Tecniche di rilevamento e di Elaborazione di Segnali Biomedici

Tecniche di rilevamento e di
Elaborazione di Segnali Biomedici
(Scienze Motorie)
Giovanni Magenes
E-mail:[email protected]
Lezione 1
1
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Obiettivi del corso
•Approccio ai principali segnali biomedici, alle loro
caratteristiche, ai modelli di generazione, alle elaborazioni
elementari di più generale utilizzo.
•Schema generale di sistema per la rilevazione e la elaborazione
di segnali biomedici.
•Comprensione delle relazioni fra calcoli in ambiente numerico a
tempo discreto (digitale) e modelli dinamici in tempo continuo
(analogico).
•Basi della descrizione in frequenza dei segnali e delle
elaborazioni in questo dominio (filtraggio), sia analogiche che
numeriche.
•Esempi di elaborazione di biosegnali.
Lezione 1
2
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Programma del corso
1. Segnali biomedici
1.1 Introduzione ai segnali biomedici
1.2 Caratterizzazione di biosegnali
2. Introduzione al trattamento di segnali
2.1 Segnali continui nel tempo, segnali periodici; segnali discreti nel
tempo; esempi di segnali biologici continui e discreti;
2.2 Campionamento di segnali continui, teorema dei campionamento,
ricostruzione
di un segnale campionato;
2.3 Conversione A/D e quantizzazione; scelta della frequenza di
campionamento e problemi di aliasing; schema generale di
analizzatore di segnali.
3. Estrazione di parametri e classificazione.
3.1 Parametri nel dominio del tempo. Analisi dei movimenti oculari.
3.2 Parametri morfologici e nel dominio della frequenza. Analisi della
frequenza cardiaca.
3.3 Detezione di eventi in un segnale biomedico.
Lezione 1
3
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Segnale
Fenomeno fisico alla cui evoluzione e alle cui caratteristiche
attribuiamo un
contenuto informativo
Segnale ⇔ Informazione
• Un segnale può essere definito come una funzione o una
grandezza che contiene informazione, in generale riguardo allo
stato o al comportamento di un sistema fisico.
• Anche se i segnali possono essere rappresentati in molti modi,
l'informazione è sempre contenuta nelle variazioni di una o più
grandezze.
Lezione 1
4
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Informazione
• Si ha informazione quando si viene a sapere qualcosa
d’interesse che prima non si conosceva
• Informazione come:
– aumento della conoscenza
– diminuzione dell’incertezza
• Perché ci sia informazione occorre che ci sia
comunicazione
• Un segnale è un veicolo d’informazione
Lezione 1
5
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Rumore
Tutto ciò che è associato al segnale, ma non porta
informazione
Disturba la ricezione del segnale e l’estrazione
dell’informazione
Rapporto segnale/rumore (SNR)
• L’informazione cercata determina che cosa è
segnale e che cosa è rumore in un dato fenomeno
• Definizione operativa (e arbitraria)
• SNR può anche essere < 1
Lezione 1
6
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Elaborazione dei segnali
Insieme delle tecniche e procedure
utilizzate per:
• migliorare il rapporto segnale/rumore
• estrarre l’informazione dal segnale
L’elaborazione non deve comportare
perdite d’informazione
Lezione 1
7
Esempi di segnali
• Artificiali (tecnologici)
– Segnali audio
– Segnali radio-TV, telefonici (via cavo o
etere)
– Segnali di comando/controllo,
telecomandi
– Segnali di fumo, segni convenzionali,
simboli, ...
Lezione 1
8
Esempi di segnali
• Naturali
– Gestualità, mimica
– Parola e altri segnali vocali
– Segnali chimici/olfattivi, bio-elettrici, …
Lezione 1
9
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Segnali
Un segnale può essere definito come una funzione o una grandezza
che contiene informazione, in generale riguardo allo stato o al
comportamento di un sistema fisico.
