Máquina EEG

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Antecedentes

Uma máquina de eletroencefalograma (EEG) é um dispositivo usado para criar uma imagem da atividade elétrica do cérebro. Ele tem sido usado para diagnóstico médico e pesquisa neurobiológica. Os componentes essenciais de uma máquina de EEG incluem eletrodos, amplificadores, um módulo de controle de computador e um dispositivo de exibição. A fabricação normalmente envolve a produção separada dos vários componentes, montagem e embalagem final. Desenvolvida pela primeira vez durante o início do século XX, a máquina de EEG continua a ser aprimorada. Acredita-se que essa máquina levará a uma ampla gama de descobertas importantes, tanto na função cerebral básica quanto na cura de várias doenças neurológicas.

A função de uma máquina de EEG depende do fato de que as células nervosas do cérebro estão constantemente produzindo minúsculos sinais elétricos. As células nervosas, ou neurônios, transmitem informações por todo o corpo eletricamente. Eles criam impulsos elétricos pela difusão dos íons cálcio, sódio e potássio através das membranas celulares. Quando uma pessoa está pensando, lendo ou assistindo televisão, diferentes partes do cérebro são estimuladas. Isso cria diferentes sinais elétricos que podem ser monitorados por um EEG.

Os eletrodos da máquina de EEG são fixados no couro cabeludo para que possam captar as pequenas ondas cerebrais elétricas produzidas pelos nervos. Conforme os sinais viajam pela máquina, eles passam por amplificadores que os tornam grandes o suficiente para serem exibidos. Os amplificadores funcionam como amplificadores em um sistema estéreo doméstico. Um par de eletrodos constitui um canal. As máquinas de EEG têm de oito a 40 canais. Dependendo do projeto, a máquina de EEG imprime a atividade das ondas em papel (por um galvanômetro) ou a armazena em um disco rígido de computador para exibição em um monitor.

Há muito se sabe que diferentes estados mentais levam a diferentes exibições de EEG. Quatro estados mentais - alerta, repouso, sono e sonho - têm ondas cerebrais associadas chamadas alfa, beta, teta e delta. Cada um desses padrões de ondas cerebrais tem diferentes frequências e amplitudes de ondas.

As máquinas de EEG são usadas para diversos fins. Na medicina, eles são usados ​​para diagnosticar coisas como distúrbios convulsivos, lesões na cabeça e tumores cerebrais. Um técnico treinado em uma sala especialmente projetada realiza um teste de EEG. O paciente deita-se de costas e 16-25 eletrodos são aplicados no couro cabeludo. A saída dos eletrodos é registrada em uma tela de computador ou desenhada em um pedaço de papel milimetrado em movimento. Às vezes, o paciente é solicitado a realizar certas tarefas, como respirar profundamente ou olhar para uma luz brilhante e bruxuleante. Os dados coletados desta máquina podem ser interpretados por um computador e fornecem uma imagem geométrica da atividade do cérebro. Isso pode mostrar aos médicos exatamente onde estão os problemas de atividade cerebral.

História

A máquina de EEG foi apresentada ao mundo pela primeira vez por Hans Berger em 1929. Berger, que era neuropsiquiatra da Universidade de Jena, na Alemanha, usou o termo alemão elektrenkephalogramm para descrever a representação gráfica das correntes elétricas geradas no cérebro. Ele sugeriu que as correntes cerebrais mudavam com base no estado funcional do cérebro, como sono, anestesia e epilepsia. Essas foram ideias revolucionárias que ajudaram a criar um novo ramo da ciência médica chamado neurofisiologia.

Na maior parte, a comunidade científica da época de Berger não acreditou em suas conclusões. Demorou mais cinco anos até que suas conclusões pudessem ser verificadas por meio da experimentação de Edgar Douglas Adrian e B. C. H. Matthews. Após esses experimentos, outros cientistas começaram a estudar o campo. Em 1936, W. Gray Walter demonstrou que essa tecnologia poderia ser usada para localizar um tumor cerebral. Walter usou um grande número de pequenos eletrodos que colou no couro cabeludo e descobriu que os tumores cerebrais causavam áreas de atividade elétrica anormal.

