Bosquejo de proyecto para EEG

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Centro de Enseñanza Técnica y Superior Campus Mexicali Electroencefalografía (EEG) Propuesta de proyecto Presenta: Manuel Muñoz Aguirre 20048 Sonia Guadalupe Velázquez 23379 Ingeniería en Cibernética Electrónica Introducción a la Ingeniería Biomédica Mexicali, B.C. a 24 de mayo de 2011

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Propuesta conceptual de proyecto para implementación de un dispositivo EEG con LabVIEW

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Centro de Enseñanza Técnica y Superior

Campus Mexicali

Electroencefalografía (EEG) Propuesta de proyecto

Presenta:

Manuel Muñoz Aguirre 20048

Sonia Guadalupe Velázquez 23379

Ingeniería en Cibernética Electrónica

Introducción a la Ingeniería Biomédica

Mexicali, B.C. a 24 de mayo de 2011

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Electroencefalografía

Sonia Velázquez, Manuel Muñoz. Introducción a Ingeniería Biomédica. [2]

ÍNDICE Introducción ......................................................................................................................... 3

1. Sector al que está dirigido ................................................................................ 4

2. Normas ..................................................................................................................... 5

2.1 Seguridad del dispositivo médico ............................................. 5

2.2 Calidad ................................................................................................. 6

2.3 Comercialización .............................................................................. 7

3. Funcionamiento del dispositivo ...................................................................... 9

3.1 ¿Qué es la electroencefalografía? .............................................. 9

3.2 ¿De dónde proviene la fuente de actividad para EEG? ...... 10

3.3 ¿Cómo se concentra la información en el cerebro? ............ 11

3.4 Colocación de electrodos ............................................................. 13

3.5 Tipos de electrodos ......................................................................... 15

3.6 Propuesta de proyecto .................................................................. 16

4. Diagrama de bloques y aspectos técnicos .................................................. 17

4.1 Transducción ..................................................................................... 17

4.2 Ajuste de señal .................................................................................. 17

4.3 Software .............................................................................................. 18

5. Etiquetado ............................................................................................................... 21

6. Disposición del EEG ............................................................................................. 22

7. Perfil del equipo desarrollador ........................................................................ 23

8. Ventajas y desventajas del proyecto ............................................................. 24

Bibliografía ............................................................................................................................ 25

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Electroencefalografía

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INTRODUCCIÓN La electroencefalografía es una técnica importante para realizar estudios que

pueden ayudar a determinar patologías como trastornos del sueño, epilepsia, entre

otros, a través del análisis de los estados de las ondas cerebrales. Los equipos de

electroencefalografía comerciales suelen ser de un costo considerable, por lo que

en este proyecto se plantea una alternativa a la generación de

electroencefalogramas por medio del uso de un ordenador y electrodos comunes,

realizando los montajes de las ondas a través de técnicas computacionales,

específicamente utilizando el Lenguaje G.

Se discute el sector al que está dirigido el proyecto y los requisitos mínimos

para poder hacer uso del mismo, además se mencionan una serie de normas y

regulaciones que son aplicables al funcionamiento, uso y etiquetado del proyecto

propuesto. Después se detallan aspectos técnicos sobre la anatomía del encéfalo,

los cuales son mostrados de manera básica para tener una idea de cómo se realiza

la captura de ondas a través de los electrodos, y así poder pasar a comprender el

funcionamiento del dispositivo.

Posteriormente se aborda un diagrama de bloques en el que se muestran las

partes por las que estaría constituida la propuesta de proyecto, haciendo una

discriminación por etapas y mostrando secciones prototipo de la forma en que se

podría ejecutar el proyecto. Se incluye una porción de código G a manera de

ejemplificación de la forma en la que se podría programar el dispositivo para la

captura y generación de los montajes. Una vez concluido esto, se abordan aspectos

en relación con el etiquetado, ya que es importante dejar claro las intenciones y

uso correcto de este proyecto; además se comenta acerca de la forma en que

podría realizarse la disposición del mismo. También se habla un poco acerca de las

habilidades propuestas que deberían tener los miembros del equipo desarrollador.

Para finalizar, se muestra una tabla comparativa con las ventajas y

desventajas que representaría implementar este proyecto, dando cabida a la

inspección de áreas de mejora. La intención general de este proyecto es poner en

práctica los conocimientos aprendidos a lo largo de la materia de Introducción a la

Ingeniería Biomédica en un dispositivo real y tangible que tenga algún beneficio

sobre aparatos ya existentes.

