Electroencefalografía

SEÑALES Y SISTEMAS EN APLICACIONES MÉDICAS
1.- Introducción.
La Electroencefalografía es un procedimiento el que se registran las pequeñas señales eléctricas
producidas por el cerebro. Estas señales son generadas por los potenciales pos-sinápticos
inhibitorios y excitatorios de las células nerviosas corticales. Un electroencefalógrafo es un
aparato que capta dichas señales. El potencial eléctrico medido por estas señales frente al
tiempo se denomina un electroencefalograma (EEG), éste puede ser utilizado para diagnosticar
condiciones tales como epilepsia y tumores cerebrales.
2.- Desarrollo.
La Electroneurofisiología se refiere al estudio de las señales eléctricas de los sistemas nerviosos
central y periférico para el análisis funcional y el diagnóstico. Estas señales se graban utilizando
instrumentos muy sensibles para recoger pequeñas señales eléctricas producen por el sistema.
La Electroencefalografía fue desarrollado por el psiquiatra alemán Hans Berger en la década de
1920, se utilizó en la década de 1930 para el uso clínico, y se expandió rápidamente en la
década de 1940[1].
Figura 1. Principio básico del funcionamiento de un Electroencefalógrafo
Obtención de las Señales:
Para comenzar con el análisis de señales en el EEG se examinan los diferentes métodos y la
técnica apropiada para obtener las señales cerebrales con la mayor exactitud posible.
Todo el análisis de un electroencefalograma (EEG) se basa en la parte más voluminosa del
sistema nervioso del cuerpo humano, conocido como encéfalo. Este contiene alrededor 9 de los
12 billones de neuronas que tiene nuestro cerebro. Un EGG tiene como principio de
funcionamiento la capacidad del tejido nervioso, que es generar un potencial eléctrico también
conocido como “electro génesis cerebral”.
Existen distintas maneras de captar la actividad cerebral:
1.
2.
3.
4.
Sobre el cuero cabelludo.
En la base del cráneo.
En cerebro expuesto.
En localizaciones cerebrales profundas.
Lo electrodos usados para realizar los procedimientos mencionados, son:
1. Para captar la señal sobre el cuero cabelludo se usan electrodos superficiales.
2. La señal en la base de cráneo puede ser obtenida por electrodos basales, los cuales no
necesitan algún procedimiento quirúrgico.
3. Los que se aplican con cirugía, son los electrodos quirúrgicos. [2]
Funcionamiento:
Luego de haber obtenido las señales, estás deben pasar por un debido procesamiento antes de su
posterior visualización y análisis.
Las señales cerebrales son de una magnitud realmente pequeña siendo esta la razón por la que
se contaminan de ruido e interferencias; para procesarlas mediante un bioamplificador 1 se
aumenta la amplitud de las ondas eléctricas cerebrales que son captadas tomando la señal de
cada electrodo por separado, con 2 electrodos el de registro conocido como activo y con el cable
de entrada de usa un electrodo llamado electrodo de referencia (con potencial teórico 0) 2. [3]
Figura 2. Esquema del sistema de registro del EEG
Posteriormente se realiza una limpieza a la señal mediante un filtro pasa banda cuyo ancho de
banda posee un rango entre 1 a 25 Hertz que corresponde a la frecuencia obtenida en la señal
del EEG.
Luego se aplica un algoritmo para eliminar de la señal ruidos no deseados que corresponden a la
actividad muscular del usuario tal como el pestañeo, movimiento de extremidades etc.; existe un
ruido proveniente de elementos externos al paciente provocado por el tráfico, vibraciones el
cual se elimina mediante un filtro espacial Laplaciano cuyo principio de funcionamiento
consiste en restar de la señal de cada electrodo la media de la señal de sus vecinos más
próximos.
