Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 1 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Potenciales evocadosPotenciales evocados

MSc. Bioing Rubén Acevedoracevedo@bioingenieria.edu.ar

Señales y sistemas

30 de Octubre de 2013

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 2 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Organización

1

2

Introducción

Potenciales evocados auditivos de tronco cerebral

3 Potenciales evocados auditivos de latencia media

4 Potenciales evocados auditivos de latencia larga

5 Aplicación

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 3 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Electroencefalograma

(EEG)

EEG espontáneo Potenciales evocados

Auditivos Visuales Somatosensoriales

Introducción

EEG de superficieEEG de superficie

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 4 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Sistema sensorial

(visión, audición, tacto)

Sistema sensorial

(visión, audición, tacto)Estímulo

Potenciales evocados auditivos

Potenciales evocados visuales

Potenciales evocados somatosensoriales

Sistemas sensorialesSistemas sensoriales

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 5 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Vías aferentes

Corteza sensorial

primaria

Corteza sensorial

de asociación

Vías aferentes

Corteza sensorial

primaria

Corteza sensorial

de asociación

EstímuloOrganizaciónOrganizaciónSistemas sensorialesSistemas sensoriales

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 6 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

� Intervención de regiones del encéfalo que desempeñan distintas tareas.

� Conexión por vías identificables.

� Proyección de cada región del encéfalo en forma ordenada creando mapas topográficos.

� Control del lado contralateral del cuerpo.

Principios de organizaciónPrincipios de organizaciónSistemas sensorialesSistemas sensoriales

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 7 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Corte transversalCorte transversalEl oídoEl oído

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 8 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

El oídoEl oído

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 9 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Mapeo de frecuenciasMapeo de frecuenciasEl oídoEl oído

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 10 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Transmisión del sonidoTransmisión del sonidoEl oídoEl oído

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 11 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Membrana basilarMembrana basilarEl oídoEl oído

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 12 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Corte de la cócleaCorte de la cócleaEl oídoEl oído

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 13 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Proceso de transducciónProceso de transducciónEl oídoEl oído

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 14 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Sintonía de células ciliadasSintonía de células ciliadasEl oídoEl oído

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 15 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Vías auditivas ascendentesVías auditivas ascendentes

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 16 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

“Clicks” de

Estimulación

Amplificación + Filtrado

EEG

PEATC

Paciente

Equipo de registroEquipo de registro

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 17 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Equipo de registroEquipo de registro Tipos de estímulosTipos de estímulos

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 18 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Equipo de registroEquipo de registro Estímulos acústicos y eléctricosEstímulos acústicos y eléctricos

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 19 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Fisiológicas No fisiológicas

PEA Potenciales electromagnéticos

EEG Señales de radio

EMG Tensión de línea

ECG Artefacto de estímulo

EOG Ruido de instrumentación

Actividad eléctrica registradaActividad eléctrica registrada

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 20 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

0 2 4 6 8 10-20

-10

0

10

20

30

[ms]

PEATC

0 1 2 3 4-600

-400

-200

0

200

400

[s]

EEG

0 0.2 0.4 0.6 0.8-2000

-1000

0

1000

2000

[s]

EMG

0 1 2 3 4-200

-100

0

100

200

[s]

ECG

Actividad eléctrica registradaActividad eléctrica registrada Componentes fisiológicasComponentes fisiológicas

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 21 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

0 500 1000 1500

0.1

0.2

0.3

[Hz]

PEATC

0 5 10 15 20 25 300

1

2

3

4x 10

4

[Hz]

EEG

0 200 400 600 8000

1000

2000

3000

4000

[Hz]

EMG

0 20 40 60 80

50

100

150

[Hz]

ECG

Actividad eléctrica registradaActividad eléctrica registrada Superposición de espectrosSuperposición de espectros

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 22 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

0 5 10 0 5 10

[ms]

0 5 10

20 µV

0 5 10

0 5 10

1 µV

[ms]

PEATC

N épocas

Promediación coherentePromediación coherente

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 23 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

1-0 con NnnL

nnnL

nL

n

L

i

i

L

i

i

L

i

i <<+=+== ∑∑∑===

)(1

)()()(1

)(1

)(111

εsεsxx

)()()( ii nnn εsx += con 0 ≤ n ≤ N-1 y 1 ≤ i ≤ L

xi(n): i-ésima señal registrada.

s(n): señal de ERP.