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1. SECTOR AL QUE ESTÁ DIRIGIDO El proyecto que se presentará en este trabajo está diseñado para ser

utilizado en consultorios o laboratorios pequeños, siempre y cuando cuenten con

una computadora. Podrá incluso utilizarse en consultas a domicilio.

La computadora deberá tener, como mínimo, los siguientes requisitos:

Solo ciertas personas especializadas podrán hacer uso de éste proyecto, y

los pacientes en los cuales se implementará deberán cumplir con ciertos requisitos.

1.1 ESPECIALISTA

Quien implemente este proyecto deberá poseer conocimientos para poder

interpretar resultados de electroencefalografía o neurología. También deberá tener

conocimientos básicos relacionados al uso de un ordenador.

1.2 PACIENTE

El proyecto está diseñado para utilizarse de preferencia en pacientes mayores de 8

años, por el tipo de electrodos a utilizar.

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2. NORMAS Como todo dispositivo medico, nuestro proyecto debe de cumplir con

ciertas regulaciones, reglas y especificaciones que demuestren su calidad, su buen

funcionamiento, y seguridad (tanto para el especialista operador del dispositivo

como para el paciente a evaluar). Para esto existen diferentes organizaciones

reconocidas a nivel mundial que evalúan los prototipos biomédicos para avalarlos y

permitir su producción y venta. A continuación se hará un análisis sobre los

diferentes estándares y reglas a los que el dispositivo en cuestión deberá apegarse

y cumplir.

2.1 SEGURIDAD DEL DISPOSITIVO MÉDICO

Dentro de los aspectos primordiales que el dispositivo debe cumplir esta el

asegurar la salud y seguridad de quien opere y utilice el dispositivo. Para esto, se

seguirán dos estándares que llevarán a al cumplimiento y comprobación de éste

punto:

ISO 14971:2007

Este estándar (de la International Organization of Standardization (ISO))

provee a los desarrolladores un documento con una estructura, la cual

incluye un análisis de riesgos, evaluación de riesgos y control de riesgos

para la administración de riesgos en el diseño, desarrollo y fabricación de un

dispositivo médico, así como para el monitoreo de seguridad y desempeño

del dispositivo después de ser vendido.

GHTF SG1-N41R9:2005

Principios esenciales de seguridad y desempeño de dispositivos médicos

La Global Harmonization Task Force (grupo conformado por autoridades en

regulación de dispositivos médicos de diferentes naciones) produce éste

documento con la intención de proveer una guía para la regulación de

dispositivos médicos.

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2.2 CALIDAD

Para asegurar la calidad del dispositivo en cuestión, se tomaran como base los

siguientes estándares:

ISO 13485:2003

Éste es un estándar de calidad específico para dispositivos médicos.

FDA - QS (21 CFR parte 820)

Regulación de los sistemas de calidad implementados en el desarrollo del

dispositivo médico creado por la Food and Drug Administration (FDA). De

esta manera, se asegura el cumplimiento de las especificaciones y

requerimientos del dispositivo.

GHTF SG3/N99-10

Sistemas de Gestión de Calidad – Guía de proceso de validación

Estrechamente relacionado con el estándar ISO13485:2003, la GHTF ofrece

una conveniente guía para preparación a los procesos de validación del

sistema de calidad.

GHTF SG3/N15R8/2005

Regularización de los sistemas de gestión de calidad implementados

durante el desarrollo del dispositivo médico.

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2.3 COMERCIALIZACIÓN

En esta etapa se hace una evaluación pre-comercialización, donde se aprueba o no

la venta del dispositivo. Una vez aprobado aprobado, se continúa evaluando el

funcionamiento del dispositivo y en caso de haber algún problema, se registra y se

corrige para las nuevas ediciones del dispositivo.

2.3.1 Pre-comercialización

2.3.1.1 FDA

Analizando nuestra propuesta de proyecto, el dispositivo a desarrollar entra

en la Clase II de la clasificación de la FDA. Es por esto que se requerirá el

cumplimiento de lo siguiente:

o Registro

Registro del producto y de la compañía manufacturera anualmente

ante la FDA.

o GMP (Good Manufacturing Practice) requirements

Anexar al proceso de manufactura y calidad elementos relacionados

con el etiquetado. Es parte de la regulación del sistema de calidad.