Com o passar dos anos, os eletrodos de EEG, amplificadores e dispositivos de saída foram aprimorados. Os cientistas aprenderam os melhores lugares para colocar os eletrodos e como diagnosticar as condições. Eles também descobriram como criar mapas elétricos do cérebro. Em 1957, Walter desenvolveu um dispositivo chamado toposcópio. Esta máquina usou a atividade EEG para produzir um mapa da superfície do cérebro. Ele tinha 22 tubos de raios catódicos conectados a um par de eletrodos no crânio. Os eletrodos foram dispostos de forma que cada tubo pudesse mostrar a intensidade da atividade em diferentes seções do cérebro. Usando esta máquina, Walter demonstrou que as ondas cerebrais em estado de repouso eram diferentes das ondas cerebrais geradas durante uma tarefa mental que exigia concentração. Embora esse dispositivo fosse útil, ele nunca alcançou sucesso comercial porque era complexo e caro. Hoje, as máquinas de EEG têm vários canais, memórias de armazenamento de computador e software especializado que podem criar um mapa elétrico do cérebro.

Matérias-primas

Numerosas matérias-primas são usadas na construção de uma máquina de EEG. As placas de circuito impresso interno são folhas planas revestidas de resina. Conectados a eles estão componentes eletrônicos, como resistores, capacitores e circuitos integrados feitos de vários tipos de metais, plástico e silício.

Os eletrodos são geralmente construídos em prata alemã. A prata alemã é uma liga composta de cobre, níquel e zinco. É particularmente útil porque é macio o suficiente para lixar e polir facilmente. O aço inoxidável (que possui maior concentração de níquel) também pode ser utilizado. Tende a ser mais resistente à corrosão, mas é mais difícil de furar e usinar.

Uma fita adesiva é usada para prender os eletrodos de superfície ao paciente. Uma vez que os sinais elétricos são transmitidos fracamente através da pele para os eletrodos, uma pasta de eletrólito ou gel é normalmente necessária. Este material é aplicado diretamente na pele. Pode ser composto de um ingrediente cosmético como lanolina e íons de cloreto que ajudam a formar uma ponte condutora entre a pele e o eletrodo, permitindo uma melhor transmissão do sinal. O politetrafluoroetileno (Teflon) é usado como revestimento para fios e diversos tipos de eletrodos.

Design

Os sistemas básicos de uma máquina de EEG incluem coleta, armazenamento e exibição de dados. Os componentes desses sistemas incluem eletrodos, fios de conexão, amplificadores, um módulo de controle de computador e um dispositivo de exibição. Nos Estados Unidos, o FDA (Food and Drug Administration) propôs sugestões de produção para fabricantes de máquinas de EEG.

Os eletrodos, ou condutores, usados ​​em uma máquina de EEG podem ser divididos em dois tipos, incluindo eletrodos de superfície e de agulha. Em geral, os eletrodos de agulha fornecem maior clareza de sinal porque são injetados diretamente no corpo. Isso elimina o abafamento de sinal causado pela pele. Para eletrodos de superfície, existem modelos descartáveis, como eletrodos de guia, anel e barra. Existem também eletrodos reutilizáveis ​​de disco e dedo. Os eletrodos também podem ser combinados em uma tampa de eletrodo que é colocada diretamente na cabeça.

Os amplificadores de EEG convertem os sinais fracos do cérebro em um sinal mais discernível para o dispositivo de saída. Eles são amplificadores diferenciais úteis ao medir sinais de nível relativamente baixo. Em alguns projetos, os amplificadores são configurados da seguinte forma. Um par de eletrodos detecta o sinal elétrico do corpo. Os fios conectados aos eletrodos transferem o sinal para a primeira seção do amplificador, o amplificador de buffer. Aqui, o sinal é estabilizado eletronicamente e amplificado por um fator de cinco a 10. Um pré-amplificador diferencial é o próximo na linha que filtra e amplifica o sinal por um fator de 10-100. Depois de passar por esses amplificadores, os sinais são multiplicados por centenas ou milhares de vezes.

Esta seção dos amplificadores, que recebe sinais diretos do paciente, usa isoladores ópticos para separar o circuito de alimentação principal do paciente. A separação evita a possibilidade de choque elétrico acidental. O amplificador primário é encontrado no circuito de alimentação principal. Neste amplificador amplificado, o sinal analógico é convertido em um sinal digital, que é mais adequado para saída.

Como o cérebro produz diferentes sinais em diferentes pontos do crânio, vários eletrodos são usados. O número de canais que uma máquina de EEG possui está relacionado ao número de eletrodos usados. Quanto mais canais, mais detalhada será a imagem das ondas cerebrais. Para cada amplificador na máquina de EEG, dois eletrodos são colocados. O amplificador é capaz de traduzir os diferentes sinais de entrada e cancelar os que são idênticos. Isso significa que a saída da máquina é, na verdade, a diferença na atividade elétrica captada pelos dois eletrodos. Portanto, o posicionamento de cada eletrodo é crítico porque quanto mais próximos um do outro, menos diferenças nas ondas cerebrais serão registradas.

