Τεχνολογία της In-Vivo Διαγνωστικής Διατάξεις Απαγωγής Βιοηλεκτρικών Σημάτων

Transcript

1

2 Τεχνολογία της In-Vivo Διαγνωστικής Διατάξεις Απαγωγής Βιοηλεκτρικών Σημάτων Συγγραφή Ερρίκος-Χάϊμ Βεντούρας Κριτικός αναγνώστης Βασίλειος Σπυρόπουλος Συντελεστές έκδοσης Τεχνική Επεξεργασία: Πέτρος Σταυρουλάκης ISBN: Copyright ΣΕΑΒ, 2015 Το παρόν έργο αδειοδοτείται υπό τους όρους της άδειας Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Όχι Παράγωγα Έργα 3.0. Για να δείτε ένα αντίγραφο της άδειας αυτής επισκεφτείτε τον ιστότοπο ΣΥΝΔΕΣΜΟΣ ΕΛΛΗΝΙΚΩΝ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΩΝ ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΩΝ Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Ηρώων Πολυτεχνείου 9, Ζωγράφου

3 Πεπιεσόμενα Πίνακαρ ςνηομεύζευν Ακπυνςμίυν Γλυζζάπιο... 4 Διζαγυγή ΦΑΗΝΟΜΔΝΑ ΗΟΝΣΗΚΩΝ ΡΔΤΜΑΣΩΝ ΣΑ ΚΤΣΣΑΡΑ ΓΗΔΛΔΤΖ ΗΟΝΣΧΝ ΓΗΑΜΔΟΤ ΣΖ ΚΤΣΣΑΡΗΚΖ ΜΔΜΒΡΑΝΖ ΓΤΝΑΜΗΚΟ ΓΡΑΖ Βηβιηνγξαθία ΖΛΔΚΣΡΟΓΗΑ ΑΠΑΓΩΓΖ ΒΗΟΖΛΔΚΣΡΗΚΩΝ ΖΜΑΣΩΝ ΔΗΑΓΧΓΖ ΑΡΥΔ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΣΧΝ ΖΛΔΚΣΡΟΓΗΧΝ ΔΝΓΟΨΣΗΚΑ ΖΛΔΚΣΡΟΓΗΑ ΖΛΔΚΣΡΟΓΗΑ ΓΔΡΜΑΣΗΚΖ ΔΠΗΦΑΝΔΗΑ Βηβιηνγξαθία ΒΗΟΔΝΗΥΤΣΔ ΔΗΑΓΧΓΖ ΓΗΑΦΟΡΗΚΟ ΔΝΗΥΤΣΖ ΗΓΑΝΗΚΟ ΣΔΛΔΣΗΚΟ ΔΝΗΥΤΣΖ ΔΝΗΥΤΣΖ ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΗΑ Βηβιηνγξαθία ΖΛΔΚΣΡΟΚΑΡΓΗΟΓΡΑΦΗΚΔ ΓΗΑΣΑΞΔΗ Ζ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΣΖ ΚΑΡΓΗΑ ΖΛΔΚΣΡΟΚΑΡΓΗΟΓΡΑΦΗΚΔ ΑΠΑΓΧΓΔ ΣΟ ΚΑΡΓΗΑΚΟ ΑΝΤΜΑ ΖΛΔΚΣΡΟΚΑΡΓΗΟΓΡΑΦΗΚΔ ΓΗΑΣΑΞΔΗ ΔΗΓΗΚΑ ΖΛΔΚΣΡΟΚΑΡΓΗΟΓΡΑΦΗΚΑ ΤΣΖΜΑΣΑ ΚΑΡΓΗΟΣΑΥΟΓΡΑΦΟ ΚΑΡΓΗΟΓΡΑΦΗΚΑ ΤΣΖΜΑΣΑ ΜΟΝΑΓΧΝ ΔΝΣΑΣΗΚΖ ΘΔΡΑΠΔΗΑ ΦΟΡΖΣΟΗ HΛΔΚΣΡΟΚΑΡΓΗΟΓΡΑΦΟΗ ΔΜΒΡΤΗΚΟ ΖΛΔΚΣΡΟΚΑΡΓΗΟΓΡΑΦΖΜΑ Βηβιηνγξαθία ΖΛΔΚΣΡΟΔΓΚΔΦΑΛΟΓΡΑΦΗΚΔ ΓΗΑΣΑΞΔΗ ΔΗΑΓΧΓΖ ΚΑΣΑΓΡΑΦΔ ΖΛΔΚΣΡΟΔΓΚΔΦΑΛΟΓΡΑΦΖΜΑΣΟ ΠΡΟΚΛΖΣΑ ΓΤΝΑΜΗΚΑ ΖΛΔΚΣΡΟΔΓΚΔΦΑΛΟΓΡΑΦΗΚΔ ΓΗΑΣΑΞΔΗ ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ ΣΟΜΟΓΡΑΦΗΑ ΔΓΚΔΦΑΛΟΤ ΣΟ ΑΝΣΗΣΡΟΦΟ ΖΛΔΚΣΡΟΜΑΓΝΖΣΗΚΟ ΠΡΟΒΛΖΜΑ ΜΔΘΟΓΟ ΔΝΣΟΠΗΜΟΤ ΜΔΜΟΝΧΜΔΝΧΝ ΓΗΠΟΛΧΝ ΜΔΘΟΓΟΗ ΔΝΣΟΠΗΜΟΤ ΓΗΠΟΛΗΚΧΝ ΚΑΣΑΝΟΜΧΝ ΔΗΑΓΧΓΖ ΣΔΥΝΗΚΔ ΑΠΟΓΟΜΖΖ ΗΓΗΑΕΟΤΧΝ ΣΗΜΧΝ (Singular Value Decomposition - SVD) ΣΔΥΝΗΚΔ ΚΑΝΟΝΗΚΟΠΟΗΖΖ ΚΑΣΑ TIKHONOV (TIKHONOV REGULARIZATION TECHNIQUES TRT)

4 Ζ ΣΔΥΝΗΚΖ ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ ΣΟΜΟΓΡΑΦΗΑ ΔΓΚΔΦΑΛΟΤ ΥΑΜΖΛΖ ΔΤΚΡΗΝΔΗΑ (LOW RESOLUTION BRAIN ELECTROMAGNETIC TOMOGRAPHY - LORETA) Σερληθέο Αιγεβξηθήο Αλαθαηαζθεπήο (ALGEBRAIC RECONSTRUCTION TECHNIQUES ART) Βηβιηνγξαθία ΖΛΔΚΣΡΟΜΤΟΓΡΑΦΗΚΔ ΓΗΑΣΑΞΔΗ ΓΟΜΖ ΚΑΗ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΣΟΤ ΚΔΛΔΣΗΚΟΤ ΜΤΨΚΟΤ ΗΣΟΤ ΖΛΔΚΣΡΟΜΤΟΓΡΑΦΟ ΖΛΔΚΣΡΟΝΔΤΡΟΓΡΑΦΗΑ ΖΛΔΚΣΡΟΜΤΟΓΡΑΦΗΑ ΛΔΗΧΝ ΜΤΧΝ Βηβιηνγξαθία ΖΛΔΚΣΡΟΟΦΘΑΛΜΟΓΡΑΦΗΚΔ ΓΗΑΣΑΞΔΗ Ο ΑΝΘΡΧΠΗΝΟ ΟΦΘΑΛΜΟ ΓΟΜΖ ΚΑΗ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΣΟΤ ΑΝΘΡΧΠΗΝΟΤ ΟΦΘΑΛΜΟΤ ΚΗΝΖΔΗ ΣΟΤ ΑΝΘΡΧΠΗΝΟΤ ΟΦΘΑΛΜΟΤ ΖΛΔΚΣΡΟΑΜΦΗΒΛΖΣΡΟΔΗΓΟΓΡΑΦΟ ΖΛΔΚΣΡΟΟΦΘΑΛΜΟΓΡΑΦΟ Βηβιηνγξαθία ΠΑΡΑΡΣΖΜΑ: ΑΚΖΔΗ ΑΤΣΟΑΞΗΟΛΟΓΖΖ

5 Πίνακαρ ςνηομεύζευν Ακπυνςμίυν - Γλυζζάπιο Δλληνικόρ Όπορ Αγγλικόρ Όπορ Πλήπηρ Ονομαζία ςνηόμεςζη- Ακπυνύμιο Πλήπηρ Ονομαζία ςνηόμεςζη- Ακπυνύμιο Αλαινγηθνςεθηαθφο Analog-to-Digital ADC Μεηαηξνπέαο Converter Aπεηθφληζε Mαγλεηηθνχ Magnetic Resonance MRI πληνληζκνχ Imaging Απεηθφληζε Σαλπζηή Γηάρπζεο Diffusion Tensor DTI Imaging Απεηθφληζε Τπνινγηζηηθήο Computerised CT Σνκνγξαθίαο Tomography Imaging Aπνδφκεζε Iδηαδνπζψλ Tηκψλ Singular Value SVD Decomposition Άηξαθηνο ηνπ Ύπλνπ Sleep Spindle Βξαδέα Κχκαηα ΒΚ Slow Waves SW Γαζηξηθή Μπνειεθηξηθή ΓΜΓ Gastric Myoelectric GMA Γξαζηεξηφηεηα Activity Γξαθηθή Γηεπαθή Υξήζηε Graphical User Interface GUI Γπλακηθά Γξάζεο Κηλεηηθήο Motor Unit Action MUAP Μνλάδαο Potential Δληζρπηήο Οξγαλνινγίαο Instrumentation Amplifier Ζιεθηξηθή Σνκνγξαθία Low Resolution Brain LORETA Δγθεθάινπ Υακειήο Δπθξίλεηαο Electromagnetic Tomography Ζιεθηξνακθηβιεζηξνεηδνγξάθνο ΖΑΓ Electroretinograph ERG Hιεθηξνγαζηξνγξάθνο HΓΓ Electrogastrograph EGG Ζιεθηξνεγθεθαινγξάθνο ΖΔΓ Electroencephalograph EEG Ζιεθηξνθαξδηνγξάθνο ΖΚΓ Electrocardiograph ECG Ζιεθηξνκπνγξάθνο ΖΜΓ Electromyograph EMG Ζιεθηξνλεπξνγξάθνο ΖΝΓ Electroneurograph ENG Ζιεθηξνληθφο Τπνινγηζηήο Ζ/Τ Ζιεθηξννθζαικνγξάθνο ΖΟΓ Electrooculograph EOG Λαλζάλσλ Υξφλνο Latency Λαλζάλσλ Υξφλνο Ύπλνπ Sleep Latency SL Λαλζάλσλ Υξφλνο Φάζεο Rapid Eye Movement RL Ύπλνπ Σαρέσλ Οθζαικηθψλ Κηλήζεσλ Sleep Phase Latency Λφγνο Απφξξηςεο Κνηλνχ Common Mode CMRR ήκαηνο Rejection Ratio Μέζνδνο Δληνπηζκνχ Γηπφισλ ΜΔΓ Dipole Localization DLM Method Μεηαζπλαπηηθφ Γπλακηθφ ΜΓΑ Inhibitory Post-Synaptic IPSP Αλαζηνιήο Potential Μεηαζπλαπηηθφ Γπλακηθφ ΜΓΓ Excitatory Post-Synaptic EPSP Γηέγεξζεο Potential Μνλάδα Δληαηηθήο Θεξαπείαο ΜΔΘ Intensive Care Unit ICU Νεπξνινγηθφ Ηλζηηηνχην ηνπ Montreal Neurologic MNI Μφληξεαι Institute Παξαγσγή Τπνβνεζνχκελε απφ Computer Aided CAM 4

6 Ζιεθηξνληθνχο Τπνινγηζηέο Manufacturing Πξνθιεηφ Γπλακηθφ ΠΓ Evoked Potential EP ηνηρεηψδεο Όγθνο Volume Element Voxel χκπινθν Αηρκήο-Κχκαηνο Spike-and-Wave Complex χκπινθν Κ K-complex ρεδηαζκφο Τπνβνεζνχκελνο Computer Aided Design CAD απφ Ζιεθηξνληθνχο Τπνινγηζηέο Σαρεία Οθζαικηθή Κηλήζε Rapid Eye Movement REM Σειεζηηθφο Δληζρπηήο ΣΔ Operational Amplifier OpAmp Σερληθή Αιγεβξηθήο Algebraic ART Αλαθαηαζθεπήο Reconstruction Technique Σερληθή Καλνληθνπνίεζεο θαηά Tikhonov Regularization TRT Tikhonov Technique χλζεηνο Σειεζηήο Τπνινίπνπ θαη Δμνκάιπλζεο Composite Residual and Smoothing Operator CRESO Τπφινηπν Φεθηαθναλαινγηθφο Μεηαηξνπέαο Residual Digital-to-Analog Converter ADC εκείσζε: φπνπ δελ πθίζηαηαη δφθηκε ζπληφκεπζε/αθξσλχκην ε αληίζηνηρε ζέζε έρεη κείλεη ζθνπίκσο θελή. 5

7 Διζαγυγή Σν αληηθείκελν ηνπ παξφληνο ζπγγξάκκαηνο, φπσο δειψλεη ν ηίηινο ηνπ «Σερλνινγία ηεο invivo Γηαγλσζηηθήο: Γηαηάμεηο Απαγσγήο Βηνειεθηξηθψλ εκάησλ», αθνξά ηελ ηερλνινγία ησλ δηαηάμεσλ απαγσγήο βηνειεθηξηθψλ ζεκάησλ. Οη δηαηάμεηο απηέο απνηεινχλ κέξνο ηνπ επξχηεξνπ πεδίνπ ηεο βηνταηξηθήο ηερλνινγίαο, γη απηφ ζηελ εηζαγσγή απηή ζα αλαθεξζνχκε ζηε δηαζαθήληζε ηνπ πεδίνπ ηεο βηνταηξηθήο ηερλνινγίαο. ην πεδίν ηεο βηνταηξηθήο ηερλνινγίαο κπνξνχκε λα ζεσξήζνπκε φηη αλήθεη θάζε ζπζθεπή, δηάηαμε, ζχζηεκα, πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε κειέηε δσληαλψλ νξγαληζκψλ. Δηδηθφηεξα, ε ηερλνινγία ηεο in vivo δηαγλσζηηθήο αθνξά δηαηάμεηο απαγσγήο, ελίζρπζεο θαη επεμεξγαζίαο βηνειεθηξηθψλ ζεκάησλ θαη κε ειεθηξηθψλ βηνζεκάησλ, δει. ζεκάησλ πνπ κεηξψληαη απφ έλαλ δσληαλφ νξγαληζκφ θαη είηε είλαη απφ ηε θχζε ηνπο ειεθηξηθά είηε αληηπξνζσπεχνπλ άιια θπζηθά κεγέζε, κε ειεθηξηθά, π.ρ. κεηαηφπηζε, πίεζε, ζεξκνθξαζία θ.ιπ. Όπσο ζα δνχκε θαη ζηα επφκελα θεθάιαηα, ε κειέηε ησλ δηάθνξσλ ηερλνινγηθψλ ζπζηεκάησλ πεξηιακβάλεη ηελ παξνπζίαζε ησλ βηνινγηθψλ αξρψλ ζηηο νπνίεο ζηεξίδεηαη ε παξαγσγή ηνπ βηνζήκαηνο, ηελ αλάιπζε ησλ θπζηθψλ αξρψλ ζηηο νπνίεο ζηεξίδεηαη ε ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο απαγσγήο θαη, ην ζεκαληηθφηεξν, ηε κειέηε ησλ ηερλνινγηθψλ εθαξκνγψλ ησλ αξρψλ νη νπνίεο ηειηθά δίλνπλ έλα νινθιεξσκέλν ζχζηεκα, δηάηαμε ή ζπζθεπή. σήμα 1 ρεκαηηθό δηάγξακκα ζπζθεπήο απαγσγήο βηνζεκάησλ. ην σήμα 1 δίλνπκε ην γεληθφ ζρεκαηηθφ δηάγξακκα ζπζθεπήο in vivo απαγσγήο βηνζήκαηνο. Θα μεθηλήζνπκε ηε κειέηε καο κε ηα θπξηφηεξα είδε ησλ κεηξήζηκσλ θπζηθψλ κεγεζψλ ηα νπνία απάγνπκε απφ ηνλ νξγαληζκφ. Απηά κπνξεί λα είλαη: 1. δηαθνξέο δπλακηθνχ (κεηξνχκελεο ζε V), δει. βηνδπλακηθά νθεηιφκελα ζε ειεθηξηθέο πεγέο κέζα ζην ζψκα, νπφηε ζηελ πεξίπησζε απηή έρνπκε ειεθηξηθά βηνζήκαηα: ηεο θαξδηάο: ηφηε ε ζπζθεπή απαγσγήο ηνπ βηνζήκαηνο νλνκάδεηαη ειεθηξνθαξδηνγξάθνο (ΖΚΓ) (electrocardiograph - ECG), ηνπ εγθεθάινπ: ε αληίζηνηρε ζπζθεπή απαγσγήο ηνπ βηνζήκαηνο νλνκάδεηαη ειεθηξνεγθεθαινγξάθνο (ΖΔΓ) (electroencephalograph - EEG), ησλ ζθειεηηθψλ κπψλ: ε αληίζηνηρε ζπζθεπή απαγσγήο ηνπ βηνζήκαηνο νλνκάδεηαη ειεθηξνκπνγξάθνο (ΖΜΓ) (electromyograph - EMG), ησλ ιείσλ κπψλ ηνπ ζηνκάρνπ θαη γεληθφηεξα ησλ ιείσλ κπψλ ηνπ πεπηηθνχ ζπζηήκαηνο: ε αληίζηνηρε ζπζθεπή απαγσγήο ηνπ βηνζήκαηνο νλνκάδεηαη ειεθηξνγαζηξνγξάθνο (ΖΓΓ) (electrogastrograph EGG), 6

8 ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνχο ρηηψλα: ε αληίζηνηρε ζπζθεπή απαγσγήο ηνπ βηνζήκαηνο νλνκάδεηαη ειεθηξνακθηβιεζηξνεηδνγξάθνο (ΖΑΓ) (electroretinograph - ERG). ηνπ νθζαικηθνχ βνιβνχ: ε αληίζηνηρε ζπζθεπή απαγσγήο ηνπ βηνζήκαηνο νλνκάδεηαη ειεθηξννθζαικνγξάθνο (ΖΟΓ) (electrooculograph - EOG), 2. πίεζε ξεπζηψλ (κεηξνχκελε ζε κνλάδεο πίεζεο, ζπρλφηεξα ζε mmhg): αηκαηηθή πίεζε ζηελ θαξδηά, ζηηο αξηεξίεο, ζηηο θιέβεο, πίεζε νχξσλ ζηελ νπξνδφρν θχζηε, πίεζε αεξίσλ ζην γαζηξεληεξηθφ ζχζηεκα, πίεζε αεξίσλ ζην αίκα θαη ζηνλ αέξα ησλ πλεπκφλσλ (Ο 2, CO 2, CO, Ν 2 ), 3. ph: αίκαηνο, γαζηξηθψλ πγξψλ, 4. παξνρή ξεπζηψλ: αίκαηνο (κεηξνχκελε ζε ml/s), εηζπλεφκελνπ/εθπλεφκελνπ αέξα (κεηξνχκελε ζε l/min), 5. θαζψο θαη: αλαπλεπζηηθνί φγθνη αέξα (κεηξνχκελνη ζε l), απνξξφθεζε θσηφο απφ ηζηφ (αλάινγε ηεο αηκαηηθήο ζπγθέληξσζεο), ζχλζεηε αληίζηαζε ηζηψλ (αλάινγε ηεο αηκαηηθήο ζπγθέληξσζεο θαη ησλ θχθισλ ηεο αλαπλνήο), ξπζκφο αλαπλνήο (κεηξνχκελνο ζε αλαπλνέο/min), θαξδηαθή ζπρλφηεηα (κεηξνχκελε ζε παικνχο/min), ζεξκνθξαζία (κεηξνχκελε ζε ν C), ζσκαηηθνί ήρνη (κεηξνχκελνη ζε κνλάδεο πίεζεο). εκεηψλεηαη φηη ζηα επφκελα θεθάιαηα, εηδηθά γηα ηηο ζπζθεπέο απαγσγήο (δει. ιήςεο) θαη θαηαγξαθήο ειεθηξηθψλ βηνζεκάησλ (πνπ νλνκάδνληαη θαη γεληθψο ειεθηξνγξάθνη), ηα αξθηηθφιεμα πνπ αληηζηνηρνχλ ζηε ζπζθεπή ζα ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα δειψζνπλ θαη ηελ αληίζηνηρε θαηαγξαθή ησλ βηνζεκάησλ πνπ ε ζπζθεπή παξάγεη. Π.ρ. ην αξθηηθφιεμν ΖΚΓ ζα ρξεζηκνπνηείηαη θαη γηα ηνλ ειεθηξνθαξδηνγξάθν (ηε ζπζθεπή ιήςεο θαη θαηαγξαθήο ηνπ ειεθηξνθαξδηνγξαθηθνχ ζήκαηνο) θαη γηα ην ειεθηξνθαξδηνγξάθεκα, πνπ είλαη ην θαηαγεγξακκέλν βηνζήκα. Σν αλ ην αξθηηθφιεμν αληηζηνηρεί ζηε ζπζθεπή ή ζηελ θαηαγξαθή ζα είλαη πξνθαλέο απφ ηα ζπκθξαδφκελα, αιιηψο ζα ππάξρεη ε πιήξεο ιέμε. Ζ έλλνηα ηεο θαηαγξαθήο, πνπ ζε παιαηφηεξα αλαινγηθά κεραλήκαηα αληηζηνηρνχζε θπξηνιεθηηθά ζε κηα θαηαγξαθή/εθηχπσζε ησλ ζεκάησλ ζε ραξηί ή αληίζηνηρν κέζν, ζήκεξα πεξηιακβάλεη γεληθφηεξα ηελ απεηθφληζε ησλ θαηαγεγξακκέλσλ ζεκάησλ, είηε κέζσ εθηχπσζεο ζε ραξηί, είηε, πνιιέο θνξέο ηαπηφρξνλα κε ηελ εθηχπσζε, ζηελ νζφλε ελφο ειεθηξνληθνχ ππνινγηζηή (Ζ/Τ) ή ελφο θηλεηνχ ηειεθψλνπ θ.ιπ. Όπσο δείρλνπκε θαη ζην σήμα 1, ππάξρεη ε πεξίπησζε ην κεηξνχκελν θπζηθφ κέγεζνο λα κελ παξάγεηαη απζφξκεηα απφ ηνλ νξγαληζκφ, αιιά λα νθείιεηαη ζε κία εμσηεξηθή δηέγεξζε ηελ νπνία επηβάιινπκε, κε ζπλέπεηα ν νξγαληζκφο λα πξνθαιεί κεηαβνιή ζην εμσγελέο απηφ ζήκα. Απηφ ζπκβαίλεη π.ρ. ζηελ πεξίπησζε πνπ θσηίδνπκε έλαλ ηζηφ θαη κεηξνχκε ηελ πνζφηεηα ηεο θσηεηλήο αθηηλνβνιίαο ε νπνία ηειηθά εμέξρεηαη απφ ηνλ αθηηλνβνινχκελν ηζηφ, άξα θαη ηελ απνξξφθεζε θσηφο απφ ηνλ ηζηφ. Μία αθφκε πεξίπησζε είλαη φηαλ εξεζίδνπκε έλαλ κπ θαη κεηξνχκε ζηε ζπλέρεηα ην παξαγφκελν ΖΜΓ. ηηο πεξηπηψζεηο απηέο έρνπκε ελεξγά κεηξεηηθά ζπζηήκαηα, ζε αληίζεζε κε φιεο ηηο άιιεο πεξηπηψζεηο, φπνπ ην κεηξεηηθφ ζχζηεκα είλαη παζεηηθήο κνξθήο, δει. δελ επηδξά θαζ νηνλδήπνηε ηξφπν ζηελ παξαγσγή ηνπ βηνζήκαηνο πνπ καο ελδηαθέξεη λα κεηξήζνπκε. ηε ζπλέρεηα ζα αλαθεξζνχκε ζηνλ αηζζεηήξα ηνπ θπζηθνχ κεγέζνπο. Απηφο είλαη κία δηάηαμε, ε νπνία ζηελ έμνδφ ηεο παξάγεη έλα θπζηθφ κέγεζνο αλάινγν κε ηε κεηαβνιή 7

9 ηνπ θπζηθνχ κεγέζνπο πνπ ζέινπκε λα κεηξήζνπκε. Π.ρ. ε πίεζε πνπ εμαζθείηαη απφ ηνλ ζψξαθα θαηά ηε δηάξθεηα ηεο αλαπλνήο είλαη έλα κεραληθφ κέγεζνο. Δάλ πξνζαξκφζνπκε κία κεκβξάλε πάλσ ζηνλ ζψξαθα, ε κεκβξάλε απηή ζα κεηαηνπίδεηαη αλάινγα κε ηε κεηαβνιή ηεο πίεζεο πνπ ν ζψξαθαο ζα εμαζθεί απάλσ ηεο. Απηή ε κεηαηφπηζε είλαη ην ζήκα εμφδνπ ηνπ αηζζεηήξα, δει. ηεο κεκβξάλεο. Απηφ ην ζήκα κεηαηφπηζεο ζα κπνξνχζε λα νδεγεί απεπζείαο κία απεηθνληζηηθή δηάηαμε, π.ρ. κία γξαθίδα, ε νπνία λα θαηαγξάθεη ζε έλα ζηξεθφκελν θχιηλδξν, πάλσ ζε θαηαγξαθηθφ ραξηί, ηε κεηαηφπηζε ηεο κεκβξάλεο. Σέηνηνπ είδνπο δηαηάμεηο, φκσο, ζήκεξα ζπαλίσο ρξεζηκνπνηνχληαη γηαηί δελ δίλνπλ νπζηαζηηθά θακία δπλαηφηεηα επεμεξγαζίαο ηνπ βηνζήκαηνο, π.ρ. ελίζρπζεο, αθαίξεζεο παξαζίησλ θ.ν.θ. Σν ζήκα, ινηπφλ, ηεο κεηαηφπηζεο δελ είλαη θαηάιιειν γηα λα ηχρεη πεξαηηέξσ επεμεξγαζίαο απφ ζχγρξνλεο βηνταηξηθέο δηαηάμεηο. Οη πεξηζζφηεξεο ζχγρξνλεο ζπζθεπέο απαγσγήο βηνζεκάησλ ζην ζηάδην ηεο επεμεξγαζίαο ηνπ βηνζήκαηνο (ηκήκα «Γηάηαμε Δπεμεξγαζίαο ήκαηνο» ζην σήμα 1) πξέπεη λα έρνπλ είζνδν ηάζε, δει. δηαθνξά δπλακηθνχ, αλάινγε ηεο κεηαβνιήο ηνπ πξνο κέηξεζε θπζηθνχ ζήκαηνο. Έηζη ινηπφλ, πξέπεη ζην παξάδεηγκά καο λα κεηαηξέςνπκε ηε κεηαηφπηζε ηεο κεκβξάλεο ζε δηαθνξά δπλακηθνχ. Απηήλ ηελ απαξαίηεηε ιεηηνπξγία αλαιακβάλεη ν κεηαηξνπέαο. Γεληθφηεξα ινηπφλ, κπνξνχκε λα πνχκε φηη βηνινγηθέο δηεξγαζίεο δεκηνπξγνχλ κεηαβνιέο κε ειεθηξηθψλ κεγεζψλ πνπ πξέπεη λα κεηξεζνχλ, π.ρ. κεραληθά κεγέζε (κεηαηφπηζε, δχλακε, πίεζε, ηαρχηεηα), ζεξκνθξαζία, θσηεηλή ξνή, ζπγθέληξσζε ηφλησλ. Έρνπκε, ινηπφλ, αηζζεηήξεο πνπ αληηιακβάλνληαη ηα πξνο κέηξεζε κε ειεθηξηθά ζήκαηα (ή άιιεο κε ειεθηξηθέο θπζηθέο πνζφηεηεο αλάινγεο κε ηηο πξνο κέηξεζε πνζφηεηεο, π.ρ. κεηαηφπηζε αληίζηνηρε κηαο πίεζεο) θαη δίλνπλ ην ζήκα εηζφδνπ ζηνπο κεηαηξνπείο ησλ κε ειεθηξηθψλ ζεκάησλ ζε ειεθηξηθά. Έρνπκε κεραλνειεθηξηθνχο κεηαηξνπείο, πνπ κεηαηξέπνπλ κεραληθή ελέξγεηα ζε ειεθηξηθή ελέξγεηα, ζεξκνειεθηξηθνχο πνπ κεηαηξέπνπλ ζεξκηθή ελέξγεηα ζε ειεθηξηθή, θσηνειεθηξηθνχο, πνπ κεηαηξέπνπλ θσηεηλή ελέξγεηα ζε ειεθηξηθή θαη ρεκεηνειεθηξηθνχο, πνπ κεηαηξέπνπλ ρεκηθή ελέξγεηα ζε ειεθηξηθή. Πνιιέο θνξέο ε δηάηαμε αηζζεηήξα-κεηαηξνπέα απνηειεί έλα εληαίν ζχλνιν θαη ε δηάθξηζε ησλ δχν κεξψλ είλαη αξθεηά δχζθνιε, ηφζν ζε επίπεδν πιηθνχ, φζν θαη ζε επίπεδν ιεηηνπξγηψλ. ηελ πεξίπησζε ηνπ παξαδείγκαηφο καο γηα ηνλ αηζζεηήξα πίεζεο, αλ ε κεκβξάλε ζπλδεζεί κε αγψγηκν θπιηλδξηθφ ξαβδίν θαη απηφ ην ξαβδίν ηνπνζεηεζεί σο ππξήλαο ζε έλα πελίν, ε κεηαηφπηζε ηνπ ξαβδίνπ ζα νδεγεί ζε κεηαβνιή ηεο απηεπαγσγήο ηνπ πελίνπ, άξα ηειηθά ζε κεηξήζηκεο κεηαβνιέο ηάζεο ζηελ έμνδν θαηάιιεινπ θπθιψκαηνο, φπνπ ζπλδέεηαη ην πελίν. Θα κπνξνχζακε λα πνχκε ηφηε φηη ν αηζζεηήξαο είλαη ην ζχζηεκα κεκβξάλε-ξαβδίν θαη κεηαηξνπέαο ην πελίν θαη ην ειεθηξηθφ θχθισκα ζην νπνίν ζπλδέεηαη. Δίλαη πξνθαλέο, ινηπφλ, φηη ηα φξηα αηζζεηήξα θαη κεηαηξνπέα δελ είλαη μεθάζαξα, αθνχ ην ξαβδίν απνηειεί κέξνο θαη ησλ δχν δηαηάμεσλ. ηελ πεξίπησζε ησλ βηνδπλακηθψλ, πνπ ζα καο απαζρνιήζνπλ ζην παξφλ ζχγγξακκα, δει. ειεθηξηθψλ βηνζεκάησλ, ν κεηαηξνπέαο θπζηθά δε ρξεηάδεηαη, αθνχ ν αηζζεηήξαο, πνπ είλαη ην ειεθηξφδην, δίλεη ζηελ έμνδφ ηνπ ειεθηξηθφ δπλακηθφ, φπσο ζα δνχκε αλαιπηηθά ζε επφκελν θεθάιαην. Σν αηζζεηήξην, ινηπφλ, ησλ βηνειεθηξηθψλ ζεκάησλ είλαη ην ειεθηξφδην, ην νπνίν κεηαηξέπεη ηελ ελδντζηηθή ξεπκαηηθή ξνή ηφλησλ ζε ξνή ειεθηξνλίσλ ζηα θαιψδηα ησλ κεηξεηηθψλ δηαηάμεσλ. ηε ζπλέρεηα ζα αλαθεξζνχκε ζηηο δηαηάμεηο επεμεξγαζίαο ηνπ ζήκαηνο. Απηέο πεξηιακβάλνπλ θίιηξα απνθνπήο ζπρλνηήησλ, εληζρπηέο, πνιππιέθηεο απαγσγψλ, θπθιψκαηα δεηγκαηνιεςίαο θαη ζπγθξάηεζεο θαη ςεθηνπνηεηέο, δει. αλαινγηθνςεθηαθνχο κεηαηξνπείο (analog-to-digital converters ADC). ηελ πεξίπησζε πνπ δελ έρνπκε κεηαηξνπή ηνπ αλαινγηθνχ δπλακηθνχ ζε ςεθηαθφ ζήκα, ηφηε έρνπκε εμ νινθιήξνπ αλαινγηθέο ζπζθεπέο θαη ην κεηξνχκελν ζήκα νδεγείηαη ζπλήζσο ζε θαηαγξαθηθά ή νζφλεο θαη ελδερνκέλσο λα απνζεθεχεηαη ζε αλαινγηθά κέζα, π.ρ. καγλεηνηαηλίεο. Όκσο, ηα ζχγρξνλα ζπζηήκαηα, ζηε ζπληξηπηηθή πιεηνςεθία ηνπο, δηαζέηνπλ ηνλ ςεθηνπνηεηή, ν νπνίνο δίλεη ηε δπλαηφηεηα ην ζήκα λα ηχρεη πεξαηηέξσ ςεθηαθήο επεμεξγαζίαο απφ Ζ/Τ, π.ρ. κέζσ εηδηθνχ ινγηζκηθνχ λα πινπνηεζνχλ ςεθηαθά θίιηξα θαη κεηαζρεκαηηζκνί. Σφηε θπζηθά ε απνζήθεπζή ηνπ γίλεηαη αξρηθά ζηνλ ζθιεξφ δίζθν ηνπ Ζ/Τ θαη ζηε ζπλέρεηα ζε άιια κέζα απνζήθεπζεο, ε δε απεηθφληζε, ζηελ νζφλε ηνπ Ζ/Τ θαη ζπκπιεξσκαηηθά κέζσ εθηππσηή. Μάιηζηα, είλαη ζπλεζηζκέλν πιένλ φιν ην ηκήκα ηνπ ζπζηήκαηνο πνπ μεθηλά απφ 8