2.3.1.2 GHTF

A continuación de listan los documentos a seguir, emitidos por la Global

Harmonization Task Force.

o SG1-N65:2010

Registration of Manufacturers and other Parties and Listing of Medical

Devices

o SG1-N15:2006

Principles of Medical Devices Classification

o SG1-N43:2005

Labelling for Medical Devices

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2.3.1.3 Comisión Federal para la Protección contra Riesgos Sanitarios (COFEPRIS)

Para la comercialización del dispositivo en México, será necesario contar con

un Registro Sanitario, el cual otorga la COFEPRIS (Institución del Gobierno

Federal Mexicano que autoriza la venta de dispositivos médicos).

o Registro Sanitario de Dispositivos Médicos

2.3.2 Post-comercialización

Postmarket Surveillance Studies

Estudios y vigilancia bajo supervisión del Centro para dispositivos y Salud

Radiológica (Center for Devices and Radiological Health - CDRH) de la FDA.

GHTF SG2-N79R11:2009

Medical Devices: Post Market Surveillance: National Competent Authority

Report Exchange Criteria and Report Form

GHTF SG2-N54R8:2006

Medical Devices Post Market Surveillance: Global Guidance for Adverse Event

Reporting for Medical Devices

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Electroencefalografía

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3. FUNCIONAMIENTO DEL DISPOSITIVO Antes de comenzar a abordar los aspectos técnicos sobre la propuesta de

proyecto para realizar la electroencefalografía es conveniente familiarizarse con los

conceptos básicos relacionados con esta área de la neurología, por lo que

comenzaremos realizando un pequeño análisis del funcionamiento de esta técnica.

3.1 ¿QUÉ ES LA ELECTROENCEFALOGRAFÍA?

Consiste en el registro de la actividad

eléctrica a lo largo de cuero cabelludo,

realizando mediciones de fluctuaciones del

voltaje que resultan como consecuencia del

flujo de corrientes iónicas en las neuronas.

Más específicamente se enfoca a la

actividad eléctrica espontánea, realizando

pruebas en lapsos de 20 a 40 minutos. Para

efectuar la medición se utiliza una red de

electrodos colocados estratégicamente en

el cuero cabelludo. Con la electroencefalografía es posible detectar patologías

como la epilepsia, o realizar un diagnóstico certero de coma, muerte cerebral y

algunas encefalopatías. A pesar de que la resolución espacial es limitada, la EEG

sigue siendo muy útil para la investigación y el diagnóstico, además de que provee

ciertos detalles en ventanas de tiempo más pequeñas que no pueden ser logradas

con técnicas de imagen por resonancia magnética o tomografía axial

computarizada.

Además, es posible utilizar las ondas de EEG para determinar potenciales

evocados, que son un promedio de señales resultantes como consecuencia de

algún estímulo físico o impulso visual. Esto es ampliamente utilizado aspectos

psicofisiológicos.

EEG Normal

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3.2 ¿DE DÓNDE PROVIENE LA FUENTE DE ACTIVIDAD PARA LAS MEDICIONES EEG?

En concreto, de las neuronas. Estas células

están polarizadas por proteínas de

transporte que se encargan de impulsar

iones a través de sus membranas. El

intercambio de iones es constante, esto es

para mantener ciertos niveles de potencial y

al mismo tiempo propagar potenciales de

acción. Es necesario entender que para la

formación de una onda los iones de la

misma carga se repelen, y cuando muchos

iones se impulsan fuera de una neurona al mismo tiempo pueden empujar a

neuronas vecinas generando un efecto dominó y creando una onda eléctrica o

conducción por volumen. Eventualmente, esta onda llega hacia el cuero cabelludo y

empuja/jala electrones presentes en el arreglo de electrodos, fenómeno que nos

permite realizar mediciones de voltaje respecto al tiempo, lo que finalmente genera

el EEG.

Es lógico pensar que la señal eléctrica generada por una sola neurona es

difícilmente detectada por métodos convencionales, por lo que es importante

recalcar que los potenciales eléctricos medidos son el resultado de la suma de la

actividad sincronizada de miles de neuronas que tienen la misma orientación. Esto

es posible gracias a que los iones están alineados y crean ondas que pueden

detectarse. Estos fenómenos de sincronización permiten identificar diferentes

frecuencias y patrones de alineamiento que pueden relacionarse directamente con

estados de actividad cerebral: pensamiento intenso, etapas del sueño, movimientos

corporales, etc.

