Este mes es muy importante para nosotros, ya que nos reencontraremos en el XX CONGRESO ARGENTINO DE PSIQUIATRÍA, organizado por la Asociación de Psiquiatras Argentinos, quienes nos abrieron sus puertas para brindarles a todos Ustedes nuestros Cursos de Mapeo Cerebral - Básico y Avanzado, dictados por el Dr. Gustavo Albanese, gratuitos para los inscriptos al Congreso. Además los esperamos en nuestro stand, en el salón Vélez Sarsfield, para contarles de nuestros productos y para que participen del sorteo de un equipo NEUTRONIC ME-2100/M.
Están todos invitados. Los esperamos!
Neutronic
Chávez Espinosa Carolina Manuela, Izarraraz Vázquez Sergio, Medrano Ángulo Roberto Carlos y Quiroz Meza Rosa Elizabeth.
RESUMEN La realización del presente diseño cumple con la función de poder llevar a cabo el estudio neurológico denominado como mapeo cerebral, el cual consiste en el análisis de las diversas señales encefálicas tomadas a través de un equipo de electroencefalografía. Este equipo tiene la particularidad de minimizar el número de canales requeridos físicamente, empleados para poder amplificar y tratar las señales tomadas a partir de los electrodos ubicados en la superficie del cráneo; lográndose esto al muestrear la señal electroencefalográfica. Después de recabar la información de los potenciales evocados, se procede a analizar la señal obtenida y si es requerido, se le brinda un tratamiento a través de filtros digitales; el análisis realizado es mediante herramientas matemáticas, tales como el análisis de Fourier. Para presentar los datos recabados se emplean gráficas computarizadas y sombreado de áreas (o bien coloración de las mismas), en una representación de la cabeza vista por arriba. La presente sección consiste en el desarrollo de solamente el hardware. ASPECTOS GENERALES: Los modernos electroencefalógrafos, cuya característica es la de lograr digitalizar la señal electroencefalográfica, para poder introducirla y mostrarla a través de una computadora, no deja de ser tan solo un instrumento de monitoreo, en donde la modernidad estriba en la ausencia de las plumillas para grabar el registro en el papel y el almacenaje de la información obtenida en discos o cintas magnéticas; sin embargo todavía queda un hueco a llenar en la difícil tarea de la interpretación y estudio de registros por parte del neurólogo, por lo que este aparato se ve semidesplazado en una era de avances como en la que actualmente vivimos. La solución apropiada para llenar este hueco, es la utilización de los sistemas de mapeo cerebral. FUNDAMENTACION: El sistema de mapeo cerebral, en su sección correspondiente al hardware, realiza la misma operación que la efectuada por los aparatos de electroencefalografía, la cual consiste en amplificar la señal encefálica tomada a través de los electrodos ubicados en la superficie del cráneo; además de restringir la entrada de toda actividad cuya frecuencia de operación se encuentre fuera de ser una onda generada por la corteza cerebral. Se hace presente la sección de montajes, la cual permite la selección de los electrodos que serán monitoreados, las etapas de estimulación óptica y visual; estas sirven al neurólogo para localizar focos epilépticos en el cerebro. Lo anterior puede observarse en el diagrama a bloques de la fig. 1. TEORÍA BÁSICA UTILIZADA: Como su nombre lo indica, la electroencefalografía estudia la actividad eléctrica generada por la corteza cerebral, más bien dicho, lo que comúnmente se conoce en neurología como el monitoreo de potenciales evocados. El examen electroencefalográfico constituye parte del estudio clínico del paciente neurológico en quien se sospecha que pueda existir una enfermedad cerebral; este tipo de registro se divide en etapas, con lo cual se pretende monitorear una serie de formas de onda, las cuales son características de ciertas patologías encefálicas. La topografía cerebral o mejor conocida en nuestro país por algunos neurólogos como mapeo cerebral, basa su razonamiento y estudio, en el tradicional electroencefalograma o potenciales evocados (EP). Un mapa rudimentario, puede basarse en las amplitudes procedentes de los electrodos en un instante dado, empleando tonalidades de gris o bien colores para formar una escala (niveles en