Anche se i segnali possono essere rappresentati in molti modi,
l'informazione è sempre contenuta nelle variazioni di una o più
grandezze in qualche dominio (tempo, spazio, ...).
Matematicamente un segnale è rappresentato come funzione di una
o più variabili indipendenti.
E' convenzione diffusa considerare il tempo come la variabile
indipendente della rappresentazione matematica di un segnale
monodimensionale.
Lezione 1
10
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Segnali
La variabile indipendente può essere definita in un insieme continuo
(segnale continuo) o in un insieme discreto (segnale discreto). Nel
caso in cui la variabile indipendente sia il tempo si parla di segnali
continui nel tempo e di segnali discreti nel tempo.
Se, oltre alla variabile indipendente, anche il valore del segnale è
definito in un insieme discreto, diciamo che il segnale è
numerico.
Se ambedue sono definiti in un inseme continuo, il segnale è detto
analogico.
Analogamente, per i sistemi dedicati alla elaborazione dei segnali, si
parla di sistemi analogici e di sistemi numerici o digitali.
Lezione 1
11
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Lezione 1
12
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Biosegnali
• L’organismo è sorgente di innumerevoli tipi di segnale : segnali
di origine biologica
– Elettrochimici (ECG, EEG, EMG, …)
– Meccanici (forze/pressioni, flussi/portate, suoni)
– Termici (temperatura corporea, termografia)
Biosegnali= Segnali utilizzati nelle scienze mediche e biologiche
• Altri segnali sono prodotti dall’interazione tra l’organismo e un
agente esterno
– radiografie (raggi X)
– ecografie (ultrasuoni)
– tomografie (raggi X, altre particelle, campi magnetici)
– “bio-immagini”
Lezione 1
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Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Esempi di Biosegnali
Lezione 1
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Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Vari tipi di biosegnali
• Segnali deterministici:
– si ripetono sempre “uguali” in osservazioni ripetute
• forma tipica che li caratterizza
• “prevedibili”
• Segnali casuali (aleatori):
– variabili in maniera imprevedibile
• non hanno forma tipica
• descritti in termini statistici
Lezione 1
15
Segnale deterministico - ECG
Lezione 1
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Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Segnale aleatorio - Sway posturale
Lezione 1
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Statochinesigramma (occhi chiusi)
Soggetto 1
Soggetto 2
3
3
2
2
1
1
Copx
Copx
0
0
-1
-1
-2
-2
-3
-3
-2
-1
0
Copy1
-3
2
3
-3
-2
-1
peso medio sul piede ds
peso medio sul piede sn
32,01
36,49
39,08
Copy1
2
3
peso medio sul piede ds
2
48,42
Soggetto 4
Soggetto 3
3
3
2
2
1
1
Copx
Copx
0
0
-1
-1
-2
-2
-3
-3
Lezione 1
0
peso medio sul piede sn
-2
-1
0
Copy1
2
3
-3
-3
-2
-1
0
Copy1
2
3
peso medio sul piede sn
peso medio sul piede ds
peso medio sul piede sn
peso medio sul piede ds
24,37
26,86
43,11
36,77
18
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Segnali analogici e numerici
• Analogici
– continui nel tempo (definiti in ogni istante)
– continui nelle ampiezze
– es. onde di potenziale
• Numerici (digitali)
– discreti nel tempo (definiti solo in certi istanti)
– rappresentati mediante numeri (discreti nelle
ampiezze)
– necessari per accedere al calcolatore
Lezione 1
19
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Obiettivi dell’analisi di bio-segnali
• Approfondimento delle conoscenze
• Diagnosi
• Valutazione di performance (monitoraggio, in
tempo reale)
• Follow-up
• Screening
• Protesi, ortesi
• …………
Lezione 1
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Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Esempi di segnali biomedici
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Potenziale d’azione: intracellulare, extracellulare.