Las señales medidas están en el rango de los microvolts, por lo que

necesitan amplificación. Normalmente existe un potencial de difusión en el flujo de

iones positivos de potasio, lo cual mantiene un equilibrio electroquímico de -75 mV.

Al ocurrir la despolarización celular, se genera un flujo positivo de iones de sodio

que excede el equilibro electroquímico antes mencionado. Esto causa la apertura

de canales en la capa lipídica (la apertura es dependiente de voltaje, el cerrado es

dependiente de tiempo). Todo este proceso resulta en un potencial eléctrico

Flujo eléctrico en una neurona

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medible. Las llamadas células piramidales son las que tienen una

mayor contribución a la generación de las ondas de EEG.

3.3 ¿CÓMO SE CONCENTRA LA INFORMACIÓN EN EL CEREBRO?

Para comprender las posiciones en las que deben colocarse los electrodos en el

cuero cabelludo es indispensable conocer un poco acerca de la anatomía encefálica.

Podemos dividir al encéfalo en tres partes básicas: tallo cerebral, cerebro y cerebelo.

Del tallo cerebral podemos decir que es la estructura que conecta al córtex

cerebral con la médula espinal y el cerebelo. Se encarga de controlar el ritmo

cardiaco y respiratorio, además de participar en varios reflejos motores. En cuanto

al cerebelo, cabe destacar que coordina los movimientos voluntarios y es la

estructura que desempeña el papel de regulación de equilibrio corporal. Aunado a

esto, funciona como una especie de filtro para eliminar movimientos espasmódicos.

Célula piramidal

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La parte primordial del encéfalo

radica en el cerebro, que es donde se

controlan las funciones conscientes. Se

divide en dos hemisferios donde cada uno

controla el lado opuesto del cuerpo. Se

conoce como córtex a la parte externa de

cada hemisferio, y es donde se obtiene la

información sensorial. La composición de

las capas más profundas es debida a los

axones. Para fines del EEG, la parte

interesa es la corteza cerebral, ya que

posee cerca del 75% de neuronas del cerebro. La corteza es una capa fina de

neuronas que presenta irregularidades físicas conocidas como pliegues. En la figura

es posible observar que existen regiones específicas que se encargan de procesar

diferente tipo de actividad. La representación gráfica de las áreas de procesamiento

de información recibe el nombre de homúnculo, ya que muestra la distribución

espacial en la superficie del córtex en relación a funciones motoras y sensitivas.

Sería incorrecto pensar que toda la corteza cerebral está asociada con áreas

motrices o sensitivas. Existen áreas que no tienen asociación, y hasta ahora se

piensa que sirven como áreas de integración para procesar correctamente las

entradas y salidas neuronales.

Distribución de áreas

Homúnculos sensitivo y motor

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3.4 COLOCACIÓN DE ELECTRODOS

Los primeros EEG de un solo canal fueron realizados en los años 20’s. Han

ido evolucionando hasta el día de hoy, llegando a ser dispositivos digitales basados

en computadoras. Del cuero cabelludo se conducen los potenciales eléctricos a una

caja de electrodos, donde un selector permite que las señales de EEG pasen por

una etapa de amplificación antes de pasar por una etapa de filtración para regular

la señal de salida. La colocación de electrodos se ha estandarizado por medio de

un sistema internacional llamado sistema diez-veinte que utiliza marcas anatómicas

en el cráneo. Estos sitios son luego subdivididos en intervalos de 10% a 20% y

designan el sitio en el que se colocará un electrodo.

Un mínimo de 21 electrodos es recomendado para un estudio clínico,

aunque los nuevos sistemas de EEG ahora tienen capacidad para un número mayor.

En el caso de los infantes el número de electrodos está en función de la edad y el

tamaño de la cabeza. Existe una designación especial para la nomenclatura de

colocación:

Fp: frontopolar

F: frontal

T: temporal

O: Occipital

C: Central

P: Parietal

Además, se utilizan números en

combinación con las letras para

identificar el lugar de colocación. Los

números impares son para el

hemisferio izquierdo y los números

pares son para el hemisferio derecho. La designación “z” refleja colocación en la

línea media.

Las impedancias de los electrodos deben mantenerse entre 100 y 5000

ohms. Existe otro sistema de colocación más nuevo llamado diez-diez que

mantiene una relación más estrecha de separación (del 10%), y puede usarse en

combinación con el sistema diez-veinte.

