BRPI0804242A2 - sistema integrado para aquisição, tratamento e transmissão de sinais de eletroencefalograma - eeg - Google Patents

Abstract

SISTEMA INTEGRADO PARA AQUISIçãO, TRATAMENTO E TRANSMISSãO DE SINAIS DE ELETROENCEFALOGRAMA - EEG. A invenção apresentada refere-se a uma topologia de sensor de temperatura envolvendo transistores de efeito de campo do tipo MOS operando na condição de saturação em inversão fraca. O sensor apresenta características importantes como baixa tensão de alimentação, baixo consumo de potência, área de silício reduzida e uma boa rejeição aos sinais espúrios presentes na linha de alimentação, além de uma boa linearidade de conversão na faixa de temperatura de -20 °C a +80 °C. Estas características o tomam especialmente recomendado para aplicações em engenharia biomédica como, por exemplo, em bio-implantes. A presente invenção refere-se a um sistema de aquisição e transmissão de sinais de eletroencefalograma (EEG) envolvendo amplificadores, sob a forma de circuitos integrados, conectados diretamente sobre eletrodos, e posicionados sobre um capacete flexível de acordo com as normas médicas para o posicionamento desses eletrodos em um crânio com os fins de eliminar interferências eletromagnéticas na aquisição dos sinais de EEG e facilitar o posicionamento dos eletrodos sobre o crânio. Essa patente também refere-se a interligação dos amplificadores a um sistema de transmissão digital de dados por meio de fibra óptica ou sinais de rádio, também posicionados no capacete junto com a bateria, com os fins de eliminar interferências eletromagnéticas na transmissão dos dados, e de proporcionar uma isolação elétrica entre o paciente e o equipamento de registro/análise dos sinais de EEG.

Description

SISTEMA INTEGRADO PARA AQUISIÇÃO, TRATAMENTO ETRANSMISSÃO DE SINAIS DE ELETROENCEFALOGRAMA - EEG

A presente invenção refere-se a um sistema de aquisição etransmissão de sinais de eletroencefalograma (EEG) envolvendoamplificadores, sob a forma de circuitos integrados, conectadosdiretamente sobre eletrodos, o posicionamento desseseletrodos/amplificadores sobre um capacete flexível e a interligaçãodesses amplificadores a um sistema para transmissão digital dos dadospor meio de fibra óptica ou sinais de rádio, com os fins de eliminarinterferências eletromagnéticas tanto na aquisição dos sinais de EEGquanto na transmissão dos dados, e de proporcionar um meio deposicionamento automático dos eletrodos sobre o crânio do paciente.Como a transmissão digital dos dados pode ser feita por fibra óptica oupor ondas de rádio, há uma isolação elétrica entre o paciente e oequipamento de registro/análise dos sinais de EEG.

Em 1929 o psiquiatra alemão Hans Berger verificou que as fracascorrentes elétricas geradas pelo cérebro podiam ser captadas poreletrodos colocados sobre o couro cabeludo, e registrá-las em papel,sendo denominado eletroencefalograma (EEG). Essas oscilaçõeselétricas sofrem modificações de acordo com o estado funcional docérebro, variando do estado de vigília ao sono, e principalmente naavaliação de anomalias. O processamento dos sinais de vários eletrodospermite uma avaliação da atividade cerebral, inclusive com imagenstridimensionais.

Os eletrodos têm a função de captar o sinal elétrico da superfíciedo crânio do paciente para serem amplificados. Os eletrodos maisutilizados são disco metálico, eletrodo flutuante e interno (ou invasivo). Adisposição dos eletrodos mais utilizada na eletroencefalografia clínica ébaseada no sistema 10-20. Uma grande dificuldade encontrada porprofissionais da área de saúde é o tempo requerido para posicionarcorretamente os eletrodos sobre a cabeça do paciente de acordocom os padrões normativos.

A transmissão dos sinais EEG entre os eletrodos e os amplificadoresé realizada cabos elétricos, que apesar de amplamente usada, ésusceptível a ruídos. Esse problema se torna acentuado parafreqüências elevadas onde a condução passa a ser superficial e aeficiência fica comprometida.

A despeito dos avanços no campo da instrumentação emneurofisiologia clínica, a interferência, tem funcionado como um fatorlimitante na investigação neurofisiológica. Todo equipamento eletro-eletrônico gera e está sujeito à Interferência Eletromagnética - IEM, quepode ser irradiada ou conduzida. A IEM irradiada através do espaço epode chegar ao aparelho de EEG através de ambientes não-blindados.A IEM conduzida através da rede elétrica hospitalar advinda de fontesinternas ou externas a essa rede.