Elettroencefalogramma (EEG)
Elettrocardiogramma (ECG)
Elettromiogramma (EMG)
Elettrooculogramma (EOG)
Frequenza cardiaca
Pressione arteriosa
Flusso/portata sanguigna
Acidità del sangue (Ph)
Flusso/volume respiratorio
Forza, tensione muscolare
Lezione 1
21
Obiettivi dell’analisi di biosegnali
• Approfondimento delle conoscenze
• Diagnosi
• Valutazione di performance
(monitoraggio, in tempo reale)
• Follow-up
• Screening
• Protesi, ortesi
• …………
Lezione 1
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Sistema di elaborazione di
biosegnali
Lezione 1
23
Origine del biosegnale
• Il segnale è prelevato dall’organismo
mediante appositi dispositivi:
– Segnale bioelettrico ↔ Elettrodi
– Altri segnali ↔ Sensori, Trasduttori, Sonde
• Se ne ottiene un segnale elettrico:
– potenziale, corrente o carica elettrica
– in genere un segnale analogico
• L’elaborazione al calcolatore richiede
segnale numerico
Lezione 1
24
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Elettroencefalogramma (EEG) 1
• Potenziale elettrico relativo alla attività cerebrale
registrato sullo scalpo in posizioni standard:
sistema 10/20.
Lezione 1
25
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
EEG 2 - Esempi di tracciati
• ritmo α , 8-13 Hz
• ritmo β > 13 Hz
• ritmo θ , 4-8 Hz
• ritmo δ < 4 Hz
Lezione 1
26
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
EEG 3 - Caratteristiche
• banda 0.1 Hz - 50 Hz, ampiezza decine di μV
• stazionario (con le stesse caratteristiche) per brevi tratti
• non periodico ma spesso con un ritmo prevalente
concentrato su specifiche bande di frequenza
• le caratteristiche variano con la derivazione
• vi sono similitudini e sincronismi fra derivazioni vicine
Pot.d’azione
singoli
neuroni
Attività
coordinata
aree
corteccia
Volume
conduttore
tessuti
cranio
Potenziali
sulla
superficie
dello scalpo
• informazione indiretta e globale sulla attività cerebrale
• ridondanza del tracciato rispetto alle caratteristiche rilevanti
• possibilità di integrare informazioni da diverse derivazioni
Lezione 1
27
Elettrocardiografia (ECG) – Il cuore
L’ organo principale dell’
apparato circolatorio e’ il
cuore,posto nel mediastino,
zona centrale del torace fra i
due polmoni. E’ un organo
muscolare cavo disposto in
serie fra la sezione venosa e
quella arteriosa del circolo con
la funzione di pompa,cioe’ di
spingere avanti il sangue
mediante un alternarsi di
contrazioni (sistole) e
rilasciamento (diastole).
Lezione 1
28
Elettrocardiografia (ECG) – Il cuore
Internamente ha 4 cavità: 2 superiori (atrio destro e
sinistro) e 2 inferiori (ventricolo destro e sinistro).
Ognuno dei due atri è sovrapposto al rispettivo
ventricolo, con il quale comunica attraverso un foro
o ostio atrioventricolare. Il passaggio del sangue
avviene sempre dall'atrio al ventricolo.
Il foro atrioventricolare destro è munito di una
valvola, la tricuspide; quello sinistro di un'altra
valvola, la bicuspide o mitrale. Le valvole,
chiudendosi, impediscono il riflusso del sangue dal
ventricolo all'atrio durante la sistole. Allo stesso
scopo servono le valvole semilunari poste tra i
ventricoli e il grande vaso arterioso che da essi si
diparte: l'aorta e l'arteria polmonare.
Le frecce mostrano la direzione del flusso sanguigno attraverso il cuore:
l'atrio destro riceve il sangue dal corpo, lo trasferisce al ventricolo destro
che lo pompa nei polmoni per ricevere ossigeno. Il sangue ritorna dai
polmoni all'atrio sinistro. Da lì passa nel ventricolo sinistro che lo pompa
Lezione del
1
29
nel resto
corpo per un altro ciclo.