10 ηε δηάηαμε επεμεξγαζίαο θαη πεξηιακβάλεη ηελ απεηθνληζηηθή δηάηαμε, ηε δηάηαμε απνζήθεπζεο θαη ηελ ελδερφκελε δηάηαμε ηειεκεηάδνζεο, λα είλαη εληαία θαηαζθεπαζκέλα ζε έλαλ εηδηθφ πιένλ Ζ/Τ (απηφ ππνδεηθλχεηαη κε ην πεξίγξακκα εζηηγκέλεο γξακκήο ζην σήμα 1). Σν δε κέγεζνο ησλ δηαηάμεσλ ηείλεη λα γίλεη φιν θαη κηθξφηεξν, θάλνληαο ηε θνξεηφηεηα ησλ ζπζθεπψλ κηα πξνζβάζηκε επηινγή ζε πνιιέο πεξηπηψζεηο. Οη απεηθνληζηηθέο δηαηάμεηο παιαηφηεξα πεξηιάκβαλαλ πνηθηιία κέζσλ, φπσο θαηαγξαθηθά ραξηηνχ, νζφλεο, βειφλεο ή δηφδνπο εθπνκπήο θσηφο. ήκεξα ππάξρεη θπξίσο κηα επίπεδε νζφλε, πνηθίισλ δηαζηάζεσλ, πνπ απνηειεί κέξνο ηνπ ππνινγηζηηθνχ ζπζηήκαηνο ηεο δηάηαμεο θαη ζε θάπνηεο πεξηπηψζεηο ρξεζηκνπνηείηαη θαη θαηαγξαθηθφ ραξηηνχ, ράξηλ δηεπθφιπλζεο. Οη δηαηάμεηο ηειεκεηάδνζεο έρνπλ αξρίζεη λα εκθαλίδνληαη ζε βηνταηξηθέο ζπζθεπέο απφ ηα κέζα ηεο δεθαεηίαο ηνπ 1990 σο ζπλέπεηα ηεο εμέιημεο ηνπ ρψξνπ ησλ Ζ/Τ θαη ησλ ηειεπηθνηλσληψλ, εμέιημε πνπ θαηέζηεζε εθηθηή ηε κεηάδνζε ζε κεγάιεο απνζηάζεηο ησλ κεηξεκέλσλ βηνζεκάησλ. Οη δηαηάμεηο απηέο πεξηιακβάλνπλ πιηθφ θαη ινγηζκηθφ ζπκπίεζεο θαη απνζπκπίεζεο, θσδηθνπνίεζεο θαη απνθσδηθνπνίεζεο κνλνδηάζηαησλ δεδνκέλσλ θαη εηθφλσλ, δηθηπαθφ εμνπιηζκφ θαη αζχξκαηνπο πνκπνδέθηεο. Σειεηψλνπκε ηελ παξνπζίαζε ησλ ηκεκάησλ πνπ ζπλήζσο ζπγθξνηνχλ κία δηάηαμε in vivo κεηξήζεσλ αλαθεξφκελνη ζην ζήκα βαζκνλφκεζεο. Πνιιέο θνξέο πξέπεη ζε ηαθηά ρξνληθά δηαζηήκαηα λα απνκνλψλνπκε ην ζήκα εηζφδνπ απφ ηνλ νξγαληζκφ πξνο ηνλ αηζζεηήξα θαη, αληί απηνχ, λα ζέηνπκε σο είζνδν ζηνλ αηζζεηήξα θπζηθφ κέγεζνο ίδηαο θχζεο κε απηφ πνπ ζα κεηξηφηαλ απφ ηνλ νξγαληζκφ. Σν ζήκα απηφ, φκσο, έρεη γλσζηή ηηκή θαη ειέγρνληαο ηελ έμνδν ηάζεο πνπ δίλεη ην ζχζηεκα έσο θαη ηε δηάηαμε επεμεξγαζίαο ηνπ ζήκαηνο κπνξνχκε λα γλσξίδνπκε ηελ θιίκαθα αληηζηνηρίαο κεηαμχ ησλ ηηκψλ δπλακηθνχ εμφδνπ ηεο δηάηαμεο θαη ησλ κνλάδσλ ηνπ πξνο κέηξεζε θπζηθνχ κεγέζνπο. Έηζη ινηπφλ, βαζκνλνκνχκε ηε ζπζθεπή καο, ψζηε, φηαλ ηε ζέζνπκε μαλά ζε ιεηηνπξγία κε ηνλ αηζζεηήξα λα ιακβάλεη ζήκα απφ ηνλ νξγαληζκφ, λα έρνπκε πεηχρεη ηε ζσζηή αληηζηνηρία κεηαμχ κνλάδσλ ηάζεσο θαη κνλάδσλ ηνπ πξνο κέηξεζε θπζηθνχ κεγέζνπο. Ζ βαζκνλφκεζε απηή, αλάινγα κε ηε ζπζθεπή, κπνξεί λα γίλεη κία θνξά ζην εξγνζηάζην θαηαζθεπήο θαη κεηά λα επαλαιακβάλεηαη ζε ηαθηά ρξνληθά δηαζηήκαηα απφ ηνπο ηερληθνχο πνπ εθηεινχλ ηε ζπληήξεζε ηεο ζπζθεπήο, ή λα εθηειείηαη απηφκαηα ζε θάζε εθθίλεζε ηεο ζπζθεπήο, ή αθφκα θαη λα εθηειείηαη, απηφκαηα θπζηθά, ζε ηαθηά ρξνληθά δηαζηήκαηα θαηά ηε δηάξθεηα ηεο ιεηηνπξγίαο ηεο ζπζθεπήο. ην εηζαγσγηθφ απηφ ηκήκα έρεη ελδηαθέξνλ κε ζπληνκία λα αλαθεξζνχκε κε ζπληνκία ζηε δηαδηθαζία ζρεδηαζκνχ θαη αλάπηπμεο πξντφλησλ βηνταηξηθήο ηερλνινγίαο, εηδηθφηεξα φζνλ αθνξά ζπζθεπέο, δηαηάμεηο θαη ζπζηήκαηα απαγσγήο βηνζεκάησλ. Σν πξψην βήκα είλαη ε θαηαζθεπή ηνπ εξγαζηεξηαθνχ πξσηνηχπνπ. Απηή επεξεάδεηαη απφ έλα ππνζχλνιν ησλ παξαγφλησλ πνπ αξγφηεξα ζα νδεγήζνπλ ζηελ θπξίσο κειέηε ζθνπηκφηεηαο, ηδηαίηεξα ηερληθέο πξνδηαγξαθέο θαη ηαηξηθέο απαηηήζεηο. Δθφζνλ θαηαζθεπαζζεί ην εξγαζηεξηαθφ πξσηφηππν, πξέπεη λα γίλνπλ εξγαζηεξηαθέο δνθηκέο ζρεηηδφκελεο κε ηα ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ, γηα λα ειεγρζεί φηη ε αξρηθή ηδέα είλαη πινπνηήζηκε θαη φηη κπνξεί λα κεηξεζεί ην θπζηθφ κέγεζνο κε ηελ επηζπκεηή αθξίβεηα. Σαπηφρξνλα γίλνληαη θαη θιηληθέο δνθηκέο ζε επηιεγκέλα ηαηξηθά εξγαζηήξηα θαη θιηληθέο λνζνθνκείσλ, ψζηε, πέξαλ ηεο ηερλνινγηθήο επάξθεηαο, λα κειεηεζνχλ νη δπλαηφηεηεο ηεο ζπζθεπήο θαη ζην ίδην ην πεξηβάιινλ ζην νπνίν ζα ρξεζηκνπνηεζεί αξγφηεξα, φρη δειαδή ζην εξγαζηήξην έξεπλαο θαη αλάπηπμεο κηαο εηαηξείαο ή ελφο παλεπηζηεκηαθνχ ηδξχκαηνο, αιιά ζηνλ ηαηξηθφ ρψξν. Αθνχ εμαρζνχλ ζπκπεξάζκαηα απφ ηηο παξαπάλσ πξνθαηαξθηηθέο δνθηκέο, αθνινπζεί ε θπξίσο κειέηε ζθνπηκφηεηαο, ε νπνία κπνξεί λα ζπκπεξηιακβάλεη θαη πεξηγξαθή πξνδηαγξαθψλ πξντφληνο θαη δηαδηθαζίεο δνθηκψλ. ηε κειέηε ζθνπηκφηεηαο ιακβάλνληαη ππφςε: 1. παξάγνληεο ζρεηηδφκελνη κε ην βηνζήκα θαη ηνλ κεηαηξνπέα: εχξνο ηηκψλ ηνπ ζήκαηνο (πιάηνπο-ζπρλφηεηαο), απαηηνχκελε δηαθξηηηθή ηθαλφηεηα ηεο ζπζθεπήο, επηζπκεηή επαηζζεζία ηνπ κεηαηξνπέα, γξακκηθφηεηα ηνπ κεηαηξνπέα, 9

11 2. «πεξηβαιινληηθνί» παξάγνληεο: αλακελφκελνο ιφγνο ζήκαηνο πξνο ζφξπβν, απαηηήζεηο αληνρήο θαη ζηαζεξφηεηαο σο πξνο ζεξκνθξαζία, πγξαζία, πίεζε, επηηάρπλζε, θξνχζεηο, ηαιαληψζεηο, αθηηλνβνιία, απαηηήζεηο ηζρχνο ηξνθνδνζίαο, κέγεζνο, ζρήκα ζπζθεπήο, εκθάληζε, 3. ηαηξηθνί παξάγνληεο : επεκβαηηθή ή κε επεκβαηηθή κέηξεζε, απαηηήζεηο δηεπαθήο ηζηνχ-αηζζεηήξα, ηνμηθφηεηα πιηθψλ, ειεθηξηθή αζθάιεηα, εθπεκπφκελε αθηηλνβνιία ή/θαη ζεξκφηεηα, ελφριεζε ζηνλ εμεηαδφκελν, αξηζκφο αζζελψλ / εμεηάζεσλ, ηφπνο ρξήζεο, 4. νηθνλνκηθνί παξάγνληεο: εθηηκψκελν θφζηνο, δει. θφζηνο ζρεδηαζκνχ (κηζζνί), θφζηνο αλάπηπμεο (κηζζνί, πξσηφηππα, γξακκέο παξαγσγήο), θφζηνο παξαγσγήο κίαο κνλάδαο ηνπ πξντφληνο (πιηθά, κηζζνί), δηακφξθσζε ηηκήο πψιεζεο, δηαζεζηκφηεηα πιηθψλ γηα ηελ παξαγσγή, παξερφκελε εγγχεζε, απαηηήζεηο ζπληήξεζεο (θφζηνο αληαιιαθηηθψλ), ζπκβαηφηεηα κε ππάξρνληα ηαηξηθφ εμνπιηζκφ. Βαζηδφκελνη ζηηο δηαπηζηψζεηο ησλ δνθηκψλ ηνπ εξγαζηεξηαθνχ πξσηνηχπνπ θαη ζηηο νδεγίεο ηεο κειέηεο ζθνπηκφηεηαο, ην εξγαζηεξηαθφ πξσηφηππν επαλαζρεδηάδεηαη θαη νδεγνχκαζηε ζηελ θαηαζθεπή ηνπ βηνκεραληθνχ πξσηνηχπνπ απφ κία εηαηξεία πιένλ. Ο ζρεδηαζκφο θαη ε θαηαζθεπή γίλνληαη κε δηαρσξηζκφ ηκεκάησλ πιηθνχ θαη ινγηζκηθνχ θαη κεραλνινγηθψλ θαηαζθεπψλ, θαη κε ρξήζε εξγαιείσλ ζρεδηαζκνχ ππνβνεζνχκελνπ απφ ειεθηξνληθφ ππνινγηζηή (computer aided design CAD) θαη παξαγσγήο ππνβνεζνχκελεο απφ ειεθηξνληθφ ππνινγηζηή (computer aided manufacturing CAM). ηε ζπλέρεηα πινπνηείηαη ε «γξακκή παξαγσγήο» θαη ειέγρνληαη νη ρξφλνη παξαγσγήο, ην θφζηνο παξαγσγήο θαη ε πνηφηεηα ηνπ παξαγφκελνπ πξντφληνο, βάζεη ησλ δνθηκψλ πνπ πξνδηαγξάθεθαλ. Αθνινπζνχλ λένη θχθινη δνθηκαζηηθήο ρξήζεο ζε επηιεγκέλεο θιηληθέο θαη ζηε ζπλέρεηα, αθνχ νινθιεξσζνχλ κε επηηπρία ηα πξσηφθνιια δνθηκψλ πνπ ε εθάζηνηε εζληθή λνκνζεζία επηβάιιεη, ε εηαηξεία πνπ θαηαζθεπάδεη ηε λέα ζπζθεπή είλαη ζε ζέζε λα ιάβεη ηελ άδεηα εκπνξίαο ηνπ πξντφληνο θαη λα πξνρσξήζεη ζηελ εκπνξηθή ηνπ εθκεηάιιεπζε. 10

12 1. ΦΑΗΝΟΜΔΝΑ ΗΟΝΣΗΚΩΝ ΡΔΤΜΑΣΩΝ ΣΑ ΚΤΣΣΑΡΑ ύνοτη ην θεθάιαην απηό αλαιύνληαη ηα βηνινγηθά θαηλόκελα, ηα νπνία επζύλνληαη γηα ηελ παξαγσγή ησλ βηνειεθηξηθώλ ζεκάησλ, ηα νπνία ζηε ζπλέρεηα κεηξώληαη από ηηο ζρεηηθέο δηαηάμεηο. Γίλεηαη αλαθνξά ζηε ιεηηνπξγία ησλ ιεγόκελσλ ειεθηξηθά δηεγέξζηκσλ θπηηάξσλ (λεπξηθά θαη κπτθά θύηηαξα). Αλαιύνληαη ηα θαηλόκελα ηεο δηακεκβξαληθήο ηνληηθήο ξνήο θαη ε ιεηηνπξγία ησλ δηάθνξσλ ηνληηθώλ δηόδσλ ησλ κεκβξαλώλ, ηόζν ησλ δηόδσλ ησλ ειεγρόκελσλ από ηάζε, όζν θαη ησλ παζεηηθώλ/κε ειεγρόκελσλ δηόδσλ πνπ επζύλνληαη γηα ην δπλακηθό εξεκίαο. Δμεγείηαη ν κεραληζκόο δεκηνπξγίαο ηνπ δπλακηθνύ δξάζεο, ν κεραληζκόο δηάδνζεο ηεο λεπξηθήο ώζεο θαηά κήθνο ηνπ λεπξάμνλα θαη ε κεηάδνζε ηεο πιεξνθνξίαο από έλα λεπξηθό θύηηαξν ζην άιιν κέζσ ησλ ζπλάςεσλ. Σέινο, αλαιύεηαη ε ζεκαζία ηνπ κεηαζπλαπηηθνύ δπλακηθνύ δηέγεξζεο (ΜΓΓ) (excitatory post-synaptic potential EPSP) θαη ηνπ κεηαζπλαπηηθνύ δπλακηθνύ αλαζηνιήο (ΜΓΑ) (inhibitory post-synaptic potential IPSP). Πποαπαιηούμενη γνώζη Γηα ηελ θαηαλόεζε όζσλ αλαπηύζζνληαη ζην θεθάιαην απηό είλαη απαξαίηεηεο βαζηθέο γλώζεηο θπζηνινγίαο ηνπ αλζξώπνπ θαη ειεθηξνηερλίαο. 1.1 ΓΗΔΛΔΤΖ ΗΟΝΣΩΝ ΓΗΑΜΔΟΤ ΣΖ ΚΤΣΣΑΡΗΚΖ ΜΔΜΒΡΑΝΖ ηνλ νξγαληζκφ ηα ειεθηξηθά θνξηία εκθαλίδνληαη ηηο πεξηζζφηεξεο θνξέο σο αξλεηηθά θαη ζεηηθά θνξηηζκέλα ηφληα επξηζθφκελα ελ δηαιχζεη ζηνλ εζσθπηηαξηθφ ή εμσθπηηαξηθφ ρψξν. ηαζεξή ζπγθέληξσζε ηφλησλ ζε έλα πδαηηθφ δηάιπκα, φπσο ζα δνχκε ζην θεθάιαην ην ζρεηηθφ κε ηα ειεθηξφδηα, δεκηνπξγεί ζηαζεξφ δπλακηθφ ζην ειεθηξφδην πνπ έρεη ηνπνζεηεζεί κέζα ζην δηάιπκα, άξα ζηαζεξφ βηνζήκα. Αλ, ινηπφλ, ζηνλ νξγαληζκφ νη ζπγθεληξψζεηο ηφλησλ παξέκελαλ ζηαζεξέο, ηφηε ην κφλν πνπ ζα κπνξνχζακε λα κεηξήζνπκε κε απαγσγά ειεθηξφδηα είλαη ζηαζεξέο δηαθνξέο δπλακηθνχ απφ δηάθνξα ζεκεία ηνπ ζψκαηνο. ηελ πξαγκαηηθφηεηα, φκσο, νη δηαθνξέο δπλακηθνχ πνπ κεηξάκε κεηαβάιινληαη κε ηνλ ρξφλν ζηελ θιίκαθα ησλ ms έσο ηελ θιίκαθα ησλ min. Ζ εκθάληζε ησλ κεηαβαιιφκελσλ απηψλ ειεθηξηθψλ βηνζεκάησλ ζρεηίδεηαη κε ηε ιεηηνπξγία ησλ ιεγφκελσλ δηεγέξζηκσλ θπηηάξσλ. Σα θχηηαξα απηά είλαη ηα λεπξηθά θχηηαξα (λεπξψλεο) θαη ηα κπτθά θχηηαξα. Ολνκάδνληαη «δηεγέξζηκα» δηφηη κηα ζεηξά απφ θαηλφκελα ηα νδεγεί λα κεηαβάιινπλ, ζε ρξνληθά δηαζηήκαηα πνπ θπκαίλνληαη απφ ms έσο s, ηηο ζπγθεληξψζεηο ηφλησλ ζηνλ εζσθπηηαξηθφ θαη εμσθπηηαξηθφ ηνπο ρψξν. Σα ξεχκαηα, ιφγσ ηεο θίλεζεο ησλ ηφλησλ θαηά κήθνο ηεο κεκβξάλεο ησλ θπηηάξσλ, δεκηνπξγνχλ κεηαβνιέο ησλ ηνπηθψλ ζπγθεληξψζεσλ ησλ ηφλησλ, πνπ, κε ηε ζεηξά ηνπο, δεκηνπξγνχλ κεηαβνιέο ζηε δηαθνξά δπλακηθνχ κεηαμχ ειεθηξνδίσλ άξα θαη κεηαβνιέο ζην κεηξνχκελν βηνζήκα. ηε ζπλέρεηα ζα κειεηήζνπκε κε θάπνηα ιεπηνκέξεηα ηα θαηλφκελα ηεο δηακεκβξαληθήο ηνληηθήο ξνήο ζηα λεπξηθά θχηηαξα. Σα λεπξηθά θχηηαξα απνηεινχληαη απφ ην θεληξηθφ ηκήκα, ηνλ ππξήλα, ζηνλ νπνίν θαηαιήγνπλ δελδξνεηδείο εθβιαζηήζεηο, νη δελδξίηεο (σήμα 1.1) [1]. Απφ ηνλ λεπξψλα μεθηλά κία ίλα, ν άμνλαο (ή λεπξάμνλαο) πνπ κπνξεί λα έρεη κήθνο πνιιά cm θαη ζην ηέινο ηνπ δηαθιαδίδεηαη ζε πνιιέο λεπξσληθέο απνιήμεηο. Κάζε λεπξσληθή απφιεμε δεκηνπξγεί κία επαθή κε δελδξίηεο επφκελσλ λεπξψλσλ. Ζ πεξηνρή ηεο επαθήο πνπ πεξηιακβάλεη ηε κεκβξάλε ηνπ λεπξάμνλα, ηε κεκβξάλε ηνπ δελδξίηε ηνπ επφκελνπ λεπξψλα θαη ην κεηαμχ ηνπο εμσθπηηαξηθφ ρψξν νλνκάδεηαη ζχλαςε θαη εθεί έρνπκε θαηά ζεηξά ηελ πξνζπλαπηηθή κεκβξάλε, ην ζπλαπηηθφ ράζκα θαη ηε κεηαζπλαπηηθή κεκβξάλε. 11

13 Γεληθφηεξα, φια ηα δσληαλά θχηηαξα πεξηβάιινληαη απφ ηελ θπηηαξηθή κεκβξάλε, ε νπνία ρσξίδεη ηα θπηηαξηθά πεξηερφκελα απφ ηνλ εμσθπηηαξηθφ ρψξν. Σα πεξηερφκελα ηνπ θπηηάξνπ ππάξρνπλ ζε έλα πδαηηθφ κέζν, ην ελδνθπηηαξηθφ πγξφ (ή θπηηαξφπιαζκα) πνπ δηαθέξεη ζε ζχλζεζε απφ ην πγξφ ζην νπνίν είλαη εκβαπηηζκέλν ην θχηηαξν, δειαδή ην εμσθπηηαξηθφ πγξφ. Τπάξρνπλ δηαθνξέο ζηε ζχλζεζε απηψλ ησλ πγξψλ κεηαμχ δηαθνξεηηθψλ θπηηάξσλ θαη δηαθνξεηηθψλ δσηθψλ εηδψλ, αιιά γεληθά ην ελδνθπηηαξηθφ πγξφ πεξηέρεη ιηγφηεξν λάηξην θαη ριψξην απφ φ,ηη ην εμσθπηηαξηθφ πγξφ θαη πεξηζζφηεξν θάιην. Ζ θπηηαξηθή κεκβξάλε, κε πάρνο πεξίπνπ 8-10 nm, θαηά βάζε απνηειείηαη απφ έλα δηπιφ ζηξψκα απφ κφξηα ιηπηδίσλ. Δληφο απηνχ ηνπ ιεγφκελνπ δηκνξηαθνχ ζηξψκαηνο βξίζθνληαη εγθαξζίσο δηάθνξα πξσηετληθά κφξηα (σήμα 1.2). Σα κφξηα ιηπηδίσλ ηνπ ζηξψκαηνο είλαη, θαηά θχξην ιφγν, κφξηα θσζθνιηπηδίσλ. Σα θσζθνιηπίδηα απαξηίδνληαη απφ πδξφθηιε «θεθαιή» πνπ είλαη ζπλδεδεκέλε ζε δχν πδξνγνλαλζξαθηθέο αιπζίδεο. Απηέο νη αιπζίδεο ζπληζηνχλ ην πδξφθνβν ηκήκα («νπξά») ηνπ κνξίνπ ηνπ θσζθνιηπηδίνπ. ηε ζπλέρεηα ζα εμεγήζνπκε πψο δεκηνπξγείηαη, κε βάζε ηα θσζθνιηπίδηα, ην δηπιφ ζηξψκα πνπ αλαθέξζεθε παξαπάλσ. ηελ πεξίπησζε πνπ πνιιά ηέηνηα ιηπηδηθά κφξηα «εκβαπηηζηνχλ» ζε πδαηηθφ δηάιπκα, ιφγσ ηνπ «θαηακεξηζκνχ» ηνπο ζε πδξφθηιν θαη πδξφθνβν ηκήκα, «απηφκαηα» δηαηάζζνληαη έηζη πνπ ηα πδξφθνβα ηκήκαηα λα βξεζνχλ «θνληά» ζε άιια πδξφθνβα ηκήκαηα άιισλ κνξίσλ θαη φζν καθξχηεξα γίλεηαη απφ ηα πνιηθά κφξηα ηνπ λεξνχ. ην λα ζρεκαηίζνπλ απηή ηε δηάηαμε, ηα πδξφθνβα ηκήκαηα «δηεπθνιχλνληαη» απφ ηηο πδξφθηιεο θεθαιέο, νη νπνίεο, ειθπφκελεο απφ ηα πνιηθά κφξηα ηνπ λεξνχ, ηείλνπλ λα πάλε πξνο ηα κφξηα ηνπ λεξνχ θαη ηειηθά παίξλνπλ ζέζε κεηαμχ ηνπ λεξνχ θαη ησλ πδξφθνβσλ ηκεκάησλ, δει. ησλ νπξψλ. Σν δηπιφ ιηπηδηθφ ζηξψκα πνπ δεκηνπξγείηαη έηζη, θαζίζηαηαη αδηαπέξαζην απφ ηφληα, αιιά θαη απφ ηα βηνινγηθψο ελεξγά κφξηα, φπσο ακηλνμέα θαη ζάθραξα. Πξνθαλψο, έλα ηφζν «αδηαπέξαζην» ηείρνο ζα απνηεινχζε πξφβιεκα γηα ηελ νκαιή ιεηηνπξγία ηνπ θπηηάξνπ, πνπ ρξεηάδεηαη λα επηθνηλσλεί κε ην εμσηεξηθφ ηνπ θαη γηα ηε κεηαθνξά κνξίσλ απφ θαη πξνο ην εμσηεξηθφ ηνπ. Σελ χπαξμε απηήο ηεο επηθνηλσλίαο απνθαζηζηνχλ πξσηεΐλεο «ελζσκαησκέλεο» ζην δηπιφ ζηξψκα. Απηέο νη πξσηεΐλεο επηηξέπνπλ ηε δηέιεπζε αξθεηψλ κνξίσλ θαη ηφλησλ, επηιεθηηθά απφ θάζε είδνο πξσηεΐλεο, νπφηε ε θπηηαξηθή κεκβξάλε είλαη ζηελ πξαγκαηηθφηεηα «εκηπεξαηή». Δπίζεο, επηηξέπνπλ ηε ιεηηνπξγία ηεο κεκβξάλεο ζηα θχηηαξα. Μέξνο ησλ πξσηετλψλ επηηξέπνπλ ηε δηέιεπζε ηφλησλ, ιεηηνπξγνχλ, δειαδή, ζαλ ηνληηθέο δίνδνη. Απηέο είλαη νη δίνδνη πνπ ζα καο απαζρνιήζνπλ θαηά θχξην ιφγν. Γίνδνο ζεκαίλεη φηη απηά ηα πξσηετληθά κφξηα, κέζσ δηάθνξσλ κεραληζκψλ, επηηξέπνπλ ζε ηφληα αθνινπζνχκελα απφ κφξηα λεξνχ λα δηέιζνπλ κέζα απφ ηε «ρσξηθή» δίνδν/θαλάιη πνπ νη ίδηεο νη πξσηεΐλεο δεκηνπξγνχλ, ιφγσ ηεο ζηεξενηαθηηθήο δνκήο ηνπο. Δπεηδή απνηεινχλ ηνπο «ειεγθηέο ζπλφξσλ» κεηαμχ εζσθπηηαξηθνχ θαη εμσθπηηαξηθνχ ρψξνπ, νη δίνδνη απηέο παίδνπλ ζεκαληηθφηαην ξφιν ζηελ θαιή ιεηηνπξγία ησλ θπηηάξσλ ζηα νπνία βξίζθνληαη (π.ρ. λεπξηθά θαη κπτθά θχηηαξα). Οη δίνδνη ειέγρνληαη («αλνίγνπλ» ή «θιείλνπλ») είηε απφ ην επίπεδν ηάζεο πνπ ππάξρεη κεηαμχ εζσθπηηαξηθνχ θαη εμσθπηηαξηθνχ ρψξνπ, νπφηε νλνκάδνληαη ειεθηξηθά ειεγρφκελεο δίνδνη (ή δίνδνη ειεγρφκελεο απφ ηάζε), είηε απφ ηελ παξνπζία θάπνησλ κνξίσλ ζηνλ εμσθπηηαξηθφ θαη εζσθπηηαξηθφ ρψξν, νπφηε νλνκάδνληαη ρεκηθά ειεγρφκελεο δίνδνη. Δπίζεο, φκσο, ππάξρνπλ θαη κφξηα πξσηετλψλ, ησλ νπνίσλ ε ιεηηνπξγία σο δηφδσλ θαηά κήθνο ηεο θπηηαξηθήο κεκβξάλεο δελ ειέγρεηαη απφ ηάζε ή κφξηα, αιιά ιεηηνπξγνχλ θαηά ηξφπν «απηφλνκν» θαη «ζπλερψο». Οη δίνδνη απηέο νλνκάδνληαη θάπνηεο θνξέο θαη «παζεηηθέο» δίνδνη. Ζ νκαιή ιεηηνπξγία ηεο θπηηαξηθήο κεκβξάλεο, κε ηε βνήζεηα ησλ δηφδσλ ζηηο νπνίεο αλαθεξζήθακε παξαπάλσ, νδεγεί ζην λα απνθαζίζηαηαη θαηά κήθνο ηεο κεκβξάλεο ησλ θπηηάξσλ (λεπξηθψλ θαη κπτθψλ, ηα νπνία ζα καο απαζρνιήζνπλ) κηα ρξνληθά ζρεηηθά ζηαζεξή δηαθνξά ειεθηξηθνχ δπλακηθνχ. Όηαλ δηαηεξείηαη απηή ε δηαθνξά δπλακηθνχ, ην θχηηαξν ζεσξείηαη φηη είλαη ζε θαηάζηαζε «εξεκίαο». ηελ θαηάζηαζε εξεκίαο, ινηπφλ, ην εζσηεξηθφ ηνπ θπηηάξνπ βξίζθεηαη ζε αξλεηηθφ δπλακηθφ σο πξνο ηνλ εμσθπηηαξηθφ ρψξν. Ζ δηαθνξά δπλακηθνχ πνπ απνθαζίζηαηαη, νλνκάδεηαη δπλακηθφ «εξεκίαο» θαη είλαη ηεο ηάμεο ησλ ιίγσλ δεθάδσλ mv ( -70 mv) γηα λεπξηθά θχηηαξα. Καηά ζχκβαζε ην δπλακηθφ κεηξηέηαη ζεσξψληαο φηη ν «ζεηηθφο» αθξνδέθηεο («+») ηνπ βνιηφκεηξνπ κε ην νπνίν κεηξάκε ηε δηαθνξά δπλακηθνχ κεηαμχ ησλ δχν πιεπξψλ ηεο θπηηαξηθήο κεκβξάλεο 12

