D’azione = depolarizzazione della cellula = ingresso di Na⁺ (potenziale a +20/+40 mV)

Fasi del Potenziale:

• Depolarizzazione
• Ripolarizzazione
• Membrana comp. permeabile
• La membrana si chiude e la pompa sodio-potassio espelle sodio fuori dalla cellula

Periodo refrattario => ≈1/2ms non si può generare un nuovo potenziale

Il periodo di depolarizzazione è seguito da un periodo refrattario relativo (2 ms) dove solo uno stimolo adeguatamente elevato può innescare un ulteriore depolarizzazione.

Quando un neurone viene eccitato, genera un campo elettrico che viaggia lungo l'assone. Questo campo consiste in una temporanea inversione del potenziale di membrana, propagandosi in modo unidirezionale lungo l'assone. Gli impulsi nervosi (ampiezza ≈0.1 V, durata ≈1 ms) viaggiano a velocità che possono raggiungere i 130 m/s negli assoni mielinici.

Le correnti ioniche generate permettono di rendere evidente la presenza di uno stato di depolarizzazione esternamente.

ENG (Elettroneurografia) = misura la velocità di propagazione degli impulsi nei nervi periferici. Il nervo viene stimolato da due punti differenti, la velocità max di conduzione può essere di 150 m/s. La velocità cambia nelle cellule nervose rigenerate in seguito ad un trauma.

EMG (Elettromiogramma) = misura i potenziali d’azione generati dalle contrazioni muscolari. Può essere eseguito con elettrodi superficiali o ad ago inseriti direttamente nel muscolo. Utilizzato sia a misurare singole attività motorie che a valutare la funzione di interi gruppi muscolari.

ERG (Elettroretinogramma) = misura i potenziali elettrici generati dalla retina in risposta a stimoli visivi. RETINA = strato di cellule sensibili alla luce che converte stimoli ottici in segnali elettrici, raccolti dal nervo ottico e trasmessi al cervello per l’elaborazione visiva. 2 elettrodi: 1 con l’oculare e 1 a contatto con la pelle.

EOG (Elettrooculogramma) = misura i potenziali bioelettrici associati a movimenti oculari. Registra l’attività elettrica dei gruppi muscolari principali durante i movimenti, fornendo una misura lineare del potenziale associato all’angolo di rotazione dell’asse oculare (con campo di misura tipico di +/- 30°).

ELETTRONI

componenti che svolgono funzioni di trasporto ionico in una corrente elettronica

PELLE

costituita da 3 strati principali:

• EPIDERMIDE: strato poco vascolarizzato ma che permette meccanismo di scambio ionico. Superiormente è costituito dallo strato corneo (costituito da cellule morte), che agisce come strato isolante → si interpone un gel conduttivo tra elettrodo e pelle.
• DERMA: vascolarizzato
• STRATO SOTTOCUTANEO: vascolarizzato e pieno di liquido.

→ resistenza al passaggio della corrente

riduce l'impedenza di contatto

igroscopicità della conduzione

Lo strato corneo, essendo isolante e poco vascolarizzato, rappresenta una barriera.

In grande parte determina le caratteristiche dello strato corneo, ed è l’equivalente ad un generatore ed un RC.

elettrodo metallico

redox ↔ sale

Ag⁺ + Cl⁻ ↔ AgCl + e⁻

elettrodo rilasciato

stabilizzazione del segnale

Ex esempio, nell'ECA, si usa un elettrodo Ag/AgCl che, in combinazione al gel, genera un potenziale di polarizzazione minimo e stabile nel tempo.

ARTEFATTI DA MOVIMENTO

Si generano quando l'interfaccia tra elettrodo ed elettrolita si muove generando disturbi (influenzano la densità e la posizione degli ioni).

ELETTRODI

possono essere:

• METALLICI → realizzati generalmente in metallo come argento o acciaio
  • Utilizzati su testa, ECA, etc.
  • Rivestiti con gel conduttivo
  • Possono essere usa e getta, pre-gelled o con adesivo.
• A SUZIONE → riutilizzabili, utilizzati principalmente x il monitoraggio delle derivazioni precordiali
  • Non possono essere usati x lunghi periodi → economici ma poco pratici.
• FLOATING → progettati x ridurre gli artefatti da movimento
  • Sono infatti usati nell'ECA durante l'esercizio
  • Comprendono un disco in cloruro d'argento e un gel conduttivo, coperto da plastica adesiva.
• PER USO INTERNO → percutanei, dove il cavo è collegato ad un ago che raggiunge la specifica fibra muscolare
  • Offre bassa impedenza grazie ai fluidi corporei
  • Permettono misurazioni precise ma sono invasivi.

Sono presenti inoltre ELETTRODI X MONITORAGGIO FETALE, progettati x monitorare l'attività cardiaca del feto (si usano a suzione o superficiali).

DER. PRECORDIALI → tensione in uscita dall'elettrodo e in entrata al buffer esca da AB sui fomo interno al triangolo, incontrandosi nel baricentro, che corrisponde al CT

3) AMPLIFICAZIONE

• costituito da 3 amplificatori operazionali, in modo da ridurre il rumore dovuto a un'impedenza di ingresso molto grande
• configurazione chiamata AMPLIFICATORE PER STRUMENTAZIONE, che presenta un elevato CMRR (fattore di rigetto del rumore di modo comune)
• il paziente si trova ad un POTENZIALE che non è zero (poiché l'elettrodo di riferimento è sulla gamba dx)

AMPLIFICATORE DIFFERENZIALE → amplifica la differenza di potenziale tra i suoi ingressi e rigetta qualsiasi segnale che è comune ad entrambi gli ingressi

4) BLOCCO DI SCRITTURA

AMPLIFICATORE DI POTENZA → fornisce l'energia necessaria x il funzionamento del galvanometro e x pilotarlo

GALVANOMETRO → sensibilità espressa in A/mm

la corrente trasformata dalla tensione entra nella bobina del galvanometro, e a contatto con il campo magnetico statico, genera una forza di Lorentz che fa muovere il pennino

5) MOTORE

• sistema che permette il trascinamento della carta (25/50 mm/s)
• formato da 2 rulli che girano in senso opposto in modo da permettere alla carta di scorrere in uscita in base alla velocità scelta con la tastatura.

6) ALIMENTAZIONE

• può essere sia a batteria che con la tensione di linea (220V, 50 Hz)

STRUTTURA DI UN MODERNO ECG

• Costituita da due parti:

PARTE RIFERITA A TERRA (sx)

• riferimento di terra a 0V
• connesso a:
  • 2 blocchi del circuito analogico
  • amplificatore di potenza
  • microprocessore (+ visualizza e controlla alcune funzionalità e parametri riferiti al paziente)

PARTE RIFERITA AL PAZIENTE (dx)

• connessa a tre blocchi del circuito analogico
  • CAVO PAZIENTE-ELETTRODI
  • PREAMPLIFICATORE
  • SELETTORE
• parte FLOTTANTE (= paziente connesso a un potenziale ≠ 0)

omico → trasforma tensione in luce

Separazione fisica avviene mediante l'accoppiatore elettromagnetico e utilizza campi EM A, tx di teleaccoppiatore sono posti dei convertitori:

• a sinistra → CONVERTITORE A/B (analogico/digitale) → converte in una sequenza di bit x poter essere mandato al microprocessore
• a destra → CONVERTITORE B/A (digitale/analogico) -> poter essere mandato al restante circuito analogico