εi(n): i-ésima componente de ruido.

x(n): ERP estimado mediante promediación coherente de L épocas.

s(n)

εi(n)

Promediación coherentePromediación coherente

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 24 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

∑∑==

+==

N

1k

k

N

1k

k)n(r

N

1s)n(x

N

1)n(y

N é

pocas

No se puede mostrar la imagen en este momento.No se puede mostrar la imagen en este momento.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

radianes

N=5N=15N=30

Promediación coherentePromediación coherente

tk

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 25 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

50 100 150 200 250 300-4

-2

0

2

4

N=1

Señal

50 100 150 200 250 300-4

-2

0

2

4

N=20

50 100 150 200 250 300-4

-2

0

2

4

N=100

50 100 150 200 250 300-4

-2

0

2

4

Ruido

50 100 150 200 250 300-4

-2

0

2

4

50 100 150 200 250 300-4

-2

0

2

4

50 100 150 200 250 300-4

-2

0

2

4

Señal + Ruido

50 100 150 200 250 300-4

-2

0

2

4

50 100 150 200 250 300-4

-2

0

2

4

Promediación coherentePromediación coherente

Introducción

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 26 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Exógenos

Endógenos

PEATC

Clasificación de PEAClasificación de PEA

Latencia corta (PEATC)Latencia corta (PEATC)

Latencia media (PEALM)Latencia media (PEALM)

Latencia larga (PEALL)Latencia larga (PEALL)

PEA transitoriosPEA transitorios

PEA estado estacionarioPEA estado estacionario

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 27 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

Clasificación de PEAClasificación de PEA

CorticalesCorticales

Latencia mediaLatencia media Latencia largaLatencia largaTronco cerebralTronco cerebral

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 28 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

DescripciónDescripción Parámetros de análisisParámetros de análisis

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 29 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

DescripciónDescripción Correlación anatómicaCorrelación anatómica

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 30 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Pico Latencia ms]

I 1.6 ± 0.2

II 2.8 ± 0.2

III 3.7 ± 0.2

IV 4.9 ± 0.2

V 5.8 ± 0.2

PEATC

DescripciónDescripción Morfología y parámetros normalesMorfología y parámetros normales

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 31 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

DescripciónDescripción Parámetros de registrosParámetros de registros

Ventana de análisis: 0 a 10 ms

Espectro de frecuencias: 5 a 1500 Hz

Montaje de electrodos: Cz (+), A1(-), Fpz(G)

Ondas: I, II, III, IV, V, VI, VII

Promediaciones: 1000-1500 aprox.

Estímulo: click

Ventana de análisis: 0 a 10 ms

Espectro de frecuencias: 5 a 1500 Hz

Montaje de electrodos: Cz (+), A1(-), Fpz(G)

Ondas: I, II, III, IV, V, VI, VII

Promediaciones: 1000-1500 aprox.

Estímulo: click

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 32 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

DescripciónDescripción PropiedadesPropiedades

� Latencia de ondas estables

� Insensibilidad a los cambios de atención

� Posibilidad de registro bajo sueño

� No son afectados por medicamentos

� Origen neurógeno de todos sus componentes

� Latencia de ondas estables

� Insensibilidad a los cambios de atención

� Posibilidad de registro bajo sueño

� No son afectados por medicamentos

� Origen neurógeno de todos sus componentes

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 33 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

DescripciónDescripción Criterios de normalidadCriterios de normalidad

� Presencia de respuesta.

� Variabilidad de la latencia de los picos.

� Amplitud y morfología de la onda.

� Reproducibilidad de la respuesta

� Presencia de respuesta.

� Variabilidad de la latencia de los picos.

� Amplitud y morfología de la onda.

� Reproducibilidad de la respuesta

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 34 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

DescripciónDescripción Factores tecnológicosFactores tecnológicos

Banda de paso del filtro.

Número de promediaciones

Polaridad del estímulo.

Frecuencia de presentación de estímulo.

Intensidad del estímulo.

Enmascaramiento del oído no estimulado.

Transductor (auricular).

Ubicación de los electrodos.

Banda de paso del filtro.

Número de promediaciones

Polaridad del estímulo.

Frecuencia de presentación de estímulo.

Intensidad del estímulo.

Enmascaramiento del oído no estimulado.

Transductor (auricular).

Ubicación de los electrodos.

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 35 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

DescripciónDescripción Aplicaciones clínicasAplicaciones clínicas

� Estudio de la agudeza auditiva.

� Hipoacusias de transmisión y de percepción.

� Enfermedades desmielinizantes.

� Tumores.

� Maduración del sistema nervioso central

� Estudio de la agudeza auditiva.

� Hipoacusias de transmisión y de percepción.

� Enfermedades desmielinizantes.

� Tumores.

� Maduración del sistema nervioso central

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 36 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

InvestigaciónInvestigación Detección de hipoacusiasDetección de hipoacusias

Emisiones otoacústicasEmisiones otoacústicas

PEATCPEATC

PEATC automáticosPEATC automáticos

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 37 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

InvestigaciónInvestigación Detección de hipoacusiasDetección de hipoacusias

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 38 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

InvestigaciónInvestigación Detección de hipoacusiasDetección de hipoacusias

−

−

−

==

∑

∑

=

=

N

k

)k(

b

ai

prom)i(prom

p

prom

N

)ss(.

N

ab

)ss(

N/)svar(

)svar(Fsp

1

2

2

1

Sprom : promedio de N épocas.

a, b : indican el inicio y final de la ventana de la señal promediada.

sp : vector de N muestras formado por muestras tomadas en un instante de tiempo fijo

de cada época.