14 βξίζθεηαη ζην εζσηεξηθφ ηνπ θπηηάξνπ θαη ν «αξλεηηθφο» αθξνδέθηεο ζην εμσηεξηθφ. Ζ εκθάληζε θαη ε δηαηήξεζε ηεο δηαθνξάο δπλακηθνχ απηήο έρεη αηηία φηη κέζσ ηεο ιεηηνπξγίαο ησλ δηφδσλ ππάξρεη αληζνθαηαλνκή ησλ ηφλησλ κεηαμχ ησλ δχν πιεπξψλ ηεο κεκβξάλεο, ηελ νπνία θαη ζα πεξηγξάςνπκε ζπλνπηηθά ζηε ζπλέρεηα. Αλ ζεσξήζνπκε έλα θχηηαξν, ην νπνίν έρεη ζρεηηθά κεγάιεο ζπγθεληξψζεηο θαηηφλησλ θαιίνπ θαη κεγάισλ πξσηετληθψλ αληφλησλ, πεξηθιεηφκελσλ απφ κεκβξάλε κε κε ειεγρφκελεο δηφδνπο, πεξαηέο κφλν απφ ηφληα θαιίνπ, ηφηε ην θάιην ζα δηαρπζεί έμσ απφ ην θχηηαξν, φπσο ην σζεί ε θιίζε ηεο ρεκηθήο ζπγθέληξσζήο ηνπ. Γηα θάζε θαηηφλ θαιίνπ πνπ δηαρέεηαη ζηνλ εμσθπηηαξηθφ ρψξν, έλα αληφλ ζηνλ εζσθπηηαξηθφ ρψξν παξακέλεη «αθάιππην» θαη ην εζσηεξηθφ αλαπηχζζεη αξλεηηθφ δπλακηθφ σο πξνο ηνλ εμσηεξηθφ ρψξν, ν νπνίνο ζεσξείηαη άπεηξνπ φγθνπ, νπφηε ε πξφζβαζε ζ απηφλ απφ ηφληα θαιίνπ ζα κεηαβάιιεη ηελ εμσηεξηθή ζπγθέληξσζε απηψλ ησλ ηφλησλ. Σα ηφληα θαιίνπ ζα ζπλερίζνπλ λα εμέξρνληαη, έσο φηνπ ην ρεκηθφ δπλακηθφ δηάρπζεο, βάζεη ηνπ νπνίνπ κεηαθηλνχληαη, ηζνζθειηζηεί απφ ην αξλεηηθφ θνξηίν κέζα ζην θχηηαξν πνπ ηείλεη λα επαλαθέξεη ηα ηφληα θαιίνπ. Σφηε ηα ηφληα θαιίνπ βξίζθνληαη ζε ειεθηξνρεκηθή ηζνξξνπία θαηά κήθνο ηεο κεκβξάλεο, θαη ην δπλακηθφ θαηά κήθνο ηεο κεκβξάλεο, πνπ νλνκάδεηαη «δπλακηθφ εξεκίαο», δίλεηαη απφ ηελ εμίζσζε Nernst γηα ηα ηφληα θαιίνπ: RT [K ] EK log e F Z e [K ] (1.1) φπνπ R ε παγθφζκηα ζηαζεξά ησλ αεξίσλ, T ε απφιπηε ζεξκνθξαζία, F e ην θνξηίν ηνπ ειεθηξνλίνπ θαη απφιπην ηηκή θαη Ε ην ζζέλνο ηνπ ηφληνο (γηα ηφληα θαιίνπ θπζηθά είλαη Ε=1). [Κ + ] εμ θαη [Κ + ] εζ είλαη νη ζπγθεληξψζεηο ζηνλ εμσηεξηθφ θαη ηνλ εζσηεξηθφ ρψξν ηνπ θπηηάξνπ ησλ ηφλησλ θαιίνπ. Σν δπλακηθφ εξεκίαο, ινηπφλ, γηα έλα θχηηαξν ηνπ νπνίνπ ε κεκβξάλε είλαη δηαπεξαηή κφλν ζε ηφληα θαιίνπ, ζηελ νπζία εμαξηάηαη απνθιεηζηηθά απφ ηνλ ιφγν ησλ ζπγθεληξψζεσλ απηψλ. ε κεξηθά θχηηαξα, φλησο, ε κεκβξάλε πεξηέρεη κε ειεγρφκελεο δηφδνπο κφλν γηα ηφληα θαιίνπ θαη ην δπλακηθφ εξεκίαο πξνβιέπεηαη επαθξηβψο απφ ηελ εμίζσζε ηνπ Nernst. Όκσο, ζηα λεπξηθά θαη ζηα κπτθά θχηηαξα ππάξρνπλ ζνβαξέο απνθιίζεηο απφ ηελ εμίζσζε ηνπ Nernst γηα ην θάιην θαη αηηία είλαη ε παξνπζία επηπιένλ κε ειεγρφκελσλ δηφδσλ γηα ηφληα λαηξίνπ θαη ρισξίνπ ζηε κεκβξάλε ηνπο. Δθφζνλ ε ζπγθέληξσζε ηνπ λαηξίνπ ζην εμσθπηηαξηθφ πγξφ είλαη πνιχ κεγαιχηεξε ηεο ζπγθέληξσζεο ζην εζσηεξηθφ ηνπ θπηηάξνπ, θαη ην ρεκηθφ θαη ην ειεθηξηθφ δπλακηθφ ηείλνπλ λα αλαγθάζνπλ ηα ηφληα λαηξίνπ λα πεξάζνπλ δηακέζνπ ηεο κεκβξάλεο πξνο ην εζσηεξηθφ. Ζ αγσγηκφηεηα ηεο κεκβξάλεο, g Na, ζηε δηέιεπζε ηφλησλ λαηξίνπ νξίδεηαη σο ν ιφγνο ηνπ ξεχκαηνο ηφλησλ πνπ πξνθαιείηαη ππφ ζπγθεθξηκέλε δηακεκβξαληθή δηαθνξά δπλακηθνχ πξνο ην δπλακηθφ απηφ. Οπζηαζηηθά αληηζηνηρεί ζηε δηαπεξαηφηεηα ηεο κεκβξάλεο ζην ηφλ θαη είλαη, ζην δπλακηθφ εξεκίαο, έσο 12 θνξέο κηθξφηεξε απφ ηελ αγσγηκφηεηα g K ηεο κεκβξάλεο ζηε δηέιεπζε ηφλησλ θαιίνπ. Ζ κεκβξάλε, ινηπφλ, είλαη πνιχ ιηγφηεξν πεξαηή απφ ηφληα λαηξίνπ απφ φ,ηη γηα ηφληα θαιίνπ. Απηέο νη παζεηηθέο θηλήζεηο λαηξίνπ θαη θαιίνπ δελ κπνξνχλ λα αθεζνχλ λα ζπλερηζηνχλ επ άπεηξν, δηφηη ζπλέρηζε ηεο αχμεζεο ηεο πεξηεθηηθφηεηαο ζε λάηξην 13

15 σήμα 1.1 Σα λεπξηθά θύηηαξα θαη νη κεηαμύ ηνπο δηαζπλδέζεηο. σήμα 1.2 ρεκαηηθή δνκή θπηηαξηθήο κεκβξάλεο. θαη κείσζε ηεο πεξηεθηηθφηεηαο ζε θάιην ζα νδεγήζεη ζε εμάιεηςε ηεο δηακεκβξαληθήο δηαθνξάο δπλακηθνχ. Απηφ απνθιείεηαη ράξε ζηελ ελεξγφ άληιεζε ηφλησλ λαηξίνπ θαη θαιίνπ δηακέζνπ ηεο κεκβξάλεο κε έλαλ κεραληζκφ, ν νπνίνο ρξεηάδεηαη κεηαβνιηθή θαηαλάισζε ελέξγεηαο. Ζ ιεγφκελε «αληιία» λαηξίνπ-θαιίνπ είλαη έλα ζχζηεκα πνπ εμαξηάηαη απφ ηε ρεκηθή νπζία ηξηθσζθνξηθή αδελνζχλε θαη ζηεξίδεηαη ζηηο πξσηεΐλεο «κεηαθνξάο-άληιεζεο» ηεο θπηηαξηθήο κεκβξάλεο. Ζ εμαγσγή λαηξίνπ απφ ηελ αληιία ζπλδέεηαη κε ηελ εηζαγσγή θαιίνπ. Μάιηζηα, ε αληιία δελ είλαη ειεθηξηθά νπδέηεξε, γηαηί 14

16 πεξηζζφηεξα ζεηηθά ηφληα εμάγνληαη απ φζα εηζάγνληαη. πγθεθξηκέλα, γηα θάζε 3 ηφληα λαηξίνπ πνπ εμάγνληαη, 2 ηφληα θαιίνπ εηζάγνληαη. Όηαλ ην θχηηαξν βξίζθεηαη ζε εξεκία, ε ελεξγφο κεηαβνιηθά εμαγσγή ηφλησλ λαηξίνπ θαη εηζαγσγή ηφλησλ θαιίνπ ηζνξξνπεί ηελ αληίζηνηρε παζεηηθή εηζαγσγή θαη εμαγσγή ησλ ηφλησλ απηψλ θαηά κήθνο ησλ κε ειεγρφκελσλ δηφδσλ. Δπηπιένλ ησλ δηφδσλ λαηξίνπ θαη θαιίνπ, ζε πνιιά λεπξηθά θχηηαξα εκθαλίδνληαη θαη κε ειεγρφκελεο δίνδνη ηφλησλ ρισξίνπ, νη νπνίεο επηηξέπνπλ ηελ παζεηηθή δηέιεπζε ρισξίνπ, αιιά απηή αληηζηαζκίδεηαη απφ ηελ χπαξμε ελεξγήο αληιίαο ρισξίνπ, κε ηειηθφ απνηέιεζκα ηε δεκηνπξγία πεξίζζεηαο ηφλησλ ρισξίνπ ζηνλ εζσθπηηαξηθφ ρψξν. Σα θαηλφκελα εηζφδνπ θαη εμφδνπ ηφλησλ ζην θχηηαξν πνπ πεξηγξάςακε δίλνληαη θαη κε ην σήμα 1.3 [1, 2]. σήμα 1.3 Ηνληηθέο ξνέο ζηελ θαηάζηαζε εξεκίαο (ελεξγέο αληιίεο δείρλνληαη κε εζηηγκέλνπο θύθινπο). Λακβάλνληαο ππφςε ηηο εζσθπηηαξηθέο θαη ηηο εμσθπηηαξηθέο ζπγθεληξψζεηο θαη ησλ ηξηψλ ηφλησλ πνπ εκπιέθνληαη ζηνπο κεραληζκνχο δηαηήξεζεο ηνπ δπλακηθνχ εξεκίαο, ην δπλακηθφ απηφ ππνινγίδεηαη επαθξηβψο απφ ηελ εμίζσζε Goldman-Hodgkin-Katz: Vm RT Fe PK [K ] ln PK [K ] PNa[Na ] PNa[Na ] PCl[Cl ] PCl[Cl ] (1.2) φπνπ Ρ ν ζπληειεζηήο δηαπεξαηφηεηαο ηεο κεκβξάλεο γηα ην ζπγθεθξηκέλν ηφλ. Ζ κεκβξάλε, ζεσξεκέλε σο ειεθηξηθφ θχθισκα, κπνξεί λα παξαζηαζεί σο κνλφζπξν κε ην έλα άθξν λα αληηζηνηρεί ζηνλ εμσθπηηαξηθφ θαη ην άιιν ζηνλ εζσθπηηαξηθφ ρψξν (σήμα 1.4). Απνηειείηαη απφ ηξεηο παξάιιεινπο θιάδνπο, έλαλ γηα θάζε είδνο ηφληνο πνπ δηαπεξλά ηε κεκβξάλε θαη ζπκκεηέρεη ζηελ θαηάζηαζε εξεκίαο ηεο κεκβξάλεο, ζηνλ ζρεκαηηζκφ ηνπ δπλακηθνχ εξεκίαο. Κάζε θιάδνο έρεη κηα πεγή δπλακηθνχ ίζε κε ην δπλακηθφ ηεο εμίζσζεο Nernst γηα ην ηφλ θαη κία κεηαβιεηή αληίζηαζε, αληίζηξνθε ηεο αγσγηκφηεηαο ηεο κεκβξάλεο γηα ην ηφλ. Ο ρσξηζκφο ζε ηξεηο δηαθνξεηηθνχο θιάδνπο είλαη θπζηθά κηα απινχζηεπζε. Δπηπιένλ, ζεσξνχκε φηη ππάξρεη έλαο ηέηαξηνο θιάδνο πνπ πεξηέρεη έλαλ ππθλσηή κε ηε ρσξεηηθφηεηα ηεο κεκβξάλεο. Ζ θπηηαξηθή κεκβξάλε, ιφγσ ηνπ δηκνξηαθνχ ιηπηδηθνχ ηεο ζηξψκαηνο, ιεηηνπξγεί σο κνλσηήο κε δηαξξνή πνπ δηαρσξίδεη δπν ειεθηξηθψο αγψγηκα κέζα: ηα εμσθπηηαξηθά θαη ηα εζσθπηηαξηθά πγξά. Όηαλ δπν αγψγηκα πιηθά δηαρσξίδνληαη κε έλαλ κνλσηή, ηφηε επάγεηαη ρσξεηηθφηεηα. Αθφκε, έλαο πέκπηνο θιάδνο κπνξεί λα πξνβιεθζεί γηα ηελ αληιία λαηξίνπ-θαιίνπ. 15

17 σήμα 1.4 Ζιεθηξηθό ηζνδύλακν ηεο θπηηαξηθήο κεκβξάλεο λεπξηθώλ θπηηάξσλ. Με g Na, g K, g Cl ζπκβνιίδνπκε ηηο αγσγηκόηεηεο ηεο κεκβξάλεο σο πξνο ηα ηόληα λαηξίνπ, θαιίνπ θαη ρισξίνπ, κε Δ Na, Δ Κ, Δ Cl ηα δπλακηθά ηζνξξνπίαο θαηά Nernst γηα ηα αληίζηνηρα ηόληα θαη κε C m ηε ρσξεηηθόηεηα ηεο κεκβξάλεο. 1.2 ΓΤΝΑΜΗΚΟ ΓΡΑΖ Σα παξαπάλσ θαηλφκελα αθνξνχλ ηε ιεγφκελε θαηάζηαζε εξεκίαο ηνπ λεπξψλα. Ο ζπλήζεο ηξφπνο επηθνηλσλίαο ησλ λεπξηθψλ θπηηάξσλ κεηαμχ ηνπο, φκσο, δελ ζπκβαίλεη ζηελ θαηάζηαζε εξεκίαο, αιιά κε ηε κεηαθνξά απφ ηνλ έλα λεπξψλα ζηνλ άιιν λεπξηθψλ ψζεσλ, νη νπνίεο ζπλίζηαληαη ζηε δηάδνζε ελφο «δπλακηθνχ δξάζεο». Απηφ είλαη κηα ηαρεία (ζπλήζσο ηεο ηάμεο ησλ ms) αιιαγή ηνπ δπλακηθνχ ηεο κεκβξάλεο ησλ θπηηάξσλ ππφ ηε κνξθή απνπφισζεο (ζεσξψληαο φηη ζηελ εξεκία ε κεκβξάλε είλαη «πνισκέλε») θαη επαλαπφισζήο ηεο, αιιαγή πνπ παξάγεηαη απφ ηε ξνή ηφλησλ δηακέζνπ ηεο κεκβξάλεο, κέζσ εηδηθψλ δηφδσλ ειεγρφκελσλ απφ ηάζε (σήμα 1.5). ηελ εξεκία, νη παζεηηθέο ξνέο ησλ ηφλησλ, φπσο είδακε, αληηζηαζκίδνληαη απφ ηελ ελεξγή κεηαβνιηθά κεηαθνξά ηνπο θαηά κήθνο ηεο κεκβξάλεο. ε έλα ειεθηξηθά δηεγέξζηκν θχηηαξν, απνπφισζε (δει. αχμεζε ηεο δηακεκβξαληθήο δηαθνξάο δπλακηθνχ ζε ιηγφηεξν αξλεηηθέο ηηκέο απφ απηέο πνπ έρεη ζηελ θαηάζηαζε εξεκίαο) νδεγεί ζε αχμεζε ηεο αγσγηκφηεηαο λαηξίνπ. ε κηθξά επίπεδα απνπφισζεο, απηφ κπνξεί λα ηζνζηαζκηζηεί απφ απμεκέλε έμνδν θαιίνπ, ιφγσ ηεο αχμεζεο ηεο ειεθηξηθήο ψζεο πξνο ηα ηφληα θαιίνπ εμαηηίαο απνπφισζεο θαη επίζεο ιφγσ ζηαδηαθήο αχμεζεο ηεο αγσγηκφηεηαο ησλ ηφλησλ θαιίνπ. Όηαλ ην δπλακηθφ ηεο κεκβξάλεο θηάζεη κηα ζπγθεθξηκέλε ηηκή πνπ νλνκάδνπκε «ηηκή θαησθιηνχ», απηέο νη αγσγηκφηεηεο βξίζθνληαη ζε ηζνξξνπία αζηαζή. Λίγε επηπιένλ απνπφισζε νδεγεί ζηελ επηπιένλ αχμεζε ηεο αγσγηκφηεηαο ζε ηφληα λαηξίνπ, επηπιένλ απνπφισζε, θαη ηελ εθθίλεζε ηνπ απηνζπληεξνχκελνπ πιένλ δπλακηθνχ δξάζεο. Ζ αζξφα, ινηπφλ, εηζαγσγή ηφλησλ λαηξίνπ ιφγσ εηδηθψλ δηφδσλ ειεγρφκελσλ απφ ηάζε εμεγεί ηελ 16

18 αξρηθή θάζε ηεο απνπφισζεο. Γηα ηελ επαλαπφισζε φκσο, ηελ επαλαθνξά δειαδή ζηελ αξρηθή θαηάζηαζε, ρξεηάδνληαη επηπιένλ κεραληζκνί. σήμα 1.5 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε δπλακηθνύ δξάζεο. πλνιηθά, θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ δπλακηθνχ δξάζεο, ιακβάλνπλ ρψξα ηα παξαθάησ γεγνλφηα: 1. ελεξγνπνίεζε ελφο κεραληζκνχ αγσγηκφηεηαο ηφλησλ λαηξίνπ, 2. απελεξγνπνίεζε ηεο αγσγηκφηεηαο λαηξίνπ, 3. ελεξγνπνίεζε ελφο κεραληζκνχ αγσγηκφηεηαο ηφλησλ θαιίνπ. Ο κεραληζκφο ειέγρνπ ησλ «πξφζζεησλ αγσγηκνηήησλ» πνπ εκθαλίδνληαη, ζηεξίδεηαη ζην φηη ζηηο κεκβξάλεο ησλ ειεθηξηθά δηεγεηξφκελσλ θπηηάξσλ ππάξρνπλ δίνδνη ηφλησλ ειεγρφκελσλ απφ ηάζε, επηπιένλ ησλ κε ειεγρφκελσλ δηφδσλ πνπ επζχλνληαη γηα ην δπλακηθφ εξεκίαο. Ζ θαηαλνκή ησλ ειεγρφκελσλ απφ ηάζε δηφδσλ κπνξεί λα κελ είλαη νκνηφκνξθε ζε φιε ηε κεκβξάλε ησλ θπηηάξσλ. Μφλν ζπγθεθξηκέλεο πεξηνρέο ηνπ θπηηάξνπ κπνξνχλ λα δεκηνπξγήζνπλ δπλακηθφ δξάζεο. ε πνιινχο λεπξψλεο ην ζεκείν απηφ είλαη ε αξρή ηνπ άμνλα θνληά ζην ζψκα, φπνπ ζεσξνχκε φηη γίλεηαη ε άζξνηζε ησλ ζεκάησλ δπλακηθνχ πνπ θαηαθζάλνπλ απφ ηηο δελδξηηηθέο απνιήμεηο πνπ ζπκκεηέρνπλ ζηηο ζπλάςεηο. Οη ειεγρφκελεο απφ ηάζε δίνδνη ζπκπεξηθέξνληαη ζχκθσλα κε ηνλ θαλφλα «φια ή ηίπνηα». Απηφ εμεγεί ηε ζπκπεξηθνξά ηνπ δπλακηθνχ δξάζεο κε ηνλ ίδην θαλφλα. Έλα γεγνλφο πνπ ππαθνχεη ζηνλ θαλφλα απηφ, φηαλ εκθαλίδεηαη, έρεη πάληα ηελ ίδηα αθξηβψο θαη κία κνξθή, θαη ε εκθάληζή ηνπ πξνυπνζέηεη ηελ χπαξμε ελφο θαησθιηνχ. Δίλαη, ινηπφλ, έλα θαηεμνρήλ κε γξακκηθφ θαηλφκελν. 17

19 σήμα 1.6 Γηάδνζε ηνπ δπλακηθνύ δξάζεο θαηά κήθνο ηνπ άμνλα πνξεία λεπξηθήο ώζεο. (Α) Ηνληηθέο ξνέο θαηά ηελ έιεπζε θαη απνδξνκή ηνπ δπλακηθνύ δξάζεο. (Β) Γηακεκβξαληθό δπλακηθό θαηά κήθνο ηνπ άμνλα ζε κία ρξνληθή ζηηγκή, όπνπ ιακβάλνπλ ρώξα ηα θαηλόκελα πνπ αλαπαξίζηαληαη ζην (Α). Δμαηηίαο ηεο δπλακηθήο ησλ ειεγρφκελσλ απφ ηάζε δηφδσλ λαηξίνπ θαη θαιίνπ, κεηά ηελ εκθάληζε ηνπ δπλακηθνχ δξάζεο, ππάξρνπλ δπν ρξνληθά δηαζηήκαηα πνπ έρνπλ ελδηαθέξνλ: ε πεξίνδνο απφιπηεο αλεξεζηζηφηεηαο θαη θαηφπηλ ε πεξίνδνο ζρεηηθήο αλεξεζηζηφηεηαο. Ζ πεξίνδνο απφιπηεο αλεξεζηζηφηεηαο δηαξθεί θαηά ηε θάζε επαλαπφισζεο, φηαλ ε αγσγηκφηεηα λαηξίνπ είλαη απελεξγνπνηεκέλε θαη ε αγσγηκφηεηα θαιίνπ πςειή. ην ρξνληθφ δηάζηεκα απηφ, απνθιείεηαη ε επαγσγή λένπ δπλακηθνχ δξάζεο, φζν ηζρπξή απνπφισζε θαη λα εθαξκνζηεί. ηελ πεξίνδν ζρεηηθήο αλεξεζηζηφηεηαο πνπ αθνινπζεί ηελ πεξίνδν απφιπηεο αλεξεζηζηφηεηαο, είλαη δπλαηφλ λα δεκηνπξγεζεί δπλακηθφ δξάζεο, αιιά ρξεηάδεηαη απνπφισζε ηζρπξφηεξε απφ απηή πνπ ρξεηάδεηαη ππφ θαλνληθέο ζπλζήθεο. Ζ ηηκή ηεο ηάζεο θαησθιηνχ, δειαδή, έρεη απμεζεί, δηφηη ε απελεξγνπνίεζε ηεο αγσγηκφηεηαο λαηξίνπ δελ έρεη εληειψο αξζεί θαη ε αγσγηκφηεηα θαιίνπ παξακέλεη απμεκέλε. Σειεηψλνληαο ηελ αλάιπζε ησλ θαηλνκέλσλ ησλ ζρεηηθψλ κε ην δπλακηθφ δξάζεο, αμίδεη λα θάλνπκε ηε δηάθξηζε κεηαμχ δπλακηθνχ δξάζεο θαη λεπξηθήο ψζεο. Πνιιά είδε θπηηάξσλ κπνξνχλ λα παξάγνπλ δπλακηθά δξάζεο, αιιά ζε ιίγα ηα δπλακηθά δηαδίδνληαη απφ ην ζεκείν γέλεζήο ηνπο ζε έλα ή πεξηζζφηεξα ζπγθεθξηκέλα ζεκεία ηεξκαηηζκνχ. Ζ δηάδνζε ηνπ δπλακηθνχ δξάζεο, ε δεκηνπξγία δειαδή λεπξηθήο ψζεο ζηα λεπξηθά θχηηαξα, μεθηλά απφ ηελ αξρή ηνπ άμνλα θαη δηαδίδεηαη σο ηνπο ηεξκαηηζκνχο ηνπ άμνλα ζηηο πξνζπλαπηηθέο κεκβξάλεο ησλ ζπλάςεσλ. Δμαξηάηαη θαη απφ ηηο παζεηηθέο ηδηφηεηεο δηάδνζεο θαηά κήθνο ηεο λεπξηθήο ίλαο, βάζεη ησλ θαηαλεκεκέλσλ αληηζηάζεσλ θαη αγσγηκνηήησλ, θαη απφ ηελ χπαξμε δηφδσλ ηφλησλ ειεγρφκελσλ απφ ηάζε. Σνπηθέο απνπνιψζεηο αλνίγνπλ δηφδνπο λαηξίνπ ειεγρφκελεο απφ ηάζε θαη απηή ε ελεξγφο δηαδηθαζία απνπνιψλεη αθφκα πεξηζζφηεξν ηε κεκβξάλε. Ζ απνπφισζε ηαμηδεχεη θαηά κήθνο ηεο λεπξηθήο ίλαο κέζσ ηνληηθψλ ξεπκάησλ ζε ηνπηθά θπθιψκαηα (σήμα 1.6), εθθνξηίδνληαο ηε ρσξεηηθφηεηα ηεο κεκβξάλεο θαη απνπνιψλνληαο γεηηνληθέο κεκβξαληθέο πεξηνρέο, αλνίγνληαο έηζη δηφδνπο ειεγρφκελεο απφ ηάζε, κπξνζηά απφ ηελ εθάζηνηε ελεξγφ πεξηνρή. Ζ εκθάληζε ελφο δπλακηθνχ δξάζεο απνηειεί ηελ θαηεμνρήλ πιεξνθνξία ηελ νπνία κπνξεί έλαο λεπξψλαο λα παξέρεη ζε άιινπο, εθφζνλ απηή ε εκθάληζε ζπλδέεηαη θαη νθείιεηαη ζε κηα ζεηξά γεγνλφησλ ηα νπνία πξέπεη λα πξνθαιέζνπλ θάπνηεο αληηδξάζεηο ζε 18

20 επφκελνπο λεπξψλεο. Ζ κεηάδνζε ηεο πιεξνθνξίαο απφ έλα λεπξηθφ θχηηαξν γίλεηαη ζηηο ζπλάςεηο πνπ απνηεινχλ, φπσο πξναλαθέξακε, ην ζεκείν επαθήο κεηαμχ ησλ θπηηαξηθψλ κεκβξαλψλ δχν ή πεξηζζφηεξσλ λεπξηθψλ θπηηάξσλ. Γεληθά, δελ ππάξρεη θπηηαξνπιαζκηθή ζπλέρεηα κεηαμχ ησλ λεπξηθψλ θπηηάξσλ θαη έηζη νη γεηηνληθέο κεκβξάλεο ρσξίδνληαη απφ έλα ζηελφ ζηξψκα εμσθπηηαξηθνχ πγξνχ, ην ζπλαπηηθφ ράζκα. ηελ πην ζπλεζηζκέλε κνξθή ζχλαςεο, έρνπκε απφ ηε κηα ηελ πξνζπλαπηηθή κεκβξάλε, πνπ απνηειεί κηα απφ ηηο απνιήμεηο ηνπ λεπξάμνλα ηνπ ελφο λεπξψλα, θαη απφ ηελ άιιε ηε κεηαζπλαπηηθή κεκβξάλε, πνπ είλαη κηα απφιεμε ηνπ δελδξηηηθνχ πιέγκαηνο ηνπ άιινπ λεπξψλα, φπσο πξναλαθέξακε. Γεληθφηεξα, πξνζπλαπηηθή είλαη ε κεκβξάλε ε νπνία αλήθεη ζηνλ λεπξψλα πνπ ζα κεηαδψζεη ηελ πιεξνθνξία, ζπλήζσο κε ηελ άθημε κηαο λεπξηθήο ψζεο, θαη ν νπνίνο κπνξεί λα νλνκαζηεί «λεπξψλαο-πεγή», θαη κεηαζπλαπηηθή ε κεκβξάλε πνπ αλήθεη ζηνλ λεπξψλα ν νπνίνο ζα δερηεί ηελ πιεξνθνξία θαη κπνξεί λα νλνκαζηεί «λεπξψλαο-ζηφρνο». Ζ ιεηηνπξγία ηεο ζχλαςεο ζπλνςίδεηαη ζην φηη κεηαβνιέο δπλακηθνχ ζην πξνζπλαπηηθφ θχηηαξν νδεγνχλ ζηελ έθθξηζε (εμσθχηησζε) κηαο ρεκηθήο νπζίαο πνπ νλνκάδεηαη (λεπξν)δηαβηβαζηήο, ε νπνία δηαζρίδεη ην ζπλαπηηθφ ράζκα θαη ζπλδέεηαη κε ζπγθεθξηκέλα κφξηα πνπ ππάξρνπλ ζηελ επηθάλεηα ηεο ζπλαπηηθήο κεκβξάλεο θαη νλνκάδνληαη (λεπξν)ππνδνρείο [2]. Ο ζπλδπαζκφο δηαβηβαζηή θαη ππνδνρέα νδεγεί ζε κεηαβνιέο ζην κεηαζπλαπηηθφ θχηηαξν, νη νπνίεο είλαη δπν εηδψλ: είηε επεξεάδνληαη ηνληηθέο δίνδνη ρεκηθά ειεγρφκελεο είηε επεξεάδεηαη ν κεηαβνιηζκφο ηνπ θπηηάξνπ. Μία δίνδνο είλαη ρεκηθά ειεγρφκελε, φπσο πξναλαθέξακε, φηαλ ε ιεηηνπξγία ηεο εμαξηάηαη απφ ηελ παξνπζία ζπγθεθξηκέλσλ ρεκηθψλ νπζηψλ. Με πεξηζζφηεξε ιεπηνκέξεηα ηα θαηλφκελα εμειίζζνληαη σο εμήο (σήμα 1.7): ζηελ επηθάλεηα ηεο πξνζπλαπηηθήο κεκβξάλεο ππάξρνπλ δίνδνη ηφλησλ αζβεζηίνπ ειεγρφκελεο απφ ηάζε, πνπ αλνίγνπλ φηαλ απνπνισζεί ε κεκβξάλε ιφγσ ηεο άθημεο κηαο λεπξηθήο ψζεο. Ζ είζνδνο αζβεζηίνπ ζηνλ εζσθπηηαξηθφ πξνζπλαπηηθφ ρψξν ηζνδπλακεί κε ξεπκαηηθή ξνή, ε νπνία κε ηε ζεηξά ηεο δεκηνπξγεί ην ιεγφκελν δπλακηθφ έθθξηζεο. Οη δίνδνη αζβεζηίνπ παξακέλνπλ ελεξγέο φζν δηαξθεί ε απνπφισζε πνπ πξνθαιεί ην αξρηθφ δπλακηθφ δξάζεο ηφλησλ θαιίνπ-λαηξίνπ. Ο δηαβηβαζηήο έρεη απνζεθεπηεί ζηελ πξνζπλαπηηθή θπηηαξηθή πεξηνρή εληφο ζπλαπηηθψλ θπςειίδσλ. Ζ είζνδνο ηφλησλ αζβεζηίνπ εθθηλεί έλα κεραληζκφ, κέζσ ηνπ νπνίνπ νη ζπλαπηηθέο θπςειίδεο παζαίλνπλ εμσθχηησζε, έξρνληαη, δειαδή, ζε επαθή κε ηελ πξνζπλαπηηθή κεκβξάλε θαη θαηφπηλ δηαξξεγλχνληαη, νπφηε ν δηαβηβαζηήο δηαρέεηαη ζηνλ εμσθπηηαξηθφ ρψξν ηνπ ζπλαπηηθνχ ράζκαηνο. Απμεκέλε είζνδνο ηφλησλ αζβεζηίνπ νδεγεί ζε εμσθχηησζε πεξηζζφηεξσλ θπςειίδσλ. ηελ πιεπξά ηεο κεηαζπλαπηηθήο κεκβξάλεο, ε χπαξμε ησλ ππνδνρέσλ ησλ δηαβηβαζηψλ απνηειεί ην πην ζεκαληηθφ ζηνηρείν ζηε ζπλέρηζε ηεο κεηάδνζεο ηεο πιεξνθνξίαο ζηνλ λεπξψλα-ζηφρν. Τπνδνρείο εκθαλίδνληαη ζηνπο δελδξίηεο, ζην ζψκα αθφκα θαη ζηνπο αμνληθνχο ηεξκαηηζκνχο ησλ λεπξηθψλ θπηηάξσλ. Οη δηαβηβαζηέο ζπλδένληαη ζε ζπγθεθξηκέλεο ζέζεηο ησλ ππνδνρέσλ, νη νπνίνη είλαη πξσηετληθά κφξηα πνπ δηαζρίδνπλ ηελ θπηηαξηθή κεκβξάλε. Φπζηθφ είλαη ην ελεξγφ ζπζηαηηθφ ηνπ κνξίνπ ηνπ ππνδνρέα, φπνπ γίλεηαη ε ζχλδεζε κε ηνλ δηαβηβαζηή, λα είλαη ζηελ εμσηεξηθή επηθάλεηα ηεο κεκβξάλεο, φπνπ εχθνια κπνξεί λα έξζεη ζε επαθή κε ηνλ δηαβηβαζηή πνπ δηαρέεηαη ζην ζπλαπηηθφ ράζκα. Ο ζπλδπαζκφο ηνπ δηαβηβαζηή κε ηνλ ππνδνρέα κπνξεί λα νδεγήζεη ζηελ ελεξγνπνίεζε ηνληηθψλ δηφδσλ, νη νπνίεο είλαη θιεηζηέο ζηελ θαηάζηαζε εξεκίαο. Αλάινγα κε ην είδνο ησλ ηφλησλ πνπ δηαξξένπλ ηελ ηνληηθή δίνδν θαη ηε θνξά ηνπο, ην ηνληηθφ δηακεκβξαληθφ ξεχκα ην νπνίν νθείιεηαη ζηελ αχμεζε ηεο ηνληηθήο αγσγηκφηεηαο ηεο κεκβξάλεο ζα δεκηνπξγήζεη απνπφισζε ή ππεξπφισζε ηεο κεηαζπλαπηηθήο κεκβξάλεο. πλεπψο ζα εκθαληζηεί κεηαβνιή δπλακηθνχ, γλσζηή σο κεηαζπλαπηηθφ δπλακηθφ δηέγεξζεο (ΜΓΓ) (excitatory post-synaptic potential EPSP) θαη κεηαζπλαπηηθφ δπλακηθφ αλαζηνιήο (ΜΓΑ) (inhibitory post-synaptic potential IPSP) γηα ηελ πεξίπησζε απνπφισζεο θαη ππεξπφισζεο αληίζηνηρα. Σα δπλακηθά απηά δηαξθνχλ ζπλήζσο ιίγα ms (σήμα 1.8). Όπσο ζα δνχκε ζην θεθάιαην ηεο ειεθηξνεγθεθαινγξαθίαο, ε κεηαβνιή ηεο πνιηθφηεηαο ζηνλ ρψξν ηεο κεηαζπλαπηηθήο κεκβξάλεο, ιφγσ δηαηαξαρήο ηεο ηνληηθήο ηζνξξνπίαο, νδεγεί ηειηθά ζηελ εκθάληζε ελφο πξσηνγελνχο δηπφινπ ξεπκαηηθήο ξνήο κεηαμχ ησλ δελδξηηψλ θαη ηνπ ζψκαηνο ηνπ λεπξψλα-ζηφρνπ. πλδπαζκφο ηέηνησλ κηθξνζθνπηθψλ δηπνιηθψλ ξεπκάησλ 19