Uma variedade de impressoras e monitores de saída estão disponíveis para máquinas de EEG. Um dispositivo comum é um galvanômetro ou registrador de tira de papel. Este dispositivo imprime uma cópia impressa dos sinais de EEG ao longo do tempo. Outros tipos de dispositivos também são usados, incluindo impressoras de computador, discos óticos, discos compactos graváveis ​​(CDs) e unidades de fita magnética. Como os dados coletados são analógicos, eles devem ser convertidos em um sinal digital para que dispositivos eletrônicos de saída possam ser usados. Portanto, o circuito primário do EEG normalmente tem uma seção de conversor analógico para digital embutida. O software fornecido com algumas máquinas de EEG pode ser usado para criar um mapa do cérebro.

Vários outros acessórios são usados ​​com uma máquina de EEG. Isso inclui pastas ou géis eletrolíticos, clipes de montagem, vários sensores e papéis térmicos. As máquinas de EEG usadas em estudos do sono são equipadas com sensores de ronco e respiração. Outros usos requerem dispositivos de estimulação sensorial, como fones de ouvido e óculos de LED. Ainda outras máquinas de EEG são equipadas com estimuladores elétricos.

O processo de fabricação

As diferentes partes de uma máquina de EEG são produzidas separadamente e, em seguida, montadas pelo fabricante principal antes do empacotamento. Esses componentes, incluindo os eletrodos, o amplificador e os dispositivos de armazenamento e saída, podem ser fornecidos por fabricantes externos ou feitos internamente.

Eletrodos

• 1 Os eletrodos de EEG são normalmente recebidos de fornecedores externos e verificados para ver se estão em conformidade com as especificações estabelecidas. Um tipo de eletrodo comumente usado para a máquina de EEG é um eletrodo de agulha. Estes podem ser feitos de uma barra de aço inoxidável. A barra é aquecida até ficar macia e então extrudada para formar um tubo sem costura.
• 2 O tubo é então puxado para fora para produzir um tubo fino oco. Esses tubos são cortados no comprimento desejado e, em seguida, afiados de forma cônica para produzir uma ponta.
• 3 Para garantir uma fácil inserção, o tubo é passado por um banho de politetrafluoroetileno (Teflon) para fornecer um revestimento liso e resistente a produtos químicos. Quando o tubo sai do banho, ele é aquecido para evaporar o solvente e permitir que o revestimento adira.
• 4 O tubo é então mecanicamente colocado em uma peça adaptadora de plástico que é feita com uma máquina de moldagem por injeção. Esta peça permite que as agulhas descartáveis ​​embaladas individualmente se conectem ao fio condutor.
• 5 O cabo blindado é equipado com um adaptador que pode ser conectado à unidade principal.

Eletrônica interna

• 6 Os amplificadores e o módulo de controle do computador são montados como qualquer outro equipamento eletrônico. As configurações eletrônicas são primeiro impressas nas placas de circuito. As placas podem ser equipadas com chips, capacitores, diodos, fusíveis e outras peças eletrônicas manualmente ou passadas por uma máquina automatizada. Esta máquina funciona como uma máquina de etiquetar. Ele é carregado com vários carretéis de componentes eletrônicos e cabeçotes de colocação. Um computador controla o movimento de Um homem submetido a um EEG, usando um boné equipado com eletrodos. a placa através da máquina. Quando uma placa é movida para baixo de um dos carretéis de componentes, uma cabeça de colocação estampa a peça eletrônica na placa nas posições apropriadas. Quando concluídas, as placas são enviadas para a próxima etapa de soldagem por onda.
• 7 Na próxima etapa, uma máquina de solda por onda fixa os componentes eletrônicos à placa. Conforme as placas entram na máquina, são lavadas com fluxo para remover contaminantes que podem causar curtos-circuitos.
• 8 As placas são então aquecidas usando calor infravermelho. A parte inferior da placa é passada sobre um tanque de solda derretida. A solda preenche as áreas necessárias por meio de ação capilar.
• 9 Conforme as placas esfriam, a solda endurece e os componentes eletrônicos são mantidos no lugar. A inspeção visual é normalmente feita neste ponto para garantir que as placas defeituosas sejam rejeitadas.