, Fsp: Fisher Single Point

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 39 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

InvestigaciónInvestigación Detección de hipoacusiasDetección de hipoacusias

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 40 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

No: 8 mseg. aprox. Na: 18 mseg. aprox.

Po: 12 mseg. aprox. Pa: 30 mseg. aprox.

PEALM

DescripciónDescripción Morfología y parámetros normalesMorfología y parámetros normales

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 41 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEALM

DescripciónDescripción Parámetros de registroParámetros de registro

Ventana de análisis: 10 a 60 ms

Espectro de frecuencias: 3 a 300 Hz

Montaje de electrodos: similar PEATC

Ondas: No, Po, Na, Pa

Promediaciones: 500 aprox.

Estímulo: click, tone burst

Ventana de análisis: 10 a 60 ms

Espectro de frecuencias: 3 a 300 Hz

Montaje de electrodos: similar PEATC

Ondas: No, Po, Na, Pa

Promediaciones: 500 aprox.

Estímulo: click, tone burst

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 42 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEALM

DescripciónDescripción Análisis tiempo frecuenciaAnálisis tiempo frecuencia

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 43 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Información

audiométrica

Audífono

Variación de los

parámetros

Análisis de la

información

Paciente

PEALM

InvestigaciónInvestigación Estimación de audiometríasEstimación de audiometrías

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 44 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEALM

InvestigaciónInvestigación Estimación de audiometríasEstimación de audiometrías

¿Cómo obtener información audiométrica en forma

independiente de la percepción del paciente?

¿Cómo obtener información audiométrica en forma

independiente de la percepción del paciente?

¿Cómo obtener información sobre la representación

tonotópica de la corteza auditiva?

¿Cómo obtener información sobre la representación

tonotópica de la corteza auditiva?

¿Qué analizar en los registros de potenciales evocados

auditivos de latencia media?

¿Qué analizar en los registros de potenciales evocados

auditivos de latencia media?

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 45 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

500 Hz 1000 Hz 4000 Hz

Frecuencia [Hz]

Am

plitu

d P

a [

µV

]

F3

T3

T5

M1

O1

F3

T3

T5

M1

O1

PEALM

InvestigaciónInvestigación Estimación de audiometríasEstimación de audiometrías

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 46 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

N1: 100 ms N2: 200 ms

P2: 200 ms P3: 300 ms

PEALL

DescripciónDescripción Morfología y parámetros normalesMorfología y parámetros normales

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 47 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEALL

DescripciónDescripción Parámetros de registroParámetros de registro

Ventana de análisis: 50 a 500 ms

Espectro de frecuencias: 1 a 70 Hz

Montaje de electrodos: similar PEATC

Ondas: N1, N2, P2, P3

Promediaciones: 50 aprox.

Estímulo: click, tone burst

Ventana de análisis: 50 a 500 ms

Espectro de frecuencias: 1 a 70 Hz

Montaje de electrodos: similar PEATC

Ondas: N1, N2, P2, P3

Promediaciones: 50 aprox.

Estímulo: click, tone burst

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 48 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Adaptado de “Non-invasive brain machine interation”, Millán et al, International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence,

vol. 20, No. 10 (2007) 1–13.

DefiniciónDefinición

Interfaz cerebro computadora

Es un sistema de comunicación que NO depende de las salidas normales

del cerebro, tales como vías nerviosas periféricas y músculos.

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 49 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

A B C D E F

G H I J K L

M N O P Q R

S T U V W X

Y Z 1 2 3 4

5 6 7 8 9 SPACE

Deletreador de DonchinDeletreador de Donchin

Interfaz cerebro computadora

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 50 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

0 200 400 600 800 1000 1200-100

0

100

[ms]

Con P300

Sin P300

0 200 400 600 800 1000 1200-200

0

200

[ms]

Con P300

Sin P300

0 200 400 600 800 1000 1200-200

0

200

[ms]

Con P300

Sin P300

0 200 400 600 800 1000 1200-500

0

500

[ms]

Con P300

Sin P300

Relación señal a ruidoRelación señal a ruido

Interfaz cerebro computadora

Promedios de 50 épocas

Promedios de 20 épocas

Promedios de 10 épocas

Promedios de 5 épocas

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 51 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Bibliografía

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 52 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

Fin de la claseFin de la clase

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 53 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

DescripciónDescripción

VolverBanda de paso del filtroBanda de paso del filtro

Factores tecnológicosFactores tecnológicos

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 54 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

DescripciónDescripción

VolverTipo de clickTipo de click

Factores tecnológicosFactores tecnológicos

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 55 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

DescripciónDescripción

VolverFrecuencia de estimulación Frecuencia de estimulación

Factores tecnológicosFactores tecnológicos

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 56 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

DescripciónDescripción

VolverIntensidad del estímuloIntensidad del estímulo

Factores tecnológicosFactores tecnológicos

Instrumentación… Potenciales evocados 30 de Octubre 57 / 56

Introducción PEATC PEALM PEALL

PEATC

DescripciónDescripción

VolverTipo de transductorTipo de transductor

Factores tecnológicosFactores tecnológicos