microvoltios) y representar estos potenciales gráficamente en una simulación de la cabeza vista por arriba, con áreas sombreadas. Los electrodos que captan la actividad cerebral, son constituidos por una aleación de plata y se encuentran distribuidos sobre la superficie craneal, empleando un sistema denominado como 10-20; el cual consiste en dividir en porcentajes, la longitud total del cráneo tanto de manera transversal, como longitudinal. La manera de determinar el potencial existente entre dos electrodos, ya sea en la modalidad de montaje monopolar o bien de la forma bipolar, es realizando una diferencia entre las dos señales obtenidas en cada uno de los electrodos que monitorea un canal. Hemos de mencionar las características electrónicas de los canales que conforman a nuestro sistema electroencefalográfico, estos se componen de amplificadores denominados como amplificadores balanceados que no son otros más que los amplificadores operacionales que conocemos, solo que con parámetros relativos a la inmunidad al ruido y desajustes internos muy bien definidos y precisos. Hay que tomar en cuenta que la señal electroencefalográfica tiene una amplitud que corresponde a niveles de tan solo decenas de microvoltios por lo que es necesaria amplificarla; además las frecuencias que corresponden a patrones de actividad cerebral, se encuentran en el rango de C.D. y 75 HZ. Por lo que también ha de restringirse el paso a señales no pertenecientes a este intervalo, pero sin llegar a distorsionar la información procedente del encéfalo. Por lo anterior, los dispositivos que nos permiten llevar a cabo las exigencias señaladas, son los amplificadores operacionales con configuración no inversora (1) y diferencial (2) (en el empleo de los montajes bipolares) así como los filtros activos, empleados como filtros limitadores de frecuencia de entrada, siendo estos de tipo pasabajas y cuyas características los ubican dentro de los filtros Butterworth (3). El microcontrolador 8031, es el responsable de discretizar la señal EEG, esto se representa matemáticamente por la expresión (4), además de manejar las secciones de fotoestimulación y de audio estimulación, brindando a éstas las frecuencias de operación para las pruebas a efectuarse. Inmediatamente después de discretizarse la señal, se procede a su digitalización para su posterior análisis en el sistema de cómputo, si fuese requerido un filtraje previo dentro de un ritmo definido, entra en acción el filtro digital instalado en una subrutina en el microcontrolador (5).
ASPECTOS MATEMÁTICOS DEL PROYECTO
(1) Fórmula para la determinación de la ganancia del amplificador :
Afb = 1 + R1/R2
Donde Afb es la ganancia del amplificador en lazo cerrado, R1 es la resistencia de retroalimentación y R2 es la resistencia conectada de la terminal inversora hacia tierra.
(2) Fórmula para la determinación de la ganancia del amplificador diferencial :
Afb = R1/R2(Vent) Afb = R1/R2( V1 - V2 )
Donde V1 y V2 son las señales procedentes de dos electrodos.
(3) Fórmula que define al filtro pasa bajas Butterworth :
Afb = 1.586
La anterior es la ganancia de lazo cerrado crítica, que le corresponde a un filtro Butterworth, con lo cual se obtiene en la banda de paso, la respuesta más plana posible. Por lo que los elementos del filtro han de calcularse de la siguiente manera:
R1 = 0.586R2
Los elementos capacitivos podrán obtenerse mediante la siguiente fórmula en donde se involucra la frecuencia de corte y ciertos elementos resistivos en las mallas que formaran los polos del filtro, con lo que se determinará el orden del mismo.
Fc = 1/(2p RC); Despejando de la expresión anterior al capacitor, tenemos:
C = 1/(2p Rfc)
(4) Expresión representativa de la discretización de la señal : µ S f(n)d (t-n) n=0 Siendo f(n) la señal muestreada, d (t-n) representa el tren de deltas. En conjunto tal expresión nos manifiesta señal discretizada.
(5) Expresión matemática del filtro digital :
Y(n) = a X(n) + b Y(n - T)
Siendo X(n) la señal discretizada de entrada, a y b son las constantes que definen la frecuencia de corte y están dadas por: a = 1/(1 + RC/T) y b = 1/(1 + T/RC) siendo T = 1/Fm y Fm es la frecuencia de muestreo. Y(n - T) es la señal de salida retardada y Y(n) es la salida del filtro.
