ELETTRONICA E STRUMENTAZIONE PER INDAGINI BIOMEDICHE ED ELETTROENCEFALOGRAFIA

1. ELETTRONICA E STRUMENTAZIONE PERINDAGINI BIOMEDICHE ED ELETTROENCEFALOGRAFIA Tecniche elettro-neurofisiopatologiche

2. Elettrodi • Elettrodi speciali • Tecniche di pulizia e sterilizzazione • Montaggi adulto, bambino e neonato • Montaggi poligrafici • Ambiente di registrazione e sicurezza elettrica • Elettroencefalografo –analogico-digitale • Banda di frequenza dell’EEG • Amplificatori e filtri • Tecniche di registrazione: • Accoglienza pz e anamnesi • Artefatti fisiologici, dell’apparecchio e ambientali • Prove di attivazione • Deprivazione di sonno • Sonno • Polisonnografia • Video-eeg • Holter-eeg • Mappe cerebrali • Coma • Morte cerebrale

3. ELETTRODI E MONTAGGI L’EEG registra i potenziali generati dal tessuto cerebrale; essi sono di ampiezza molto bassa (micronvolt) e la loro registrazione può essere disturbata sia da rumori generati dall’apparecchiatura e dall’ambiente di registrazione (rumori di amplificazione, potenziali elettrostatici) che da potenziali fisiologici che possono falsare o coprire del tutto il segnale EEG.

4. Quando si registra dallo scalpo si è sempre relativamente distanti dal generatore di impulsi e con gli elettrodi di superficie si riesce a captare solo l’attività che si origina dai generatori più grandi, localizzati sulla convessità del cervello e costituiti dall’attivazione sincrona dei neuroni che ricoprono almeno 6 cm²

5. Altri generatori localizzati sulla superficie media e basale del cervello, così come quelli situati nelle scissure e nei solchi, sono sempre troppo lontani dal punto di registrazione e pertanto difficili da captare.

6. Anche lo scalpo e le ossa craniche costituiscono elementi di alta resistenza al passaggio di corrente, in rapporto al diverso spessore di tali strutture nei vari punti del cranio.

7. Gli elettrodi di registrazione sono trasduttori che trasportano segnali bioelettrici all’elettroencefalografo per la necessaria ed adeguata amplificazione.

8. E’ neccessario utilizzare elettrodi che: assicurino un contatto stabile e prolungato con la cute permettano una resistenza cute-elettrodo più bassa possibile abbiano una superficie di contatto sufficientemente piccola per evitare la diffusione del potenziale

9. Nell’EEG di routine si usano: elettrodi a placca tenuti fissi mediante cuffia a lattice elettrodi a coppetta direttamente fissati allo scalpo elettrodi ad ago ipodermici

10. Elettrodi di superficie: A: elettrodo a coppetta B: elettrodi a placca con due tipi di raccordo con il cavo di registrazione C: elettrodi ad ago

11. Esistono anche elettrodi speciali (nasofaringei, sfenoidali, etmoidali, subdurali, epidurali e profondi) utilizzati per indagini particolari e che necessitano di metodiche in genere invasive.

12. ELETTRODI A COPPETTA Sono elettrodi in oro o in argento clorurato a forma di piccola coppa del diametro di 0,5-1 cm, forniti di foro centrale e direttamente saldati al filo conduttore.

13. Vengono fissati alla cute mediante pasta adesiva e conducente (es. pasta alla Bentonite) oppure mediante garzina imbevuta di collodio se la registrazione EEG deve essere di lunga durata (Holter-eeg, polisonnografia, poligrafia)

14. Il collodio deve essere asciugato con un normale phon ad aria fredda e gli elettrodi possono essere rimossi a fine registrazione con dell’acetone. Gli elettrodi in tal modo resistono anche a bruschi movimenti senza perdere un ottimale contatto con la cute.

15. ELETTRODI TENUTI FISSI MEDIANTE CUFFIA Sono in argento clorurato, con placchetta del diametro di circa 0,5-1 cm, collegata ad una breve asta filettata o vuota al suo interno, montata su un piede in plastica. La placca è rivestita di garza. Il filo conduttore può essere connesso all’elettrodo con un morsetto od uno spinotto.

16. Gli elettrodi sono tenuti fissi allo scalpo mediante una cuffia in lattice o plastica, regolabile ed adattabile di volta in volta secondo le misure di ogni singolo paziente.