Colocación en diez-veinte

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Orientación de onda

Un compuesto utilizado para asegurar los electrodos al cuero cabelludo

durante procesos largos de monitoreo es el colodión. También existen electrodos

subcutáneos que se utilizan cuando otras técnicas no son viables, tal es el caso del

uso en un quirófano o unidad de cuidado intensivo.

Otros electrodos que pueden agregarse son aquellos designados para

electrocardiogramas, electromiogramas, monitores de movimiento ocular, etc.

Inclusive también pueden agregarse monitores respiratorios si el médico así lo

considera necesario.

El mapa eléctrico que se

obtiene del arreglo espacial de

los electrodos es el montaje.

Varios montajes se utilizan

durante una sesión normal de

EEG (de 20 a 30 minutos). Un EEG

rutinario debería incluir al menos

un montaje utilizando un montaje

de referencia, un montaje

longitudinal bipolar y un montaje

bipolar transverso. Un montaje de

referencia utiliza un electrodo

activo como el sitio de captura de

información inicial y un electrodo

neutral para mostrar el voltaje

absoluto a través de una medición de amplitud que está en relación con el área de

máxima electronegatividad. Los montajes bipolares comparan sitios de electrodos

activos que están adyacentes y muestran sitios de máxima electronegatividad o

positividad a través inversiones de fase.

Por convención, cuando la

diferencia de voltaje entre el electrodo 1

y el electrodo 2 es negativa, la deflexión

de la onda es hacia arriba. Las

grabaciones se realizan generalmente

con una visualización de 30 mm/sec utilizando filtros que van desde 1 hasta 70 Hz.

Montaje bipolar (A) y de referencia (B)

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Electrodos en casco de malla

3.5 TIPOS DE ELECTRODOS

Para la realización del EEG se utilizan principalmente tres tipos de electrodos:

Superficiales: Colocados directamente

sobre el cuero cabelludo.

Basales: En la base del cráneo, no es

necesario un procedimiento quirúrgico.

Quirúrgicos: Es necesaria una cirugía para

aplicarlos, pueden ser intracerebrales,

durales o corticales.

Otra división existente en cuanto a los tipos

superficiales es:

Adheridos: Los electrodos son discos hechos de metal, aproximadamente de

5 mm de diámetro. Para su colocación se utiliza gel conductor y se utiliza

colodión como aislante. Generan una resistencia de contacto muy baja con

valores cercanos a los 1 o 2 kOhms.

Contacto: Son tubos pequeños de plata enroscados a soportes de plástico.

En un extremo contienen una almohadilla que se empapa de solución

conductora y son sujetados al cráneo con bandas elásticas. Se utilizan

caimanes para colocarlos. Es un método que resulta incómodo para el

paciente.

En casco de malla: Es la tecnología más

nueva y más cómoda. Consiste en un casco

elástico que es sujetado con cintas. Son más

precisos y resistentes a los artefactos (ruido).

Para obtener el mayor provecho, es necesario

que el EEG sea realizado por una persona con

experiencia.

De aguja: Deben pasar por un riguroso proceso de esterilización, se utilizan

generalmente sólo en recién nacidos.

Red de electrodos

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Electroencefalografía

Sonia Velázquez, Manuel Muñoz. Introducción a Ingeniería Biomédica. [16]

3.6 PROPUESTA DE PROYECTO

La propuesta consiste en un método para efectuar un EEG de una

manera económica utilizando una tarjeta de captura de datos y el

software LabVIEW de National Instruments, usando el lenguaje G

para el desarrollo de una aplicación que realice filtraciones y

análisis por medio de software. La colocación de los electrodos

será con base en el sistema diez-veinte, y sería compatible con los

electrodos de adhesión, contacto y casco de malla principalmente. La ventaja

principal de esta propuesta es que la aplicación de captura puede empaquetarse

para ser ejecutada en cualquier ordenador, y no es necesaria una capacidad

computacional muy grande para poder realizar las mediciones, por lo que

representa una alternativa excelente para efectuar este tipo de estudios en lugares

de bajos recursos donde no es posible acceder a tecnología más elaborada debido

a limitaciones de costo. En la siguiente sección se abordarán con detalle los

aspectos técnicos de la propuesta.