Descripción del proyecto Las terminales unidas a los electrodos ubicados en la superficie del cráneo, se conectan a una caja de electrodos (concentrador) de donde a través de un cable con recubrimiento blindado y conformado por varios pares de hilos, la señal es trasladada a seguidores de voltaje (Buffers) donde se refuerza esta, además de brindar una protección al paciente al tender a separar los circuitos de amplificación, del sistema de electrodos a través de elementos JFET en las entradas de los amplificadores operacionales para ser posteriormente amplificar la actividad captada, (etapa preamplificadora x 100) de tal forma que el ruido inherente de los elementos que conforman la siguiente sección, no afecte demasiado a la información recabada. La etapa de montajes es conformada por multiplexores analógicos, los cuales son controlados por el 8031, la señal procedente de estos pasa a una sección de filtros pasa bajas (Butterworth) los cuales solo restringen el rango permisible de frecuencias y de ahí al amplificador principal (en configuración de diferenciador). Continuando con el circuito de retención para fijar el nivel de señal el tiempo suficiente para la operación del convertidor de analógico a digital, trasladándose así la información ya discretizada al microcontrolador para filtrarse si así se determina, para algún ritmo en particular o bien enviarse al computador para su análisis posterior. El microcontrolador consta con una comunicación permanente con la PC, por lo que es posible operar los sistemas de estimulación a las frecuencias que se deseen, ya sea manualmente por el usuario o mediante programación establecida en el menú de la consola mostrada en la pantalla de la PC. CONCLUSIONES El muestreo de la señal fue bastante bueno, por lo que consideramos que el sistema es viable y aún tomando en cuenta los errores de conversión digital y el tiempo invertido para poder controlar los periféricos, se llegó a un resultado satisfactorio. La opción de sustituir canales físicos para el tratamiento de la señal por herramientas tecnológicas como lo es el muestreo de señales, simplifica bastante los costos y nos brinda una información substancialmente importante, a pesar de tomar solo ciertas porciones de las señales. El manejo de filtros digitales nos brinda una gran oportunidad de incursionar en áreas del tratamiento de señales desde un punto de vista más matemático, e independiente de factores tales como temperatura, desajustes y costos, que acarrean los filtros analógicos.RECOMENDACIONES Se recomienda el empleo de sistemas cuya resolución de bits sea mayor, esto con la finalidad de tener a cada momento una reproducción más fiel de la actividad monitoreada; además del empleo de integrados cuya tecnología de fabricación los hace más apropiados y seguros para el empleo con pacientes, así como también presentan encapsulados más adecuados para el empleo de menor espacio. La aplicación de nuevas y mejores técnicas en la creación de impresos llevan un juego muy importante en la estructuración de estos sistemas, por lo que es conveniente mantenerse en vigencia en este aspecto y así romper las limitaciones de espacio a las que normalmente nos encontramos sometidos. Usar microcontroladores o microprocesadores más rápidos para incrementar el poder de las rutinas y los manejos de periféricos, con lo cual se llegará a monitorear un mayor número de electrodos, sustituir más canales físicos y mantener la calidad del muestreo. Finalmente damos hincapié en el relacionarse con personal del área en la cual se desea implementar un sistema electrónico, esto es con la finalidad de comprender las necesidades de estos futuros usuarios y así llegar a satisfacerlas.
BIBLIOGRAFÍA 1.- TITULO: Introduction to Biomedical Electronics. 2.- AUTOR: Malvino. TITULO: Principios de Electrónica. EDITORIAL: Mc Graw Hill / tercera edición pág. 748 - 785 3.- AUTOR: Harrison. TITULO: Medicina Interna Tomo II. EDITORIAL: La prensa médica mexicana, S.A. / quinta edición pág 2143 - 2256 4.- AUTOR: varios. TITULO: Diccionario terminológico de ciencias médicas. EDITORIAL: Salvat / doceava edición. 5.- AUTOR: Enrique A. Delamonica. TITULO: Electroencefalografía. EDITORIAL: El ateneo . 6.- AUTOR: Frank P. Tedeschi. TITULO: The active filter handbook. EDITORIAL: Tab books / primera edición. 7.- AUTOR: Peter K. H. Wong. TITULO: Introduction to brain topography. EDITORIAL: Plenum Press, New York. 8.- AUTOR: Charles L. Phillips / H. Troy Nagle, Jr. TITULO: Sistemas de Control Digital. EDITORIAL: G.G S.A de C.V. 9.- Manuales de Motorola ( CMOS ), Intel (periféricos), National semiconductores (Lineal 1 y 2). 10.- AUTOR: I. Scott Mackenzie. TITULO: The 8051 microcontroller. EDITORIAL: Macmillan Publishig Company.
- Mayo 2004 -
Neurología
American Association of Neurological Surgeons 2004 Annual Meeting -
Orlando, FL, United States - info@aans.org
systematic_reviews
Psiquiatría
American
Psychiatric Association 157th Annual Meeting - New York, NY, United States
- http://www.psych.org/edu/ann_mtgs/am/04/index.cfm
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