Elettrocardiografia (ECG) – Potenziali cardiaci
L'elettrocardiografia è uno dei test
medico-diagnostici cardiovascolari
non invasivi più importanti e diffusi ed
oggi l'elettrocardiografo costituisce la
dotazione base della maggior parte
dei reparti, ambulatori e studi medici.
L'attività cardiaca è legata alla
formazione di potenziali elettrici,
generati da gruppi di cellule (pacemaker) poste in zone ben definite del
miocardio. Questi potenziali, originati
nel nodo seno-atriale, si propagano
lungo il muscolo cardiaco attraverso
particolari fibre (fascio di His e rete
di Purkinje) determinandone la
contrazione ritmica.
Lezione 1
30
Elettrocardiografia (ECG) – Potenziali cardiaci
I potenziali non restano però confinati all'interno del miocardio,
poiché il tessuto che lo circonda è conduttivo. Essi sono perciò
presenti anche sulla superficie esterna del corpo, dove possono
essere misurati applicando degli elettrodi sulla cute.
L'elettrocardiogramma (ECG) è la registrazione di questi
potenziali che si generano in conseguenza del campo elettrico
variabile prodotto dall'attività cardiaca.
Il livello di questi potenziali è molto basso; se opportunamente
amplificati e trattati è però possibile ottenere una rappresentazione
grafica dei potenziali cardiaci dalla quale dedurre informazioni
diagnostiche utili per l'analisi d'alcune funzioni cardiache.
I potenziali che si manifestano sulla superficie del corpo sono rilevati in
posizioni determinate, dette derivazioni (o connessioni),
universalmente accettate ai fini di poter disporre di tracciati
confrontabili.
Lezione 1
31
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Elettrocardiogramma (ECG) 1
• Potenziale elettrico relativo alla attività cardiaca
registrato in superficie in posizioni prefissate:
arti e torace sistema di 12 derivazioni (lead) standard.
triangolo di Einthoven (derivaz. arti):
3 derivaz. bipolari I, II e III
3 derivaz. unipolari aumentate aVF (Foot),
aVL (Left arm), aVR (Right arm)
Lezione 1
32
Elettrocardiografia (ECG) - Derivazioni
Le derivazioni unipolari sono date dalle possibili coppie ottenibili
collegando traloro uno dei tré punti RA, LA, LL ed un punto "virtuale"
(Punto di Goldberg)ottenuto come media dei potenziali dei punti
restanti:
aVR: RA - (LA + LL)/2
aVL: LA - (RA + LL)/2
aVF: LL - (RA+LA)/2
Lezione 1
33
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
ECG 2 - derivazioni cont.
6 derivazioni precordiali (toraciche)
• le 6 derivazioni agli arti vedono l’attività elettrica del cuore
da lontano - in prima approssimazione, bipolo elettrico nel
piano frontale - 2 segnali indipendenti (leggi di Kirchoff)
• le 6 derivazioni toraciche esplorano sul piano trasversale i
potenziali in prossimità del muscolo cardiaco
Lezione 1
34
Elettrocardiografia (ECG) - Derivazioni
Lezione 1
35
La morfologia del segnale elettrocardiografico dipende dai generatori cardiaci,
dalle caratteristiche del mezzo conduttore e dalla derivazione utilizzata.
Un normale segnale elettrocardiografico misurato con due elettrodi posti nella
caviglia sinistra e nel polso destro è riportato in figura. La prima deflessione, indicata
con la lettera P, è prodotta dalla depolarizzazione (attivazione) atriale, la seguente
serie di deflessioni, indicata come QRS, dalla depolarizzazione ventricolare, e l'onda
indicata come T dalla ripolarizzazione ventricolare (la ripolarizzazione atriale è
mascherata
Lezione 1 dal QRS).