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Electroencefalografía

Sonia Velázquez, Manuel Muñoz. Introducción a Ingeniería Biomédica. [17]

4. DIAGRAMA DE BLOQUES Y ASPECTOS TÉCNICOS La estructura general del proyecto se define de la siguiente manera:

4.1 TRANSDUCCIÓN

Como se mencionó en la sección anterior, es necesario un arreglo de electrodos

como medio de transducción para permitir la conducción de la señal desde el

cuero cabelludo del paciente hasta el dispositivo de adquisición de datos. El orden

de viabilidad de tipos de electrodos para la implementación de este proyecto es:

Contacto > Casco de malla > Adheribles. Trabajar con electrodos de aguja

resultaría bastante complicado por la necesidad de un médico especializado que

los coloque. Con los otros tres tipos de electrodos, es cuestión de colocarlos con

base en el sistema diez-veinte y el programa en LabVIEW se encargará de realizar el

EEG, incluso puede ser configurado para mostrar patologías comunes en función

de patrones de onda. Dependiendo del tipo de electrodo utilizado, el gel

conductor puede ser un elemento necesario.

4.2 AJUSTE DE SEÑAL

A pesar de que la señal final puede ser amplificada y ajustada por medio de

software, resulta conveniente amplificarla y filtrarla por medios físicos, y después

repetir el proceso a través de software. Esto nos garantiza una señal más fidedigna,

permitiéndonos una lectura más precisa. Dispositivos como amplificadores

operacionales y diodos de protección pueden resultar útiles para la configuración

de esta parte.

Etapa de amplificación

Etapa de filtración

Arreglo de electrodos

Gel conductor

Transducción

Ajuste de señal Adquisición de datos

Corrección de onda

Discriminación de datos

Generación EEG

Software

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Electroencefalografía

Sonia Velázquez, Manuel Muñoz. Introducción a Ingeniería Biomédica. [18]

El esquema típico de amplificador

de instrumentación es una opción para

realizar este proceso. Al considerar un

cortocircuito entre ambas entradas

(inversora y no inversora), podemos

definir el flujo de corriente como:

Por las propiedades de los op-amps, la corriente que circula a través de las

resistencias R1 será la misma, así que la tensión en la rama Rg – R1 – R1 está dada

por:

Lo cual se puede simplificar a:

La parte restante del circuito corresponde a ajustes relacionados con la ganancia.

Existen componentes como el INA114 que contienen este circuito encapsulado, por

lo que su uso podría contribuir a la reducción de errores.

4.3 SOFTWARE

Una vez que se tengan las señales amplificadas, el primer paso

es vincularlas con alguna tarjeta de adquisición de datos. Los

dispositivos NI DAQ, NI Legacy DAQ o CompactRIO pueden

servir para realizar esta tarea. Es conveniente analizar qué

tarjeta utilizar, dependiendo del grado de complejidad al que

se desee llevar la propuesta. Factores como el precio y el número de señales

analógicas que se pueden manejar son fundamentales.

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Electroencefalografía

Sonia Velázquez, Manuel Muñoz. Introducción a Ingeniería Biomédica. [19]

Panel principal

Ya que se decidió que tarjeta utilizar es necesario implementar el código del

programa. Hay varios aspectos a contemplar. Una etapa de corrección y filtración

de onda puede resultar conveniente, de la misma forma aplicar transformaciones a

la onda es una posibilidad dependiendo del tipo de montaje que se quiera realizar.

Una propuesta de código y diseño de apariencia es la siguiente:

La ventana principal de interacción, denominada panel principal muestra los

elementos de interés del EEG. En este diseño de prototipo se generan señales

aleatorias de prueba (proceso de adquisición simulado) y se muestra cada una por

separado. Es posible ajustar el número de muestreos en relación a la frecuencia en

Hz. En la parte derecha se pueden observar los nombres de los 19 electrodos

utilizados. Idealmente se buscaría que el panel principal pudiera ser más interactivo,

mostrando la posibilidad de generar varios tipos de montajes con la sumatoria de

todas las ondas, además de la opción de analizar cada onda por separado,

contraponer ondas, entre otras características más específicas.

