TECNICHE DI RIMOZIONE DEGLI ARTEFATTI INDOTTI SULL EEG DURANTE ACQUISIZIONI SIMULTANEE DI RISONANZA MAGNETICA FUNZIONALE

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In questa tesi sono studiate le problematiche connesse all’acquisizione di segnali EEG all’interno di un sistema RM e le tecniche di riduzione degli artefatti indotti sugli stessi. Nel capitolo 1 sono descritti dettagliatamente i motivi di interesse di questa ricerca con riferimento alla sua utilità nell’epilessia, nell’individuazione dei generatori del ritmo alfa, nello studio delle risposte cerebrali agli stimoli esterni (potenziali evocati), nell’individuazione delle aree del cervello attivate durante le diverse fasi del sonno. Nel capitolo 2 viene introdotto il problema degli artefatti indotti sul segnale EEG durante le acquisizioni simultanee di risonanza magnetica funzionale e ne vengono descritte le cause. Il capitolo 3 contiene informazioni riguardanti le caratteristiche anatomiche e funzionali del cervello con particolare attenzione alla struttura del neurone e delle sinapsi, al potenziale di membrana in condizioni di riposo e al potenziale d’azione. Nel capitolo 4 viene presentato il principale ambito di utilizzo di questa ricerca: l’epilessia; ne vengono descritte le varie forme, i sintomi e gli attuali mezzi di diagnosi e cura. Nel capitolo 5 si introduce l’elettroencefalogramma (EEG), descrivendo la natura elettrica del segnale, i principali ritmi EEG, gli strumenti per la rilevazione dello stesso (elettroencefalografi) e le tecniche di registrazione (disposizione degli elettrodi secondo il sistema internazionale 10/20). Il capitolo 6 è dedicato alla descrizione della risonanza magnetica nucleare (RMN); vengono descritti i principi fisici che originano il segnale RM, le tecniche di formazione delle immagini, le principali sequenze di imaging impiegate attualmente nei laboratori di risonanza magnetica, la struttura hardware della risonanza, e la tecnica di risonanza magnetica funzionale (fMRI). Nel capitolo 7 viene descritto il sistema che è stato impiegato durante questo studio per l’acquisizione del segnale EEG; Nel capitolo 8 si trova la descrizione della risonanza magnetica in dotazione al laboratorio dell’ ‘IRCCS Fondazione Stella Maris’ dove la tesi è stata svolta. Il capitolo 9 riporta una dettagliata spiegazione dei principi di funzionamento dell’hardware e del software impiegati nella registrazione dei segnali EEG, mentre nel capitolo 10 è descritto in maniera particolareggiata uno degli algoritmi più interessanti per l’eliminazione degli artefatti indotti dai gradienti di scansione della risonanza. Nel capitolo 11 sono riportate le acquisizioni dei segnali effettuate in laboratorio con particolare attenzione alle condizioni sperimentali, ai soggetti (volontari o pazienti) sottoposti all’esame, alle diverse caratteristiche degli artefatti registrati. Nel capitolo 12 viene descritto il metodo di riduzione dell’artefatto che impiega il software Brain Vision Analyzer di cui sono riportate le potenzialità e i limiti. Il capitolo 13 riporta l’algoritmo di riduzione degli artefatti basato sulla sottrazione di un artefatto medio e l’applicazione di un filtro adattivo; tale algoritmo è stato l’implementato in Matlab ed è stato applicato ai segnali acquisiti in laboratorio. Nel capitolo 14 viene descritto un toolbox di Matlab (EEGLAB) che consente il trattamento e l’analisi dei segnali elettroencefalografici; per mezzo di EEGLAB è stato applicato al segnale EEG un filtraggio basato sulla separazione delle componenti indipendenti (ICA), e uno basato su un algoritmo che combina la sottrazione dell’artefatto medio con il metodo dell’analisi delle componenti principali (PCA). Infine, nel capitolo 15 sono riportate le considerazioni conclusive di questo lavoro di tesi e le possibili strade da intraprendere per proseguire questa ricerca.