A IEM é o principal obstáculo para se obter um sinal claro econfiável no processo de aquisição de sinais de EEG. Essa interferênciaatua tanto nos eletrodos, quanto nos condutores que levam os sinais atéos sistemas de pré-amplificação e amplificação. As várias interfaces, taiscomo ligação (pontos de solda) entre o eletrodo e o cabo condutor,condutor e o plugue, plugue e o conector, e outras interfaces entre oconector e o amplificador agem como filtros, que atenuam emodificam o sinal em um efeito cascata, promovendo perda einterferindo nas características finais do sinal a ser processado. Outroaspecto de grande relevância é o efeito antena que o cabo produz emfunção da IEM irradiada.

A invenção passará a ser descrita a seguir com referência aosdesenhos apensos, nos quais a Figura 1 ilustra algumas das várias fontesde IEM. A Figura 2 apresenta uma imagem ilustrativa do capaceteproposto para servir de suporte aos eletrodos/amplificadores. A Figura 3apresenta o diagrama de blocos do circuito ligado diretamente emcada eletrodo. A Figura 4 apresenta o diagrama de blocos do sistemaintegrado de aquisição de sinais de EEG, objeto dessa patente.

A Figura 2 mostra algumas fontes de IEM, sendo que algumaspodem ser fontes de IEM irradiada, outras podem ser fontes de IEMconduzida e ainda outras que podem atuar como fontes de ambos ostipos de IEM, em um equipamento de eletroencefalomonitoramento -EEM. A lista com as principais fontes de IEM em um ambiente hospitalarsão apresentadas na Tabela 1.

Tabela 1 - Principais fontes de interferências encontradas no ambiente hospitalar.

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A lista de fontes pode incluir ainda bombas de infusão,desfibriladores, oxímetros de pulso, ventiladores pulmonares, medidoresde pressão arterial não-invasivos, balões intra-aórticos, estimuladoreselétricos neuromusculares e incubadoras neonatal, entre outros.

As interferências mais significativas decorrem do uso de rádiosportáteis e telefones celulares, em especial quando estão situadaspróximas de EEM. Apesar de sua baixa potência (1-5 W) e de operaremem altas freqüências, a proximidade é suficiente para gerarinterferência.

As interferências conduzidas podem ocorrer devido a variaçõesde tensão e transientes na alimentação. Variações de tensão sãooriundas do acionamento de cargas de potência elevada na rede dealimentação, tais como motores, aquecedores e transformadores.Transientes sobre a tensão na rede ocorrem quando há alterações decargas no sistema elétrico, podendo ser ocasionadas por queda deraios e chaveamentos.

Além da interferência co-canal (mesma faixa de freqüência doEEM), pode ocorrer também a interferência de canal adjacente,decorrente de interferências em freqüências próximas às doequipamento. Cabe ressaltar ainda, que não-linearidades de circuitospodem resultar harmônicas e produtos de intermodulação. Com isso,distúrbios em freqüências mais afastadas podem gerar IEM na faixa deoperação do dispositivo. Uma forma menos direta de IEM decorre daretificação de sinais interferentes variantes no tempo (CA) pelapresença de diodos ou transistores. A conversão de um sinal CA em umsinal de corrente contínua (CC) é um dos mecanismos de acoplamentomais comuns em EEM, já que boa parte destes equipamentos operacom sinais CC e/ou de baixas freqüências.

Nos equipamentos de EEG e de EEM, os eletrodos sãoposicionados na cabeça do paciente, e por meio de cabos os sinaissão levados até os amplificadores, que se encontram nos EEG e EEM.Esses cabos podem funcionar como antenas para captar todos os tiposde interferências do ambiente hospitalar.

Tendo em vista que as amplitudes dos sinais de EEG captadospelos eletrodos estão entre 10 e lOOpV, quaisquer interferências podemfacilmente mascarar, e às vezes, encobrir totalmente os sinais de EEG.Isso pode comprometer totalmente os resultados das análises, e emalguns casos mais críticos prover um diagnóstico errôneo, inclusive paradeclarar como estando morto um paciente ainda vivo, ou vice-versa.

Assim, o objeto dessa patente é um sistema integrado de paraaquisição, tratamento e transmissão de sinais EEG, composto de:

• Um capacete plástico flexível contendo todos os eletrodospreviamente posicionados,

• Amplificadores, sob a forma de circuito integrado, conectadosdiretamente sobre os eletrodos,

• Interligação dos amplificadores a um sistema de transmissãodigital de dados.O capacete é usado para suportar fisicamente e mantercorretamente posicionados os eletrodos, de forma que quando umprofissional for efetuar um EEG, bastaria apenas colocar o capacetesobre a cabeça do paciente, sem que esse profissional deva perdertempo no posicionamento manual dos eletrodos. O capacete tambémserve de suporte mecânico para os circuitos que fazem oprocessamento e a transmissão digital dos dados. A Figura 2 apresentauma imagem ilustrativa do capacete, sendo que no capacete objetodessa patente, os amplificadores são conectados diretamente aoseletrodos.

