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CARATTERIZZAZIONE ELETTROMAGNETICA E
SCHERMATURA DI COMPONENTI UTILIZZATI IN SISTEMI
ROBOTICI RIABILITATIVI MEG-COMPATIBILI
Saverio Cristina, Vincenzopio Tamburrelli
Laboratorio di Robotica e Compatibilità Elettromagnetica
Università Campus Bio-Medico di Roma
Via Alvaro del Portillo, 21 - 00128 – Roma
Tel. 06-225419610 Fax. 06-225419609
La ricerca, al secondo anno di svolgimento, nasce dall’esigenza clinica di rilevare in maniera
continua l’attività cerebrale di pazienti post-ictali o con problemi congeniti ai quali vengono
somministrate terapie riabilitative. Attualmente le tecniche di monitoraggio continuo
dell’attività cerebrale si basano sull’utilizzo della Risonanza Magnetica funzionale (fMRI) o
sulla Magnetoencefalografia (MEG). Queste due tecniche di monitoraggio sono molto
sensibili alle interferenze elettromagnetiche provenienti da sorgenti poste all’interno di tali
ambienti di misura in quanto potrebbero generare artefatti durante la rilevazione del segnale.
Per evitare questa interferenza elettromagnetica vengono attualmente impiegati sistemi
idraulici e pneumatici con i quali si ottengono però rilevazioni meno accurate rispetto ai
dispositivi elettronici.
L’obiettivo della ricerca è finalizzato alla realizzazione di sistemi robotici riabilitativi MEGcompatibili. La MEG è una tecnica di imaging funzionale utilizzata in neurologia per
misurare il campo magnetico generato dall’attività cerebrale che è dell’ordine di poche decine
di femto Tesla, da cui la necessità di schermare opportunamente qualsiasi sorgente di disturbo
proveniente dall’esterno onde evitare di “coprire” i segnali cerebrali.
L’approccio scelto si basa sulla caratterizzazione elettromagnetica e successiva schermatura
dei singoli componenti (celle di carico, attuatori elettrici) del sistema robotico complessivo.
Fig. 1: Set-up di misura in ambiente MEG (a sinistra); andamento del campo magnetico generato dall’attività
cerebrale di un paziente (a destra)
Durante la prima fase è stata analizzata l’interferenza elettromagnetica generata da una cella
di carico (componente di un sistema robotico di riabilitazione) e dal relativo sistema di
cablaggio. L’analisi è stata effettuata sia in bassa frequenza (range 50 Hz-100 kHz) che in alta
frequenza (range 100 kHz-50 MHz). Un’idonea schermatura di tale componente è stata altresì
proposta onde consentirne l’impiego per la determinazione della forza esercitata dal paziente
sotto esame, in ambiente MEG.
La caratterizzazione elettromagnetica della cella di carico non ha evidenziato emissioni
significative nel range 50 Hz – 5 MHz; la strumentazione ha infatti rilevato soltanto rumore di
fondo. Nel range 5-50 MHz si è invece evidenziato un picco massimo pari a -60 dBm. La
differenza tra il disturbo prodotto dalla cella non schermata e un ragionevole valore di “non
copertura dei segnali celebrali”, assunto eguale a circa 50 fT, ha fornito le specifiche di
progettazione di uno schermo di alluminio con spessore 0.5 mm.
Le misure sono state ripetute in presenza di schermatura nel range di frequenza indagato
precedentemente (100 kHz – 50 MHz). I picchi massimi (-60 dBm) prima rilevati risultano
scomparsi e la potenza emessa assume costantemente, nell’intero range di frequenza, valori di
circa -90 dBm assolutamente confondibili con il rumore di fondo.
I precedenti risultati hanno ricevuto conferma sperimentale presso l’ospedale Fatebenefratelli
di Roma, dove le misure sono state eseguite direttamente in ambiente MEG. Il set-up di
misura utilizzato per eseguire le misure in ambiente MEG è mostrato in Fig. 1 a sinistra. In
Fig. 1 a destra sono mostrati i tracciati, rilevati da tre canali MEG, dell’attività cerebrale di un
paziente durante l’azionamento della cella di carico provvista di schermatura. I tracciati,
nonostante la presenza di piccoli artefatti in corrispondenza delle pressioni esercitate dal
soggetto sul sensore JR3, sono leggibili e assolutamente utilizzabili per la parte clinica.
Dopo i risultati positivi ottenuti durante la prima fase dell’attività di ricerca, relativi alla cella
di carico, si sta procedendo alla caratterizzazione elettromagnetica di un attuatore elettrico
(costituente del sistema robotico riabilitativo). I primi risultati ottenuti in laboratorio
evidenziano, a differenza di quelli ottenuti dalla cella di carico, disturbi sia in bassa che in alta
frequenza. Sulla base di tali risultati si sta procedendo alla progettazione della schermatura
idonea, che in questo caso dovrà risultare efficace a schermare anche il campo magnetico
rilevato alle basse frequenze. Si pensa, dunque, di realizzare uno schermo composto da mumetal e alluminio per schermare rispettivamente il contributo relativo alla bassa e all’alta
frequenza. Una volta realizzato lo schermo si procederà alla sua validazione direttamente in
ambiente MEG.
In futuro si prevede di realizzare, previa schermatura dei singoli componenti, un sistema
robotico riabilitativo MEG-compatibile.
Bibliografia
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Electromagnetic Compatibility, EMC-30, 187-201 (1988)
N.V. Tsekos, A. Khanicheh, E. Christoforou, and C. Mavroidis, “Magnetic resonancecompatible robotic and mechatronics systems for image-guided interventions and
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2007.
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