21 δίλεη καθξνζθνπηθέο ξεπκαηηθέο πεγέο θαη ζπλαθφινπζε ξεπκαηηθή εγθεθαιηθή θπθινθνξία, πνπ θηάλεη σο ηε δεξκαηηθή επηθάλεηα θαη θαηαγξάθεηαη ζην ΖΔΓ. Κιείλνληαο ηνλ θχθιν πνπ πεξηγξάθεη ηε δηάδνζε ηεο δηέγεξζεο απφ λεπξψλα ζε λεπξψλα, θάζε κεηαζπλαπηηθφ δπλακηθφ πνπ δεκηνπξγείηαη ζηνλ ρψξν κηαο αμνλνδελδξηηηθήο ζχλαςεο δηαδίδεηαη θαηά κήθνο ηεο δελδξηηηθήο ίλαο, ψζπνπ λα θηάζεη ζην ζψκα. Δθεί, θαη ζπγθεθξηκέλα ζηελ αξρή ηνπ άμνλα, φπσο έρνπκε πξναλαθέξεη, ζπκβαίλεη ε νινθιήξσζε (άζξνηζε) φισλ ησλ δηεγεξηηθψλ θαη αλαζηαιηηθψλ ζεκάησλ πνπ εηζέξρνληαη ζηνλ λεπξψλα. Αλ ε δηέγεξζε είλαη ηέηνηα, ψζηε ε απνπφισζε πνπ ζα ζπκβεί ζηελ επαίζζεηε πεξηνρή ηεο αξρήο ηνπ άμνλα είλαη αξθεηά κεγάιε, ηφηε ην δπλακηθφ ηεο κεκβξάλεο εθεί ζα μεπεξάζεη ηελ ηηκή θαησθιηνχ θαη ζα δεκηνπξγεζεί έλα δπλακηθφ δξάζεο. Όηαλ δεκηνπξγεζεί ην δπλακηθφ δξάζεο, ζα θηλεζεί θαηά κήθνο ηνπ λεπξάμνλα, θαη κέζσ ησλ ζπλάςεσλ ζα κεηαδψζεη πιεξνθνξία ζε επφκελνπο λεπξψλεο-ζηφρνπο θ.ν.θ. σήμα 1.7 Φαηλόκελα ζηε ζύλαςε θαηά ηελ άθημε λεπξηθήο ώζεο ζηελ πξνζπλαπηηθή κεκβξάλε. 20

22 σήμα 1.8 Γπλακηθά θαη ξεύκαηα ηα oπνία αλαπηύζζνληαη ζηελ πεξηνρή ηεο ζύλαςεο. Γείρλνπκε ην δπλακηθό δξάζεο ζηελ πξνζπλαπηηθή κεκβξάλε, ην ξεύκα ηόλησλ αζβεζηίνπ (εζηηγκέλε-δηαθεθνκκέλε θακπύιε), ην ΜΓΓ θαη κε δηαθεθνκκέλε γξακκή ην δπλακηθό δξάζεο πνπ ελδερνκέλσο ζα αλαπηπρζεί ζηνλ λεπξώλα-ζηόρν, εθόζνλ ε ζπλνιηθή δηέγεξζε πνπ ζα θηάζεη ζην ζώκα ηνπ λεπξώλα ην επηηξέςεη. Ο άμνλαο ησλ ρξόλσλ (νξηδόληηνο) ηέκλεη ηνλ άμνλα ηεο έληαζεο ηνπ δπλακηθνύ (θαηαθόξπθνο) ζην επίπεδν ηεο ηάζεο εξεκίαο ηνπ θπηηάξνπ (ηππηθά -70 mv) κε κέγηζην πξνζεγγηζηηθά ηα +10 mv. Σν ξεύκα μεθηλά από ~0 na, ειαρηζηνπνηείηαη ζηα ~ 400 na θαη επαλέξρεηαη ζηα 0 na. Βιβλιογπαθία 1. A. G. Brown, Nerve Cells and Nervous Systems, An introduction to Neuroscience. London, UK: Springer, J. E. Hall, Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology. Philadelphia, PA: Saunders,

23 2. ΖΛΔΚΣΡΟΓΗΑ ΑΠΑΓΩΓΖ ΒΗΟΖΛΔΚΣΡΗΚΩΝ ΖΜΑΣΩΝ ύνοτη ην παξόλ θεθάιαην αλαιύεηαη δηεμνδηθά ε ιεηηνπξγία ησλ ειεθηξνδίσλ, σο ε βαζηθή δηεπαθή κεηαμύ ειεθηξηθώλ θαηλνκέλσλ ηνπ ζώκαηνο θαη ειεθηξνληθώλ δηαηάμεσλ απαγσγήο θαη επεμεξγαζίαο ησλ δπλακηθώλ πνπ πξνθύπηνπλ από απηά ηα θαηλόκελα. Γηα ηελ εμήγεζε ησλ θαηλνκέλσλ πνπ ζπκβαίλνπλ ζηε δηεπαθή, δίλνληαη βαζηθά ζηνηρεία ειεθηξνρεκείαο ζρεηηδόκελα κε ηε ιεηηνπξγία κεηαιιηθώλ ειεθηξνδίσλ. Αλαιύεηαη ε έλλνηα ηνπ γαιβαληθνύ ζηνηρείνπ σο απνηεινύκελνπ από δύν εκηζηνηρεία. Δμεγείηαη ε έλλνηα ηνπ πξόηππνπ δπλακηθνύ αλαγσγήο ειεθηξνδίνπ, ηνπ λόκνπ ηνπ Nernst θαη ησλ πεξηνξηζκώλ πνπ εκθαλίδνληαη από ηε ρξήζε ειεθηξνδίσλ ζε βηνινγηθνύο ηζηνύο. Γίλεηαη ε θπθισκαηηθή αλάιπζε ησλ θαηλνκέλσλ πόισζεο ησλ ειεθηξνδίσλ, ησλ δπλακηθώλ επαθήο θαη ε κνληεινπνίεζε ησλ δηεπαθώλ πνπ εκπιέθνληαη ζε επηδεξκηθέο κεηξήζεηο. Δπίζεο, παξνπζηάδνληαη δηάθνξα ρξεζηκνπνηνύκελα ζε βηνκεηξήζεηο ειεθηξόδηα θαη αλαθέξνληαη δεηήκαηα ζηα νπνία ρξεηάδεηαη λα δίλεηαη ηδηαίηεξε πξνζνρή θαηά ηε ρξήζε ηνπο. Πποαπαιηούμενη γνώζη Γηα ηελ θαηαλόεζε όζσλ αλαπηύζζνληαη ζην θεθάιαην απηό είλαη απαξαίηεηεο βαζηθέο γλώζεηο ειεθηξνηερλίαο θαη ρεκείαο. 2.1 ΔΗΑΓΩΓΖ Όπσο είδακε θαη ζην πξνεγνχκελν θεθάιαην, φπνπ κειεηήζακε ηα ειεθηξηθψο δηεγέξζηκα θχηηαξα, ζηνλ νξγαληζκφ ηφζν ν εζσθπηηαξηθφο ρψξνο, φζν θαη ν εμσθπηηαξηθφο, κπνξνχλ λα ζεσξεζνχλ δηαιχκαηα πνπ πεξηέρνπλ αξλεηηθά θαη ζεηηθά ηφληα, π.ρ. ηφληα Na +, K +, Cl - θ.ά. Οη δηαθνξεηηθέο ζπγθεληξψζεηο απηψλ ησλ ηφλησλ ζε δηάθνξα ζεκεία ηνπ νξγαληζκνχ δεκηνπξγνχλ δηαθνξέο δπλακηθνχ. Δπηπιένλ, είδακε φηη ειεθηξνρεκηθά θαηλφκελα ζηνλ νξγαληζκφ δεκηνπξγνχλ ξνή ηφλησλ κεηαμχ εζσθπηηαξηθνχ θαη εμσθπηηαξηθνχ ρψξνπ, άξα θαη ζπλερείο κεηαβνιέο ησλ ζπγθεληξψζεσλ ησλ ηφλησλ - κε θπξηφηεξεο απηέο πνπ αθνξνχλ ηα εκπιεθφκελα κε δπλακηθά δξάζεο ηφληα Na + θαη K + - θαη εληέιεη κεηαβνιέο ησλ δηαθνξψλ δπλακηθνχ κεηαμχ δχν νπνηνλδήπνηε ζεκείσλ ηνπ νξγαληζκνχ, ηηο νπνίεο ζέινπκε λα κεηξήζνπκε, δηφηη αθξηβψο αληηθαηνπηξίδνπλ ηα θαηλφκελα απηά. θνπφο ησλ ειεθηξνδίσλ είλαη λα κεηαηξέςνπλ ην βηνινγηθφ δπλακηθφ (βηνδπλακηθφ) πνπ πξνθχπηεη ιφγσ ηνληηθήο ζπγθέληξσζεο ζε έλα ζεκείν ηνπ νξγαληζκνχ ζε δπλακηθφ ιφγσ ζπγθέληξσζεο ειεχζεξσλ ειεθηξνλίσλ κέζα ζε κεηαιιηθνχο αγσγνχο, ψζηε λα κειεηήζνπκε θαηλφκελα ζρεηηδφκελα κε ξνή ειεθηξνλίσλ θαη φρη κε ξνή ηφλησλ. Έηζη κπνξνχκε κε ειεθηξνληθέο δηαηάμεηο κε ηηο νπνίεο ζα ζπλδεζνχλ ηα ειεθηξφδηα, λα εληζρχζνπκε ηα ζήκαηα, δει. ηηο δηαθνξέο βηνδπλακηθνχ, θαη λα ηα επεμεξγαζηνχκε αθαηξψληαο ηπρφλ παξάζηηα [1]-[3]. 2.2 ΑΡΥΔ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΣΩΝ ΖΛΔΚΣΡΟΓΗΩΝ Ζ ιεηηνπξγία ησλ ειεθηξνδίσλ, σο ε βαζηθή δηεπαθή κεηαμχ ειεθηξηθψλ θαηλνκέλσλ ηνπ ζψκαηνο θαη ειεθηξνληθψλ δηαηάμεσλ απαγσγήο θαη επεμεξγαζίαο ησλ δπλακηθψλ πνπ πξνθχπηνπλ απφ απηά ηα θαηλφκελα, κπνξεί λα θαίλεηαη ζρεηηθά απιή, κηα πνπ ηα βηνδπλακηθά απφ ηε θχζε ηνπο απαηηνχλ κφλν βαζηθφ αηζζεηήξην ζηνηρείν, δειαδή ην ειεθηξφδην, θαη φρη επηπιένλ δηαηάμεηο κεηαηξνπέσλ θάπνηαο άιιεο ελέξγεηαο ζε ειεθηξηθή. Πιελ φκσο, ηα θαηλφκελα πνπ ζπκβαίλνπλ ζηε δηεπαθή ειεθηξνδίνπ ζψκαηνο, δει. ηα θαηλφκελα κεηαηξνπήο ξνήο ηφλησλ ζην αλζξψπηλν ζψκα ζε ξνή ειεθηξνλίσλ ζηνλ 22

24 κεηαιιηθφ αγσγφ ηνπ ειεθηξνδίνπ, είλαη εμαηξεηηθά πνιχπινθα. Γηα λα δψζνπκε κηα ζπλνπηηθή αλάιπζε ησλ θαηλνκέλσλ, παξαζέηνπκε ζηε ζπλέρεηα βαζηθά ζηνηρεία ειεθηξνρεκείαο. Οπνηνδήπνηε ειεθηξφδην έρεη κεηαιιηθφ ζηνηρείν (Μ), φηαλ ηνπνζεηεζεί ζε πδαηηθφ δηάιπκα, έρεη ηελ ηάζε λα δηαιπζεί ζην δηάιπκα σο θαηηφλ (ηφλ κε ζεηηθφ θνξηίν) αθήλνληαο ειεχζεξα ειεθηξφληα ζην ειεθηξφδην, δει. λα νμεηδσζεί: Μ Μ n+ + ne - (2.1) H ρεκηθή αληίδξαζε βέβαηα είλαη ακθίδξνκε (Μ Μ n+ +ne - ) θαη ε ηειηθή δπλακηθή ηζνξξνπία θαζνξίδεηαη απφ ηηο ζπγθεληξψζεηο φισλ ησλ ηφλησλ πνπ βξίζθνληαη θνληά ζην εκβαπηηζκέλν ειεθηξφδην. Ζ δηάιπζε ηνπ κεηάιινπ ζηελ άκεζε «γεηηνληά» ηνπ ειεθηξνδίνπ δεκηνπξγεί έλα δηπνιηθφ ζηξψκα κε ρσξεηηθή ζπκπεξηθνξά, κε αξλεηηθφ θνξηίν επί ηνπ ειεθηξνδίνπ, φπνπ απέκεηλαλ ηα ειεθηξφληα πνπ «άθεζε» ην κέηαιιν, θαη ζεηηθφ ζηνλ άκεζα πεξηβάιινληα ην ειεθηξφδην ρψξν, φπνπ βξίζθνληαη δηαιπκέλα ηα κεηαιιηθά θαηηφληα. Ζ εκθάληζε ηνπ δηπνιηθνχ απηνχ ζηξψκαηνο απνηειεί ην θχξην θαηλφκελν πνπ επζχλεηαη γηα ην δπλακηθφ εκηζηνηρείνπ, ζην νπνίν αλαθεξφκαζηε παξαθάησ. Σν θαηλφκελν ζηε δηεπαθή ειεθηξνδίνπ/ειεθηξνιχηε κπνξεί λα εκπιέθεη θαη αληφληα (αξλεηηθά θνξηηζκέλα ηφληα) ηνπ δηαιχκαηνο, αλ ππάξρνπλ, ηα νπνία κπνξεί λα νμεηδσζνχλ ζε νπδέηεξα άηνκα επί ηνπ ειεθηξνδίνπ, δίλνληαο ζην ειεθηξφδην ειεχζεξα ειεθηξφληα: Α m- A + me - (2.2) ηελ πξάμε δελ έρνπκε πνηέ έλα κφλν ειεθηξνιπηηθφ δηάιπκα κε εκβαπηηζκέλν ειεθηξφδην, αιιά ζπλδπαζκφ δχν ειεθηξνιπηηθψλ δηαιπκάησλ κε ειεθηξφδηα. Έζησ, π.ρ., φηη έρνπκε δχν δηαιχκαηα ειεθηξνιπηψλ, φπσο δείρλνπκε ζην σήμα 2.1, φπνπ ζην πξψην δηάιπκα NaCl έρνπκε ηνπνζεηήζεη ειεθηξφδην θαηαζθεπαζκέλν απφ Ag θαη AgCl (ειεθηξφδην Ag/AgCl) θαη ζην δεχηεξν δηάιπκα CuSO 4 έρνπκε ηνπνζεηήζεη έλα ειεθηξφδην Cu. Όπσο θαίλεηαη θαη απφ ηηο ρεκηθέο εμηζψζεηο ζην σήμα 2.1, ζεσξψληαο ράξηλ απιφηεηαο φηη νη ρεκηθέο αληηδξάζεηο είλαη κνλφδξνκεο, ζην πξψην δηάιπκα ζπκβαίλεη νμείδσζε, δει. έρνπκε απειεπζέξσζε ειεθηξνλίσλ, νπφηε ην δηάιπκα θαη ην αληίζηνηρν ειεθηξφδην νλνκάδνληαη άλνδνο. ην δεχηεξν δηάιπκα ζπκβαίλεη αλαγσγή, δει. έρνπκε δέζκεπζε ειεθηξνλίσλ απφ ηα ηφληα ηνπ ραιθνχ ζην δηάιπκα, νπφηε ην δηάιπκα θαη ην αληίζηνηρν ειεθηξφδην νλνκάδνληαη θάζνδνο. Ο ζπλδπαζκφο ησλ δχν δηαιπκάησλ κε ηα αληίζηνηρα ειεθηξφδηα νλνκάδεηαη γαιβαληθφ ζηνηρείν θαη θάζε έλα απφ ηα δηαιχκαηα κε ην ειεθηξφδηφ ηνπ νλνκάδεηαη εκηζηνηρείν. ην σήμα 2.2 δείρλνπκε θαηλφκελα πνπ ιακβάλνπλ ρψξα ζηελ επηθάλεηα ειεθηξνδίνπ θαη ειεθηξνιχηε. Παξαηεξψληαο π.ρ. ην σήμα 2.2.Α, βιέπνπκε φηη έρνπκε άκεζε ζπζρέηηζε κεηαμχ ησλ ρισξηφλησλ ηνπ δηαιχκαηνο ζηελ πεξηνρή θνληά ζην ειεθηξφδην θαη ησλ ειεχζεξσλ ειεθηξνλίσλ πνπ ζα εκθαληζηνχλ ζηελ επηθάλεηα ηνπ ειεθηξνδίνπ θαη, ζηε ζπλέρεηα, αλ ππάξμεη ην θαηάιιειν ειεθηξηθφ πεδίν, ε ξνή ρισξηφλησλ κεηαηξέπεηαη ζε ξνή ειεθηξνλίσλ. Απηή αθξηβψο είλαη θαη ε δηαδηθαζία κεηαηξνπήο ηελ νπνία εθκεηαιιεπφκαζηε γηα ηηο κεηξήζεηο βηνδπλακηθψλ κε ειεθηξφδηα, φπσο ηνπ Ag/AgCl. Έζησ φηη ηνπνζεηνχκε έλα βνιηφκεηξν, κε ηνλ αξλεηηθφ αθξνδέθηε ζην Α θαη ηνλ ζεηηθφ ζην Β (σήμα 2.3). Ζ ηάζε πνπ κεηξά ην βνιηφκεηξν (V Β -V Α ), νλνκάδεηαη ηάζε ηνπ ζηνηρείνπ (Δ ζηνηρείνπ ) κε ειεθηξφδηα Ag/AgCl θαη Cu. πκβαίλεη λα είλαη V Β -V Α =E ζηνηρείνπ >0, δει. ππάξρεη πεξίζζεηα αξλεηηθνχ θνξηίνπ ζηνλ αθξνδέθηε Α ηνπ βνιηφκεηξνπ ζε ζρέζε κε ηνλ αθξνδέθηε Β, δηφηη ν ζπλδπαζκφο ησλ δχν εκηζηνηρείσλ δεκηνπξγεί πεξίζζεηα ειεθηξνλίσλ ζην ειεθηξφδην Ag/AgCl ζε ζρέζε κε ην ειεθηξφδην Cu, επεηδή ην εκηζηνηρείν Ag/AgCl είλαη νμεηδσηηθφηεξν ηνπ εκηζηνηρείνπ Cu. Δίλαη πξνθαλέο φηη, αλ ζπλδπάζνπκε δηαθνξεηηθά ειεθηξφδηα (απφ εδψ θαη ζην εμήο φηαλ αλαθέξνπκε ηε ιέμε ειεθηξφδην, αλ δελ δηεπθξηλίδεηαη δηαθνξεηηθά, ελλννχκε ηνλ ζπλδπαζκφ ειεθηξνδίνπ θαη ειεθηξνιπηηθνχ δηαιχκαηνο πνπ ζπληζηνχλ ην θάζε εκηζηνηρείν) γηα λα θηηάμνπκε γαιβαληθά ζηνηρεία, αλάινγα κε ην πνην ειεθηξφδην είλαη αλαγσγηθφηεξν ζα εκθαλίδεηαη αξλεηηθφ ή ζεηηθφ 23

25 πξφζεκν ζηε δηαθνξά δπλακηθνχ πνπ κεηξά ην βνιηφκεηξν, δει. ζηελ ηάζε Δ ζηνηρείνπ. ηελ ειεθηξνρεκεία έρεη ελδηαθέξνλ λα γλσξίδνπκε απφ πξηλ πψο ζα ζπκπεξηθεξζνχλ ζπλδπαζκνί δηάθνξσλ ειεθηξνδίσλ γηα λα δεκηνπξγήζνπλ γαιβαληθά ζηνηρεία. Γηα ηνλ ιφγν απηφ αξρηθά νξίδνπκε ηα πξφηππα ειεθηξφδηα, απηά, δει ζηα νπνία νη ζπγθεληξψζεηο ησλ ηφλησλ ζηα δηαιχκαηα είλαη 1 M/l (6,02204x10 23 ηφληα/l), ε πίεζε ησλ αεξίσλ ελ δηαιχζεη είλαη 1 Atm θαη ε ζεξκνθξαζία είλαη 25 ν C (298 o K). Έλα ζηνηρείν κε πξφηππα ειεθηξφδηα έρεη ηάζε πνπ ζπκβνιίδεηαη κε Δ 0 ζηνηρείνπ. Μπνξνχκε λα ζεσξήζνπκε φηη απηή ε ηάζε είλαη ην άζξνηζκα δχν ηάζεσλ, κίαο πνπ δεκηνπξγεί ην έλα ειεθηξφδην, ην νπνίν απζαίξεηα ζεσξνχκε θάζνδν («θαηά ζχκβαζε» θάζνδνο) θαη ην ζπλδένπκε κε ηνλ ζεηηθφ αθξνδέθηε ηνπ βνιηφκεηξνπ (B ζην σήμα 2.4), θαη κίαο πνπ δεκηνπξγεί ην άιιν ειεθηξφδην, ην νπνίν ζεσξνχκε άλνδν (θαηά ζχκβαζε άλνδνο) θαη ην ζπλδένπκε κε ηνλ αξλεηηθφ αθξνδέθηε (A) ηνπ βνιηφκεηξνπ: Δ 0 ζηνηρείνπ = Δ 0 θαζφδνπ+δ 0 αλφδνπ (2.3) Φπζηθά, απηέο νη ηάζεηο εκηζηνηρείσλ δελ κπνξνχλ λα κεηξεζνχλ πνηέ κεκνλσκέλα. Αλ φκσο ρξεζηκνπνηνχκε έλα πξφηππν ειεθηξφδην κνλίκσο σο άλνδν, π.ρ. ην ειεθηξφδην πδξνγφλνπ, ζέηνληαο Δ 0 αλφδνπ= 0 γηα ην ειεθηξφδην απηφ, θαη κεηξνχκε ηελ Δ 0 ζηνηρείνπ, έρνληαο σο θάζνδν νπνηνδήπνηε άιιν πξφηππν ειεθηξφδην Υ, ηφηε έρνπκε νξίζεη ην πξφηππν δπλακηθφ αλαγσγήο ηνπ ειεθηξνδίνπ Υ (σήμα 2.4). Δίλαη δειαδή: Δ 0 ζηνηρείνπ = Δ 0 θαζφδνπ = Δ 0 (Υ) = Πξφηππν δπλακηθφ αλαγσγήο ηνπ ειεθηξνδίνπ Υ (2.4) σήμα 2.1 Γαιβαληθό ζηνηρείν κε εκηζηνηρεία Ag/AgCl θαη Cu. Υάξηλ απιόηεηαο ζεσξνύκε όηη νη αληηδξάζεηο αλαγσγήο ζην εκηζηνηρείν κε ειεθηξόδην Ag/AgCl θαη νμείδσζεο ζην εκηζηνηρείν κε ειεθηξόδην Cu είλαη κνλόδξνκεο. 24

26 σήμα 2.2.Α.1 Φαηλόκελα ηα νπνία ιακβάλνπλ ρώξα ζηελ επηθάλεηα ειεθηξνδίνπ θαη ειεθηξνιύηε: ην ειεθηξόδην Ag/AgCl ηα άηνκα αξγύξνπ αθήλνπλ έλα ειεθηξόλην θαη κεηαβαίλνπλ ζην δηάιπκα κε ηε κνξθή ζεηηθά θνξηηζκέλσλ ηόλησλ, όπνπ δεζκεύνπλ ηόληα ρισξίνπ θαη ν ζηεξεόο πιένλ ρισξηνύρνο άξγπξνο πνπ δεκηνπξγείηαη ελαπνηίζεηαη πάλσ ζην ειεθηξόδην. σήμα 2.2.Α.2 Φαηλόκελα ηα νπνία ιακβάλνπλ ρώξα ζηελ επηθάλεηα ειεθηξνδίνπ θαη ειεθηξνιύηε: Γείρλεηαη απηό πνπ ζπκβαίλεη ηειηθά από άπνςε ειεθηξηθώλ θνξηίσλ. σήμα 2.2.Β.1 Φαηλόκελα ηα νπνία ιακβάλνπλ ρώξα ζηελ επηθάλεηα ειεθηξνδίνπ θαη ειεθηξνιύηε: ην ειεθηξόδην Cu ηα ειεθηξόληα, ηα νπνία ππάξρνπλ ζηνλ ρώξν ηνπ κεηάιινπ θαη ηα νπνία κπνξνύκε λα 25

27 ζεσξήζνπκε όηη έξρνληαη από ην απέλαληη ειεθηξόδην ηεο αλόδνπ, δεζκεύνληαη από ηα ηόληα ραιθνύ ζην δηάιπκα θαη έηζη δεκηνπξγείηαη ζηεξεόο ραιθόο, ν νπνίνο ελαπνηίζεηαη ζην ειεθηξόδην. σήμα 2.2.Β.2 Φαηλόκελα ηα νπνία ιακβάλνπλ ρώξα ζηελ επηθάλεηα ειεθηξνδίνπ θαη ειεθηξνιύηε: Γείρλεηαη απηό πνπ ζπκβαίλεη ηειηθά από άπνςε ειεθηξηθώλ θνξηίσλ. σήμα 2.3 Σνπνζέηεζε βνιηόκεηξνπ κεηαμύ ησλ εκηζηνηρείσλ ηνπ ρήκαηνο 2.1. Έρνληαο ζπγθξίλεη θάζε πξφηππν ειεθηξφδην ζε ζρέζε κε ην πξφηππν ειεθηξφδην πδξνγφλνπ σο άλνδν, έρνπλ ζπληαρζεί πίλαθεο κε ηα πξφηππα δπλακηθά αλαγσγήο φισλ ησλ πξφηππσλ ειεθηξνδίσλ. Έηζη, ινηπφλ, κπνξνχκε λα γλσξίδνπκε φηη γαιβαληθφ ζηνηρείν κε θάζνδν πξφηππν ειεθηξφδην ραιθνχ θαη άλνδν πξφηππν ειεθηξφδην ςεπδαξγχξνπ ζα έρεη Δ 0 ζηνηρείνπ = (πξφηππν δπλακηθφ αλαγσγήο ραιθνχ) + (πξφηππν δπλακηθφ νμείδσζεο ςεπδαξγχξνπ) = (πξφηππν δπλακηθφ αλαγσγήο ραιθνχ) (πξφηππν δπλακηθφ αλαγσγήο ςεπδαξγχξνπ) = Δ 0 (Cu)-Δ 0 (Zn) = 0,34V (-0,76V) = 1,1V. Καηά ζχκβαζε ζηε ζπλέρεηα, φπνηε γξάθνπκε Δ 0 (Υ), ελλννχκε ην πξφηππν δπλακηθφ αλαγσγήο ηνπ ειεθηξνδίνπ (εκηζηνηρείνπ) Υ. Δθφζνλ γλσξίδνπκε ην δπλακηθφ αλαγσγήο ελφο πξνηχπνπ ειεθηξνδίνπ Υ, κπνξνχκε λα βξνχκε, ζχκθσλα κε ηηο αξρέο ηεο ειεθηξνρεκείαο, ην δπλακηθφ αλαγσγήο ηνπ ίδηνπ ειεθηξνδίνπ, φηαλ νη ζπλζήθεο ζεξκνθξαζίαο θαη ζπγθεληξψζεσο δηαθέξνπλ απφ ηηο πξφηππεο. χκθσλα κε ηνλ λφκν ηνπ Nernst ζα ηζρχεη Δ (Υ) = Δ ν (Υ) (RT/nF)lnQ (2.5) 26

28 φπνπ R ε παγθφζκηα ζηαζεξά ησλ αεξίσλ, Σ ε απφιπηε ζεξκνθξαζία ζηελ νπνία βξίζθεηαη ην δηάιπκα, n ηα mole ειεθηξνλίσλ πνπ εκπιέθνληαη ζηε ρεκηθή αληίδξαζε αλαγσγήο ηνπ ειεθηξνδίνπ (βι. Eξίζυζη 2.6 παξαθάησ), F ε ζηαζεξά ηνπ Faraday, δει. ην θνξηίν, ζε Coulomb, ελφο mole ειεθηξνλίσλ θαη Q ην πειίθν ελεξγφηεηαο ηεο εμίζσζεο. Αλ ε εμίζσζε αλαγσγήο ηνπ ειεθηξνδίνπ Υ είλαη αα + ββ γγ + δγ (2.6) ηφηε: Q = ([Γ] γ [Γ] δ )/([A] α [B] β ) (2.7) φπνπ [Υ] ε ζπγθέληξσζε ηεο νπζίαο Υ, εθφζνλ νη νπζίεο Α, Β, Γ, Γ είλαη ζε κνξθή δηαιχκαηνο θαη ην δηάιπκα είλαη αξαηφ. Αλ θάπνην απφ ηα Α, Β, Γ, Γ είλαη ζε ζηεξεή κνξθή ζηελ αληίδξαζε πνπ ζπκβνιίδνπκε κε ηελ Eξίζυζη 2.6, ηφηε δελ ππεηζέξρεηαη ζηελ Eξίζυζη 2.7. Π.ρ. ζηα ειεθηξφδηα Ag/AgCl κε αληίδξαζε αλαγσγήο (βι. θαη σήμα 2.1): AgCl(s)+e - Ag(s)+Cl - (aq) (2.8) Ζ εμίζσζε ηνπ Nernst γξάθεηαη σο E (Αg/AgCl) = E o (Αg/AgCl) (RT/F)ln[Cl - ] = 0,22V-(RT/F)ln[Cl - ] (2.9) φπνπ n=1, δηφηη ζηελ Eξίζυζη 2.8 εκπιέθεηαη 1 mole e -. Καηά ζπλέπεηα, ην δπλακηθφ Δ ζηνηρείνπ ελφο ζηνηρείνπ, ηνπ νπνίνπ ηα θαηά ζχκβαζε ειεθηξφδηα νμείδσζεο Α θαη αλαγσγήο Β δηαθέξνπλ απφ ηα πξφηππα, πξνθχπηεη σο Δ ζηνηρείνπ = Δ (Β) Δ (Α), φπνπ ηα δπλακηθά αλαγσγήο ησλ ειεθηξνδίσλ έρνπλ ππνινγηζηεί απφ ηηο Δξιζώζειρ 2.5 θαη 2.7, αξθεί λα έρεη ιεθζεί πξφλνηα ψζηε νη εμηζψζεηο πνπ πεξηγξάθνπλ ηηο αληηδξάζεηο ζηα δχν ειεθηξφδηα λα είλαη ηζνζθειηζκέλεο, δει. λα κπνξνχλ ζπλδπαδφκελεο λα δψζνπλ ηε ζπλνιηθή εμίζσζε νμεηδαλαγσγήο ηνπ ζηνηρείνπ. 2.3 ΔΝΓΟΪΣΗΚΑ ΖΛΔΚΣΡΟΓΗΑ Θα αζρνιεζνχκε ζηε ζπλέρεηα, αξρηθά, κε ηελ πεξίπησζε ελδντζηηθψλ (ελδνδεξκηθψλ) ειεθηξνδίσλ, ηα νπνία θηάλνπλ έσο ηνλ εμσθπηηαξηθφ ρψξν [4]. Οπνηνδήπνηε ηέηνην ειεθηξφδην, εξρφκελν ζε επαθή κε ην εμσθπηηαξηθφ πγξφ, δεκηνπξγεί έλα εκηζηνηρείν, εθφζνλ ην εμσθπηηαξηθφ πγξφ κπνξεί λα ζεσξεζεί θαη νπζία πδαηηθφ δηάιπκα θαη ιεηηνπξγεί σο ειεθηξνιπηηθφ δηάιπκα. Αο ζεσξήζνπκε, ινηπφλ, έλα δεχγνο ειεθηξνδίσλ, ην θαζέλα ηνπνζεηεκέλν ζε δηαθνξεηηθά ζεκεία (Α θαη Β) ηνπ αλζξψπηλνπ νξγαληζκνχ, ζπλδεδεκέλα κεηαμχ ηνπο κε έλα ηδαληθφ βνιηφκεηξν, δει. έλα βνιηφκεηξν κε άπεηξε εζσηεξηθή αληίζηαζε. Σα δπλακηθά δξάζεο πνπ ζπκβαίλνπλ, π.ρ. ζηα κπτθά θχηηαξα ηεο θαξδηάο, δεκηνπξγνχλ κεηαβαιιφκελεο ζηνλ ρξφλν δηαθνξέο ζπγθεληξψζεσλ ηφλησλ (Na+, K + ) ζηηο δηάθνξεο πεξηνρέο ηνπ πεξηθαξδίνπ, νη νπνίεο, ιφγσ ηεο αγσγηκφηεηάο ησλ ηζηψλ, κέζσ ηνληηθψλ ξεπκάησλ νδεγνχληαη ζε φια ζρεδφλ ηα ζεκεία ηνπ ζψκαηνο. Έζησ φηη κηα ζπγθεθξηκέλε ρξνληθή ζηηγκή νη δηαθνξέο ζπγθεληξψζεσλ ηφλησλ, βηνινγηθήο πξνέιεπζεο, ζηα ζεκεία Α θαη Β δεκηνπξγνχλ κηα δηαθνξά δπλακηθνχ Δ Ζ. θνπφο ησλ ειεθηξνδίσλ είλαη λα κεηαζρεκαηίζνπλ απηή ηε δηαθνξά δπλακηθνχ ηνληηθήο πξνέιεπζεο ζε δηαθνξά δπλακηθνχ ειεθηξνλίσλ ζηα κεηαιιηθά άθξα ησλ ειεθηξνδίσλ, ε νπνία κε ηε ζεηξά ηεο ζα κεηξεζεί απφ ην βνιηφκεηξν. 27