17. Esempio di montaggio eseguito con elettrodi a placca trattenuti da cuffia in lattice con snodi regolabili

18. Gli elettrodi a placca, come quelli a coppetta, devono essere posizionati sullo scalpo seguendo un posizionamento standard a livello internazionale e riproducibile.

19. Questo posizionamento è dato dal Sistema Internazionale 10-20. Esso utilizza come punti di repere il nasion e l’inion per la linea mediana antero-posterioreed i punti preauricolari per la linea coronale latero-laterale.

20. Il termine “10-20” si riferisce al fatto che gli elettrodi sono posti in vari punti dello scalpo a distanza del 10% e 20 % dell’intera lunghezza delle linee ideali che collegano i punti di repere suddetti.

21. Identificazione dei punti di posizionamento degli elettrodi di superficie secondo il Sistema Internazionale 10-20

22. A seconda dell’età del paziente si dovranno applicare 21 elettrodi (adulto) oppure meno (14 o 9 elettrodi, bambino)

23. Si otterranno dunque montaggi a 21 elettrodi oppure a 9 o meno frequentemente a 14 elettrodi.

24. Disposizione sullo scalpo degli elettrodi di superficie in un montaggio con 21 elettrodi (adulto)

25. Disposizione sullo scalpo degli elettrodi di superficie in un montaggio a 14 (A) e a nove elettrodi (B)

26. Da alcuni anni sono state introdotte sul mercato cuffie realizzate in tessuto elasticizzato e con elettrodi già incorporati e predisposti secondo il S.I. 10-20.

27. Per il buon funzionamento degli elettrodi nei fori corrispondenti va inserito con un ago smusso un gel elettroconduttore. La cuffia è collegata al preamplificatore mediante un cavo multiplo con raccordo ad innesto rapido.

28. ELETTRODI AD AGO IPODERMICI Sono costituiti da aghi di platino o acciaio e non richiedono clorurazione. sono lunghi 1-2 cm e di diametro circa 1 mm. La loro inserzione al di sotto del derma deve essere effettuata in maniera obliqua con un’angolazione di circa 30°.

29. La loro applicazione è rapida seppur invasiva, per cui essi vengono utilizzati prevalentemente nelle Unità di Terapia Intensiva e Rianimazione nei pazienti in coma e per il monitoraggio EEG durante interventi chirurgici.

30. Gli elettrodi ad ago presentano una più elevata resistenza (10-15 Kohm) rispetto agli elettrodi a contatto e ciò può determinare distorsioni di segnale e maggior facilità di comparsa di artefatti da rumore.

31. Altri inconvenienti che limitano l’uso degli elettrodi ad ago nella attività di routine sono l’invasività degli stessi, causa di fastidio al paziente nella loro inserzione, e la possibilità che essi veicolino infezioni nel caso non siano accuratamente sterilizzati.

32. CLORURAZIONE La clorurazione rende gli elettrodi relativamente non polarizzabili (elettrodi “reversibili”) assicurando una corretta registrazione dei fluttuanti potenziali EEG.

33. La clorurazione può essere ottenuta ponendo gli elettrodi d’argento in una soluzione di NaCl alla concentrazione dello 0,9%. Successivamente essi vengono resi positivi (mediante collegamento con il polo positivo di una batteria) rispetto ad un filo d’argento anch’esso posto in soluzione. L’anione Clˉ, in soluzione, muove quindi verso l’elettrodo d’argento positivo e forma molecole neutre di AgCl che vi rimangono adese.

34. ELETTRODI SPECIALI Sono elettrodi particolari la cui applicazione è eseguita da personale medico poiché richiede particolari e delicate tecniche. Tali elettrodi permettono di captare l’attività elettrica di strutture profonde altrimenti non indagabili. Vengono utilizzati solo in Centri altamente specializzati.

35. Elettrodi naso-faringei: sono costituiti da una lunga e flessibile asta metallica isolata del diametro di circa 2 m; vengono inseriti nelle narici in modo che l’estremità d’argento, non isolata, venga a contatto con la mucosa del faringe postero-laterale. Sono utili per lo studio dell’attività della superficie inferiore dei lobi temporali, ma conducono a molti artefatti da deglutizione, movimento, respiro.

36. Elettrodi naso-etmoidali: sono anch’essi inseriti attraverso le narici e la loro estremità raggiunge la lamina cribrosa dell’osso etmoide. Sono utili per lo studio della faccia inferiore del lobo frontale.