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Electroencefalografía

Sonia Velázquez, Manuel Muñoz. Introducción a Ingeniería Biomédica. [20]

Unión de datos Este es un ejemplo de la sumatoria de ondas

(generado aleatoriamente, no representa datos de EEG). La

intención es mostrar que utilizar una gama de colores

pudiera ser una opción para ayudar a la identificación de

ondas. En cuanto al código, de manera conceptual se

pueden definir las siguientes partes:

En el primer recuadro se buscaría la adquisición de la señal. Sería necesario definir

el dispositivo del cual se van a adquirir los datos y qué canales se van a utilizar,

además de configurar la opción de ajustar la frecuencia de muestreo. En el

recuadro de en medio se hace la transformación de onda respecto al tiempo, esta

parte es la que se presta para realizar modificaciones (o transformadas) a la onda.

Además, en esta parte es donde se pudieran definir condiciones que ayudaran a

encender valores booleanos que permitieran indicar la identificación de patologías.

En la parte final se trabajaría en lo que es la visualización de los datos en el panel

principal. Sería necesario trabajar con subprogramas para lograr código ordenado.

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Electroencefalografía

Sonia Velázquez, Manuel Muñoz. Introducción a Ingeniería Biomédica. [21]

5. ETIQUETADO Como en todo dispositivo, el etiquetado del dispositivo es importante, pues es la

presentación principal del producto. En la etiqueta se muestra información de la

compañía manufacturera, contenidos del producto, algunas indicaciones y

condiciones de uso, país de origen, entre otros datos.

A continuación se muestran las etiquetas para el CD y el empaque que

contiene al producto final. Éstas fueron realizadas siguiendo los requerimientos de

etiquetado de la FDA y de la GHTF, los cuales son similares.

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Electroencefalografía

Sonia Velázquez, Manuel Muñoz. Introducción a Ingeniería Biomédica. [22]

6. DISPOSICIÓN DEL EEG Una ventaja del proyecto planteado es la forma de disposición: la expectativa de

vida del mismo es alta, dependiendo del tipo de electrodos que se utilicen. Si se

usan electrodos adheribles, éstos se pueden ser desechables, es decir, 19 – 21

electrodos por uso (dependiendo de la complejidad). Lo ideal sería utilizar el casco

de malla, ya que puede reutilizarse muchas veces y se evita la generación de basura

con los electrodos desechables.

En cuanto a los componentes electrónicos, lo que

se utiliza es computadora y la tarjeta de adquisición de

datos, por lo que al momento en que se decida disponer

del EEG, pueden recuperarse estas partes para utilizarse de

alguna otra forma. En pocas palabras, la funcionalidad del

EEG está en relación directa al tiempo de vida útil de la

computadora y de la tarjeta de adquisición de datos. Una

vez que la computadora o la tarjeta de adquisición de

datos dejen de funcionar, pueden llevarse a algún centro de reciclaje para que se le

dé la mejor disposición. De esta forma se observa la viabilidad del proyecto en

comparación con los equipos dedicados de electroencefalografía que resultan ser

más caros y el encapsulado de los componentes llega a un nivel en el que es

bastante complicado recuperar alguno de ellos para su uso posterior en alguna

otra aplicación. La generación de basura como consecuencia de los resultados del

EEG está en función de lo que requiera el médico: se pueden almacenar los datos

del EEG en archivos digitales o en forma de imagen digital, mientras que también

pueden imprimirse en papel convencional. No es necesario utilizar un tipo especial

de papel para la impresión ya que no hay presión por imprimir en tiempo real.

Cabe mencionar que debido a que el procesamiento de la información es

por medio de software, la posibilidad de actualizar el código es bastante latente,

permitiendo mejoras en los algoritmos e incluso se pueden añadir nuevos patrones

o condiciones para detectar patologías emergentes o no documentadas con

anterioridad.

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Electroencefalografía

Sonia Velázquez, Manuel Muñoz. Introducción a Ingeniería Biomédica. [23]

7. PERFIL DEL EQUIPO DESARROLLADOR Dado el proceso de elaboración, el cual fue descrito y detallado en los capítulos

anteriores, los integrantes del equipo desarrollador del dispositivo deberán:

Estar familiarizados con el programa LabVIEW y tener experiencia en

programación con el mismo.

Tener experiencia con lenguajes de programación orientados a objetos.

Habilidad para generar diseños.

Capacidad de trabajo en equipo.

Poseer conocimientos en electrónica digital.

Poseer conocimientos en electrónica analógica.

Poseer conocimientos básicos sobre anatomía y fisiología del Sistema

Nervioso Central.

Ser responsables.