29 σήμα 2.4 Γηάηαμε κέηξεζεο πξόηππσλ δπλακηθώλ αλαγσγήο. Όκσο, θάζε ειεθηξφδην δεκηνπξγεί θαη κηα δηαθνξά δπλακηθνχ ειεθηξνδίνπ (εκηζηνηρείνπ). ηελ πεξίπησζή καο Δ Α θαη Δ Β, κε ηηκέο πνπ δίλνληαη απφ ηελ Δξίζυζη 2.5, νπφηε ην ηζνδχλακν ειεθηξηθφ θχθισκα δίλεηαη απφ ην σήμα 2.5 θαη ε ηάζε ηνπ βνιηφκεηξνπ V είλαη: V = Δ Β -Δ Α +Δ H (2.10) πλεπψο, νη ηάζεηο ησλ ειεθηξνδίσλ είλαη αλεπηζχκεηεο θαη κπνξνχκε λα απαιιαγνχκε απφ απηέο κφλν αλ γίλνπλ ίζεο. ηε ζπλέρεηα πεξηγξάθνπκε ηη πξέπεη λα γίλεη, ψζηε λα επηηεπρζεί απηφο ν ζηφρνο. Αξρηθά, πξέπεη λα επηιεγνχλ ειεθηξφδηα, ησλ νπνίσλ ε ειεθηξνρεκηθή δξαζηεξηφηεηα είλαη αλεμάξηεηε ησλ ηνληηθψλ θαηλνκέλσλ πνπ ζέινπκε λα κειεηήζνπκε κέζα ζηνλ νξγαληζκφ, δει. ην πειίθν ελεξγφηεηαο Q λα είλαη θαηά ηθαλνπνηεηηθή πξνζέγγηζε ζηαζεξφ θαη αλεμάξηεην απφ ηα ειεθηξνρεκηθά θαηλφκελα ηνπ νξγαληζκνχ. ηελ πεξίπησζε π.ρ. ησλ ειεθηξνδίσλ Ag/AgCl, ζχκθσλα κε ηελ Eξίζυζη 2.9, κφλν ε πεξηεθηηθφηεηα ησλ ρισξηφλησλ ππεηζέξρεηαη ζηελ εμίζσζε ηνπ Nernst, φκσο ηα ρισξηφληα δελ επεξεάδνληαη νπζηαζηηθά απφ ηα βηνειεθηξηθά θαηλφκελα. Δπίζεο, ηα ειεθηξφδηα πξέπεη λα είλαη απφ ην ίδην πιηθφ, δει. λα έρνπκε φκνηα εκηζηνηρεία (σήμα 2.6). Αλ, επηπιένλ, ηα δχν ζεκεία ηνπ νξγαληζκνχ, φπνπ ηνπνζεηνχκε ηα ειεθηξφδηα, είλαη ζηελ ίδηα ζεξκνθξαζία, ηφηε φινη νη παξάγνληεο ζηελ εμίζσζε ηνπ Nernst γηα ηα δχν εκηζηνηρεία είλαη ίζνη, νπφηε ηδαληθά νη δχν ηάζεηο ησλ ειεθηξνδίσλ αλαηξνχληαη θαη V = Δ H. σήμα 2.5 Ζιεθηξηθό ηζνδύλακν θύθισκα (κνληέιν) ειεθηξνδίσλ κε ηδαληθό βνιηόκεηξν. Δ H είλαη ην πξνο κέηξεζε βηνδπλακηθό. 28

30 σήμα 2.6 ύζηεκα ειεθηξνδίσλ Ag/AgCl γηα βηνκεηξήζεηο. ηελ πξαγκαηηθφηεηα θαλέλα βνιηφκεηξν δελ παξνπζηάδεη άπεηξε αληίζηαζε εηζφδνπ. Αθφκε θαη νη θαιχηεξεο ζχγρξνλεο κεηξεηηθέο δηαηάμεηο εληζρπηψλ έρνπλ πεπεξαζκέλε, αλ θαη ζπρλά πνιχ κεγάιε, ηεο ηάμεο αθφκε θαη ησλ GΧ, αληίζηαζε εηζφδνπ κε ηηκή R. Αλ ηα ειεθηξφδηα, αθφκε θαη φηαλ δηαξξένληαη απφ ξεχκα, εμαθνινπζνχζαλ λα είλαη ηδαληθά (δει. λα ιεηηνπξγνχλ σο πεγέο ηάζεο Δ Υ, Υ=Α ή Β), ηφηε ην ξεχκα πνπ ζα δηέξξεε ην θχθισκα (σήμα 2.7) ζα ήηαλ i = (Δ Β -Δ Α +Δ H )/R θαη αλ Δ Β = Δ Α, ηφηε i = Δ H /R. σήμα 2.7 Ηζνδύλακν θύθισκα όηαλ ην βνιηόκεηξν αληηθαηαζηαζεί κε πεπεξαζκέλε αληίζηαζε θαη ηα ειεθηξόδηα παξακέλνπλ ηδαληθά. Σα ειεθηξφδηα έρνπλ, φκσο, ηελ αλεπηζχκεηε ηδηφηεηα, φηαλ δηαξξένληαη απφ ξεχκα, λα κεηαβάιινληαη νη ηδηφηεηέο ηνπο θαη λα δπζρεξαίλνπλ ηε ξνή ηνπ, ιφγσ σκηθψλ αληηζηάζεσλ δηαξξνήο (R e ) θαη ρσξεηηθφηεηαο (C e ) ηνπ δηπνιηθνχ ζηξψκαηνο θνξηίσλ πνπ αλαπηχζζεηαη ζηε δηεπαθή ειεθηξνδίνπ/ειεθηξνιπηηθνχ δηαιχκαηνο, αιιά θαη ηεο αληίζηαζεο R s ηνπ ειεθηξνιπηηθνχ δηαιχκαηνο. Παχεη, ινηπφλ, ην θάζε εκηζηνηρείν λα ζπκπεξηθέξεηαη σο πεγή ηάζεο θαη, αληί ηνπ θπθιψκαηνο πνπ δείρλνπκε ζην σήμα 2.7, έρνπκε ην πνιππινθφηεξν θχθισκα ηνπ σήμαηορ 2.8. Μάιηζηα, νη ηηκέο ησλ R e θαη C e δελ είλαη ζηαζεξέο, αιιά εμαξηψληαη απφ ηε ζπρλφηεηα θαη ηελ ππθλφηεηα ηνπ δηεξρφκελνπ ξεχκαηνο. Ζιεθηξφδηα ζηα νπνία δελ ππάξρεη παξά κφλν θιάδνο C e θαη ε ηηκή ηεο ρσξεηηθφηεηαο ζεσξείηαη άπεηξε νλνκάδνληαη πιήξσο πνιψζηκα θαη ζε απηά δελ έρνπκε κεηαθνξά θνξηίσλ δηακέζνπ ηεο δηεπαθήο ειεθηξνδίνπ θαη ειεθηξνιχηε, αιιά ην ξεχκα πνπ ηειηθά ξέεη είλαη ξεχκα κεηαηφπηζεο θαηά κήθνο ηνπ δηπνιηθνχ ζηξψκαηνο. Αληίζεηα, πιήξσο κε πνιψζηκα νλνκάδνληαη εθείλα ηα ειεθηξφδηα ζηα νπνία C e =0. Φπζηθά, πιήξσο πνιψζηκα ή κε πνιψζηκα ειεθηξφδηα δελ είλαη δπλαηφ λα θαηαζθεπαζηνχλ. Παξά ηαχηα, ειεθηξφδηα κε κεγάιε C e, ζρεηηθά κε ηελ πιεηνλφηεηα ησλ ππνινίπσλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη 29

31 ζηηο κεηξήζεηο βηνδπλακηθψλ, νλνκάδνληαη πνιψζηκα, ελψ απηά πνπ βξίζθνληαη ζην άιιν άθξν ηνπ θάζκαηνο ηηκψλ C e νλνκάδνληαη κε πνιψζηκα [2, 3]. ηελ πξάμε ζα έρνπκε πεπεξαζκέλεο ηηκέο ησλ R e, C e θαη R s κε ηα εμήο απνηειέζκαηα: 1. Όηαλ ε κεηαβνιή ησλ ζπγθεληξψζεσλ ησλ ηφλησλ πνπ ζρεηίδνληαη κε ην ππφ κειέηε βηνειεθηξηθφ θαηλφκελν είλαη ρακειήο ζπρλφηεηαο f, ψζηε λα ηζρχεη 1/(2πfC e ) >> R e, ζα είλαη R νιηθφ = R e +R s. 2. Όηαλ ε κεηαβνιή ησλ ζπγθεληξψζεσλ ησλ ηφλησλ πνπ ζρεηίδνληαη κε ην ππφ κειέηε βηνειεθηξηθφ θαηλφκελν είλαη πςειήο ζπρλφηεηαο f, ψζηε λα ηζρχεη 1/(2πfC e ) << R e, ζα είλαη R νιηθφ = R s. 3. Δκθαλίδνληαη αλεπηζχκεηα θαηλφκελα θφξηηζεο θαη εθθφξηηζεο ιφγσ ηεο C e. 4. Ζ παξνπζία ηνπ δηπνιηθνχ ζηξψκαηνο, ππφ ζπλζήθεο ξνήο ξεχκαηνο, απνηειεί πεγή πξφζζεησλ ηάζεσλ επαθήο (ηάζεηο πφισζεο), νη νπνίεο είλαη κε ειεγρφκελεο θαη φρη απαξαίηεηα ίζεο ζε θάζε ειεθηξφδην, κε απνηέιεζκα ε δηαθνξά δπλακηθνχ πνπ ηειηθά εμάγεηαη απφ δχν ειεθηξφδηα λα κελ αληηθαηνπηξίδεη ην βηνδπλακηθφ πνπ ζέινπκε λα κεηξήζνπκε. Απφ ηα παξαπάλσ είλαη πξνθαλέο φηη ηα πνιψζηκα ειεθηξφδηα πξνζθέξνληαη ιηγφηεξν γηα κεηξήζεηο βηνδπλακηθψλ απφ ηα κε πνιψζηκα ειεθηξφδηα. Σα ειεθηξφδηα πνπ θαηαζθεπάδνληαη απφ επγελή κέηαιια, φπσο ε πιαηίλα θαη ν ρξπζφο, πιεζηάδνπλ ζηε ζπκπεξηθνξά ηα πιήξσο πνιψζηκα ειεθηξφδηα, αιιά ρξεζηκνπνηνχληαη αξθεηά ζε βηνκεηξήζεηο, ηδίσο ηα ειεθηξφδηα ρξπζνχ, ιφγσ ησλ θαιψλ ηδηνηήησλ αγσγήο ξεχκαηνο ειεθηξνλίσλ ηνπ ειεθηξνδίνπ θαη θπξίσο ιφγσ ηεο ρεκηθήο ζηαζεξφηεηαο ησλ ειεθηξνδίσλ ζε πνιχρξνλε έθζεζε ζε δηαιχκαηα αιάησλ θ.ιπ. Σα ειεθηξφδηα Ag/AgCl απφ ηελ άιιε πιεπξά, κνινλφηη ν ρισξηνχρνο άξγπξνο δελ είλαη ηδηαίηεξα θαιφο αγσγφο ηνπ ειεθηξηζκνχ, πξνζεγγίδνπλ αξθεηά θαιά ηηο ηδηφηεηεο ησλ πιήξσο κε πνιψζηκσλ ειεθηξνδίσλ θαη γη απηφ ρξεζηκνπνηνχληαη επξχηαηα, ηδίσο ηα ηειεπηαία ρξφληα πνπ ε ηερλνινγία ησλ πιηθψλ έρεη επηηξέςεη ηελ θαηαζθεπή θζελψλ αλαιψζηκσλ ειεθηξνδίσλ κε ηθαλνπνηεηηθή αγσγηκφηεηα θαη επίζεο ε αληίζηαζε εηζφδνπ ησλ βηνεληζρπηψλ είλαη ηδηαίηεξα πςειή. 2.4 ΖΛΔΚΣΡΟΓΗΑ ΓΔΡΜΑΣΗΚΖ ΔΠΗΦΑΝΔΗΑ Σν κνληέιν ησλ ειεθηξνδίσλ πνπ δείρλνπκε ζην σήμα 2.8 ηζρχεη ηθαλνπνηεηηθά ζηελ πεξίπησζε πνπ ηα ειεθηξφδηα έρνπλ ηνπνζεηεζεί κέζα ζηνλ ηζηφ [5]. ε πεξίπησζε πνπ ηα ειεθηξφδηα έρνπλ ηνπνζεηεζεί ζηελ επηθάλεηα ηνπ δέξκαηνο, φπσο ζπλεζίδεηαη γηα ιφγνπο επθνιίαο ζηελ πιεηνλφηεηα ησλ βηνειεθηξηθψλ κεηξήζεσλ, ηφηε ε ιεηηνπξγία ηνπ ειεθηξνδίνπ δπζρεξαίλεηαη αθφκε πεξηζζφηεξν δηφηη κεηαμχ ηζηνχ (ειεθηξνιπηηθνχ δηαιχκαηνο) θαη ειεθηξνδίνπ ππάξρεη έλα ζηξψκα αέξα, ηξηρψλ θαη ζθφλεο (ζηξψκα 2 ζην σήμα 2.9) θαη ην ζηξψκα ηεο επηδεξκίδαο (ζηξψκα 3 ζην σήμα 2.9) [3, 6]. Κάζε ζηξψκα πξνζζέηεη ηα δηθά ηνπ αλεπηζχκεηα ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά αληίζηαζεο θαη ρσξεηηθφηεηαο θαη ζηε δηεπαθή ησλ ζηξσκάησλ 2 θαη 3 αλαπηχζζεηαη επηπιένλ κία ηάζε εκηζηνηρείνπ επαθήο Δ ΔΠ, θπξίσο νθεηιφκελε ζην ζηξψκα θεξαηίλεο ηεο επηδεξκίδαο, γεγνλφο ην νπνίν ζπλεπάγεηαη θαη ηελ χπαξμε παξαζηηηθψλ R ΔΠ θαη C ΔΠ. Γηα λα μεπεξάζνπκε ηα πξνβιήκαηα απηά, θαζαξίδνπκε θαιά ηα ζεκεία, φπνπ ζα ηνπνζεηεζνχλ ηα ειεθηξφδηα κε νηλφπλεπκα θαη, επηπιένλ, ηνπνζεηνχκε κία ειεθηξνιπηηθή αινηθή (δειέ), ψζηε λα απμεζεί ε αγσγηκφηεηα ηνπ ζηξψκαηνο 2. Δπίζεο, ηξίβνπκε ηελ επηδεξκίδα γηα λα αθαηξεζνχλ θαη απφ απηήλ ηπρφλ λεθξσκέλα θχηηαξα, ψζηε λα κεησζεί -φζν είλαη δπλαηφ- ε ζηνηβάδα θεξαηίλεο θαη αληίζηνηρα λα κεησζνχλ νη Δ ΔΠ, R ΔΠ θαη C ΔΠ. Παξά ηηο δηαδηθαζίεο απηέο, κεηαηνπίζεηο ηνπ ζηξψκαηνο 1 σο πξνο ην 2 θαη ηνπ 2 σο πξνο ην 3 πξνθαινχλ ηπραίεο κεηαβνιέο ησλ Δ (Α) θαη Δ ΔΠ, κε αληίζηνηρα ζθάικαηα ζηα κεηξνχκελα βηνδπλακηθά, ηα νπνία νλνκάδνληαη ζθάικαηα κεηαηφπηζεο ή παξάζηηα θίλεζεο. 30

32 σήμα 2.8 Ηζνδύλακν θύθισκα πξαγκαηηθώλ ελδντζηηθώλ ειεθηξνδίσλ. 31

33 σήμα 2.9 Ηζνδύλακν θύθισκα πξαγκαηηθώλ επηδεξκηθώλ ειεθηξνδίσλ. 1: ειεθηξόδην, 2: ζηξώκα αέξα, ηξηρώλ θαη ζθόλεο (ζην ζηξώκα απηό ηνπνζεηείηαη ε ειεθηξνιπηηθή αινηθή), 3: επηδεξκίδα, 4: δέξκα θαη ππνδόξηνο ηζηόο. ηε ζπλέρεηα ζηα σήμαηα δείρλνληαη δηάθνξνη ηχπνη ειεθηξνδίσλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζε απαγσγέο βηνδπλακηθψλ. 32

34 σήμα 2.10 Δπηδεξκηθά ειεθηξόδηα (ειεθηξόδηα επηθάλεηαο ζώκαηνο). (α) Μεηαιιηθά ειεθηξόδηα γηα εθαξκνγή ζηα άθξα. (β) Ζιεθηξόδηα κεηαιιηθνύ δίζθνπ, ζηεξενύκελα κε ρεηξνπξγηθή ηαηλία. (γ) Αλαιώζηκα ειεθηξόδηα κε επαθή ζπγθξάηεζεο ζην δέξκα από αθξώδεο πιηθό. Υξεζηκνπνηνύληαη επξέσο ζε ειεθηξνθαξδηνγξαθηθέο απαγσγέο. σήμα 2.11 Παξαδείγκαηα επηδεξκηθώλ ειεθηξνδίσλ πνπ «επηπιένπλ» πάλσ από ην δέξκα, εκβαπηηζκέλα ζε θύζηε πνπ πεξηέρεη ειεθηξνιπηηθή αινηθή. (α) Δμσηεξηθή όςε. (β) Σνκή. 33

35 σήμα 2.12 Ζιεθηξόδηα ελδντζηηθώλ (δηαδεξκηθώλ) απαγσγώλ. (α) Μνλσκέλν ειεθηξόδην βειόλαο. (β) Οκναμνληθό ειεθηξόδην βειόλαο. (γ) Ζιεθηξόδην βειόλαο κε δύν εζσηεξηθνύο αγσγνύο (δηπνιηθό ειεθηξόδην). σήμα 2.13 Ζιεθηξόδηα γηα ηελ ελδνδεξκηθή απαγσγή εκβξπτθνύ ΖΚΓ θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ηνθεηνύ. Γείρλεηαη ηνκή ηνπ ειεθηξνδίνπ θαη ηνπ ππνθείκελνπ ηζηνύ ηνπ εκβξύνπ, όηαλ έρεη γίλεη ε ηνπνζέηεζε. Τπάξρεη κεραληζκόο πνπ αλαξξνθά ηνλ αέξα ζηνλ ρώξν κεηαμύ «θεθαιήο» («θάςαο») ηνπ ειεθηξνδίνπ θαη δέξκαηνο ηνπ εκβξύνπ, ώζηε ε βειόλα ηνπ ειεθηξνδίνπ λα εηζρσξήζεη ειαθξά ζην δέξκα ηνπ εκβξύνπ. 34

36 Σειεηψλνληαο ην θεθάιαην απηφ, ζα εμεηάζνπκε νξηζκέλα πξαθηηθά δεηήκαηα θαηαζθεπήο θαη ρξήζεο ειεθηξνδίσλ γηα βηνκεηξήζεηο: ε έλα ειεθηξφδην φια ηα κεηαιιηθά κέξε ηα εθηηζέκελα ζε επαθή κε ηνλ ειεθηξνιχηε πξέπεη λα είλαη απφ ην ίδην πιηθφ. Κφιιεζε δελ πξέπεη λα ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ έλσζε ειεθηξνδίνπ θαη απαγσγνχ θαισδίνπ, εθηφο αλ είκαζηε βέβαηνη φηη ην ζεκείν απηφ δελ ζα έξζεη ζε επαθή κε ηνλ ειεθηξνιχηε. Όια ηα ειεθηξφδηα πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζε κία κέηξεζε πξέπεη λα είλαη αθξηβψο ηνπ ίδηνπ ηχπνπ (κεηαιιηθφ θξάκα, ηξφπνο θαηαζθεπήο θαη ζηαζεξνπνηήζεσο), ψζηε λα απνθεχγνληαη δηαθνξέο δπλακηθνχ νθεηιφκελεο ζε δηαθνξεηηθέο ηηκέο ησλ παξάζηησλ ρσξεηηθνηήησλ, αληηζηάζεσλ, ηάζεσλ επαθήο θ.ν.θ. Σν πην επαίζζεην ζεκείν ζηελ θαηαζθεπή ησλ ειεθηξνδίσλ είλαη ε έλσζε ειεθηξνδίνπ θαη απαγσγνχ θαισδίνπ. Πξέπεη λα είλαη αλζεθηηθή ζε κεραληθέο ηάζεηο θαη λα παξέρεη θαιή ειεθηξηθή ζπλέρεηα, ψζηε λα απνθεχγνληαη πςειέο παξάζηηεο αληηζηάζεηο θαη ηειηθά δηάζπαζε ηεο ειεθηξηθήο ζπλέρεηαο. Σν κνλσηηθφ πιηθφ ησλ ειεθηξνδίσλ δελ πξέπεη λα απνξξνθά πγξαζία θαη απηφ είλαη πνιχ ζεκαληηθφ, γηαηί ζπλήζσο ειεθηξφδηα Ag/AgCl ηνπνζεηνχληαη, φηαλ δελ είλαη ζε ρξήζε, κέζα ζε θαηάιιειν δηάιπκα, ψζηε λα απνθεχγεηαη ε δεκηνπξγία αδηάιπησλ αιάησλ ζηελ επηθάλεηά ηνπο. Ζ ζπλνιηθή σκηθή αληίζηαζε ηνπ ειεθηξνδίνπ πξέπεη λα είλαη ίζε ή κηθξφηεξε ησλ 5 kχ θαη απηφ επηηπγράλεηαη κε ζηεξεή θαη ζθηθηή επαθή ηνπ ειεθηξνδίνπ κε ην δέξκα θαη, φπσο πξναλαθέξακε, κε θαιφ θαζαξηζκφ θαη ηξίςηκν ηνπ δέξκαηνο θαη ηνπνζέηεζε αγψγηκσλ αινηθψλ. Βιβλιογπαθία 1. J. D. Bronzino, The Biomedical Engineering Handbook. Boca Raton, FL: CRC Press IEEE Press, J. G. Webster, Medical Instrumentation, Application and Design. New York, NY: John Wiley & Sons, S. Ha, C. Kim, Y. M. Chi, A. Akinin, C. Maier, A. Ueno, and G. Cauwenberghs, Integrated Circuits and Electrode Interfaces for Noninvasive Physiological Monitoring, IEEE Tr. Biomed. Eng., vo. 61, no. 5, pp , May P. Ruther, O. Paul, New approaches for CMOS-based devices for large-scale neural recording, Curr. Opin. Neurobiol., vol. 32, pp , Jun L.-F. Wang, J.-Q. Liu, X.-X. Yan, Y. Bin, and C.-S. Yang, A MEMS-based pyramid micro-needle electrode for long-term EEG measurement, Microsyst. Technol., vol. 19, no. 2, pp , Feb Y.-H. Chen, M. Op de Beeck, L. Vanderheyden, E. Carrette, V. Mihajlović, K. Vanstreels, B. Grundlehner, S. Gadeyne, P. Boon, and C. Van Hoof, Soft, Comfortable Polymer Dry Electrodes for High Quality ECG and EEG Recording, Sensors, vol. 14, no. 12, pp , Dec

37 3. ΒΗΟΔΝΗΥΤΣΔ ύνοτη ην θεθάιαην απηό παξνπζηάδνληαη νη βαζηθέο αξρέο ιεηηνπξγίαο ησλ εληζρπηώλ πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη γηα λα εληζρύζνπλ βηνζήκαηα, ηα νπνία είλαη είηε ειεθηξηθήο θύζεσο είηε έρνπλ πξνεγνπκέλσο κεηαηξαπεί ζε ειεθηξηθά ζήκαηα. Οη δηαηάμεηο αθνξνύλ ηηο βαζκίδεο ηεο πξνεληζρύζεσο, δει. απηέο πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη θπθισκαηηθά ακέζσο κεηά ηελ απόθηεζε ηνπ ζήκαηνο κέζσ ειεθηξνδίσλ ή κεηαηξνπέσλ. Γίλνληαη νη βαζηθέο εμηζώζεηο πνπ δηέπνπλ ηε ιεηηνπξγία ηνπ δηαθνξηθνύ εληζρπηή θαη αλαιύεηαη ε ιεηηνπξγία ηνπ ηδαληθνύ ηειεζηηθνύ εληζρπηή (ΣΔ) (operational amplifier OpAmp). Αλαιύεηαη ε πινπνίεζε θπθισκάησλ δηαθνξηθώλ εληζρπηώλ κε ηδαληθνύο ΣΔ, κε ζθνπό λα παξνπζηαζηεί ε βαζηθή κνλάδα πξνελίζρπζεο βηνταηξηθώλ ζεκάησλ, πνπ είλαη ν ιεγόκελνο «εληζρπηήο νξγαλνινγίαο» (instrumentation amplifier). Ηδηαίηεξε έκθαζε δίλεηαη ζηελ εμήγεζε ηεο επίδξαζεο ησλ αλεπηζύκεησλ δπλακηθώλ επαθήο ησλ ειεθηξνδίσλ θαη ηε ζπλαθόινπζε αλάγθε πινπνίεζεο θπθισκάησλ κε πςειό ιόγν απόξξηςεο θνηλνύ ζήκαηνο (common mode rejection ratio CMRR). Πποαπαιηούμενη γνώζη Γηα ηελ θαηαλόεζε όζσλ αλαπηύζζνληαη ζην θεθάιαην απηό είλαη απαξαίηεηεο βαζηθέο γλώζεηο ειεθηξνηερλίαο, αλαινγηθώλ ειεθηξνληθώλ δηαηάμεσλ ελίζρπζεο, θαζώο θαη ζηνηρεία από ην Κεθάιαην 2 «Ζιεθηξόδηα απαγσγήο βηνειεθηξηθώλ ζεκάησλ». 3.1 ΔΗΑΓΩΓΖ ην θεθάιαην απηφ ζα παξνπζηάζνπκε ηηο βαζηθέο αξρέο ιεηηνπξγίαο ησλ εληζρπηψλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα εληζρχζνπλ βηνζήκαηα, ηα νπνία είλαη είηε ειεθηξηθήο θχζεσο είηε έρνπλ πξνεγνπκέλσο κεηαηξαπεί ζε ειεθηξηθά ζήκαηα. Οη δηαηάμεηο κε ηηο νπνίεο ζα αζρνιεζνχκε αθνξνχλ ηηο βαζκίδεο ηεο πξνεληζρχζεσο, δει. ηηο ειεθηξνληθέο δηαηάμεηο πνπ παξέρνπλ ην πξψην επίπεδν ελίζρπζεο ηνπ βηνζήκαηνο, ακέζσο κεηά ηελ απφθηεζε ηνπ ζήκαηνο κέζσ ειεθηξνδίσλ ή κεηαηξνπέσλ άιισλ κε ειεθηξηθψλ βηνζεκάησλ ζε ειεθηξηθά [1]. Δπεηδή νη βαζηθέο αξρέο ζρεδίαζεο θαη θαηαζθεπήο βηνεληζρπηψλ πνπ ζα παξνπζηαζηνχλ εδψ, είλαη θνηλέο γηα φιεο ηηο δηαηάμεηο απαγσγήο βηνζεκάησλ, γη απηφ ην θεθάιαην απηφ ηνπνζεηείηαη πξηλ αξρίζεη ε αλαιπηηθή πεξηγξαθή ησλ δηάθνξσλ θαηαγξαθηθψλ ζπζθεπψλ (ΖΚΓ, ΖΔΓ θ.ιπ.). Όπσο έρνπκε ήδε αλαθέξεη, ζπλήζσο ζε βηνκεηξήζεηο επηδεηνχκε ηελ ελίζρπζε ηεο δηαθνξάο δχν δπλακηθψλ θαη γη απηφ ρξεζηκνπνηνχκε θπθιψκαηα πνπ πινπνηνχλ ηνλ δηαθνξηθφ εληζρπηή. Ο βαζηθφο δνκηθφο ιίζνο ζρεδφλ φισλ ησλ ειεθηξνληθψλ θπθισκάησλ ελίζρπζεο ζήκεξα είλαη ν ηειεζηηθφο εληζρπηήο (ΣΔ) (operational amplifier OpAmp) [2]. ηε ζπλέρεηα ινηπφλ, δίλνπκε ηηο βαζηθέο εμηζψζεηο πνπ δηέπνπλ ηε ιεηηνπξγία ηνπ δηαθνξηθνχ εληζρπηή θαη αλαιχνπκε ηε ιεηηνπξγία ηνπ ηδαληθνχ ΣΔ. Καηφπηλ εμεηάδνπκε ηελ πινπνίεζε θπθισκάησλ δηαθνξηθψλ εληζρπηψλ κε ηδαληθνχο ΣΔ, κε ζθνπφ λα παξνπζηάζνπκε ηε βαζηθή κνλάδα πξνελίζρπζεο βηνταηξηθψλ ζεκάησλ πνπ είλαη ν ιεγφκελνο «εληζρπηήο νξγαλνινγίαο» (instrumentation amplifier) [3]. 3.2 ΓΗΑΦΟΡΗΚΟ ΔΝΗΥΤΣΖ Ο δηαθνξηθφο εληζρπηήο κπνξεί λα παξαζηαζεί ζρεκαηηθά σο εμήο: 36

38 σήμα 3.1 ρεκαηηθό δηάγξακκα δηαθνξηθνύ εληζρπηή. ήκαηα εηζφδνπ είλαη νη ηάζεηο (δηαθνξέο δπλακηθνχ) U a θαη U b ζηνπο αθξνδέθηεο Α θαη Β αληίζηνηρα, σο πξνο ην κεδεληθφ δπλακηθφ ηεο γείσζεο, ελψ ζήκα εμφδνπ είλαη ε ηάζε U o. Γηα θάζε δεχγνο ζεκάησλ U a θαη U b κπνξνχκε λα νξίζνπκε ηε δηαθνξά U d θαη ην θνηλφ ζήκα U c, ησλ U a θαη U b σο εμήο: U d = U a - U b (3.1) U c = (U a +U b )/2 (3.2) Απφ ηηο Δξιζώζειρ (3.1) θαη (3.2) άκεζα πξνθχπηεη φηη ηα ζήκαηα U a θαη U b εθθξάδνληαη σο ζπλαξηήζεηο ησλ U c θαη U d σο εμήο: U a = U c + U d /2 (3.3) U b = U c - U d /2 (3.4) Γηα παξάδεηγκα, αλ έρνπκε U a = 10V θαη U b = 6V ηφηε U c = 8V θαη U d = 4V, άξα U a = 8V+(4V/2) = 10V θαη U b = 8V (4V/2) = 6V. Με βάζε ηα παξαπάλσ, ε είζνδνο ζηνλ δηαθνξηθφ εληζρπηή κπνξεί λα παξαζηαζεί θαη σο εμήο: σήμα 3.2 ρεκαηηθό δηάγξακκα δηαθνξηθνύ εληζρπηή κε παξάζηαζε ηνπ θνηλνύ θαη δηαθνξηθνύ ζήκαηνο εηζόδνπ. 37