Cada eletrodo deve ser conectado diretamente a um circuitointegrado contendo as funções de amplificação e conversão A/D,conforme ilustrado no diagrama de blocos da Figura 3. Ao se ligar oamplificador diretamente sobre o eletrodo, elimina-se o cabo econseqüentemente minimiza-se o efeito das interferências que seriamcaptadas pelo cabo. Junto com o amplificador, faz-se também aconversão análogo/digital (A/D) do sinal de EEG. O amplificadorrecebe sinais entre 10 e lOOpV provenientes diretamente do eletrodo, edeve apresentar sinais na faixa de centenas de mV para o A/D. Osamplificadores devem também incorporar as funcionalidades decontrole automático de ganho para que não haja perda de sinal porbaixa amplitude e nem perda de sinal por saturação dosamplificadores.

Todos os circuitos integrados de amplificação e conversão A/Dsão conectados a um circuito integrado de multiplexagem etransmissão dos dados que também se encontra no capacete. A Figura4 ilustra o diagrama de blocos do sistema integrado de aquisição desinais EEG, incluindo o bloco de multiplexagem e transmissão de dados.Esse bloco faz o processamento necessário nos sinais e os envia aoequipamento de EEM por meio de fibra óptica ou por meio de sinais derádio, de forma a manter uma isolação elétrica entre o paciente e oequipamento EEM. A opção de transmissão por fibra óptica torna atransmissão imune a sinais e interferências eletromagnéticas, assimcomo não gera interferências eletromagnéticas.

As vantagens auferidas pelo sistema podem ser resumidas em:

• Minimização de interferências durante a aquisição de EEG peloposicionamento dos amplificadores juntos aos eletrodos,

• Rapidez nos exames de EEG, pois como os eletrodos já estãoposicionados corretamente no capacete, e assim o profissionalde saúde não perde tempo em buscar o seu posicionamento nacabeça do paciente,

• Ausência de conexão elétrica entre o paciente ao equipamentode EEM, dando conforto e segurança ao paciente.

• Exame de EEG confiável!

Como a bateria de alimentação também é posicionada nocapacete, não há nenhuma conexão elétrica entre o capacete e oequipamento de EEG. Como principal vantagem, não há nenhumairradiação que cause interferência em outros equipamentos médicos,ao mesmo tempo em que se torna imune a qualquer irradiação deoutras fontes. Além disso, o paciente estaria isolado eletricamente doequipamento de EEG, dando total segurança elétrica ao paciente.

Claims (2)

1. SISTEMA INTEGRADO PARA AQUISIÇÃO, TRATAMENTO ETRANSMISSÃO DE SINAIS DE ELETROENCEFALOGRAMA - EEG
2. 1. Sistema integrado de aquisição e transmissão de sinais de eletroencefalograma(EEG) envolvendo amplificadores, sob a forma de circuitos integrados, conectadosdiretamente sobre eletrodos e posicionados sobre um capacete flexível, com transmissãodigital dos dados para um equipamento de eletroencefalomonitoramento - EEM pormeio de fibra óptica ou sinais de rádio, com os fins de eliminar interferênciaseletromagnéticas tanto na aquisição dos sinais de EEG quanto na transmissão dos dados,e de proporcionar um meio de posicionamento automático dos eletrodos sobre o crâniodo paciente e de prover uma isolação elétrica entre o paciente e o equipamento deregistro/análise dos sinais de EEG, caracterizado pelo fato de:Os eletrodos são posicionados em um capacete plástico flexível de acordo comas normas médicas para o posicionamento desses eletrodos em um crânio. Isto permiteque o profissional de saúde necessite apenas colocar o capacete sobre a cabeça dopaciente.Posicionar os circuitos amplificadores diretamente sobre os eletrodos, paraeliminar interferências eletromagnéticas.Colocar um conversor análogo/digital - AD junto com o amplificador, paraeliminar interferências eletromagnéticas.Colocar um circuito integrado no capacete para coletar os dados de todosamplificadores/conversores A/D e fazer o envio dos dados à uma unidade remota pormeio de fibra óptica ou sinais de rádio, para eliminar interferências eletromagnéticas.Colocar uma bateria no capacete, de forma a oferecer isolação elétrica entre opaciente e o equipamento eletroencefalomonitoramento - EEM.