Publicação

Desenvolvimento de uma plataforma de aquisição de EEG wearable sem fios

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A monitorização de pacientes com epilepsia, ou outras patologias paroxísticas, através da eletroencefalografia (EEG), tem sido considerada como uma ferramenta importante tanto para o diagnóstico e classificação como para o tratamento destas condições. Nesta Tese é apresentado um sistema de aquisição de EEG sem-fios wearable com a capacidade de monitorizar pacientes com epilepsia de forma prolongada. O sistema é composto por 32 elétrodos passivos secos, sinais com 24 bits de resolução, frequência de amostragem variável de 250 a 1000 amostras/s. Cada elétrodo é constituído por 32 pinos compressíveis para permitir uma melhor adaptação a superfícies irregulares (escalpe). Os elétrodos não utilizam gel eletrolítico, para favorecer a manutenção das suas características eletrónicas ao longo do tempo (importante em monitorizações prolongadas), proporcionando também uma montagem do sistema mais rápida e eficiente. Apresenta ainda a capacidade de dois modos de funcionamento. O primeiro designado de modo streaming, os sinais são adquiridos e imediatamente enviados para uma unidade de visualização (PC). O segundo modo designado de modo de deteção, os sinais são adquiridos, processados por um algoritmo de deteção de convulsões epiléticas, e quando é sinalizado um evento, este é comunicado para um servidor para imediata ou posterior visualização por parte dos profissionais de saúde. O sistema de hardware é composto por um system-on-module (SOM) embebido que utiliza um sistema operativo Linux para o seu funcionamento. O sistema operativo foi configurado para controlar a interface entre duas estruturas de software que interagem para a manutenção da performance em tempo-real da leitura dos sinais de EEG, paralelamente à gravação, processamento e transmissão dos dados adquiridos. O sistema foi montado numa peça de vestuário (chapéu) que contem uma touca interna onde estão dispostos os elétrodos de aquisição de sinais, uma camada têxtil intermédia onde está acoplada a eletrónica e baterias, e uma camada têxtil mais superficial constituída por tecido eletricamente condutor que é ligada ao neutro do dispositivo de aquisição funcionando assim como um shield para isolamento dos sinais de ruido eletromagnético. Em modo de deteção, o sistema aqui apresentado utiliza um algoritmo (também desenvolvido) de deteção de eventos epiléticos, baseado na morfologia e forma de onda. O algoritmo é personalizável e não necessita de pré-treino para detetar eventos patológicos. O sistema foi testado em todas as suas partes constituintes. Os elétrodos foram caracterizados do ponto de vista eletroquímico e foi monitorizado o comportamento da impedância ao longo do tempo. Na perspetiva da qualidade dos sinais adquiridos, foram medidas características como o input-refered-noise e o common-mode-rejection-ration. Em relação à capacidade de adquirir sinais de EEG, o sistema foi testado através de uma técnica de playback, e foi também comparado a outro sistema num paradigma de potenciais evocados e na geração do ritmo alfa. O sistema foi ainda testado em relação à temporização das tarefas do sistema operativo no que diz respeito ao cumprimento do tempo-real para a aquisição paralela às outras tarefas com menos restrições temporais, como a gravação, processamento e envio de dados. O algoritmo foi testado numa base de dados publica de pacientes com epilepsia, e obtiveram-se resultados comparáveis a outros algoritmos já descritos. O sistema aqui proposto demostrou vários argumentos para a possível monitorização de pacientes com epilepsia tanto em regime de ambulatório como de avaliação presencial. Este estudo tentou demostrar não só a possibilidade de monitorizar pacientes com epilepsia através de sistemas autónomos, como abre novas possibilidades para a monitorização de pacientes com desordens paroxísticas.
Autores principais:	Pinho, Francisco José da Silva
Assunto:	Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e Tecnologias
Ano:	2018
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade do Minho
Idioma:	português
Origem:	RepositóriUM - Universidade do Minho

Descrição
Resumo:	A monitorização de pacientes com epilepsia, ou outras patologias paroxísticas, através da eletroencefalografia (EEG), tem sido considerada como uma ferramenta importante tanto para o diagnóstico e classificação como para o tratamento destas condições. Nesta Tese é apresentado um sistema de aquisição de EEG sem-fios wearable com a capacidade de monitorizar pacientes com epilepsia de forma prolongada. O sistema é composto por 32 elétrodos passivos secos, sinais com 24 bits de resolução, frequência de amostragem variável de 250 a 1000 amostras/s. Cada elétrodo é constituído por 32 pinos compressíveis para permitir uma melhor adaptação a superfícies irregulares (escalpe). Os elétrodos não utilizam gel eletrolítico, para favorecer a manutenção das suas características eletrónicas ao longo do tempo (importante em monitorizações prolongadas), proporcionando também uma montagem do sistema mais rápida e eficiente. Apresenta ainda a capacidade de dois modos de funcionamento. O primeiro designado de modo streaming, os sinais são adquiridos e imediatamente enviados para uma unidade de visualização (PC). O segundo modo designado de modo de deteção, os sinais são adquiridos, processados por um algoritmo de deteção de convulsões epiléticas, e quando é sinalizado um evento, este é comunicado para um servidor para imediata ou posterior visualização por parte dos profissionais de saúde. O sistema de hardware é composto por um system-on-module (SOM) embebido que utiliza um sistema operativo Linux para o seu funcionamento. O sistema operativo foi configurado para controlar a interface entre duas estruturas de software que interagem para a manutenção da performance em tempo-real da leitura dos sinais de EEG, paralelamente à gravação, processamento e transmissão dos dados adquiridos. O sistema foi montado numa peça de vestuário (chapéu) que contem uma touca interna onde estão dispostos os elétrodos de aquisição de sinais, uma camada têxtil intermédia onde está acoplada a eletrónica e baterias, e uma camada têxtil mais superficial constituída por tecido eletricamente condutor que é ligada ao neutro do dispositivo de aquisição funcionando assim como um shield para isolamento dos sinais de ruido eletromagnético. Em modo de deteção, o sistema aqui apresentado utiliza um algoritmo (também desenvolvido) de deteção de eventos epiléticos, baseado na morfologia e forma de onda. O algoritmo é personalizável e não necessita de pré-treino para detetar eventos patológicos. O sistema foi testado em todas as suas partes constituintes. Os elétrodos foram caracterizados do ponto de vista eletroquímico e foi monitorizado o comportamento da impedância ao longo do tempo. Na perspetiva da qualidade dos sinais adquiridos, foram medidas características como o input-refered-noise e o common-mode-rejection-ration. Em relação à capacidade de adquirir sinais de EEG, o sistema foi testado através de uma técnica de playback, e foi também comparado a outro sistema num paradigma de potenciais evocados e na geração do ritmo alfa. O sistema foi ainda testado em relação à temporização das tarefas do sistema operativo no que diz respeito ao cumprimento do tempo-real para a aquisição paralela às outras tarefas com menos restrições temporais, como a gravação, processamento e envio de dados. O algoritmo foi testado numa base de dados publica de pacientes com epilepsia, e obtiveram-se resultados comparáveis a outros algoritmos já descritos. O sistema aqui proposto demostrou vários argumentos para a possível monitorização de pacientes com epilepsia tanto em regime de ambulatório como de avaliação presencial. Este estudo tentou demostrar não só a possibilidade de monitorizar pacientes com epilepsia através de sistemas autónomos, como abre novas possibilidades para a monitorização de pacientes com desordens paroxísticas.