39 Οξίδνπκε σο θέξδνο δηαθνξάο αλνηθηνύ βξόρνπ ελφο δηαθνξηθνχ εληζρπηή ηελ πνζφηεηα: Α d = U o /U d (3.5) φηαλ ζέηνπκε ζήκαηα εηζφδνπ U a θαη U b ηέηνηα ψζηε U a = -U b, νπφηε U c = 0, θαη ζηελ έμνδν ηνπ εληζρπηή έρνπκε αλνηθηνθχθισκα (δει. αληίζηαζε θνξηίνπ άπεηξε). Αληίζηνηρα, νξίδνπκε σο θέξδνο θνηλνύ ζήκαηνο αλνηθηνύ βξόρνπ ελφο δηαθνξηθνχ εληζρπηή ηελ πνζφηεηα: Α c = U o /U c (3.6) φηαλ ζέηνπκε ζήκαηα εηζφδνπ U a θαη U b ηέηνηα ψζηε U a = U b, νπφηε U d = 0, θαη ζηελ έμνδν ηνπ εληζρπηή έρνπκε αλνηθηνθχθισκα. ηε γεληθή πεξίπησζε, γηα νπνηαδήπνηε ζήκαηα εηζφδνπ U a θαη U b, ηζρχεη: U o = A d U d +A c U c (3.7) Γηα λα θαηαλνήζνπκε πνζνηηθά ηε ζεκαζία ησλ κεγεζψλ A d θαη A c γηα βηνταηξηθέο κεηξήζεηο, αο δνχκε ηελ πεξίπησζε θαηαγξαθήο αζζελψλ ζεκάησλ, φπσο π.ρ. ζηελ πεξίπησζε ηνπ ΖΔΓ [4]. Έζησ φηη ζέινπκε λα θαηαγξάςνπκε ηε δηαθνξά ησλ ηάζεσλ U a θαη U b πνπ θαηαγξάθνληαη σο δηαθνξέο δπλακηθνχ π.ρ. κεηαμχ ηνπ ειεθηξνδίνπ Α θαη ελφο ειεθηξνδίνπ πνπ ρξεζηκνπνηείηαη σο αλαθνξά (ην νπνίν έζησ φηη ηαπηίδεηαη κε ηε γείσζε ηεο δηάηαμεο) θαη κεηαμχ ηνπ ειεθηξνδίνπ Β θαη ηνπ ηδίνπ ειεθηξνδίνπ αλαθνξάο. Δίλαη, δειαδή, U a = V Α -V ΑΝΑΦΟΡΑ = V Α θαη U b = V Β -V ΑΝΑΦΟΡΑ = V Β. Έζησ φηη ην ζήκα U a απνηειείηαη απφ κία ζπληζηψζα βηνζήκαηνο πξνεξρφκελνπ απφ ηνλ εγθέθαιν πιάηνπο 2 κv θαη ελφο ζπλερνχο δπλακηθνχ πφισζεο πιάηνπο 50 mv θνηλνχ ζε φια ηα ειεθηξφδηα εθηφο ηνπ ειεθηξνδίνπ αλαθνξάο. Αληίζηνηρα, ην ζήκα U b απνηειείηαη απφ βηνζήκα πιάηνπο 1 κv θαη δπλακηθφ πφισζεο 50 mv. Ηδαληθά ζέινπκε λα εληζρχζνπκε κφλν ηε δηαθνξά U d = U a -U b = 0,050002V-0,050001V = 1κV ησλ δχν βηνζεκάησλ πνπ θηάλνπλ ζηα ειεθηξφδηα Α θαη Β αληίζηνηρα θαη φρη ην θνηλφ ηνπο ζήκα U c = 0, V. Έλαο ηδαληθφο δηαθνξηθφο εληζρπηήο ηθαλνπνηεί απηήλ ηελ απαίηεζε δηφηη έρεη A d κεγάιν, ηθαλφ ψζηε λα εληζρχζεη ην U d ζε επίπεδν ηνπιάρηζηνλ mv, θαη A c = 0, νπφηε πάληα U o = A d U d. ηελ πξαγκαηηθφηεηα είλαη A c 0 θαη έρεη κεγάιε ζεκαζία ν ιφγνο απφξξηςεο θνηλνχ ζήκαηνο (common mode rejection ratio CMRR): CMRR = A d /A c (3.8) λα είλαη πνιχ κεγάινο, ηεο ηάμεο π.ρ. ησλ 120 db. Αο δνχκε ζην παξάδεηγκα ηνπ βηνζήκαηνο πνπ εμεηάδνπκε ηη ζεκαίλεη απηφ πξαθηηθά: CMRR =120dB 20log( A d /A c )=120 log( A d /A c )=6 A d /A c =10 6 A d = 10 6 A c (3.9) Τπνζέηνληαο φηη A d = 10 5 θαη A c > 0, ηφηε απφ ηελ Δξίζυζη 3.9 πξνθχπηεη φηη Α c = 0,1 άξα, βάζεη ηεο Δξίζυζηρ 3.7, U o = 10 5 x10-6 V+0,1x0, V 0,105V. Άξα, ινηπφλ, έρνπκε πιεζηάζεη πνιχ ηνλ ζηφρν, δει. ζην ζήκα εμφδνπ λα έρνπκε εληζρχζεη θαηά 10 5 ηε δηαθνξά U d ησλ ζεκάησλ εηζφδνπ, θηάλνληάο ηε ζηα 0,1 V, ελψ έρνπκε θαηαζηείιεη ην θνηλφ ζήκα ζηα 5 mv. 3.3 ΗΓΑΝΗΚΟ ΣΔΛΔΣΗΚΟ ΔΝΗΥΤΣΖ Έλαο TE κπνξεί λα παξαζηαζεί σο εμήο: 38

40 σήμα 3.3 ρεκαηηθό δηάγξακκα ηδαληθνύ TE. Ο ηδαληθφο TE έρεη ηα εμήο ραξαθηεξηζηηθά: 1. άπεηξε αληίζηαζε εηζφδνπ, R in =, 2. κεδεληθή αληίζηαζε εμφδνπ, R out = 0, 3. άπεηξν θέξδνο δηαθνξάο, δει. A d = U o /U d = U o /(U a -U b )=. Αθνχ Α d = θαη ην U o είλαη πεπεξαζκέλν, πξέπεη U d = 0 άξα U a = U b. Δπίζεο αθνχ εμ νξηζκνχ είλαη i in = (U a -U b )/R in, ιακβάλνληαο ππφςε φηη U a - U b = 0, πξνθχπηεη i in = ΔΝΗΥΤΣΖ ΟΡΓΑΝΟΛΟΓΗΑ ηε ζπλέρεηα ζα δνχκε πψο κπνξνχκε λα πινπνηήζνπκε δηαθνξηθνχο εληζρπηέο ρξεζηκνπνηψληαο ηδαληθνχο ΣΔ. Οη δηαδνρηθέο πξνζπάζεηεο βειηίσζεο ηνπ θπθιψκαηνο ζα καο νδεγήζνπλ ζηνλ εληζρπηή νξγαλνινγίαο. Έζησ ην παξαθάησ θχθισκα: 39

41 σήμα 3.4 Τινπνίεζε δηαθνξηθνύ εληζρπηή κε έλαλ ηδαληθό ΣΔ θαη ηέζζεξηο σκηθέο αληηζηάζεηο. Θα βξνχκε ηε ζρέζε ηεο ηάζεο εμφδνπ U out κε ηηο ηάζεηο εηζφδνπ U a θαη U b. Θα ρξεζηκνπνηήζνπκε ην ζεψξεκα ηεο ππέξζεζεο, ζεσξψληαο φια ηα ζηνηρεία ηνπ θπθιψκαηνο γξακκηθά. Δθφζνλ έρνπκε ηδαληθφ ΣΔ, νη αθξνδέθηεο εηζφδνπ, δει. ηα ζεκεία Α (αλαζηξέθσλ αθξνδέθηεο) θαη ΜΑ (κε αλαζηξέθσλ αθξνδέθηεο), είλαη ηζνδπλακηθνί θαη ζπκβνιίδνληαη κε ην ηδεαηφ ζεκείν x, κε δπλακηθφ σο πξνο ηε γείσζε U x. Έζησ, ινηπφλ, φηη U b = 0. Σφηε (σήμα 3.5) σήμα 3.5 Αλάιπζε ηνπ θπθιώκαηνο ηνπ ρήκαηνο 3.4 κε ηελ αλαζηξέθνπζα είζνδν γεησκέλε. 40

42 (3.10) (3.11) πλδπάδνληαο ηηο Δξιζώζειρ 3.10 θαη 3.11 έρνπκε: (3.12) ηε ζπλέρεηα ζεσξνχκε φηη U a = 0. Σφηε ζηνλ θιάδν ηνπ αθξνδέθηε ΜΑ δελ ξέεη ξεχκα, νπφηε U x = 0, κε ζπλέπεηα ζηνλ θιάδν ηνπ αθξνδέθηε Α λα ηζρχεη (σήμα 3.6): σήμα 3.6 Αλάιπζε ηνπ θπθιώκαηνο ηνπ ρήκαηνο 3.4 κε ηε κε αλαζηξέθνπζα είζνδν γεησκέλε. (3.13) Όηαλ θαη U a 0 θαη U b 0, ηφηε ην ζήκα εμφδνπ δίλεηαη σο άζξνηζκα ησλ ζεκάησλ ησλ Δξιζώζευν 3.12 θαη 3.13, νπφηε: (3.14) Αλ ινηπφλ R 1 = R 3 θαη R 2 = R 4 είλαη 41

43 (3.15) Έρνπκε, δειαδή, έλαλ δηαθνξηθφ εληζρπηή κε A d = R 2 /R 1 θαη A c = 0. ηελ πξάμε, φκσο, είλαη δχζθνιε ε επίηεπμε ηεο ηζφηεηαο ησλ αληηζηάζεσλ κε απνηέιεζκα ην θνηλφ ζήκα λα κελ εμαθαλίδεηαη. Απηφ είλαη έλα πξψην κεηνλέθηεκα ηνπ θπθιψκαηνο ηνπ σήμαηορ 3.4. Γηα ζπληνκία ζηε ζπλέρεηα ζα αλαθεξφκαζηε ζην κεηνλέθηεκα απηφ σο Μ1. Σν θχθισκα ηνπ σήμαηορ 3.4 έρεη θαη έλα επηπιένλ ζεκαληηθφ κεηνλέθηεκα: νη αληηζηάζεηο εηζφδνπ ησλ δχν θιάδσλ εηζφδνπ ηνπ, a θαη b, δελ είλαη ίζεο. πγθεθξηκέλα, γηα λα βξνχκε ηελ αληίζηαζε εηζφδνπ ηνπ θιάδνπ a, ζεσξνχκε φηη U b = 0, νπφηε, αλ έρνπκε ζήκα εηζφδνπ U a, ηνλ θιάδν εηζφδνπ ζα ηνλ δηαξξέεη ξεχκα i 1 (σήμα 3.5) θαη R in,a = U a / i 1 = R 3 + R 4 (3.16) Αληίζηνηρα γηα ηελ αληίζηαζε εηζφδνπ ηνπ θιάδνπ b ζεσξνχκε φηη U a = 0, νπφηε ηνλ θιάδν εηζφδνπ b ζα ηνλ δηαξξέεη ξεχκα i 1 (σήμα 3.6) θαη R in,b = U b / i 1 = R 1 (3.17) ηελ πξαγκαηηθφηεηα ηα ζήκαηα εηζφδνπ πνπ εθαξκφδνπκε ζηνπο αθξνδέθηεο a θαη b δελ είλαη ηδαληθέο πεγέο ηάζεσο U a θαη U b, αιιά πάληα εκπεξηέρνπλ θαη κία εζσηεξηθή αληίζηαζε αλά θιάδν, R s,a θαη R s,b αληίζηνηρα. ηελ πεξίπησζε ησλ βηνταηξηθψλ ζεκάησλ, απηή είλαη ζπλήζσο ε αληίζηαζε ησλ ειεθηξνδίσλ [1, 4]. ηελ πεξίπησζε επηδεξκηθψλ ειεθηξνδίσλ, ε αληίζηαζε απηή είλαη νπζηαζηηθά ε αληίζηαζε ηεο επαθήο ειεθηξνδίσλδέξκαηνο, ηελ νπνία θπζηθά πξνζπαζνχκε λα κεηψλνπκε ρξεζηκνπνηψληαο αγψγηκεο αινηθέο, θαζαξίδνληαο θαιά ην δέξκα κε νηλφπλεπκα θ.ά. Όκσο, ζπλήζσο ηηκέο ησλ R s,a θαη R s,b θαηψηεξεο ησλ 5 kχ δχζθνια επηηπγράλνληαη. Σν φηη R s,a 0 θαη R s,b 0, ζε ζπλδπαζκφ κε ην φηη R in,a R in,b, κεηψλεη ην CMRR ηνπ θπθιψκαηνο ηνπ σήμαηορ 3.4. Απηφ θαίλεηαη κε ην επφκελν παξάδεηγκα, φπνπ ηα ζήκαηα εηζφδνπ είλαη U 1 θαη U 2 (θαη φρη πιένλ ηα U a θαη U b ). Γηα δηεπθφιπλζε ζην σήμα 3.7 έρνπκε ρξεζηκνπνηήζεη θαη ηα ζήκαηα U c = (U 1 +U 2 )/2, U d = U 1 -U 2. σήμα 3.7 Κύθισκα δηαθνξηθνύ εληζρπηή ηνπ ρήκαηνο 3.4, ζην νπνίν έρεη ιεθζεί ππόςε ε αληίζηαζε ησλ ειεθηξνδίσλ R s,a θαη R s,b. Θα βξνχκε ην ζήκα εμφδνπ U out σο απνηέιεζκα ησλ ζεκάησλ εηζφδνπ U c θαη U d. Πξέπεη λα πξνζέμνπκε φηη δελ ηζρχεη πιένλ γεληθά U a -U b = U d νχηε (U a +U b )/2 = U c. Όκσο, επεηδή ππνζέηνπκε φηη ηζρχεη R 1 = R 3 θαη R 2 = R 4, εμαθνινπζεί λα ηζρχεη ε ζρέζε: 42

44 U out =R 2 /R 1 (U a -U b ) (3.18) ηε ζπλέρεηα ζα εθθξάζνπκε ηα ζήκαηα U a θαη U b ζπλαξηήζεη ησλ U d θαη U c. Γηα λα ην πεηχρνπκε απηφ, αληηθαζηζηνχκε θάζε θιάδν εηζφδνπ ηνπ δηαθνξηθνχ εληζρπηή κε ηελ αληίζηνηρε αληίζηαζε εηζφδνπ (σήμα 3.8.α) σήμα 3.8.α Αλάιπζε ηνπ θπθιώκαηνο ηνπ ρήκαηνο 3.7 κε ρξήζε ησλ αληηζηάζεσλ εηζόδνπ R in,a, R in,b, ησλ θιάδσλ εηζόδνπ a θαη b αληίζηνηρα. θαη εθαξκφδνπκε επαιιειία ζεσξψληαο δηαδνρηθά φηη εθαξκφδεηαη κφλν ην Ud (Uc=0) θαη κεηά κφλν ην Uc (Ud=0) : 1) U c =0 Κιάδνο a : σήμα 3.8.β Κιάδνο a ηνπ θπθιώκαηνο ηνπ ρήκαηνο 3.8.α, όηαλ ην θνηλό ζήκα είλαη κεδεληθό. ηζρχεη: U a = {R in,a /(R s,a +R in,a )}U d /2 (3.19) Κιάδνο b: 43

45 σήμα 3.8.γ Κιάδνο b ηνπ θπθιώκαηνο ηνπ ρήκαηνο 3.8.α, όηαλ ην θνηλό ζήκα είλαη κεδεληθό. ηζρχεη: U b = -{R in,b /(R s,b +R in,b )}U d /2 (3.20) Θέηνληαο R 1 = R 3 = 5kΧ, R s,a = R s,b = 5kΧ θαη R 2 = R 4 = 50kΧ, ιακβάλνληαο ππφςε ηηο Δξιζώζειρ 3.16 έσο θαη 3.20, έρνπκε: U out = 7,08U d (3.21) 2) U d =0 Σφηε ην σήμα 3.8.α απινπνηείηαη σο εμήο : σήμα 3.8.δ Αλάιπζε ηνπ θπθιώκαηνο ηνπ ρήκαηνο 3.7 κε ρξήζε ησλ αληηζηάζεσλ εηζόδνπ R in,a, R in,b, ησλ θιάδσλ εηζόδνπ a θαη b αληίζηνηρα, όηαλ ην δηαθνξηθό ζήκα είλαη κεδεληθό. θαη έρνπκε: Κιάδνο a: U a = {R in,a /(R s,a +R in,a )}U c (3.22) Κιάδνο b: U b = {R in,b /(R s,b +R in,b )}U c (3.23) Με ηηο ίδηεο ηηκέο πνπ δφζεθαλ παξαπάλσ, ρξεζηκνπνηψληαο ηηο Δξιζώζειρ 3.16, 3.17, 3.18, 3.22 θαη 3.23 έρνπκε : 44

46 U out = 4,17U c (3.24) πλεπψο, ζπλδπάδνληαο ηα απνηειέζκαηα ησλ Δξιζώζευν 3.21 θαη 3.24, θαη ιακβάλνληαο ππφςε ηελ Δξίζυζη 3.7, ε ζπλνιηθή έμνδνο U out ηζνχηαη κε U out = 7,08U d +4,17U c (3.25) Άξα, ην θχθισκα ηνπ σήμαηορ 3.7 έρεη A d = 7,08, A c = 4,17 θαη CMRR = 1,7. Αληίζεηα, αλ ήηαλ R s,a = R s,b = 0, ηφηε ζα είρακε A d = 10, A c = 0 άξα CMRR =. Βιέπνπκε, ινηπφλ, φηη ζηελ πξαγκαηηθφηεηα ην κεηνλέθηεκα ηνπ φηη R in,a R in,b (ην νπνίν γηα ζπληνκία ζα αλαθέξνπκε σο Μ2) είλαη αξθεηά ζνβαξφ. Μηα πξψηε πξνζπάζεηα βειηίσζεο ηνπ βαζηθνχ θπθιψκαηνο δηαθνξηθνχ εληζρπηή ηνπ σήμαηορ 3.4 είλαη ε πξνζζήθε αθoινχζσλ ηάζεο ζηηο εηζφδνπο ηνπ σο εμήο [3]: σήμα 3.9 Κύθισκα δηαθνξηθνύ εληζρπηή ηνπ ρήκαηνο 3.4 κε πξνζζήθε δύν αθνινύζσλ ηάζεσο ζηνπο θιάδνπο εηζόδνπ ηνπ θπθιώκαηνο. Δίλαη κηα πξώηε εθδνρή ελόο θπθιώκαηνο εληζρπηή νξγαλνινγίαο (Κύθισκα Β1). Σν θχθισκα ηνπ αθνινχζνπ ηάζεο, σο γλσζηφλ, έρεη άπεηξε αληίζηαζε εηζφδνπ, κεδεληθή αληίζηαζε εμφδνπ θαη ηάζε εμφδνπ ίζε κε ηελ ηάζε εηζφδνπ. Άξα, ην παξαπάλσ θχθισκα Β1 έρεη R in,a = R in,b =, νπφηε μεπεξάζηεθε ην Μ2. Οη αθφινπζνη ηάζεο κεηαθέξνπλ ηηο ηάζεηο U a θαη U b ζηα ζεκεία a θαη b αληίζηνηρα, ρσξίο λα κεηψλνπλ θαζφινπ ην θνηλφ ζήκα (νχηε θαη ην δηαθνξηθφ ζήκα βέβαηα). Άξα, ε επίηεπμε θαινχ CMRR ελαπφθεηηαη απνθιεηζηηθά ζην θχθισκα κεηά ηνπο αθξνδέθηεο a θαη b θαη γλσξίδνπκε φηη, γηα λα έρνπκε θαιφ CMRR, πξέπεη R 1 = R 3 θαη R 2 = R 4 άξα ην Μ1 παξακέλεη. Μηα άιιε ηδέα ζα ήηαλ ε πινπνίεζε ηνπ θπθιψκαηνο Β2 πνπ δείρλνπκε ζην σήμα

47 σήμα 3.10 Κύθισκα Β2 (ελαιιαθηηθό ηεο ρξήζεο ησλ αθνινύζσλ ηάζεο ηνπ ρήκαηνο 3.9). Δθφζνλ νη δχν αθξνδέθηεο θάζε ηδαληθνχ ΣΔ έρνπλ ην ίδην δπλακηθφ, ζην σήμα 3.10 ζα ηζρχεη U A = U a θαη U B = U b, άξα, ηελ αληίζηαζε R C δηαξξέεη ξεχκα (3.26) Αθνχ νη ηδαληθνί ΣΔ έρνπλ άπεηξε αληίζηαζε εηζφδνπ, ην ξεχκα I C δελ κπνξεί παξά λα ξέεη θαηά κήθνο ησλ δχν αληηζηάζεσλ R f, νπφηε: U x -U y =i C (R C +2R f ) (3.27) πλδπάδνληαο ηηο Δξιζώζειρ 3.26 θαη 3. 27, έρνπκε: (3.28) 46

48 Άξα, ζηελ έμνδν ηνπ θπθιψκαηνο ηνπ σήμαηορ 3.10 έρνπκε εληζρχζεη κφλν ηε δηαθνξά ησλ δχν ζεκάησλ εηζφδνπ θαη φρη ην θνηλφ ζήκα ηνπο, ην νπνίν έρεη κεδεληζηεί, φπσο θαίλεηαη απφ ηελ Δξίζυζη 3.28, φπνπ A c = 0. Δπηπιένλ, απηφ επηηπγράλεηαη, ρσξίο λα έρνπκε νπνηαδήπνηε απαίηεζε απφ ηηο R C θαη R f φζνλ αθνξά ηζφηεηεο (μεπεξάζηεθε ην Μ1) θαη κε αληηζηάζεηο εηζφδνπ ησλ θιάδσλ εηζφδνπ άπεηξεο, αθνχ έρνπκε αθνινχζνπο ηάζεο, ζπλεπψο μεπεξάζηεθε θαη ην Μ2. Σν θχθισκα Β2, φκσο, παξνπζηάδεη ην εμήο πξφβιεκα: έρνπκε έμνδν δχν θιάδσλ (δηαθνξηθή έμνδν) θαη φρη «κνλνπνιηθή», φπσο είλαη επηζπκεηφ. Τπελζπκίδνπκε φηη θάζε ζήκα, είηε πξνθχπηεη σο δηαθνξά άιισλ ζεκάησλ είηε φρη, κεηά ηε βαζκίδα ηεο πξνελίζρπζεο ζέινπκε λα έρεη «κνλνπνιηθή» κνξθή (δει. λα πξνθχπηεη σο δηαθνξά δπλακηθνχ κεηαμχ ελφο αθξνδέθηε εμφδνπ θαη ηεο γείσζεο), ψζηε εχθνια λα κπνξεί λα ηχρεη παξαπέξα επεμεξγαζίαο. Σν θαηλνχξην απηφ πξφβιεκα ηνπ θπθιψκαηνο Β2 δελ κπνξεί λα επηιπζεί γεηψλνληαο π.ρ. ηε κία έμνδν, έζησ ηελ U x θαη ζεσξψληαο φηη U out = U y. Αο δνχκε γηαηί: Γηα λα ππνινγίζνπκε ην A d ζέηνπκε U a = -U b, νπφηε απφ ην σήμα 3.10 θαη ηελ Δξίζυζη 3.28 έρνπκε: (3.29) Γηα λα ππνινγίζνπκε ην A c ζέηνπκε U a = U b = U C, νπφηε απφ ην σήμα 3.10 θαίλεηαη φηη, αθνχ U A = U a θαη U B = U b είλαη i C = 0, άξα U y = U B = U b, νπφηε, αθνχ U out = U y είλαη U out = U b = U C, άξα A c U out /U C = 1, ην νπνίν είλαη, θπζηθά, αλεπηζχκεην. Μηα ηξίηε επηινγή απνηειεί ν ζπλδπαζκφο ηνπ θπθιψκαηνο ηνπ σήμαηορ 3.4 θαη ηνπ θπθιψκαηνο Β2, φπσο δείρλεηαη ζην σήμα όπνπ R 1 =R 3 θαη R 2 =R 4 σήμα 3.11 Σππηθή πινπνίεζε εληζρπηή νξγαλνινγίαο κε ηξεηο ηδαληθνύο ΣΔ. 47

49 Σν θχθισκα ηνπ σήμαηορ 3.11 απνηειεί ηε βαζηθή πινπνίεζε ηνπ εληζρπηή νξγαλνινγίαο. Σν θχθισκα, σο δηαθνξηθφο εληζρπηήο, ζπκπεξηθέξεηαη σο εμήο: 1. Έρεη ιχζεη ην Μ2. 2. Σν Μ1 παξακέλεη, αιιά, επεηδή ε πξψηε βαζκίδα (θχθισκα Β2) απνξξίπηεη ην θνηλφ ζήκα ρσξίο λα επεξεάδεηαη απφ ξχζκηζε αληηζηάζεσλ, κπνξνχκε λα ζεσξνχκε φηη ζπλνιηθά γηα φιν ην θχθισκα ηζρχεη A c = Γίλεη έμνδν «κνλνπνιηθή». 4. Ζ ζπλνιηθή ελίζρπζε ηεο δηαθνξάο ησλ ζεκάησλ εηζφδνπ είλαη (R 2 /R 1 )(1+2R f / R C ). Με ηελ παξαπάλσ δηάηαμε επηηπγράλνληαη ηηκέο ηνπ CMRR αλψηεξεο ησλ 120 db. Σν θχθισκα ηνπ σήμαηορ 3.11 ππάξρεη κε θάπνηεο παξαιιαγέο θαη ππφ κνξθή νινθιεξσκέλνπ. ηελ πξάμε κπνξνχλ λα επηηεπρζνχλ επηπιένλ βειηηψζεηο ηεο απφδνζήο ηνπ κε θαηάιιειεο κεηαηξνπέο. Βιβλιογπαθία 1. J. G. Webster, Medical Instrumentation, Application and Design. New York, NY: John Wiley & Sons, P. Horowitz and W. Hill, The Art of Electronics. New York, NY: Cambridge University Press, N. R. Malik, Electronic Circuits: Analysis, Simulation and Design. Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, J. D. Bronzino, The Biomedical Engineering Handbook. Boca Raton, FL: CRC Press IEEE Press,

50 4. ΖΛΔΚΣΡΟΚΑΡΓΗΟΓΡΑΦΗΚΔ ΓΗΑΣΑΞΔΗ ύνοτη ην θεθάιαην απηό δίλνληαη βαζηθά ζηνηρεία θπζηνινγίαο ηεο θαξδηάο, ζην επίπεδν πνπ επεξεάδνπλ ηα ραξαθηεξηζηηθά πνπ απαηηείηαη λα έρεη ν εληζρπηήο νξγαλνινγίαο γηα ηελ ηθαλνπνηεηηθή απαγσγή θαη ελίζρπζε ηνπ θαξδηαθνύ βηνειεθηξηθνύ ζήκαηνο. Πεξηγξάθνληαη νη πξόηππεο ειεθηξνθαξδηνγξαθηθέο απαγσγέο θαη εμεγνύληαη νη έλλνηεο ηνπ θαξδηαθνύ αλύζκαηνο θαη ηνπ δηαλύζκαηνο ηεο απαγσγήο. ηε ζπλέρεηα αλαιύνληαη ιεπηνκεξώο νη δηαηάμεηο από ηηο νπνίεο ζπγθξνηείηαη έλαο ηππηθόο ΖΚΓ: θύθισκα αλαγλώξηζεο βιάβεο ζηα ειεθηξόδηα, θύθισκα πξνζηαζίαο εληζρπηή, κεηαγσγόο (επηινγέαο απαγσγήο), ζύζηεκα πξνεληζρπηή, ηειηθόο εληζρπηήο (εληζρπηήο δηαύινπ), θαηαγξαθηθό, αλαινγηθνςεθηαθόο κεηαηξνπέαο. Παξνπζηάδνληαη εηδηθά ΖΚΓ ζπζηήκαηα: θαξδηνηαρνγξάθνη, ΖΚΓ ζπζηήκαηα πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη ζε κνλάδεο εληαηηθήο ζεξαπείαο (ΜΔΘ), εκβξπτθνί ΖΚΓ. Δπίζεο αλαπηύζζνληαη βαζηθά δεηήκαηα ςεθηαθήο αλάιπζεο ΖΚΓ ζήκαηνο. Πποαπαιηούμενη γνώζη Γηα ηελ θαηαλόεζε όζσλ αλαπηύζζνληαη ζην θεθάιαην απηό είλαη απαξαίηεηεο βαζηθέο γλώζεηο ζεσξίαο ειεθηξνκαγλεηηζκνύ θαζώο θαη ζηνηρεία από ηα Κεθάιαηα 2 «Ζιεθηξόδηα απαγσγήο βηνειεθηξηθώλ ζεκάησλ» θαη 3 «Βηνεληζρπηέο». 4.1 Ζ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΣΖ ΚΑΡΓΗΑ ε απηφ ην θεθάιαην μεθηλνχκε ηελ παξνπζίαζε ζπγθεθξηκέλσλ ζπζηεκάησλ απαγσγήο ειεθηξηθψλ βηνζεκάησλ, αξρίδνληαο κε ην γλσζηφηεξν θαη πιένλ ζπλεζηζκέλν ζε ρξήζε ειεθηξηθφ βηνζήκα, δει. ην δπλακηθφ πνπ παξάγεηαη απφ ηε ιεηηνπξγία ηεο θαξδηάο. Μπνξνχκε λα ζεσξήζνπκε φηη ε θαξδηά απνηειείηαη απφ δχν μερσξηζηέο «αληιίεο», ηε «δεμηά θαξδηά», ε νπνία δέρεηαη ην αίκα απφ ηελ πεξηθεξεηαθή θπθινθνξία θαη ην δηνρεηεχεη πξνο ηνπο πλεχκνλεο, θαη ηελ «αξηζηεξή θαξδηά», πνπ δέρεηαη ην αίκα απφ ηνπο πλεχκνλεο θαη ην δηνρεηεχεη πξνο ηελ πεξηθέξεηα ηνπ ζψκαηνο [1]. Κάζε αληιία απνηειείηαη απφ έλαλ θφιπν θαη κία θνηιία (σήμα 4.1) πνπ ζπζηέιινληαη πεξηνδηθά. Ο δεμηφο θφιπνο δέρεηαη ην αίκα απφ ηελ πεξηθέξεηα κέζσ ηεο άλσ θαη ηεο θάησ θνίιεο θιέβαο θαη απηφ ην αίκα δηνρεηεχεηαη ζηε δεμηά θνηιία, κέζσ ηεο ηξηγιψρηλαο βαιβίδαο. Καηφπηλ, απφ ηε δεμηά θνηιία δηνρεηεχεηαη πξνο ηνπο πλεχκνλεο κέζσ ηεο πλεπκνληθήο αξηεξίαο, αθνχ πεξάζεη απφ ηε βαιβίδα ηεο πλεπκνληθήο αξηεξίαο. Ο αξηζηεξφο θφιπνο δέρεηαη αίκα απφ ηνπο πλεχκνλεο κέζσ ηεο πλεπκνληθήο θιέβαο θαη απηφ ην αίκα πεξλά πξνο ηελ αξηζηεξή θνηιία κέζσ ηεο κηηξνεηδνχο βαιβίδαο. Ζ αξηζηεξή θνηιία κε ηε ζεηξά ηεο ην πξνσζεί πξνο ηελ πεξηθεξεηαθή θπθινθνξία κέζσ ηεο ανξηήο, αθνχ δηέιζεη απφ ηελ ανξηηθή βαιβίδα. Δδψ αμίδεη λα αλαθεξζεί φηη ην 75% πεξίπνπ ηνπ αίκαηνο πνπ ξέεη απφ ηηο κεγάιεο θιέβεο πξνο ηνπο θφιπνπο δηνρεηεχεηαη θαηεπζείαλ κέζα απφ ηνπο θφιπνπο πξνο ηηο θνηιίεο, αθφκε θαη πξηλ απφ ηε ζπζηνιή ησλ θφιπσλ. Καηφπηλ, κε ηε ζπζηνιή ησλ θφιπσλ πξνθαιείηαη κία ζπκπιεξσκαηηθή πιήξσζε ησλ θνηιηψλ θαηά πνζνζηφ 25% πεξίπνπ. Καηά ζπλέπεηα, κπνξνχκε λα πνχκε φηη νη θφιπνη ιεηηνπξγνχλ απιψο σο ελαπζκαηηθέο αληιίεο, νη νπνίεο επαπμάλνπλ ηελ απνηειεζκαηηθφηεηα ησλ θνηιηψλ θαηά πνζνζηφ κέρξη θαη 25%. Ο θφιπνο ιεηηνπξγεί, δειαδή, θπζηνινγηθά ζαλ πξνζάιακνο γηα ηελ θνηιία, επηηειεί, φκσο, θαη ειαθξά αληιεηηθή ιεηηνπξγία γηα ηελ πξνψζεζε ηνπ αίκαηνο πξνο ηελ θνηιία. Με ηε ζεηξά ηεο ε θνηιία πξνζθέξεη ηελ θχξηα δχλακε γηα ηελ πξνψζεζε ηνπ αίκαηνο πξνο ηελ πλεπκνληθή ή ηελ πεξηθεξεηαθή θπθινθνξία. Μάιηζηα, ε θαξδηά κπνξεί λα ζπλερίζεη λα ιεηηνπξγεί απφιπηα ηθαλνπνηεηηθά ππφ θπζηνινγηθέο ζπλζήθεο εξεκίαο ηνπ αηφκνπ, αθφκε θαη ρσξίο απηφ ην επηπξφζζεην 25% ηεο απνηειεζκαηηθφηεηαο, γηαηί θπζηνινγηθά δηαζέηεη ηελ ηθαλφηεηα γηα άληιεζε 300 σο 400% πεξηζζφηεξν αίκα απφ απηφ πνπ ρξεηάδεηαη γηα ην ζψκα. Καηά ζπλέπεηα, φηαλ νη θφιπνη δελ ιεηηνπξγνχλ, ε δηαθνξά κάιινλ δελ γίλεηαη 49

