Electro en Cefalo Grama

SEÑALES DE ELECTROENCEFALOGRAMA

Javier Luque JustoCUI 20021175

Ingeniería Biomédica 2006 – A

CAPITULO 5 (Parte 3 y 4)

Electroencefalograma (EEG)• Es un aparato no invasivo con buena resolución

de tiempo que refleja el numero de nodos en una red larga de neuronas a través de electrodos colocados en la superficie externa del cerebro. Trabaja con voltajes pequeños.

• Aplicaciones y aparatos– El EEG se usa para diagnosis de enfermedades

cerebrales (epilepsia, Alzheimer, tumores, etc).– También para el estudio de los potenciales evocados.

• Respuesta del cerebro ante una determinada excitación.

Electroencefalograma (EEG)• Capta la señal eléctrica en la superficie de

la cabeza debida a la actividad cerebral.• Se origina en el córtex debido al flujo de

corrientes sinápticas a través del espacio extracelular.

Electroencefalograma (EEG)



Adquisición del EEG• Electrodos superficiales.• Amplificadores -- La señal está en el margen

10-100µV: se necesitan amplificadores diferenciales con alta impedancia de entrada.

• Filtros -- Para eliminar ruido, filtro paso alto, paso bajo y de banda eliminada.

Electroencefalograma (EEG)• Los electrodos son adheridos mediante una crema

conductora, la colocación de los electrodos varía mucho según los laboratorios y se denominan montajes, pero la técnica más usada, es la recomendada por la Federación Internacional de Sociedades de Electroencefalografía y es, el Sistema Internacional 10-20

• Hay 4 zonas referenciales para la distribución de electrodos

• El esquema de conexión de los electrodos puede ser unipolar o bipolar.

• Unipolar: (como en la figura que sigue) potencial cerebral y una referencia neutra

• Bipolar: dos potenciales cerebrales cuya diferencia se amplifica en la siguiente etapa del EEG.

Los electrodos, el Electrolito, la Preparación

• Baja impedancia.• De plata o cloruro de plata de preferencia• Electrolito: iónico y conductivo• Fijando:

– Los electrodos subcutáneos de aguja – Collodion (pasta adhesiva)– Pasta EC2 (pasta cimentadora de grass)– Electrocap (sistemas de casco y gel sistema

electrocap internacional)

FUENTES DE POTENCIALES EN EL CUERO CABELLUDO

• NEURUOGLIA: Mínimo, algunos potenciales DC estáticos.

• NEURONAS: – Potenciales de Acción: NO, los finos tejidos

cerebrales tienen un fuerte efecto de capacitancia, actuando como filtros pasabajos.

– Potenciales Post Sinápticos: Tanto los inhibitorios y excitativos (unidades funcionales sinapticas) son los principales contribuyentes.


¡¡¿Y QUE SE SUPONE QUE ES LA NORMA 10 - 20?!!

• El sistema internacional 10-20, consiste en 10 electrodos para el lado derecho y 10 electrodos para el lado izquierdo, los electrodos del lado derecho son nominados con los números pares y los del lado izquierdo con los impares.

Ritmos de EEG

Cognitive activitiesγ> 30 Hz

DrugsAwake, eyes open

REM sleepβ12-30 Hz

Awake, eyes closedα8-12 Hz

Light sleepθ4-8 Hz

Brain dysfunctionFocal or generalized

Deep sleepδ< 4 Hz

Electroencefalograma (EEG)– Existen varios tipos de encefalógrafos:

• Muchos de ellos orientados a investigación y de fabricación propia. Los de diagnóstico suelen cumplir los estándares.

– Gracias a este tipo de aparatos se han descubierto principalmente 4 tipos de ondas cerebrales relacionados con el estado de vigilia:

• Alfa: 8-13Hz

• Beta: 18-30Hz

• Theta: 4-7Hz

• Delta: <3,5Hz

RITMOS DE REPOSO

• Ritmo Alfa: Es de 8-13 Hz. Es un ritmo regular, que se presenta en un paciente que se encuentra en estado de vigilia y con los ojoscerrados, este ritmo se localiza sobre las áreas parieto-occipitales. Corresponde al 80% del trazado normal y su voltaje es de 25-100 uV.

• Ritmo Beta: Es de 14-30 Hz. Es más irregular, se encuentra sobre las áreas frontales y temporales, haciéndose más manifiesto cuando se produce estímulos sensoriales, principalmente visuales, su voltaje es de 5-30 uV.