36
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
ECG 4 - significato fisiologico
• onda P
depol. atrii
a partire dal nodo
seno atriale
• tratto PQ
pausa nodo AV
• complesso QRS
depol. ventricoli
contrazione cuore
• tratto ST
cuore contratto
• onda T
ripol. ventricoli
R
T
P
Q S
Lezione 1
37
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
ECG 6 - Esempi
Bradicardia
Tachicardia
sinusale
Lezione 1
38
Segnali di origine cardiovascolare - Esempi
Lezione 1
39
Esempio 2 -Elettromiografia
L'elettromiografia (EMG) misura i potenziali elettrici che si formano in
un muscolo durante la sua contrazione volontaria.
Questi potenziali sono causati dalla depolarizzazione elettrica delle fibre
muscolari in risposta all'arrivo di un impulso elettrico alla sinapsi
neuromuscolare (punto di contatto tra la terminazione di un nervo periferico
e la membrana di una fibra muscolare).
L'elettromiografia deve essere considerata come estensione dell'esame
neurologico; infatti, permette la valutazione della funzionalità
neuromuscolare, in termini sia qualitativi, sia quantitativi.
Si distinguono due classi principali di EMG: quella ad agoelettrodo e
quella di superficie.
Lezione 1
40
Elettromiografia ad ago
La misurazione dei potenziali d'azione muscolari (MAP), che rappresentano
la risultante dell'attività elettrica dell'Unità Motoria al momento della
contrazione, avviene mediante l'inserimento nel ventre muscolare di un
agoelettrodo bipolare concentrico, nello spazio extracellulare.
I singoli potenziali rispecchiano l'attività di una singola unità motoria (tutte le
fibre muscolari collegate a una terminazione nervosa) nel caso di elettrodi di
inserzione.
L'esecuzione dell'esame vero e proprio comprende:
·
Il posizionamento dell'elettrodo di terra;
·
L'elettrodo esplorante viene inserito con una certa inclinazione per via
transcutanea nel ventre muscolare considerato. L'attività elettrica registrata
subito dopo il suo inserimento viene definita "attività di inserzione".
·
L'agoelettrodo viene mantentuto immobile per registrare eventuali
attività elettriche spontanee, oppure seguenti ai vari gradi di contrazione
muscolare: volontaria (antigravitazionale) o riflessa. A seconda delle
situazioni e delle possibilità operative verranno studiati i potenziali d'unità
motoria in quadro di "attività di reclutamento" (per contrazioni muscolari di
intensità crescente) e di "interferenza" (per contrazioni massimali);
· Lezione 1
41
L'esame di EMG fornisce risultati caratteristici che permettono la
distinzione tra una malattia muscolare (miopatia, ad es. distrofie,
miositi o la miastenia) e una malattia del sistema nervoso
periferico (neuropatia, ad es. polineuropatie, neuriti o sindromi di
compressione di una radice di un nervo periferico da ernia del
disco o la sindrome del tunnel carpale).
Tracciato EMG normale: i singoli
potenziali sono di pochi millivolt e
si sovrappongono
Lezione 1
42
Tracciato EMG patologico da sofferenza cronica del nervo periferico
che innerva il muscolo: i singoli potenziali sono ingranditi e appaiono
più isolati.
Lezione 1
43
EMG di superficie
L'impiego dell'elettromiografia di superficie (SEMG) sta avendo una notevole
diffusione sia per le caratteristiche di non invasività, sia per le potenzialità offerte
dalle moderne tecniche di analisi numerica del segnale elettromiografico che
possono fornire utili informazioni quantitative sulle condizioni di attività del
distretto muscolare esaminato.
Recentemente numerosi settori, clinici e non, hanno utilizzato questa metodica
con diversi tipi di applicazioni: valutazione della forza muscolare, test isometrici,
studio della fatica muscolare, studio e terapia del dolore, studio del controllo del
movimento, analisi prestazionali in medicina dello sport, biofeedback della
contrazione muscolare, studio del cammino, valutazioni della attività muscolare in
generale.