51 αληηιεπηή, εθηφο απφ ηελ πεξίπησζε επηηέιεζεο κπτθήο εξγαζίαο, νπφηε εκθαλίδνληαη νμέα ζεκεία θαξδηαθήο αλεπάξθεηαο θαη ηδηαίηεξα δπζπλντθά θαηλφκελα. Ζ ρξνληθή πεξίνδνο απφ ην ηέινο κηαο ζπζηνιήο ηεο θαξδηάο κέρξη ην ηέινο ηεο επφκελεο ζπζηνιήο νλνκάδεηαη θαξδηαθφο θχθινο ή θαξδηαθφο παικφο. Απνηειείηαη δε απφ κία πεξίνδν ράιαζεο (ραιαξψκαηνο), ηελ πεξίνδν δηαζηνιήο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο νπνίαο ε θαξδηά γεκίδεη κε αίκα θαη αθνινπζείηαη απφ ηελ πεξίνδν ζπζηνιήο θαηά ηελ νπνία ν θαξδηαθφο κπο ζπζηέιιεηαη, κε ηειηθφ απνηέιεζκα ηελ πξνψζεζε ηνπ αίκαηνο απφ ηηο θνηιίεο. Ζ θαξδηά απνηειείηαη ζε κεγάιν βαζκφ απφ κπτθέο ίλεο, δει. κπτθά θχηηαξα, ηα νπνία, θαηάιιεια δηαηεηαγκέλα θαη ελεξγνπνηνχκελα κε ζπγθεθξηκέλε ζεηξά θαη ξπζκφ, επηηεινχλ ηε δηεξγαζία ηεο ζπζηνιήο. Τπάξρνπλ ηξεηο θπξίσο ηχπνη κπνθαξδίνπ: ην κπνθάξδην ησλ θφιπσλ, ην κπνθάξδην ησλ θνηιηψλ θαη νη εμεηδηθεπκέλεο κπτθέο ίλεο, νη νπνίεο παξάγνπλ ηελ αξρηθή δηέγεξζε ηεο θαξδηάο θαη ηελ άγνπλ ζηηο ίλεο ησλ θφιπσλ θαη ησλ θνηιηψλ. Σν κπνθάξδην ησλ θφιπσλ θαη ησλ θνηιηψλ ζπζηέιιεηαη κε ηνλ ίδην ζρεδφλ ηξφπν φπσο θαη ν ζθειεηηθφο κπο (δει. ν κπο πνπ επζχλεηαη γηα ηε κεηαθίλεζε δηάθνξσλ κεξψλ ηνπ ζψκαηνο), κε ηε δηαθνξά φηη ε δηάξθεηα ηεο ζπζηνιήο ησλ ηλψλ ηνπ θφιπνπ θαη ηεο θνηιίαο είλαη πνιχ κεγαιχηεξε. Tα δπλακηθά δξάζεο ησλ θαξδηαθψλ ηλψλ, εηδηθφηεξα, κάιηζηα, ησλ κπτθψλ θπηηάξσλ ησλ θνηιηψλ (σήμα 4.2) σήμα 4.1 Σα δηάθνξα ηκήκαηα ηεο θαξδηάο θαη ε πνξεία ξνήο ηνπ αίκαηνο από θαη πξνο ηηο θνηιόηεηεο ηεο θαξδηάο. (Mariana Ruiz Villareal. [ Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). παξνπζηάδνπλ κελ ηαρεία απνπφισζε, φπσο απηφ ζπλεζίδεηαη γηα ειεθηξηθψο δηεγέξζηκα θχηηαξα, αιιά ε απνπφισζε αξγεί ζεκαληηθά λα νινθιεξσζεί θαη, κάιηζηα, δεκηνπξγεί έλα ραξαθηεξηζηηθφ «νξνπέδην», πξηλ επέιζεη ε επαλαπφισζε. Απφ ηελ άιιε πιεπξά, νη 50

52 εμεηδηθεπκέλεο κπτθέο ίλεο δηέγεξζεο θαη αγσγήο ηεο δηέγεξζεο ειάρηζηα κφλν ζπζηέιινληαη, γηαηί πεξηέρνπλ ειάρηζηα κφλν ζπζηαιηηθά ηλίδηα. θνπφο ηνπο δελ είλαη λα ζπζηαινχλ νη ίδηεο, αιιά βάζεη ηεο ξπζκηθήο ηνπο ιεηηνπξγίαο θαη ηεο κεγάιεο ηαρχηεηαο αγσγήο ηεο δηέγεξζεο πνπ δηαζέηνπλ, λα παξαγάγνπλ αθξηβψο ηε δηέγεξζε πνπ ζα νδεγήζεη ηα ππφινηπα θχηηαξα ηνπ κπνθαξδίνπ ζε ζπζηνιή θαη λα ηελ άγνπλ, φπνπ θαη φπνηε ρξεηάδεηαη. σήμα 4.2 Αλαπαξάζηαζε ηνπ δπλακηθνύ δξάζεο ησλ κπτθώλ θπηηάξσλ ησλ θνηιηώλ ηεο θαξδηάο. πγθξίλαηε ηε δηάξθεηα ηνπ δπλακηθνύ δξάζεο απηώλ ησλ θπηηάξσλ κε ηα δπλακηθά δξάζεο ηνπ ρήκαηνο 1.5. Σν εηδηθφ ζχζηεκα παξαγσγήο θαη αγσγήο ηεο δηέγεξζεο (σήμα 4.3) απνηειείηαη απφ ηνλ θιεβνθφκβν, φπνπ δεκηνπξγείηαη ε πξψηε δηέγεξζε θαξδηαθψλ ηλψλ, ηηο δηαθνκβηθέο νδνχο, νη νπνίεο άγνπλ ηε δηέγεξζε απφ ηνλ θιεβνθφκβν πξνο ηνλ θνιπνθνηιηαθφ θφκβν, φπνπ ην εξέζηζκα θαζπζηεξείηαη πξηλ λα πεξάζεη πξνο ηηο θνηιίεο [1, 2]. Σν θνιπνθνηιηαθφ δεκάηην αλαιακβάλεη ζηε ζπλέρεηα λα άγεη ηε δηέγεξζε πξνο ηηο θνηιίεο, κέζσ ηνπ αξηζηεξνχ θαη δεμηνχ ηνπ ζθέινπο (πνπ απνηεινχληαη απφ ίλεο ηνπ Purkinje), κε ηα νπνία ε δηέγεξζε ηειηθά άγεηαη πξνο φια ηα ζεκεία ησλ θνηιηψλ. Ο θιεβνθφκβνο είλαη κία κηθξή επίπεδε ειιεηςνεηδήο ισξίδα απφ εμεηδηθεπκέλν κπτθφ ηζηφ, δηαζηάζεσλ 3 mm x 15 mm x 1 mm. Ο θιεβνθφκβνο δηεγείξεηαη, δειαδή παξάγεη δπλακηθά δξάζεο απηφκαηα, ιφγσ ελδνγελψλ ηνπ ραξαθηεξηζηηθψλ, κε ζπρλφηεηα πεξίπνπ 60 έσο 80 δηεγέξζεηο αλά min ππφ θπζηνινγηθέο ζπλζήθεο εξεκίαο ηνπ αηφκνπ. Οη ίλεο ηνπ κπνθαξδίνπ ησλ θφιπσλ απνηεινχλ ζπλέρεηα ησλ ηλψλ ηνπ θιεβνθφκβνπ, θαηά ηέηνην ηξφπν, ψζηε ην νπνηνδήπνηε δπλακηθφ δξάζεο εκθαλίδεηαη ζηνλ θιεβνθφκβν, λα επεθηείλεηαη ακέζσο πξνο ην κπνθάξδην ησλ θφιπσλ. Μάιηζηα, ε θαηαζθεπή ησλ κπτθψλ ηλψλ ηνπ κπνθαξδίνπ ησλ θφιπσλ είλαη ηέηνηα, ψζηε λα παξάγεηαη ζρεδφλ ηαπηφρξνλε δηέγεξζε φισλ ησλ θπηηάξσλ, κε απνηέιεζκα λα ρξεζηκνπνηείηαη ν φξνο «ιεηηνπξγηθφ ζπγθχηην». 51

53 σήμα 4.3.α Σν εηδηθό ζύζηεκα παξαγσγήο θαη αγσγήο ηεο δηέγεξζεο ζηελ θαξδηά. θθ: θιεβνθόκβνο. θθ: θνιπνθνηιηαθόο θόκβνο. Σα θύξηα ζηνηρεία ηνπ ζπζηήκαηνο αλαπαξίζηαληαη κε γαιάδην ρξώκα. 52

54 σήμα 4.3.β Σν εηδηθό ζύζηεκα παξαγσγήο θαη αγσγήο ηεο δηέγεξζεο ζηελ θαξδηά απνκνλσκέλν από ηελ ππόινηπε θαξδηά. (Jordi March i Nogué. [ eart_cat.svg/1190px-electrical_conduction_system_of_the_heart_cat.svg.png?uselang=el]. Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0, CC BY-SA 3.0). Ζ ηαρεία δηέγεξζε ηνπ θφιπνπ (ε νπνία νινθιεξψλεηαη ζε πεξίπνπ ms κεηά ηε δηέγεξζε ηνπ θιεβνθφκβνπ) δελ πξέπεη λα ζπλνδεχεηαη ακέζσο απφ (ηαπηφρξνλε) ηαρεία δηέγεξζε ησλ θνηιηψλ. Πξέπεη λα παξέρεηαη ρξφλνο γηα λα αδεηάζνπλ νη θφιπνη ην πεξηερφκελφ ηνπο πξνο ηηο θνηιίεο πξηλ απφ ηελ έλαξμε ηεο ζπζηνιήο ησλ θνηιηψλ. Ζ θαζπζηέξεζε απηή ηεο κεηάδνζεο ηεο δηέγεξζεο απφ ηνπο θφιπνπο πξνο ηηο θνηιίεο νθείιεηαη θαηά θχξην ιφγν ζηνλ θνιπνθνηιηαθφ θφκβν, ηνπ νπνίνπ έλα κέξνο είλαη θαηαζθεπαζκέλν απφ ίλεο πνπ θαζπζηεξνχλ ηε δηέιεπζε ηεο δηέγεξζεο. Έηζη, ελψ ν θνιπνθνηιηαθφο θφκβνο δηεγείξεηαη ζρεδφλ ακέζσο (ιίγα ms) κεηά ηε δηέγεξζε ηνπ θιεβνθφκβνπ, ε δηέγεξζε εμέξρεηαη ηνπ θνιπνθνηιηαθνχ θφκβνπ κε θαζπζηέξεζε πεξίπνπ ms. Αθνχ, κεηά ηελ παξαπάλσ «θαζπζηέξεζε», ε δηέγεξζε πεξάζεη ζην θνιπνθνηιηαθφ δεκάηην, ην νπνίν απνηειείηαη απφ ίλεο Purkinje, δηαδίδεηαη ηαρχηαηα πξνο ην κπνθάξδην ησλ θνηιηψλ κέζσ αθξηβψο απηψλ ησλ ηλψλ. Έλα ηδηαίηεξν ραξαθηεξηζηηθφ ηνπ θνιπνθνηιηαθνχ δεκαηίνπ είλαη φηη δελ επηηξέπεη ππφ θπζηνινγηθέο ζπλζήθεο ηελ παιίλδξνκε κεηάδνζε ησλ δπλακηθψλ δξάζεο πνπ εκθαλίδνληαη ζην δεκάηην κε θαηεχζπλζε απφ ηηο θνηιίεο πξνο ηνπο θφιπνπο. Με απηφλ ηνλ ηξφπν, εκπνδίδεηαη ε επαλείζνδνο ηεο θαξδηαθήο δηέγεξζεο κέζσ απηήο ηεο νδνχ απφ ηηο θνηιίεο πίζσ πξνο ηνπο θφιπνπο θαη επηηξέπεηαη κφλν ε αγσγή απφ ηνπο θφιπνπο πξνο ηηο θνηιίεο. Δπηπξφζζεηα, ην κπνθάξδην ησλ θφιπσλ ρσξίδεηαη απφ ην κπνθάξδην ησλ θνηιηψλ κε ηλψδε ζπλδεηηθφ ηζηφ, ηνλ θνιπνθνηιηαθφ ηλψδε ηζηφ. Απηφο ν ηζηφο θπζηνινγηθά ζπκπεξηθέξεηαη σο κνλσηήο γηα ηελ παξεκπφδηζε ηεο κεηαβίβαζεο ηεο δηέγεξζεο κεηαμχ ησλ θφιπσλ θαη ησλ θνηιηψλ κέζσ νπνηαζδήπνηε άιιεο νδνχ πέξαλ ηεο «νξζφδξνκεο» αγσγήο απφ ην θνιπνθνηιηαθφ δεκάηην. Αλ, παξφια απηά, ππάξρεη αγσγή ηεο δηέγεξζεο απφ ην κπνθάξδην ησλ θνηιηψλ πίζσ πξνο ην κπνθάξδην ησλ θφιπσλ, επεηδή θάπνηα δεζκίδα κπτθνχ ηζηνχ δηέξρεηαη κέζα απφ ηνλ ηλψδε ηζηφ, ζε άιιν ζεκείν πέξαλ ηνπ θνιπνθνηιηαθνχ δεκαηίνπ, ηφηε εκθαλίδνληαη θαηλφκελα βαξηάο θαξδηαθήο αξξπζκίαο [2, 3]. Όηαλ ε δηέγεξζε θηάζεη ζηα άθξα ησλ ηλψλ Purkinje, ε πεξαηηέξσ αγσγή ηεο κέζα ζηε κάδα ηνπ κπνθαξδίνπ ησλ θνηιηψλ γίλεηαη απφ ηηο ίδηεο ηηο κπτθέο ίλεο ηνπ κπνθαξδίνπ. Ζ ηαρεία επέθηαζε ηεο δηέγεξζεο ζε φιν ην κπνθάξδην ησλ θνηιηψλ ηαπηφρξνλα νθείιεηαη ζηελ ηαρχηεηα ηεο αγσγήο πνπ έρνπλ νη ίλεο Purkinje θαη ζηελ θαηαλνκή ηνπο. Έηζη επηηπγράλεηαη ε ζπζηνιή φισλ ησλ ηκεκάησλ ηνπ κπνθαξδίνπ θαη ησλ δχν θνηιηψλ ζρεδφλ ηαπηφρξνλα. Γηα ηελ απνηειεζκαηηθή άληιεζε ηνπ αίκαηνο απφ ηηο θνηιφηεηεο ησλ δχν θνηιηψλ, απηφο ν ηχπνο ηεο ζχγρξνλεο ζπζηνιήο είλαη εληειψο απαξαίηεηνο. Δάλ ε δηέγεξζε επεθηεηλφηαλ ζηα δηάθνξα ηκήκαηα ηνπ κπνθαξδίνπ κε βξαδχηεηα, ηφηε έλα κεγάιν κέξνο ηνπ κπνθαξδίνπ ησλ θνηιηψλ ζα ζπζηειιφηαλ πξηλ απφ ην ππφινηπν, νπφηε ην νιηθφ αληιεηηθφ απνηέιεζκα ζα ήηαλ πνιχ κηθξφηεξν. Αμίδεη εδψ λα αλαθέξνπκε φηη ην κπνθάξδην πεξηειίζζεηαη γχξσ απφ ηελ θαξδηά ζπεηξνεηδψο, κε ηελ παξεκβνιή δηαθξαγκάησλ απφ ηλψδε ηζηφ αλάκεζα ζηηο ζηνηβάδεο ηνπ κπτθνχ ηζηνχ. Γη απηφ ε δηέγεξζε δελ άγεηαη ππνρξεσηηθά θαηεπζείαλ απφ ηα κέζα (ελδνθάξδην) πξνο ηα έμσ (πεξηθάξδην), αιιά νδεχεη πξνο ηελ εμσηεξηθή επηθάλεηα ηεο θαξδηάο αθνινπζψληαο ηελ θαηεχζπλζε ησλ ζπεηξψλ απφ κπτθέο ίλεο. 4.2 ΖΛΔΚΣΡΟΚΑΡΓΗΟΓΡΑΦΗΚΔ ΑΠΑΓΩΓΔ ΣΟ ΚΑΡΓΗΑΚΟ ΑΝΤΜΑ Καηά ηελ επέθηαζε ηεο δηέγεξζεο ζηελ θαξδηά (ηελ νπνία πεξηγξάςακε παξαπάλσ) είλαη θπζηθφ νη δηαδνρηθέο εκθαλίζεηο ησλ δπλακηθψλ δξάζεο λα πξνθαινχλ ηνληηθέο ξνέο πνπ θηάλνπλ έσο θαη ηε δεξκαηηθή επηθάλεηα ηνπ αλζξψπηλνπ ζψκαηνο. Σνπνζεηψληαο, ινηπφλ, ειεθηξφδηα ζην δέξκα κπνξνχκε λα απάγνπκε δηαθνξέο δπλακηθνχ κεηαμχ δεπγψλ ειεθηξνδίσλ, νη νπνίεο κεηαβαιιφκελεο αληηθαηνπηξίδνπλ ηελ ππνθείκελε ειεθηξηθή 53

55 δξαζηεξηφηεηα ηεο θαξδηάο. Κάζε ηέηνην δεχγνο ειεθηξνδίσλ απνηειεί κία ειεθηξνθαξδηνγξαθηθή απαγσγή θαη απφ απηήλ πξνθχπηεη κία θαηαγξαθή ηάζεο πνπ νλνκάδεηαη ειεθηξνθαξδηνγξάθεκα. Ζ ζπζθεπή, ε νπνία απάγεη ην ζήκα ησλ ειεθηξνδίσλ, ην επεμεξγάδεηαη κέζσ εληζρπηψλ θαη άιισλ δηαηάμεσλ θαη ηέινο δίλεη κία γξαθηθή παξάζηαζε ησλ κεηξνχκελσλ ηάζεσλ, είλαη αθξηβψο ν ΖΚΓ. Θπκίδνπκε φηη κε ηα ίδηα αξρηθά δειψλνπκε θαη ηε ζπζθεπή απαγσγήο ηνπ βηνζήκαηνο (ηνλ ειεθηξνθαξδηνγξάθν) θαη ην θαηαγεγξακκέλν βηνζήκα, δει. ην ειεθηξνθαξδηνγξάθεκα θαη ζηα επφκελα ζα ρξεζηκνπνηνχκε ην αξθηηθφιεμν ΖΚΓ θαη γηα ηηο δχν έλλνηεο. Απφ ηα ζπκθξαδφκελα ζα είλαη πξνθαλέο ζε πνηα απφ ηηο δχν έλλνηεο αλαθεξφκαζηε. Πέξαλ απφ δεξκαηηθέο θαηαγξαθέο είλαη δπλαηφλ λα πάξνπκε θαηαγξαθή κε ελδντζηηθά ειεθηξφδηα απεπζείαο απφ ην κπνθάξδην κε θαηάιιειν ειεθηξφδην ζε θαζεηήξα, αιιά θαη απφ εζσηεξηθά ζεκεία ηνπ νξγαληζκνχ, π.ρ. ηνλ νηζνθάγν. σήμα 4.4 Φπζηνινγηθό ΖΚΓ. Καηαγξαθή απαγσγήο Η θαηά Einthoven. Οη θαηαθόξπθεο γξακκέο απέρνπλ 1 s. Οη νξηδόληηεο γξακκέο απέρνπλ κεηαμύ ηνπο 1 V θαη ε θάησ γξακκή αληηζηνηρεί ζε -1 V. ην σήμα 4.4 δείρλνπκε κία θαηαγξαθή θπζηνινγηθνχ ΖΚΓ απφ απαγσγή ηχπνπ «Einthoven I» (ην είδνο ηεο απαγσγήο απηήο ζα αλαιπζεί παξαθάησ). Σν θπζηνινγηθφ ΖΚΓ απνηειείηαη απφ ην θχκα P, ην «ζχκπινθν» QRS, ην θχκα Σ θαη ην θχκα U. ην ΖΚΓ ηα θχκαηα θαινχληαη θαη «επάξκαηα». Σν ζχκπινθν QRS απνηειείηαη απφ ηξία δηαδνρηθά θχκαηα, ην Q, ην R θαη ην S [1, 2]. Σν θχκα P πξνθαιείηαη απφ ειεθηξηθά ξεχκαηα ηα νπνία παξάγνληαη θαηά ηελ εθπφισζε (απνπφισζε) ησλ θπηηάξσλ ηνπ κπνθαξδίνπ ησλ θφιπσλ, ιίγν πξηλ απφ ηε ζπζηνιή ηνπο (σήμα 4.5, ζηάδην 2). Ζ «ηζνειεθηξηθή» γξακκή P-Q (δει. ην ζρεηηθά ζηαζεξνχ πιάηνπο ζήκα απφ ην ηέινο ηνπ θχκαηνο Ρ έσο ηελ έλαξμε ηνπ θχκαηνο Q) αληηζηνηρεί ζηελ πιήξε δηέγεξζε ησλ θφιπσλ θαη ζηελ επέθηαζε ηεο δηέγεξζεο ζην εηδηθφ ζχζηεκα αγσγήο, πξηλ αξρίζνπλ λα εξεζίδνληαη ηα θχηηαξα ηνπ κπνθαξδίνπ ησλ θνηιηψλ (σήμα 4.5, ζηάδην 3). Σν ζχκπινθν QRS παξάγεηαη απφ ειεθηξηθά ξεχκαηα πνπ πξνθαινχληαη απφ ηελ έλαξμε ηεο εθπφισζεο ησλ θπηηάξσλ ηνπ κπνθαξδίνπ ησλ θνηιηψλ (σήμα 4.5, ζηάδην 4). Σν θχκα Q αληηζηνηρεί ζηελ έλαξμε ηεο δηέγεξζεο ησλ θνηιηψλ, ην θχκα R ζην κέγηζην δηέγεξζεο ησλ θνηιηψλ θαη ην θχκα S ζηε δηέγεξζε ηεο βάζεο ησλ θνηιηψλ. Ζ επαλαπφισζε ησλ θπηηάξσλ ηνπ κπνθαξδίνπ ησλ θφιπσλ ζπκβαίλεη πεξίπνπ 0,15 έσο 0,2 s κεηά ην θχκα εθπφισζεο. Ο ρξφλνο απηφο ζπκπίπηεη κε ηελ εκθάληζε ηνπ ηζρπξφηεξνπ ζπκπιφθνπ QRS θαη έηζη ζπλήζσο δελ κπνξεί λα δηαθξηζεί ειεθηξνθαξδηνγξαθηθά ε επαλαπφισζε ησλ θφιπσλ. Ζ «ηζνειεθηξηθή» γξακκή S-T αληηζηνηρεί ζηελ πιήξε θαη ηζφξξνπε ζπζηνιή ησλ θνηιηψλ (σήμα 4.5, ζηάδην 5). ηελ πξάμε ζρεδφλ πνηέ δελ εκθαλίδεηαη κία πξαγκαηηθά ζπλερήο ηζνειεθηξηθή γξακκή, αιιά κία νκαιή κεηάβαζε απφ ην ηέινο ηνπ θχκαηνο S ζηελ αξρή ηνπ θχκαηνο Σ. Σέινο, ην θχκα T αληηθαηνπηξίδεη ηελ επαλαπφισζε ησλ θνηιηψλ (σήμα 4.5, ζηάδην 6). Ζ πεγή ηνπ θχκαηνο U εηθάδεηαη φηη είλαη ε επαλαπφισζε ησλ ζεινεηδψλ κπψλ ησλ θνηιηψλ. πρλά ην θχκα απηφ 54

56 δελ εκθαλίδεηαη ζην ΖΚΓ. ην ΖΚΓ ζπλήζσο θάζε θχκα έρεη κία κέγηζηε ηηκή, ηελ νπνία νλνκάδνπκε π.ρ. κέγηζην (ηνπ θχκαηνο) P θ.ν.θ. Απηφ πνπ αμίδεη λα ηνληζηεί είλαη φηη ε κνξθή ησλ θπκάησλ ηνπ ΖΚΓ εμαξηάηαη άκεζα απφ ηηο ηδηφηεηεο δξαζηεξηνπνίεζεο ησλ κπτθψλ θπηηάξσλ ηεο θαξδηάο, φπνπ (ηδίσο γηα ηα θχηηαξα ησλ θνηιηψλ, φπσο αλαθέξζεθε θαη παξαπάλσ) ε ηαρεία απνπφισζε αθνινπζείηαη απφ ην δηάζηεκα ηνπ νξνπεδίνπ θαη θαηφπηλ αθνινπζεί κία επαλαπφισζε βξαδχηεξε ηεο αξρηθήο απνπφισζεο (σήμα 4.2). Γη απηφ, έρνπκε θχκαηα εθπφισζεο θαη επαλαπφισζεο ζαθψο δηαθξηηά ζηνλ ρξφλν. Δηδηθφηεξα, φζνλ αθνξά ην θχκα Σ, νη πξψηεο ίλεο ηνπ κπνθαξδίνπ ησλ θνηιηψλ αξρίδνπλ λα επαλαπνιψλνληαη 0,2 s πεξίπνπ κεηά ηελ έλαξμε ηνπ θχκαηνο εθπφισζεο, αιιά πνιιέο ίλεο επαλαπνιψλνληαη βξαδχηεξα κέρξη θαη 0,35 s. Έηζη ε δηεξγαζία ηεο επαλαπφισζεο επεθηείλεηαη ζε ζρεηηθά κεγάιν ρξνληθφ δηάζηεκα, πεξίπνπ 0,15 s, θαη θαηά ζπλέπεηα ην θχκα Σ ζην θπζηνινγηθφ ΖΚΓ είλαη παξαηεηακέλν, θαηλφκελν πνπ επηηείλεηαη θαη απφ ην γεγνλφο φηη ε επαλαπφισζε είλαη θαηά ηη βξαδχηεξε ηεο εθπφισζεο ζηα θχηηαξα ηνπ κπνθαξδίνπ ησλ θνηιηψλ. σήμα 4.5 Αληηζηνηρίεο κεηαμύ ηκεκάησλ ηνπ ηππηθνύ ΖΚΓ ζήκαηνο θαη ηεο ιεηηνπξγίαο (δηέγεξζε θαη ζπζηνιή) ησλ δηαθόξσλ θπηηάξσλ ηεο θαξδηάο. (OpenStax College. [ actionn.jpg/1280px-2023_ecg_tracing_with_heart_contractionn.jpg?uselang=el] Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά πξνέιεπζεο 3.0, CC BY 3.0). Ζ ηηκή ησλ κέγηζησλ ζεκείσλ ησλ θπκάησλ ζην θπζηνινγηθφ ΖΚΓ εμαξηάηαη απφ ην ζεκείν ζην νπνίν ηνπνζεηνχληαη ηα απαγσγά ειεθηξφδηα [2, 3]. Αλ έλα ειεθηξφδην ηνπνζεηεζεί ακέζσο πάλσ απφ ηελ θαξδηά θαη ην δεχηεξν ειεθηξφδην ζε θάπνην άιιν ζεκείν ηνπ ζψκαηνο, ε ζπλνιηθή ηάζε απφ ην κέγηζην R σο ην κέγηζην S κπνξεί λα θηάλεη ηα 3 ή 4 mv. Όηαλ ην ΖΚΓ θαηαγξάθεηαη κε ειεθηξφδηα ηνπνζεηεκέλα ζηα δχν άλσ άθξα, είηε ζε έλα άλσ άθξν θαη ζε έλα θάησ άθξν έρνπκε κεηξήζεηο ηεο ηάμεο ηνπ 1 mv. Σν κέγηζην Ρ έρεη ηηκή απφ 0,1 σο 0,3 mv θαη ην κέγηζην T απφ 0,2 σο 0,3 mv. Σα παξαπάλσ εχξε ηηκψλ 55

57 αθνξνχλ ηνλ πγηή λεαξφ ελήιηθα άλζξσπν θαη ππαθνχνπλ ζηηο ζπλζήθεο ζηαηηζηηθψλ θαηαλνκψλ. Γηα λα ππάξρεη νκνηνκνξθία ζηνλ ηξφπν κε ηνλ νπνίν θάζε εξγαζηήξην θαηαγξάθεη θάζε θνξά ην ΖΚΓ θαη γηα λα κπνξνχλ λα ζπγθξίλνληαη κε δηαγλσζηηθά αμηφπηζην ηξφπν θαηαγξαθέο ΖΚΓ ηνπ ίδηνπ ή θαη δηαθνξεηηθψλ αλζξψπσλ πνπ έρνπλ παξζεί ζε δηαθνξεηηθέο ζηηγκέο ζην ίδην ή ζε δηαθνξεηηθά εξγαζηήξηα, έρεη επηθξαηήζεη ηα ειεθηξφδηα λα ηνπνζεηνχληαη κε ζπγθεθξηκέλν ηξφπν, δεκηνπξγψληαο ηηο ιεγφκελεο πξφηππεο απαγσγέο, νη νπνίεο είλαη 12: Οη 3 δηπνιηθέο απαγσγέο θαηά Einthoven είλαη: Απαγσγή I: ε δηαθνξά δπλακηθνχ κεηαμχ δπλακηθνχ ηνπ ειεθηξνδίνπ ηνπ ηνπνζεηεκέλνπ ζην αξηζηεξφ ρέξη (V LA ) θαη δπλακηθνχ ηνπ ειεθηξνδίνπ ηνπ ηνπνζεηεκέλνπ ζην δεμί ρέξη (V RA ). Απηφ ηζνδπλακεί κε ην λα ηνπνζεηήζνπκε ηνλ αξλεηηθφ αθξνδέθηε ηνπ ΖΚΓ ζην δεμί ρέξη θαη ηνλ ζεηηθφ ζην αξηζηεξφ ρέξη. Δίλαη ινηπφλ: V I = V LA V RA. Απαγσγή II: ε δηαθνξά δπλακηθνχ κεηαμχ δπλακηθνχ ηνπ ειεθηξνδίνπ ηνπ ηνπνζεηεκέλνπ ζην αξηζηεξφ πφδη (V LL ) θαη δπλακηθνχ ηνπ ειεθηξνδίνπ ηνπ ηνπνζεηεκέλνπ ζην δεμί ρέξη (V RA ). Δίλαη ινηπφλ V II = V LL V RA. Απαγσγή III: ε δηαθνξά δπλακηθνχ κεηαμχ δπλακηθνχ ηνπ ειεθηξνδίνπ ηνπ ηνπνζεηεκέλνπ ζην αξηζηεξφ πφδη (V LL ) θαη δπλακηθνχ ηνπ ειεθηξνδίνπ ηνπ ηνπνζεηεκέλνπ ζην αξηζηεξφ ρέξη (V LA ). Δίλαη ινηπφλ: V III = V LL V LA. σήμα 4.6 ην ζρήκα απηό δείρλνπκε α) Σηο απαγσγέο θαηά Einthoven, Η, ΗΗ θαη ΗΗΗ (LA: αξηζηεξό ρέξη, RA: δεμί ρέξη, LL: αξηζηεξό πόδη, RL: δεμί πόδη). β) Σν ηξίγσλν ηνπ Einthoven: ΑΒΓ. γ) Σα δηαλύζκαηα ησλ απαγσγώλ: Ι,ΙΙ,ΙΙΙ δ) Σν θαξδηαθό άλπζκα Μ (ζεσξώληαο όηη ην Μ βξίζθεηαη κηα δεδνκέλε ρξνληθή ζηηγκή εμ νινθιήξνπ πάλσ ζην επίπεδν πνπ νξίδεη ην ηξίγσλν ηνπ Einthoven). ε) Σηο πξνβνιέο ηνπ Μ ζηνπο άμνλεο ησλ δηαλπζκάησλ ησλ απαγσγώλ: V Η, V ΗΗ, V ΗΗΗ. Ζ πξνβνιή ηνπ Μ πάλσ ζην δηάλπζκα ηεο απαγσγήο ΗΗΗ, δει. ην δηάλπζκα V III, έρεη ζην παξάδεηγκά καο πνιύ κηθξό κέγεζνο ζε ζρέζε κε ηα δηαλύζκαηα V Η, V ΗΗ. ην σήμα 4.6, φπνπ έρνπκε ζρεδηάζεη ηηο απαγσγέο θαηά Einthoven, ηα ζεκεία Α, Β θαη Γ είλαη νη θνξπθέο ελφο ηζφπιεπξνπ ηξηγψλνπ πνπ νλνκάδεηαη «ηξίγσλν ηνπ Einthoven». 56