Amplificador

• 10 As placas eletrônicas do amplificador são montadas e fixadas em uma caixa. Isso normalmente é feito por operadores de linha que colocam fisicamente as peças em placas pré-fabricadas.
• 11 A caixa é feita de um plástico resistente, construído por meio de processos típicos de moldagem por injeção. Nesse processo, é criado um molde de duas peças que tem o formato inverso da peça desejada. O plástico derretido é injetado no molde e, quando ele esfria, a peça está formada. Para alguns modelos de EEG, o amplificador é uma caixa separada do tamanho de um livro didático. Os lados externos da caixa têm conectores onde os eletrodos e as linhas de conexão do computador são conectados.

Caixa de controle do computador

• 12 Uma estação de EEG consiste no amplificador e em uma estação de controle do computador. Esta estação de controle normalmente possui um computador desktop, um teclado e mouse, uma impressora colorida e um monitor de vídeo. Todos esses dispositivos são produzidos por fabricantes externos e montados pelo fabricante de EEG.

Montagem final

• 13 Cada um dos componentes da máquina EEG O são reunidos e colocados em uma estrutura de metal apropriada. Este processo é feito por operadores de linha trabalhando em condições extremamente limpas. Quando os componentes são montados, eles normalmente são colocados em um carrinho de aço resistente para tornar o dispositivo portátil.
• 14 Os dispositivos acabados são colocados na embalagem final junto com acessórios como eletrodos, software de computador, papel para impressão e manuais.

Controle de qualidade

Em cada etapa do processo de fabricação, ocorrem inspeções visuais e elétricas para garantir a qualidade de cada dispositivo de EEG que está sendo produzido. Como a fabricação do circuito é sensível à contaminação, o trabalho de montagem é feito por operadores de linha em salas limpas e com fluxo de ar controlado. Os operadores também devem usar roupas que não soltem fiapos para reduzir a chance de contaminação. O desempenho funcional de cada dispositivo EEG concluído também é testado para garantir que funciona. Isso é feito ligando o dispositivo, ligando-o e executando uma série de testes padrão. Para simular o uso na vida real, esses testes são feitos sob diferentes níveis de calor e umidade.

Em geral, os fabricantes definem suas próprias especificações de qualidade para suas máquinas de EEG. No entanto, nos Estados Unidos, a Food &Drug Administration (FDA) fornece recomendações de produção que geralmente são adaptadas pela indústria. Várias outras organizações médicas e governamentais também propõem padrões e sugestões de desempenho. Alguns fatores considerados importantes são faixas de sinal de entrada padronizadas, precisão do sinal de calibração, respostas de frequência e duração da gravação.

O Futuro

No futuro, as máquinas de EEG serão aprimoradas em sua fabricação e em suas aplicações. Do ponto de vista da fabricação, os componentes que compõem a eletrônica interna do dispositivo provavelmente ficarão menores. Isso permitirá máquinas menores e mais portáteis. Isso também tornará os dispositivos mais baratos. Isso será importante porque alguns especialistas sugerem que aplicações futuras tornarão desejável que consumidores individuais tenham máquinas de EEG.

Enquanto as melhorias na manufatura virão de pesquisas feitas no campo geral da manufatura eletrônica, a pesquisa específica em máquinas de EEG se concentrou em novos usos e aplicações. Por exemplo, foi recentemente introduzido um dispositivo que pode possibilitar a detecção da doença de Alzheimer. Esta máquina contém uma tampa com eletrodos. Quando usado, ele fornece uma imagem eletrônica da atividade cerebral do paciente. Esta imagem é comparada à atividade cerebral de pessoas saudáveis ​​e as diferenças são notadas.

Uma máquina semelhante foi desenvolvida, a qual pode usar informações recebidas de eletrodos de EEG para controlar computadores. Com este dispositivo, o usuário usa uma tampa contendo um eletrodo e olha para a tela do computador. Após uma sessão de treinamento com o computador, os usuários puderam controlar o movimento de um cursor na tela apenas usando seus pensamentos. Se totalmente desenvolvida, esta tecnologia pode ser um desenvolvimento revolucionário para paraplégicos. Os consumidores individuais também podem se beneficiar com o uso de tal dispositivo para controlar luzes domésticas, computadores e eletrodomésticos apenas pensando.

Onde aprender mais

Livros

Fisch, Bruce J. Fisch and Spehlmann's EEG Primer. Elsevier Science, 1999.

Othmer, Kirk. Enciclopédia de Tecnologia Química. Vol. 22, 1992.

Webster, J. G. Medical Instrumentation Application and Design. 2ª ed. 1992.

Wong, Peter K. H. EEG digital na prática clínica. Lippincott Williams &Wilkins, 1995.

Outro

Sabbatini, Renato M.E. "Mapping the Brain." Cérebro e mente 15 de novembro de 2001. .

Perry Romanowski

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