Conocimiento acerca de las cláusulas y normatividad de los diferentes

organismos reguladores.

Habilidad para generar documentación.

Trabajar con limpieza y orden.

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Electroencefalografía

Sonia Velázquez, Manuel Muñoz. Introducción a Ingeniería Biomédica. [24]

8. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL PROYECTO A continuación se presenta una tabla con las ventajas y desventajas que se pueden

discernir en estos momentos sobre la implementación de este proyecto, bajo una

perspectiva neutral y en relación a un EEG comercial:

Tabla: relación de ventajas y desventajas

Ventajas del proyecto Desventajas del proyecto

Es mucho más barato de implementar. Sería necesario ajustar el algoritmo para

utilizar los electrodos de aguja.

Utiliza una menor cantidad de

componentes porque la captura se

realiza con una tarjeta de adquisición.

Puede prestarse a una menor precisión

si el diseño no está elaborado

correctamente.

La disposición del dispositivo es más

ecológica.

Errores en el código pueden prestarse a

una malinterpretación de la señal.

El código del programa puede

actualizarse con frecuencia para incluir

mejoras o nuevas patologías.

No genera basura como consecuencia

de la impresión de papel, los resultados

se almacenan en forma digital.

Pueden programarse condiciones para

que el programa detecte patologías de

forma automática.

La funcionalidad está ligada a la tarjeta

de adquisición de datos y el ordenador.

Es más fácil de transportar.

Como se puede observar, el proyecto presenta una gran serie de ventajas en

relación a su contraparte comercial, recalcando el hecho más importante: su bajo

costo permite que esta tecnología pueda ser factible para personas de bajos

recursos y que necesiten estudios de electroencefalografía como un primer paso

para el diagnóstico de enfermedades como la epilepsia, entre otras.

Page 25: Bosquejo de proyecto para EEG

Electroencefalografía

Sonia Velázquez, Manuel Muñoz. Introducción a Ingeniería Biomédica. [25]

9. BIBLIOGRAFÍA Agencia Valenciana de Salud. (s.f.). Electroencefalograma. Recuperado el 15 de mayo de 2011 de:

http://www.san.gva.es/comun/ciud/docs/pdf/neurofisiologia1c.pdf

Burr-Brown. (1998). INA114: Precision instrumentation amplifier. Recuperado el 15 de mayo de 2011

de: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/texasinstruments/ina114.pdf

Children’s Healthcare of Atlanta. (2008). Electroencefalograma. Recuperado el 15 de mayo de 2011

de: http://www.choa.org/Menus/Documents/Wellness/teachingsheets/eegsp.pdf

Comisión Nacional para la Protección contra Riesgos Sanitarios (2010) Riesgos sanitarios de

dispositivos médicos. Recuperado el 21 de mayo de 2011 de:

http://www.cofepris.gob.mx/wb/cfp/medicamentos_herbolarios_homeopaticos_y_vitami

Food and Drug Administration (2010) Device advice: device regulation and guidance. Recuperado el

21 de mayo del 2011 de:

http://www.fda.gov/MedicalDevices/DeviceRegulationandGuidance/default.htm

Global Harmonization Task Force (2011) GHTF Documents. Recuperado el 21 de mayo de 2011 de:

http://www.ghtf.org/documents/

International Standard Organization (2007). Medical devices – Application of riskmanagement to

medical device. Recuperado el 21 de mayo de 2011 de: http://www.isosert.ru/isosert_iso_14971.pdf

National Instruments. (2011). USB Data Acquisition for OEM and Embedded Systems. Recuperado el

15 de mayo de 2011 de: http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/en/nid/209795

Navarro, R. (s.f.). Electroencefalografía. Universidad de Alcalá: Departamento de Electrónica.

Recuperado el 15 de mayo de 2011 de: http://web.usal.es/~lcal/electroencefalografia.pdf

NI Community: Biomedical User Group. (2011). Push the Boundaries of Science with NI LabVIEW.

Recuperado el 15 de mayo de 2011 de: https://decibel.ni.com/content/groups/biomedical-user-

group

Perry Johnsons Registrars (s.f.). ¿Qué es ISO 13485? Recuperado el 21 de mayo de 2011

de:http://www.pjr.com/spanish/iso13485.htm

Wikipedia. (s.f.). Electroencefalografía. Recuperado el 15 de mayo de 2011 de:

http://en.wikipedia.org/wiki/Electroencephalography