Por último en lo que corresponde a la limpieza en el procesamiento de la señal del EEG se
utiliza un algoritmo de limitación para eliminar salidas erróneas producidas por los sensores. [4]
1 Dispositivo que amplifica la señal eléctrica débil captada por electrodos a través de transistores.
2 Para evitar posibles errores se utilizan resistencias bajas en la interconexión de electrodos.
Figura 3. Diagrama de bloques del funcionamiento de un EEG.
Análisis de las Señales:
Las señales en la última etapa se consiguen mediante una banda de potencia espectral que
consiste en la aplicación de 4 filtros pasa banda digitales cuyas bandas de paso están centrados
en las ondas Delta (0-4 Hz), Theta (4-8 Hz), Alfa (8-13 Hz) y Beta (> 13 Hz); cada una de estas
representan diferentes actividades cerebrales obteniendo como resultado de la señal 4 diferentes
mediciones. [4]
Figura 4. Señales obtenidas en un EEG.
Para la fase final del procesamiento se produce una clasificación en la cual las entradas
corresponden a las señales mencionadas y la salida representa el estado mental del paciente.
Un EEG normal por lo general consiste en una serie de posibles formas de onda de baja
frecuencia, ondas casi periódicas con grandes componentes delta en sueño profundo, hasta
ondas beta de alta frecuencia medidas en los canales del lóbulo frontal durante una actividad
mental vigorosa. Bajo un estado de relajación, el EEG se caracteriza por las ondas alfa de los
canales del lóbulo occipital. El abrir y cerrar los ojos da como resultados una respuesta evocada.
[1]
Aplicaciones:
Entre las aplicaciones del EGG se le utiliza para detectar anomalías de la actividad eléctrica
cerebral típicas de alteraciones que afectan al sistema nervioso cerebral como intoxicaciones,
consumo de drogas, enfermedades inflamatorias, infecciosas, vasculares, tumorales o
degenerativas, entre otras. También está ampliamente utilizado para el diagnóstico de
problemas del sueño o de focos de epilepsia. [5]
Figura 5. Mapeo cerebral en 3D para el diagnóstico de enfermedades.
3.­ Conclusiones.
Las funciones realizadas por el cuerpo humano son llevadas a cabo a través de impulsos
eléctricos, en el presente ensayo se analizó las señales cerebrales obtenidas mediante un
Electroencefalógrafo. El análisis de señales producidas por el cerebro es de gran importancia en
el área de la Medicina ya que representa una herramienta muy útil en la prevención y
diagnóstico de enfermedades como epilepsia, tumores cerebrales e incluso muerte cerebral que
no pudiesen ser determinados por ningún otro medio y que poseen un alto porcentaje de
veracidad debido a que por los diferentes procedimientos que se efectúan en su obtención existe
un mínimo de ruido que interfieran con la señal. La obtención y procesamiento de dichas
señales sigue un proceso estructurado que pasa desde la obtención de las señales cerebrales, su
posterior amplificación y finalmente la visualización para poder analizar los resultados.
4.­ Bibliografía. [1] Chan, K. “Biomedical device technology principles and design”, Tercera edición. Editorial
Charles C Thomas.
[2]Guyton, C.G. and Hall, J.E. Tratado de Fisiología Médica. 10ª Edición. McGraw-Hill,
Interamericana, New York, 2000. ... GUYTON, C.G. and HALL, J.E. Tratado de Fisiología
Médica. 10ª Edición. McGraw-Hill, Interamericana, New York, 2000.
[3]“Electrocargiograma”.www.bioingenieria.edu.ar/academica/catedras/bioi”genieria2/archivo
s/apuntes/tema%205%20-%20el www.bioingenieria.edu.ar. Acceso: 16 de noviembre de 2013.
[4] Sabatini, Gustavo Alejandro. Metodología del proceso de la bioseñal. Interacción humano
máquina”.Internet.www.interfacemindbraincomputer.wikifoundry.com/.
Acceso:
15
de
noviembre de 2013.
[5] Gardner Ernest, M.D, Donald J. Gray, M.S, Ronan O´rahilly, M.Sc. “Anatomia, estudio por
regiones del cuerpo humano”.