• Ritmo Theta: Es de 4-7 Hz. Se puede considerar normal si se localiza en las áreas temporales, se encuentra en un 5 al 10% de adultos normales, pero no debe existir en forma de descargas o brotes, su voltaje es de 20-40 uV. Es normal en niños menores de 8 años y en adultos mayores de 60 años.

• Ritmo Delta: Es de 0.5-3 Hz. Puede verse en algunas personas normales en forma excepcional en las regiones frontales, es de muy bajo voltaje y no debe encontrarse en forma de descargas. Se ve en el sueño muy profundo y enfermedades orgánicas.


Trazados Anormales

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Anatomical resolution

ING. BIOMEDICA 2006 – A LUQUE – MACHACA – PARACIGUAÑA – PEREA

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f MRI

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EEG

EPs


Consideraciones para análisis del EEG• Análisis espectral:– Energía en las cuatro bandas tradicionales: δ, θ, α, β -

(medidas absolutas o relativas).– Frecuencias dominantes (picos espectrales).– Medidas de asimetría: hemisferio izquierdo/derecho,

región anterior/posterior.– Medidas de coherencia: actividad síncrona en

diferentes regiones.

Electroencefalograma (EEG)ESTUDIOS DE DETECCION DE RITMOS ANORMALES

Durante el estudio de EEG, se trata de estimular a las células de la corteza cerebral para desencadenar ritmos anormales:

1. HIPERVENTILACION: Consiste en hacer respirar de manera más rápida y profunda al paciente, por un lapso de tres minutos consecutivos sin interrupción; con esto se busca causar una alcalosis, lo que determina una vasoconstricción cerebral.

2. FOTOESTIMULACION: Esto se practica por medio de un flash de luz, que produce destellos luminosos variables de 2 a 20 estímulos por segundo.

3. SUEÑO: Puede ser espontáneo o inducido por fármacos. • Con estos estímulos en una persona normal, no se

alteraría su trazado en el EEG


POTENCIALES EVOCADOSActividad eléctrica cerebral en respuesta a estímulos sensoriales (visuales, auditivos, somatosensoriales): VEP, AEP, SEP.

Después de aplicar el estímulo, se analiza la actividad eléctrica durante aproximadamente un segundo.


OBJETIVO DEL ESTUDIO DE POTENCIALES EVOCADOS

• Se utilizan para estudiar los procesos sensoriales y cognitivos.

• La información obtenida es similar a la MRI o PET, con mucha mejor resolucióntemporal y mucho peor resolución espacial.


• Análisis de los Potenciales Evocados• Tradicionalmente:

Varias adquisiciones se promedian para reducir ruido (no correlacionado con la señal).

Se obtienen parámetros temporales: posición y amplitud de los picos de la señal.

Electroencefalograma (EEG)Una buena aplicación de los potenciales evocados es el calculo de grado de anestesia para un paciente.

• Los potenciales evocados indican la habilidad del sistema nervioso central para responder a los estímulos.

• Recientemente, algunos grupos han estudiado la relación entre el grado de anestesia y los potenciales evocados auditivos.

• Hay tres respuestas a los estímulos auditivos (clicks o tonos):– en los primeros 8 ms: se transfiere lainformación del nervio acústico al cortex.– 10 - 60 ms: cortex primario auditivo– después (hasta 1 s): atención consciente.

Electroencefalograma (EEG)• POTENCIAL EVOCADO Y SU ESPECTRO PARA TRES NIVELES DE ANESTESIA

Electroencefalograma (EEG)• Control de anestesia mediante sensor de

potenciales evocados DTWT DAUB 20

Electroencefalograma (EEG)Que se detecta con un EEG

• Malformación arteriovenosa cerebral • Vértigo posicional benigno • Aneurisma cerebral • Abstinencia alcohólica complicada (delirium tremens) • Enfermedad de Creutzfeldt-Jacob • Delirio • Demencia • Demencia debido a causas metabólicas • Convulsión febril infantil • Convulsión tónico-clónica generalizada • Encefalopatía hepática • EPILEPSIA • Síndrome hepatorrenal• Insomnio • Laberintitis• Enfermedad de Ménière• MUERTE CEREBRAL• Tumor cerebral metastásico• Esclerosis múltiple • Glioma óptico • Convulsión parcial focal • Convulsión parcial compleja • Crisis de pequeño mal • Enfermedad de Pick • DEMENCIA SENIL (TIPO ALZHEIMER)• Síndrome de Shy-Drager• Meningitis aséptica sifilítica • Convulsión del lóbulo temporal