Mentre l‘EMG ad ago resta una tecnica di primaria importanza a livello
diagnostico, che necessariamente richiede per il suo impiego l'apporto del
neurologo, la SEMG è una tecnica di indagine dell'attività muscolare molto
promettente e di grande interesse per la riabilitazione: nel monitoraggio degli
effetti di un trattamento, direttamente durante un esercizio per aumentarne
l'efficacia, per valutare l'affaticabilità muscolare …
Lezione 1
44
Strumentazione e tecniche di registrazione
Essendo il segnale elettromiografico di piccola ampiezza (100.000 volte più
piccolo della tensione elettrica di una normale batteria), nei moderni
elettromiografi sono inserite sia una sezione d'amplificazione sia una sezione
di post-elaborazione del segnale. Un'alternativa a questo sistema consiste
nell'impiego di una sezione d'amplificazione e pre-condizionamento del segnale
e una scheda di conversione analogico-digitale, che può essere installata in un
normale personal computer dotato di apposito software.
Poter disporre del segnale in forma digitale offre il vantaggio di semplificare
notevolmente l'esecuzione delle diverse elaborazioni, nonché di poterlo
archiviare per successivi utilizzi.
L'utilizzo di elettrodi di superficie semplifica sensibilmente le operazioni di
prelievo del segnale e, unitamente alla non-invasività della tecnica, rende
possibile l'effettuazione di registrazioni sia in condizioni di sforzo sia statico che
dinamico, ad esempio durante l'esecuzione di esercizi o gesti funzionali.
Tuttavia è importante ricordare che, avendo il segnale registrato un'ampiezza
inversamente proporzionale al quadrato della distanza dalla sorgente, le UM di
cui è possibile registrare l'attività sono quelle situate entro un raggio massimo di
15 mm dagli elettrodi. Inoltre, la quantità di tessuto interposto tra la sorgente e
gli elettrodi può attenuare le componenti ad alta frequenza del segnale,
solitamente
in modo proporzionale alla "profondità" dell'UM.
Lezione 1
45
Come per altre tecniche di registrazione di segnali bio-elettrici, anche per il
SEMG è possibile scegliere tra registrazione di tipo monopolare (un
elettrodo attivo in corrispondenza del muscolo da esaminare ed uno di
riferimento su un punto neutro) e registrazione bipolare (due elettrodi attivi
posti ambedue sul muscolo esaminato). La scelta fra le due tecniche è
lasciata all'esperienza e alle preferenze dell'operatore, anche se la
registrazione bipolare offre una migliore immunità ai disturbi, benché nel
caso di muscoli di piccole dimensioni sia di difficile impiego essendo meno
selettiva di quella monopolare e richiedendo un'area per il posizionamento
degli elettrodi maggiore.
E' generalmente consigliabile posizionare l'elettrodo (o gli elettrodi) in
corrispondenza del ventre muscolare, ovvero dove si ottiene il segnale
d'ampiezza più elevata a parità di livello di contrazione.
Lezione 1
46
Misura su quadricipite in condizioni isocinetiche
Lezione 1
47
Velocità di conduzione
L'EMG è completato dalla misurazione della velocità di conduzione
nervosa: si applica uno stimolo elettrico ad un nervo periferico del braccio
o della gamba e si misura il tempo che decorre tra stimolo e contrazione
di un muscolo innervato da un particolare nervo. Stimolando il nervo in
almeno due punti distanti e misurando la distanza tra questi punti è
possibile calcolare la velocità con cui il nervo conduce lo stimolo elettrico
tra i due punti.
La velocità di conduzione nervosa è normalmente di circa 50 metri al
secondo ed è ridotta nelle polineuropatie e neuropatie infiammatorie
oppure nelle neuropatie locali da compressione meccanica, come la
sindrome del solco del nervo ulnare o la sindrome del tunnel carpale.