37. Elettrodi sfenoidali: sono aghi isolati, eccetto che all’estremità, e vengono inseriti sotto l’arco zigomatico fino alla zona del forame ovale. Sono utili per registrare la parte inferiore del lobo temporale e dell’area orbitale del lobo frontale.

38. Elettrodi epi- e subdurali (ECoG): sono applicati con metodiche neurochirurgiche direttamente sulla superficie corticale, con o senza interposizione della dura madre. Possono essere singoli o conglobati in piattine di materiale plastico flessibile che ne contengono un certo numero (grid). Sono particolarmente utili per localizzare attività epilettiche di tipo focale.

39. Elettrodi profondi (Stereo-EEG): Sono elettrodi con punti di contatto multipli che vengono inseriti, mediante metodiche invasive, nelle strutture cerebrali profonde secondo coordinate stereotassiche. Sono in acciao, oro o platino. Possono registrare direttamente da strutture cerebrali non altrimenti raggiungibili e sono di rilevante importanza nella precisa localizzazione del focus epilettogeno in vista di una successiva ablazione chirurgica.

40. PULIZIA E STERILIZZAZIONE DEGLI ELETTRODI In caso di malattie di qualsiasi genere l’applicazione degli elettrodi può essere fonte di contagio, a causa di piccole tracce ematiche provocate dall’abrasione della cute per l’usuale pulizia o per l’applicazione del gel con l’ago smusso.

41. Una volta terminata la registrazione gli elettrodi devono essere rimossi e puliti con acqua di rubinetto. Poi devono essere immersi per almeno 30 min, in una soluzione liquida disinfettante (glutaraldeide al 2%, fenoli, alcool, ipoclorito di sodio al 5%)

42. Per malattie infettive quali epatite B o C, AIDS e Jacob-Creutzfeld, il tempo di applicazione del disinfettante deve essere prolungato per alcune ore; al termine gli elettrodi devono essere sciacquati con acqua di rubinetto e sterilizzati in autoclave a 132°c per 2 ore, facendo attenzione che la temperatura sia comunque sempre al di sotto dei 177°C per non danneggiare l’isolamento degli elettrodi.

43. COSA FARE PER OTTENERE UNA BUONA REGISTRAZIONE EEG Una volta individuato il punto dello scalpo dove applicare l’elettrodo (a placca od a coppetta), occorre pulire accuratamente la cute con del cotone imbevuto di alcool, al fine di abbassare il più possibile le resistenze cutanee, fonte di disturbi elettrici.

44. Le resistenze cutanee dovrebbero essere portate a valori compresi tra 500 e 5000 Ohm, con valore il più possibile omogeneo per i vari elettrodi.

45. Al di sotto di ogni elettrodo va frapposta della pasta elettroconduttrice che permette una migliore adesione dell’elettrodo alla cute e soprattutto permette i movimenti ionici determinati dal passaggio di corrente di origine cerebrale dal paziente all’elettroencefalografo.

46. Negli apparecchi tradizionali, attualmente in via di sostituzione con quelli digitali di più moderna concezione, ai 21 elettrodi standard va aggiunto un elettrodo detto di terra (GND) che permette che eventuali correnti di dispersione dell’apparecchio possano causare danni al paziente.

47. Nei nuovi apparecchi digitali, oltre all’elettrodo di terra, deve essere aggiunto quello di referenza, che è quello al quale ogni elettrodo è riferito nel calcolo della differenza di potenziale tra due elettrodi.

48. Una volta posti sullo scalpo tutti gli elettrodi necessari, essi devono essere collegati all’apparecchio di registrazione mediante dei cavetti di collegamento al preamplificatore (detto anche “testina paziente”), negli ingressi corrispondenti a ciascun elettrodo.

49. Può a questo punto può essere iniziata la registrazione, testando prima le resistenze interelettrodiche tramite il test delle impedenze, e valutando la corretta amplificazione dell’apparecchio mediante la calibrazione.

50. Si invita il paziente a chiudere gli occhi e a rilassarsi favorendone la distensione psicofisica. Nel corso della registrazione devono essere evidenziate sul tracciato le modificazioni dei parametri standard (filtri, costanti di tempo etc.), il comportamento del paziente, le prove di attivazione svolte e le eventuali stimolazioni impiegate.