ESTUDIOS COMPLEMENTOS AL EEGCon el software Scan 4.0 de NeuroScan Labs (USA) (Software propietario el cual no se pudo conseguir en azureus, emule, etc :p) se puede lograr:

ESTUDIOS COMPLEMENTOS AL EEG


SISTEMAS COMPLEMENTARIOS ALTERNOS

TAMBIEN SE USAN EN EL ANALISIS DE PROBLEMAS NEUROLÓGICOS

• MAGNETO ENCEFALOGRAFIA • IMÁGENES DE RESONANCIA

MAGNETICA• IMAGENES DE TOMOGRAFIA

COMPUTARIZADA

APLICACIÓN CONJUNTA DE METODOS

• Ejemplo: localización de focos epilépticos• En pacientes epilépticos resistentes al

tratamiento, la localización del foco es importante para decidir si cirugía es apropiada.

• La actividad epiléptica se diagnostica con:– Localización foco EEG– Lesiones cerebrales observadas en MRI– Hipometabolismo visualizado con PET

Electroencefalograma (EEG)EPILEPSIA

Epilepsia es el desorden neurológico más frecuente (4-5% de la población)

Un ataque epiléptico es una descarga eléctrica de células cerebrales sincronizada y repetitiva.

Sus consecuencias dependen de su localización en el cerebro y del número de neuronas afectadas.

OBJETIVO

Combinar información de EEG, MRI y PET) para el diagnóstico y localización del foco epiléptico.

Etapas para el ejemplo

• Solución del Problema inverso• Cálculo de las fuentes que explican los campos

detectados en la superficie de la cabeza.• La cabeza se modela con cuatro esferas de diferente

conductividad y espesor: Cuero cabelludo, cráneo, líquido cefaloraquídeo y tejido cerebral.

• Resuelto con programa comercial:– Brain Electric Source Analysis (BESA v. 2.2)– Minimiza el error residual• Resultados: uno o varios dipolos

Electroencefalograma (EEG)LAS FIGURAS SIGUIENTES NOS INDICAN:

• Los bloques para el planteamiento de problema inverso.• Proyección sobre MRI

Basada en marcadores– en las posiciones de los electrodos– en las posiciones anatómicas que definen el sistema 10-20• Inconvenientes– Adquisición de MRI específica– Los marcadores no siempre están disponibles.

• Representación de los dipolos: Se presentan en proyecciones de la cabeza esférica ideal• Problemas

No proporciona información anatómica precisa.No permite visualización 3D


Electroencefalograma (EEG)Procedimiento sin requerir marcadores• Selección manual de las referencias del sistema

10-20:– vistas triplanares 3D– Surface rendering

• Cálculo del centro de las esferas y los vectores unitarios (ejes)

• Ajuste de las esferas a elipsoides• Conversión de coordenadas.




Electroencefalograma (EEG)CONCLUSIONES

• Cabe aclarar, que el EEG es un estudio complementario de diagnóstico que tiene que estar sustentado en un buen análisis clínico, es decir, es una herramienta de ayuda para el diagnóstico de una entidad. Es tanto así, que hay niños con retraso mental que tienen un EEG normal o pacientes con una Tomografía axial computarizada (TAC) anormal y un EEG normal y viceversa.

• Un EEG tiene buena resolución temporal y mala resolución espacial.

• El EEG es un mal estudio para evaluar el desarrollo del encéfalo, pero es un buen parámetro. Lo que nos informa el EEG es si la actividad eléctrica cerebral está aumentada o disminuida y nos ayuda a localizar una lesión.

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Anatomical resolution

PET Y MRI IMPLICAN MAYOR COSTO

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Estimación de parámetros en tiempo real

Sistema de Tiempo Real

• En base a la idea de Procesamiento Digital de Señales, un sistema de tiempo real es aquel capaz de procesar una muestra de señal antes de que ingrese al sistema la siguiente muestra.

Tiempo Real en biomedicinaElementos de un sistema en tiempo real

Ing. Biomédica 2006 – A UNSALuque – Machaca – Parisuaña - Perea

tareatareatarea

S.OP

Comunicaciones

Software de Tiempo-Real

MedioAmbiente

E/SDigital

E/SAnalógico

Otras E/S

Reloj

Otras Computadoras

Computadora

Tiempo Real en biomedicina• Se puede adecuar el termino de tiempo real a todas las

aplicaciones de TELEMEDICINA• Los siguientes equipos pueden considerarse de tiempo

real por su funcionamiento:– Ecógrafo– Oxímetro– Espirometro– Electrocardiógrafo portátil– Electroencefalógrafo– Tomógrafo axial computarizado (post proceso y diagnostico con

software por ejemplo CardIQ™ Xpress )– Equipos de Resonancia magnética Nuclear– Holter portátil – Entre otros, en los cuales los resultados se evalúan al mismo

tiempo en el que se toman.

