Reconstrução de fontes de potenciais bioelétricos

Reconstrução de fontes de potenciais bioelétricos
Fernando Souza Oliveira1; Juan Alberto Leyva Cruz²;
1. Bolsista PIBIC-CNPq, Graduando em Física, Universidade Estadual de Feira de
Santana, e-mail: [email protected]
2. Orientador, Departamento de Física, Universidade Estadual de Feira de Santana,
e-mail: [email protected]
PALAVRAS-CHAVE: Bioeletricidade; processamento de imagens, aplicativo-web
INTRODUÇÃO:
A bioeletricidade ocorre em todos os tecidos vivos e tem sido objeto de investigação
de três séculos atrás. As origens de mentira bioelectricity dentro das membranas
celulares, que mantêm uma pequena diferença de potencial eléctrico entre o interior e
exterior de cada célula. Alterações deste potencial age como um mecanismo de
sinalização que permite nervos para interagir, os músculos se contraiam, e comunicação
para ocorrer ao longo de todo o corpo. O problemas bioelétricos podem ser encontrada
numa grande variedade de aplicações médicas Physics que variam a partir de células
individuais, para os órgãos, até modelos que incorporam parcial de estruturas humanas
completas. Hoje as técnicas bioelectromagnéticas está usando para diagnosticar tecidos
como, sinais bioelétricos saudáveis ou doente do tecido tem que ser gravado. Medição
da Bioeletricidade é feito métodos não-invasivos e invasivos. Estas medições são
utilizados para obter as soluções para os problemas bioelétricos têm aplicações em
estudos de desfibrilação, detecção e localização de arritmias, e localização e análise da
atividade cerebral espontânea em pacientes epilépticos, etc Nós somos a interessados
em desenvolvimento multicanal portátil abordagens Bioinstrumentação baixo ruído e
metodologias modernas para o processamento desses bio-sinais, em particular nos
campos da electroencefalografia (EEG) e eletrocardiograma (ECG). O objetivo deste
trabalho é mostraros resultados preliminares sobre o a solução do problema bioeletrico
inverso em EEG.
METODOLOGIA:
Para EEG, existem muitos modelos computacionais de fenômenos bioelétricos de
fontes no cérebro já existem há décadas. Tem sido demonstrado que os sinais eléctricos
no cérebro, quando visto macroscopicamente, pode ser descrita como uma solução para
uma equação de Poisson quasiestático.
A equação de Poisson, uma descrição matemática de um problema de volume condutor
bioelétrica típico, pode ser escrita como:
∇ • σ ∇ V =-Iv em Ω (1)
onde V é o potencial bioelétrico, σ é o tensor de condutividade elétrica da mídia, e Iv é
o atual volume por unidade definida dentro da solução de domínio Ω.
CONDUTOR VOLUME
Um condutor geral de volume pode ser definido como uma região de volume Ω, que
tem condutividade, σ e permissividade, ε, na qual está localizada uma fonte de corrente,.
Resolver um problema volume condutor significa encontrar expressões para o potencial
bioelétrico, V, bem como a distribuição do bioelétrica potencial interior do cérebro ou
da fonte de corrente,
Figura 1: Diagrama esquemático para problemas bioelétricas inverso de EEG.
O problema de determinar as fontes bioeletricas é chamado de problema inverso. A
Figura 1a mostra o diagrama esquemático para problemas bioelétricas inverso de EEG.
Pode ser demonstrado que a solução Tikhonov da eq. (1) pode ser expresso por:
n
  uT b 
Tikhonov
f red
   2i i 2 vi 
i 1   i  i

Onde λ são os parâmetros de regularização.
(1)
RESULTADO E DISCURSÃO:
Para resolver a equação de Poisson numericamente, que começou com a
construção de um modelo computacional. A geometria da cabeça realista foi obtida a
partir de dados de ressonância magnética, onde o volume foi segmentada eo volume
cabeça segmentado foi então tetrahedralized através de um gerador de malha. Para cada
classificação de tecidos, temos atribuído um tensor condutividade.
Figura 2: Condutor volume de cabeça com elementos finitos
A Figura 2 mostra o volume condutor cabeça, usando neste trabalho. A figura 3a mostra
a tensão bioeléctico simulado sobre a superfície da cabeça (couro cabeludo), e a Figura
3b a tensão reconstituídas na superfície do cérebro, tal como solução de Bioelétrica
problema EEG.
Figura 5: (a) Potencial Cerebral Bioelectric no couro cabeludo e (b) tensão bioelétrica
reconstruído direto sobre o cérebro.
CONCLUSÃO:
Implementamos uma rotina que exibe as soluções dos problemas diretos e inversos
bioelétrica cerebral Matlab. Estes resultados preliminares mostram que teses scripts
podem ser usados em trabalhos futuros relacionados com o problema
bioelectromagnetic é aplicada a sistemas vivos. No futuro, são aplicados métodos
diferentes para resolver o problema inverso em EEG.
REFERÊNCIAS:
3. Alarcon G, Guy CN, Binnie CD, Walker SR, Elwes RDC, Polkey CE. 1994.
Intracerebral propagation of interictal activity in partial epilepsy: implications for
source localisation. J Neurol Neurosurg Psychiatry 57:435–449.
4. Babiloni F, Babiloni C, Carducci F, Fattorini C, Anello L, Onorati P,
5. Urbano A. 1997. Ahigh resolution EEG: a new model-dependent
6. spatial deblurring method using a realistically-shaped Mrconstructed subject’s
head model. Electroenceph Clin Neurophysiol 102:69–80.
7. R. N. Klepfer, C. R. Johnson, and R. S. Macleod, "The effects of inhomogeneities
and anisotropies on electrocardiographic fields: A 3-D finite-element study,"
IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 44, Aug. 1997.
8. F. B. Sachse, C. Werner, K. Meyer-Waarden, and O. Döossel, "Comparison of
solutions to the forward problem in electrophysiology with homogeneous,
heterogeneous and anisotropic impedance models," Biomedizinische Technik,
vol. 42, pp. 277-280, 1997.