Nella maggior parte dei casi, l'EMG e la velocità di conduzione non
sono in grado di fornire da soli una diagnosi specifica, che richiede
sempre un'interpretazione adeguata della storia e dello sviluppo dei
sintomi e della situazione clinica e del risultato di altri esami
diagnostici.
Lezione 1
48
Velocità di conduzione
Registrazione della velocità di
conduzione: il nervo mediano è
stimolato sia all'altezza del gomito sia
sopra l'articolazione della mano e si
registra la risposta di contrazione
muscolare dei muscoli del pollice.
Tracciato della risposta elettrica
muscolare registrata con gli elettrodi
posti sopra il pollice. Sopra, la curva
dopo stimolazione all'articolazione
della mano (la risposta arriva prima),
sotto, la curva dopo stimolazione al
gomito (la risposta è più tardiva).
Dividendo la distanza tra i due punti
di stimolazione per la differenza di
tempo tra l'inizio delle due risposte
(frecce rosse) si calcola la velocità di
conduzione nervosa.
Lezione 1
49
Analisi del segnale
Il segnale EMG deve essere innanzitutto filtrato, in modo da eliminare
disturbi o metterne in evidenza le componenti d'interesse. Le tipologie di
filtraggio sono diverse, a seconda che si vogliano evidenziare
componenti a bassa frequenza (filtro passa-basso) o ad alta frequenza
(filtro passa-alto) presenti nel segnale, che si vogliano eliminare
componenti di disturbo a frequenza prefissata (notch-filter) o di
caratteristiche note e variabili nel tempo (filtraggio tempo-variante).
Tra i diversi parametri calcolabili, quelli maggiormente impiegati sono:
Ampiezza e valore quadratico medio o RIEMG:
sono parametri di ampiezza del segnale e sono utili per la loro stretta
correlazione con la forza sviluppata; inoltre sono i più immediati indici di
attività muscolare e possono essere impiegati per la stima del numero
delle UM attive e per descrivere le modalità del loro reclutamento.
Alcuni impieghi sono ad esempio: la valutazione dell'attività mioelettrica in rapporto alla misura della forza esercitata (generalmente
in condizioni isometriche), nel Bio-feedback, nello studio della postura e
del movimento, nello studio dei tempi di reazione e del controllo
neuromotorio.
Lezione 1
50
Frequenza media e frequenza mediana:
sono parametri spettrali definiti come i descrittori statistici della distribuzione
in frequenza delle componenti del segnale e vengono impiegati
principalmente nello studio della fatica muscolare
Lezione 1
51
Velocità di conduzione delle fibre muscolari:
questo parametro rappresenta la velocità media alla quale il PUM si sposta
lungo la fibra muscolare e deve essere misurato con un'apposita
strumentazione ed in condizioni di contrazione muscolare indotta
elettricamente. Viene usato insieme ai parametri spettrali per la
quantificazione
dei fenomeni di fatica muscolare.
Lezione 1
52
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Segnali biologici con diversa origine - Esempi
1s
0.2 s
a) Velocità del flusso sanguigno
nell’arteria cerebrale di un
soggetto umano
b) EMG (contrazione e
rilassamento della lingua)
c) Angolo di rotazione del
ginocchio
d) ECG
e) Frequenza cardiaca
istantanea in battiti al
minuto (100 battiti)
Lezione 1
53
Corso di Elaborazione di Segnali Biomedici
Segnale EMG + ECG
EMG rilevato sul torace durante
2 respiri con sovrapposizione
dell’ECG
Il segnale ECG puo’ essere
individuato e rimosso.
In questo caso lo consideriamo
RUMORE
Con ulteriori operazioni
(raddrizzamento e filtraggio) si
puo’ ottenere un segnale che
rappresenta l’”ampiezza”
dell’EMG
Lezione 1
1s
54