CardIQ™ Xpress

Equipo de resonancia magnética nuclear

Tiempo Real en biomedicina

• Todos los sistemas que posean una interfaz de salida con información visible (que no necesita otro proceso para el conocimiento), realizan estimación de parámetros en tiempo real.

• Estos se basan en algoritmos matemáticos para la elaboración de filtros y también en bases de datos que interactúan con los que entran y envían una señal al interfaz externo.

Tiempo Real en biomedicina• EJEMPLO DE MODELO DE CONTROL CON ESTIMADOR

DE TIEMPO REAL (FILTRO DIGITAL)

Las variables son los tiempos de ejecución de los algoritmos y acondicionamientos

Imágenes biomédicas en tiempo real con procedimientos optoacústicos

Transductor de Schlieren

Lentes laser

Onda nerviosa

Sistema de lentes acústicos

Sistema de lentes acústicos (2)

Complementación del sistema de ultrasonido tradicional con un sistema óptico

Electrocardiograma en tiempo real

Tiempo Real en biomedicina• ¿Qué es la telemedicina?

La telemedicina consiste en utilizar las TIC (tecnologías de la información y de la comunicación) para llevar asistencia sanitaria a escenarios aislados, prestando servicios tales como:

– LA TELECONSULTA:consultas a distancia entre el paciente y el médico especialista (transmisión en tiempo real de voz, datos, e imágenes), en casos en los que el paciente se encuentra muy alejado de cualquier recurso médico (navíos en alta mar, refugios de montaña, zonas desérticas, etc.).

– EL TELEDIAGNÓSTICO:interpretación remota por parte de un experto de la totalidad o parte del expediente médico de un paciente (el médico transmite a un especialista los datos médicos de un paciente para un diagnóstico complementario).

– LA TELEMONITORIZACIÓN: Supervisión a domicilio de pacientes (seguimiento postoperatorio de un paciente cardíaco, por ejemplo).

– LA TELEINTERVENCIÓN:Permite practicar actos médicos o quirúrgicos a distancia (tele-ecografía, telecirugía, etc.).

– LA TELEREUNIÓN:Permite a varios médicos discutir un caso concreto de forma remota, utilizando medios como la videoconferencia.

– LA TELEFORMACIÓN:Ofrece formación continua a profesionales de la medicina en ubicaciones remotas.

Proyectos de Investigación• Desarrollo de una Plataforma Multimedia ASP para

la Provisión de Servicios de Telemedicina Genéricos

– Piloto de teleasistencia:• Transmisión de imágenes eficiente con compresión

progresiva.• Gestión del flujo de los datos

radiológicos.• Permite proveer del informe

radiológico sin la presencia física del radiólogo.

• Ofrece servicios de almacenamiento y herramientas de proceso.

Tiempo Real en biomedicina• DISMEDI: Diagnóstico por Imagen

Avanzado– DISMEDI es un Sistema Multiusuario, Distribuido y de

Altas Prestaciones para el Diagnóstico por Imagen.– Permite disponer de herramientas de proceso de

imágenes médicas 3D desde cualquier computador conectado a una intranet hospitalaria.

– Los recursos se encuentran disponibles de manera centralizada mejorando su uso.

Parallel System

PACS

Client

Client

Client

Intranet

ServerDICOM

Gateway

Parallel Sys.Manager

Client ManagerParallel System

PACS

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Client

Client

Intranet

ServerDICOM

Gateway

Parallel Sys.Manager

Client ManagerClient Manager

Tiempo Real en biomedicina• Dsp Real Time Holter Monitor

Tiempo Real en biomedicinaEspirometro – ECG inalámbrico - Oxímetro

BIBLIOGRAFIA (20%)• En www.yahoo.es• http://orbita.starmedia.com/~jsalamea/l/Pra14.htm• http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/spanish/ency/article/

003931.htm• En www.google.com• Imágenes y señales biomédicas (.ppt)• Grupo de Redes y

Computación de Altas Prestacioneshttp://www.grycap.upv.es (.ppt)

• Resumen de tesis Doctoral: Filtrado Digital de señalesen Tiempo Real mediante analisis computacional (.pdf)

• Por supuesto que hay mas fuentes la cuales se hallaran en el informe en CD para la evaluación y publicación en la pagina del curso de Ing. Biomédica 2006 - A

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Electro en Cefalo Grama