58 Απηφ απνηειεί έλα ζρεδηαγξακκαηηθφ ηξφπν γηα λα δεηρζεί φηη ηα δχν άλσ άθξα θαη ην αξηζηεξφ θάησ άθξν απνηεινχλ ηηο ηξεηο γσλίεο ηξηγψλνπ πνπ πεξηβάιιεη ηελ θαξδηά. Οη δχν γσλίεο ζην άλσ άθξν ηνπ ηξηγψλνπ παξηζηάλνπλ ηα ζεκεία ζηα νπνία ηα δχν άλσ άθξα πξαγκαηνπνηνχλ ειεθηξηθή ζχλδεζε κε ηα πγξά πνπ πεξηβάιινπλ ηελ θαξδηά, ε δε θάησ γσλία απνηειεί ην ζεκείν, φπνπ ην αξηζηεξφ θάησ άθξν ζπλδέεηαη κε απηά ηα πγξά. Απφ ηνλ ηξφπν πνπ νξίζηεθαλ νη απαγσγέο θαηά Einthoven είλαη πξνθαλέο φηη ηζρχεη: V I +V III = V II (4.1) Ζ Δξίζυζη 4.1 είλαη γλσζηή θαη σο «λφκνο ηνπ Einthoven». Έλα άιιν ζχζηεκα 3 απαγσγψλ ζε επξεία ρξήζε είλαη ε «επαπμεκέλε κνλνπνιηθή απαγσγή άθξνπ» θαηά Goldberger. ηελ απαγσγή απηνχ ηνπ ηχπνπ δχν άθξα ζπλδένληαη κε ηελ παξεκβνιή αληηζηάζεσλ R κε ηνλ αξλεηηθφ πφιν ηνπ ΖΚΓ, ελψ ην ηξίην άθξν ζπλδέεηαη κε ηνλ ζεηηθφ πφιν κέζσ αληίζηαζεο R/2 (σήμα 4.7). Όηαλ ην ζεηηθφ ειεθηξφδην ζπλδέεηαη κε ην δεμηφ άλσ άθξν, ε απαγσγή νλνκάδεηαη av R, φηαλ ζπλδέεηαη κε ην αξηζηεξφ άλσ άθξν, av L, ελψ, φηαλ ζπλδέεηαη κε ην αξηζηεξφ θάησ άθξν, av F. πλεζηζκέλα ζεκεία ηνπνζέηεζεο ησλ απαγσγψλ Einthoven θαη Goldberger ζηα άθξα δείρλνληαη ζην σήμα 4.8, φπνπ θαίλνληαη θαη ηα ραξαθηεξηζηηθά ειεθηξφδηα «δαγθάλεο» πνπ επηηξέπνπλ ηελ παξακνλή ηνπ ειεθηξνδίνπ ζηαζεξά ζηα άθξα γηα φζν ρξνληθφ δηάζηεκα ρξεηαζηεί λα γίλεη ε κέηξεζε. σήμα 4.7 Δπαπμεκέλεο απαγσγέο θαηά Goldberger: av R, av L, av F. σήμα 4.8.α πλεζηζκέλα ζεκεία ηνπνζέηεζεο ησλ απαγσγώλ Einthoven θαη Goldberger ζηα άθξα: Σνπνζέηεζε ζην ρέξη. Υξεζηκνπνηνύληαη ηα ραξαθηεξηζηηθά ειεθηξόδηα «δαγθάλεο» πνπ επηηξέπνπλ ηελ παξακνλή ηνπ ειεθηξνδίνπ ζηαζεξά ζηα άθξα γηα όζν ρξνληθό δηάζηεκα ρξεηαζηεί λα γίλεη ε κέηξεζε. (Petr Heřman. [ Elektroda_L_leve_zapesti.jpg]. Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά Παξόκνηα Γηαλνκή, CC BY-SA 3.0). 57

59 σήμα 4.8.β πλεζηζκέλα ζεκεία ηνπνζέηεζεο ησλ απαγσγώλ Einthoven θαη Goldberger ζηα άθξα: Σνπνζέηεζε ζην πόδη. (Petr Heřman. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά Παξόκνηα Γηαλνκή, CC BY-SA 3.0). Σέινο, νη 6 «πξνθάξδηεο» απαγσγέο ιακβάλνληαη κε ην έλα ειεθηξφδην ηνπνζεηεκέλν ζηελ πξφζζηα επηθάλεηα ηνπ ζψξαθα, πάλσ απφ ηελ θαξδηά, ζε έλα απφ ηα έμη ζεκεία ηα νπνία ζεκεηψλνληαη ζην σήμα 4.9. Απηφ ην ειεθηξφδην ζπλδέεηαη κε ηνλ ζεηηθφ πφιν ηνπ ΖΚΓ, ελψ ην αξλεηηθφ ειεθηξφδην, πνπ νλνκάδεηαη αδηάθνξν ειεθηξφδην ή θεληξηθφ ειεθηξφδην ηνπ Wilson, ζπλδέεηαη κε ηελ παξεκβνιή ίζσλ αληηζηάζεσλ R κε ην δεμί άλσ άθξν, ην αξηζηεξφ άλσ άθξν θαη ην αξηζηεξφ θάησ άθξν (σήμα 4.10). Αλάινγα κε ην ζεκείν ζην νπνίν έρεη ηνπνζεηεζεί ην ζεηηθφ ειεθηξφδην έρνπκε ηηο απαγσγέο V 1, V 2, V 3, V 4, V 5, V 6. σήμα 4.9.α Πξνθάξδηεο απαγσγέο (ζρεκαηηθό δηάγξακκα ζεκείσλ ηνπνζέηεζεο - δηζδηάζηαην). 58

60 σήμα 4.9.β Πξνθάξδηεο απαγσγέο (ζρεκαηηθό δηάγξακκα ζεκείσλ ηνπνζέηεζεο - ηξηζδηάζηαην). (Jordi March i Nogué. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά Παξόκνηα Γηαλνκή, CC BY-SA 3.0). σήμα 4.9.γ Σνπνζέηεζε πξνθάξδησλ απαγσγώλ ζε θαξδηνινγηθό εξγαζηήξην. Έρνπλ ρξεζηκνπνηεζεί ραξαθηεξηζηηθά ειεθηξόδηα «αλαξξόθεζεο» πνπ επηηξέπνπλ ηελ παξακνλή ηνπ ειεθηξνδίνπ ζηαζεξά ζην ζσξαθηθό ζεκείν ηνπνζέηεζεο γηα όζν δηάζηεκα ρξεηαζηεί ε θαηαγξαθή. (Petr Heřman. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά Παξόκνηα Γηαλνκή, CC BY-SA 3.0). 59

61 σήμα 4.10 Κεληξηθό ειεθηξόδην ηνπ Wilson. ηα σήμαηα 4.11.α θαη 4.11.β δείρλνπκε θαηαγξαθέο ΖΚΓ πνπ έρνπλ πξνθχςεη απφ θαηαγξαθή 6 θαη 12 πξφηππσλ απαγσγψλ αληίζηνηρα. 60

62 σήμα 4.11.α Καηαγξαθή ΖΚΓ πνπ έρεη πξνθύςεη από θαηαγξαθή 6 πξόηππσλ απαγσγώλ (Einthoven θαη επαπμεκέλσλ θαηά Goldberger). Οη θιίκαθεο ησλ αμόλσλ ρξόλνπ θαη πιάηνπο θαηαγξάθνληαη πάλσ αξηζηεξά, ζε κνλάδεο mm/s θαη cm/mv αληίζηνηρα. ηελ αξρή ηεο θαηαγξαθήο, ζε θάζε απαγσγή θαηαγξάθεηαη παικόο πιάηνπο 1 mv γηα ιόγνπο ηαρείαο νπηηθήο βαζκνλόκεζεο. (Tanadesuka. [ ]. Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). 61

63 σήμα 4.11.β Καηαγξαθή ΖΚΓ πνπ έρεη πξνθύςεη από θαηαγξαθή 12 πξόηππσλ απαγσγώλ. Οη θιίκαθεο ησλ αμόλσλ ρξόλνπ θαη πιάηνπο είλαη 25 mm/s θαη 1 cm/mv αληίζηνηρα. (Petr Heřman. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά Παξόκνηα Γηαλνκή, CC BY-SA 3.0). Ζ ελεξγνπνίεζε κπτθψλ θπηηάξσλ ζηελ θαξδηά ζα νδεγήζεη αλαπφθεπθηα ζε έληνλεο δηακεκβξαληθέο ηνληηθέο ξνέο. Θεσξψληαο ηνλ θαξδηαθφ κπτθφ ηζηφ σο ζπγθχηην, αλά πάζα ζηηγκή ζα ππάξρνπλ ζην πγξφ ησλ θνηινηήησλ ηεο θαξδηάο, ην αίκα δειαδή, αιιά θαη ζηα πγξά πνπ πεξηβάιινπλ ην πεξηθάξδην, κεηαβαιιφκελεο θαηαλνκέο θηλνχκελσλ ειεθηξηθψλ θνξηίσλ. Αο ζεσξήζνπκε ηελ θαηάζηαζε πνπ δείρλεη ην σήμα 4.12, φπνπ έρεη εθπνισζεί ηκήκα ηνπ ελδνθαξδηαθνχ ηνηρψκαηνο ησλ δχν θνηιηψλ. Ζιεθηξηθά ξεχκαηα ξένπλ κεηαμχ απηψλ ησλ πεξηνρψλ ηνπ εζσηεξηθνχ ηεο θαξδηάο πνπ έρνπλ εθπνισζεί θαη ησλ εμσηεξηθψλ πεξηνρψλ ηεο θαξδηάο (πεξηθάξδην) πνπ δελ έρνπλ εθπνισζεί, φπσο παξηζηάλεηαη κε ηα ειιεηπηηθά βέιε. Καηά ζχκβαζε γηα ηελ αλαπαξάζηαζε ηνπ ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο, δείρλνπκε ηελ πνξεία ζεηηθψλ θνξηίσλ. Ζιεθηξηθά ξεχκαηα ξένπλ επίζεο κέζα απφ ηηο θνηιφηεηεο ησλ θνηιηψλ, θαηεπζείαλ κεηαμχ ησλ πεξηνρψλ πνπ έρνπλ εθπνισζεί θαη ησλ πεξηνρψλ πνπ δελ έρνπλ αθφκε εθπνισζεί. Μνινλφηη έλα κηθξφ πνζφ ξεχκαηνο ξέεη κε θαηεχζπλζε πξνο ηα θάησ ζην εζσηεξηθφ ηεο θαξδηάο, ζεκαληηθά κεγαιχηεξν πνζφ ξεχκαηνο ξέεη ζην εμσηεξηθφ κέξνο ησλ θνηιηψλ, κε θαηεχζπλζε απφ ηελ «θνξπθή» ηεο θαξδηάο πξνο ηα άλσ. 62

64 σήμα 4.12 Ρνέο ηνληηθώλ ξεπκάησλ ζε θαηάζηαζε κεξηθήο εθπόισζεο ησλ θνηιηώλ. Με αξθεηά θαιή πξνζέγγηζε κπνξνχκε λα ζεσξνχκε φηη αλά πάζα ζηηγκή ηνπ θαξδηαθνχ θχθινπ ην πεδίν ξνήο ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο ζηνλ ρψξν γχξσ απφ ηνλ θαξδηαθφ κπ πξνζνκνηάδεη δηπνιηθή θαηαλνκή πεγψλ ξεχκαηνο, κε μερσξηζηή ζεηηθή πεγή ξεχκαηνο (ή απιψο πεγή), πιάηνπο Κ Amperes θαη αξλεηηθή πεγή ξεχκαηνο (ή θαηαβφζξα), πιάηνπο - Κ Amperes [4]. Ζ πεγή θαη ε θαηαβφζξα ή ηζνδχλακα- ν ζεηηθφο θαη ν αξλεηηθφο πφινο ηνπ ξεπκαηηθνχ δηπφινπ ζεσξνχληαη ζε απφζηαζε r. Σν ξεπκαηηθφ απηφ δίπνιν νλνκάδεηαη θαξδηαθφ δίπνιν θαη παξηζηάλεηαη κε ην ιεγφκελν «θαξδηαθφ άλπζκα» Μ, δειαδή ην άλπζκα ηεο δηπνιηθήο ξνπήο ηεο ξεπκαηηθήο θαηαλνκήο, κε κέηξν Κ s θαη θνξά απφ ηελ θαηαβφζξα πξνο ηελ πεγή (σήμα 4.13). 63

65 σήμα 4.13 Σν θαξδηαθό άλπζκα Μ ην νπνίν αληηζηνηρεί ζηελ θαηάζηαζε εθπόισζεο πνπ δείρλεηαη ζην ρήκα Ζ πεγή ξεύκαηνο δείρλεηαη κε + θαη ε θαηαβόζξα κε -. Έλα αθφκε πνιχ ρξήζηκν κέγεζνο ζηελ ειεθηξνθαξδηνγξαθία είλαη ην άλπζκα ηεο απαγσγήο. Τπνζέηνπκε φηη έρνπκε δεκηνπξγήζεη κηα ειεθηξνθαξδηνγξαθηθή απαγσγή. Οξίδνπκε σο άλπζκα ηεο απαγσγήο ην κνλαδηαίν δηάλπζκα πνπ έρεη θαηεχζπλζε απφ ην αξλεηηθφ ειεθηξφδην Υ ηεο απαγσγήο (-) πξνο ην ζεηηθφ ειεθηξφδην Τ ηεο απαγσγήο (+), φπσο δείρλνπκε ζην σήμα σήμα 4.14 Σν άλπζκα ηεο απαγσγήο Τ-Υ. Σν βέινο ζην ζρήκα ζπκβνιίδεη ην κνλαδηαίν δηάλπζκα (δηάλπζκα κέηξνπ κνλάδαο) κε θαηεύζπλζε από ην Υ πξνο ην Τ. Μπνξεί λα απνδεηρζεί φηη, εάλ ζεσξήζνπκε ηελ αξρή ηνπ ζπζηήκαηνο ζπληεηαγκέλσλ ζηελ αξρή ηνπ δηαλχζκαηνο Μ θαη ηα ζεκεία Υ θαη Τ δηαηεηαγκέλα ζε θνξπθέο ηζνπιεχξνπ ηξηγψλνπ κε θέληξν ηελ αξρή ηνπ ζπζηήκαηνο ζπληεηαγκέλσλ, ηφηε ε πξνβνιή ηνπ θαξδηαθνχ αλχζκαηνο πάλσ ζην άλπζκα ηεο απαγσγήο Τ-Υ ηζνχηαη κε ηε δηαθνξά δπλακηθνχ πνπ θαηαγξάθεηαη απφ ην δεχγνο ειεθηξνδίσλ ηεο απαγσγήο: (4.2) ηελ παξαπάλσ ζρέζε έρνπκε ζεσξήζεη φηη ε αγσγηκφηεηα ηνπ αλζξψπηλνπ ζψκαηνο είλαη ζηαζεξή ζε φιε ηελ έθηαζε ηνπ ζψκαηνο θαη έρεη ηηκή ζ. Ζ θνπθίδα κεηαμχ ηνπ δηαλχζκαηνο ηεο απαγσγήο Τ-Υ θαη ηνπ θαξδηαθνχ αλχζκαηνο Μ ζπκβνιίδεη εζσηεξηθφ γηλφκελν δηαλπζκάησλ. r είλαη ε απφζηαζε ηνπ ζεκείνπ Υ απφ ηελ αξρή ησλ αμφλσλ, ίζε κε ηελ απφζηαζε ηνπ ζεκείνπ Τ απφ ηελ αξρή ησλ αμφλσλ. Απφ ηελ παξαπάλσ ζρέζε γίλεηαη πξνθαλέο φηη, φηαλ ηα δηαλχζκαηα ηεο απαγσγήο θαη ηνπ θαξδηαθνχ αλχζκαηνο έρνπλ ίδηα δηεχζπλζε θαη θνξά, ηφηε ην θαηαγξαθφκελν δπλακηθφ είλαη κέγηζην. Γηα λα γίλεη πην θαηαλνεηή ε ρξήζε ηνπ θαξδηαθνχ αλχζκαηνο, αο ζεσξήζνπκε ην σήμα 4.6. Με Η,ΗΗ θαη ΗΗΗ έρνπκε ζρεδηάζεη ηα δηαλχζκαηα r I, r II, r III ησλ αληίζηνηρσλ απαγσγψλ θαηά Einthoven. Π.ρ. ηo δηάλπζκα Η, ηεο απαγσγήο Η, έρεη ζρεδηαζζεί κε ηελ παξαδνρή φηη ην αξλεηηθφ άθξν ηνπ ειεθηξνδίνπ είλαη ηνπνζεηεκέλν ζην ζεκείν Α θαη ην ζεηηθφ ζην ζεκείν Β ηνπ ηξηγψλνπ. 64

66 Θεσξψληαο φηη ην θαξδηαθφ άλπζκα Μ βξίζθεηαη κία δεδνκέλε ρξνληθή ζηηγκή εμ νινθιήξνπ πάλσ ζην επίπεδν πνπ νξίδεη ην ηξίγσλν ηνπ Einthoven (ή ηζνδχλακα ην ηξίγσλν πνπ νξίδνπλ ηα δηαλχζκαηα ησλ απαγσγψλ θαηά Einthoven), νη πξνβνιέο ηνπ Μ πάλσ ζηνπο άμνλεο πνπ νξίδνπλ ηα δηαλχζκαηα r I, r II, r III καο δίλνπλ δηαλχζκαηα V Η, V ΗΗ, V ΗΗΗ ησλ νπνίσλ ην κέηξν ηζνχηαη κε ην κέηξν ησλ ηάζεσλ V Η, V ΗΗ, V ΗΗΗ, πνπ νη απαγσγέο κεηξνχλ κε ηνλ ΖΚΓ, δει. V Η = V Η, V ΗΗ = V ΗΗ, V ΗΗΗ = V ΗΗΗ. Σν πξφζεκν ησλ απαγσγψλ V Η, V ΗΗ, V ΗΗΗ δίλεηαη απφ ηε θνξά ηνπ αληίζηνηρνπ δηαλχζκαηνο. Αλ π.ρ. ην V Η έρεη ηελ ίδηα θνξά κε ην r I, ηφηε ην V I έρεη ζεηηθή ηηκή θ.ν.θ. Αληίζηξνθα, αλ γλσξίδνπκε κηα δεδνκέλε ρξνληθή ζηηγκή δπν απφ ηηο ηξεηο ηηκέο ηάζεσλ πνπ κεηξψληαη απφ ηηο απαγσγέο, π.ρ. ηηο V II θαη V III, κπνξνχκε λα βξνχκε ην δηάλπζκα Μ σο ζπληζηακέλε ησλ V II θαη V III. Βιέπνπκε, ινηπφλ, φηη ην θαξδηαθφ άλπζκα πεξηέρεη αλά πάζα ζηηγκή φιε ηελ πιεξνθνξία ησλ ειεθηξνθαξδηνγξαθηθψλ απαγσγψλ. Θεσξψληαο ηελ αξρή ηνπ θαξδηαθνχ αλχζκαηνο ζηαζεξή, π.ρ. κφληκα ηνπνζεηεκέλε ζην θέληξν ηνπ ηξηγψλνπ ηνπ Einthoven, ην θαξδηαθφ άλπζκα θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θαξδηαθνχ θχθινπ ζα αιιάδεη κέηξν, θνξά θαη δηεχζπλζε. Αληί, ινηπφλ, λα παξαηεξνχκε ην ΖΚΓ, κπνξνχκε εληειψο ηζνδχλακα, θαη κάιηζηα κε νηθνλνκία κέζσλ, λα παξαηεξνχκε ηνλ γεσκεηξηθφ ηφπν ησλ ζεκείσλ πνπ ζρεκαηίδεη ε πνξεία ηεο θνξπθήο ηνπ θαξδηαθνχ αλχζκαηνο (σήμα 4.15), ε δε ζρεηηθή ηερληθή νλνκάδεηαη αλπζκαηηθή ειεθηξνθαξδηνγξαθία (vector electrocardiography). Μάιηζηα, πνιιέο θνξέο νη ηξνρηέο πνπ δηαγξάθεη ε θνξπθή ηνπ αλχζκαηνο πεξηέρνπλ πνιχηηκα ζηνηρεία γηα ηνπο θαξδηνιφγνπο [3, 5]. ηα Βίνηεο 4.1 (H. Yang, S. Bukkapatnam, and R. Komanduri. [ Σν παξφλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππφ ηνπο φξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά πξνέιεπζεο 2.0 Γεληθή, CC-BY 2.0) θαη 4.2 (H. Yang, S. Bukkapatnam, and R. Komanduri. [ Σν παξφλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππφ ηνπο φξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά πξνέιεπζεο 2.0, CC-BY 2.0) δείρλεηαη παξαζηαηηθά ε ηξνρηά πνπ δηαλχεη ζηνλ ρψξν ε θνξπθή ηνπ αλχζκαηνο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο θαηαγξαθήο ελφο ΖΚΓ. Έλα άιινο ηξφπνο γηα λα παξηζηάλνπκε ηα αλχζκαηα ησλ απαγσγψλ είλαη λα ζεσξνχκε φηη απηά έρνπλ ηελ αξρή ηνπο πάληα ζε έλα ζπγθεθξηκέλν ζεκείν, ην νπνίν παξηζηάλεη ηελ ηνκή δχν επζεηψλ: κηαο πνπ ελψλεη ηα δχν άλσ άθξα θαη κηαο πνπ ελψλεη ηελ θεθαιή κε ηα θάησ άθξα. Έηζη, π.ρ. ζην σήμα 4.16 ην δηάλπζκα ηεο απαγσγήο ΗΗ ζρεκαηίδεη γσλία 60 ν κε ηελ επζεία πνπ ελψλεη ηα δχν άλσ άθξα, κεηξψληαο ηηο γσλίεο δεμηφζηξνθα θαη μεθηλψληαο απφ ηελ επζεία πνπ ελψλεη ηα δχν άλσ άθξα. ην σήμα 4.16 έρνπκε ζρεδηάζεη θαη ηα δηαλχζκαηα ησλ επαπμεκέλσλ απαγσγψλ. ηελ πεξίπησζε απηή ην θαξδηαθφ άλπζκα έρεη θαη απηφ ηελ αξρή ηνπ ζην ζεκείν ηνκήο ησλ δχν επζεηψλ πνπ πξναλαθέξακε θαη πξνβάιιεηαη πάλσ ζηα αληίζηνηρα δηαλχζκαηα ησλ απαγσγψλ γηα λα πξνθχςνπλ νη αληίζηνηρεο ηηκέο ηνπ ΖΚΓ. χκθσλα κε ηελ παξαπάλσ ζεψξεζε, ην θαξδηαθφ άλπζκα, φπσο πξναλαθέξακε, ζεσξείηαη φηη θείηαη εμ νινθιήξνπ ζην επίπεδν πνπ ζρεκαηίδεη ην ηξίγσλν Einthoven. Απηφ θπζηθά είλαη κία παξαδνρή θαη, ζηελ πξαγκαηηθφηεηα, ην θαξδηαθφ άλπζκα κπνξεί λα έρεη νπνηαδήπνηε θαηεχζπλζε ζηνλ ηξηζδηάζηαην ρψξν. Απηφ πνπ αλαζπλζέηνπκε, ινηπφλ, απφ ηηο θαξδηνγξαθηθέο απαγσγέο είλαη ε πξνβνιή ηνπ πξαγκαηηθνχ θαξδηαθνχ αλχζκαηνο πάλσ ζην επίπεδν πνπ νξίδεη ην ηξίγσλν Einthoven. Δπεθηείλνληαο ην παξαπάλσ ζθεπηηθφ, αλ δηαζέηνπκε δπν νπνηεζδήπνηε απφ ηηο έμη πξνθάξδηεο απαγσγέο, ηφηε κπνξνχκε λα αλαζπλζέζνπκε ηελ πξνβνιή ηνπ θαξδηαθνχ αλχζκαηνο ζην επίπεδν πνπ νξίδνπλ ηα ζεκεία ηνπνζέηεζεο ησλ πξνθάξδησλ απαγσγψλ 1 έσο 6. Γηα ηνλ ζθνπφ απηφ, ρξεζηκνπνηνχκε ην δηάγξακκα ηνπ σήμαηορ 4.17, φπνπ ε αξρή ησλ αλπζκάησλ ησλ απαγσγψλ ζεσξείηαη ην ζεκείν ηνκήο ηεο επζείαο πνπ ελψλεη ηα δχν άλσ άθξα θαη ηεο επζείαο πνπ ζπλδέεη ην εκπξφζζην ηκήκα ηνπ ζψκαηνο ζηνλ ζψξαθα κε ην πίζσ κέξνο ζηελ πιάηε. 65

67 σήμα 4.15.α Αλπζκαηηθή ειεθηξνθαξδηνγξαθία: Οη θάζεηο ηεο θαξδηαθήο ιεηηνπξγίαο ζε ζρέζε κε ηελ ηξνρηά ηεο θνξπθήο ηνπ θαξδηαθνύ αλύζκαηνο. Γείρλεηαη ε πξνβνιή ηεο ηξνρηάο ζε έλα επίπεδν. Με ην πέξαο ηεο ηζνειεθηξηθήο γξακκήο PQ έρεη νινθιεξσζεί ν κηθξόο αξηζηεξά «θύθινο», κε ην πέξαο ηεο ηζνειεθηξηθήο ST ε κεγάιε θαξδηνεηδήο θακπύιε θαη ζην ηέινο ηνπ θύθινπ ε θνξπθή ηνπ αλύζκαηνο, αθνύ νινθιεξώζεη ηνλ κηθξό δεμηά «θύθιν» έρεη επηζηξέςεη ζην ζεκείν εθθίλεζεο πνπ δείρλεηαη κε έληνλε θνπθθίδα. (Πεγή όπσο ηνπ ρήκαηνο 4.5 κε επηπιένλ γξαθήκαηα). σήμα 4.15.β Αλπζκαηηθή ειεθηξνθαξδηνγξαθία: Σξνρηέο ηεο θνξπθήο ηνπ θαξδηαθνύ αλύζκαηνο ζε αιιεπάιιεινπο θαξδηαθνύο θύθινπο. Με γθξη απεηθνλίδνληαη νη ηξνρηέο πνπ ζπκπιεξώλνληαη κε ην πέξαο ηνπ θύκαηνο Ρ, κε κπιε-κσβ κε ην πέξαο ηνπ ζπκπιόθνπ QRS θαη κε πξάζηλν κε ην πέξαο ηνπ θύκαηνο Σ. (PANAMATIK. [en.wikipedia.org/wiki/vectorcardiography#/media/file:vektorkardiogramm_kgmnormal.jpg]. Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). 66

68 σήμα 4.16 Αλαπαξάζηαζε ησλ δηαλπζκάησλ ησλ απαγσγώλ θαηά Einthoven θαη θαηά Goldberger. σήμα 4.17 Σα δηαλύζκαηα ησλ πξνθάξδησλ απαγσγώλ ζην επίπεδν πνπ ηέκλεη ηελ θαηαθόξπθν θεθαιήο-θάησ άθξσλ ζην ύςνο ηεο θαξδηάο. 67

69 4.3 ΖΛΔΚΣΡΟΚΑΡΓΗΟΓΡΑΦΗΚΔ ΓΗΑΣΑΞΔΗ Ο ΖΚΓ είλαη ε ζπζθεπή, ε νπνία μεθηλψληαο απφ ηα ειεθηξφδηα απαγσγήο ηνπ θαξδηαθνχ ειεθηξηθνχ ζήκαηνο, καο δίλεη ζηελ έμνδφ ηεο ην ειεθηξηθφ απηφ βηνζήκα ηεο θαξδηάο, θαηά ην δπλαηφλ εληζρπκέλν θαη απαιιαγκέλν απφ παξάζηηα. Τπάξρνπλ αξθεηέο παξαιιαγέο ζηνλ ηξφπν θαηαζθεπήο ησλ ΖΚΓ (σήμα 4.18), φκσο νη βαζηθέο θαηαζθεπαζηηθέο παξάκεηξνη θαη νη δνκηθνί ιίζνη ηνπ ζπζηήκαηνο είλαη θνηλέο ζε φινπο ηνπο ΖΚΓ [6, 7]. σήμα 4.18 ΖΚΓ. (Petr Heřman. [ 08_S_ECG.jpg]. Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά Παξόκνηα Γηαλνκή, CC BY-SA 3.0). 68

70 σήμα 4.19 ρεκαηηθό δηάγξακκα ηππηθνύ ΖΚΓ ελόο δηαύινπ. ην σήμα 4.19 δείρλνπκε ην ζρεκαηηθφ δηάγξακκα ελφο ηππηθνχ ΖΚΓ. Σα δνκηθά ηνπ ζηνηρεία είλαη: ειεθηξφδηα απαγσγήο, θχθισκα αλαγλψξηζεο βιάβεο ζηα ειεθηξφδηα, θχθισκα πξνζηαζίαο εληζρπηή, κεηαγσγφο (επηινγέαο απαγσγήο), ζχζηεκα πξνεληζρπηή, ηειηθφο εληζρπηήο (εληζρπηήο δηαχινπ), θαηαγξαθηθφ, αλαινγηθνςεθηαθφο κεηαηξνπέαο, Ζ/Τ. ην παξάδεηγκά καο ζεσξνχκε φηη έρνπκε απφ έλα ειεθηξφδην ζην αξηζηεξφ θαη ζην δεμί ρέξη θαη έλα ζην αξηζηεξφ πφδη, γηα ηελ απαγσγή θαξδηαθψλ ζεκάησλ θαη έλα ειεθηξφδην ζην δεμί πφδη ζην νπνίν ζπλδένπκε ηε γείσζε ηνπ ΖΚΓ. Σα ειεθηξφδηα απαγσγήο, ηα νπνία είλαη ζπλήζσο επηδεξκηθά ειεθηξφδηα (σήμα 4.8), αθνινπζνχλ ηηο ηδηφηεηεο ησλ ειεθηξνδίσλ, φπσο απηέο εμεηάζηεθαλ αλαιπηηθά ζην Κεθάιαην 2. Αθφκε θαη αλ ρξεζηκνπνηεζνχλ ειεθηξφδηα ηα νπνία λα πιεζηάδνπλ ζηε ζπκπεξηθνξά ηα ηδαληθά κε πνιψζηκα ειεθηξφδηα, π.ρ. ειεθηξφδηα Ag/AgCl, ζα εκθαληζηνχλ ιφγσ ησλ αιιεπάιιεισλ ζηξσκάησλ κεηαμχ ειεθηξνδίνπ θαη ππνθείκελνπ ηζηνχ αλεπηζχκεηεο ζπλερείο ηάζεηο (σήμα 2.9), ην επίπεδν ησλ νπνίσλ είλαη πνιχ πςειφηεξν ηνπ πξνο κέηξεζε ΖΚΓ ζήκαηνο. Οη αλεπηζχκεηεο απηέο ηάζεηο επαθψλ κπνξεί λα θηάζνπλ έσο θαη 300 mv θαη δηαθέξνπλ απφ ειεθηξφδην ζε ειεθηξφδην θαηά ηπραίν ηξφπν. Έλα επηπιένλ παξάζηην, ην νπνίν κπνξεί λα εκθαληζηεί ζηα ειεθηξφδηα, είλαη παξεκβνιέο απφ ειεθηξνκαγλεηηθά πεδία είηε απηά πνπ δεκηνπξγεί ε ηξνθνδνζία ησλ 50 Hz είηε παξεκβνιέο απφ ξαδηνθσληθνχο θαη ηειενπηηθνχο πνκπνχο, αθφκε θαη απφ ειαηησκαηηθνχο ιακπηήξεο θζνξηζκνχ. Δάλ ζεσξήζνπκε ηα δχν ειεθηξφδηα ηνπ αξηζηεξνχ θαη δεμηνχ ρεξηνχ, φπσο ζην σήμα 4.20.α, ε ζπληζηψζα ηνπ καγλεηηθνχ πεδίνπ πνπ είλαη 69

71 θάζεηε ζην επίπεδν πνπ δεκηνπξγνχλ ηα δχν ειεθηξφδηα ζα απαρζεί απφ ηα ειεθηξφδηα. Έλαο απιφο ηξφπνο γηα λα μεπεξάζνπκε απηά ηα παξάζηηα είλαη λα πεξηειίμνπκε κεηαμχ ηνπο ηα ειεθηξφδηα, φπσο θαίλεηαη ζην σήμα 4.20.β. σήμα 4.20 (α) Σα θαιώδηα πνπ ζπλδένπλ ηα ειεθηξόδηα ηεο απαγσγήο Η κε ηνλ ΖΚΓ ζπληζηνύλ έλαλ θιεηζηό βξόρν (ζθηαζκέλε πεξηνρή) όηαλ ζηνλ βξόρν ζεσξήζνπκε θαη ην ζώκα ηνπ εμεηαδνκέλνπ θαη ηνλ ΖΚΓ. Μαγλεηηθό πεδίν δηεξρόκελν θάζεηα ζηνλ βξόρν επάγεη ξεύκα ζηνλ βξόρν. (β) πζηξέθνληαο ηα δύν θαιώδηα ειαρηζηνπνηνύληαη ηέηνηνπ είδνπο καγλεηηθέο παξεκβνιέο. Έλα απφ ηα ραξαθηεξηζηηθά ησλ επηδεξκηθψλ ειεθηξνδίσλ είλαη φηη, ιφγσ κεηαθηλήζεσλ ηνπ ζψκαηνο ηνπ εμεηαδφκελνπ, ιφγσ απνμήξαλζεο ηεο ειεθηξνιπηηθήο αινηθήο ή θαη ιφγσ δηάζπαζεο ηεο ειεθηξηθήο ζπλέρεηαο, ηδίσο ζην ζεκείν έλσζεο ειεθηξνδίνπ θαη απαγσγνχ θαισδίνπ, είλαη δπλαηφλ ε αληίζηαζε ηνπ ειεθηξνδίνπ λα γίλεη απαγνξεπηηθά πςειή κε ζπλέπεηα λα αρξεζηεχεηαη φπνηα θαηαγξαθή ζηεξίδεηαη ζην ειεθηξφδην απηφ. Σν θαηλφκελν απηφ, κάιηζηα, είλαη ζπρλφηεξν ζε ζπζηήκαηα ΖΚΓ ηα νπνία θαηαγξάθνπλ ην ΖΚΓ γηα καθξφ ρξνληθφ δηάζηεκα. Γηα λα έρνπκε επίγλσζε ηεο θαηάζηαζεο ηνπ ειεθηξνδίνπ, ρξεζηκνπνηνχληαη θπθιψκαηα αλαγλψξηζεο βιάβεο ζηα ειεθηξφδηα [7], φπσο απηφ πνπ δείρλνπκε ζην σήμα Μία πεγή ξεχκαηνο πςειήο εζσηεξηθήο αληίζηαζεο, ζπρλφηεηαο 50 khz ζπλδέεηαη πάλσ ζηα ειεθηξφδηα ηεο θάζε απαγσγήο. Σν πιάηνο ηνπ ξεχκαηνο κπνξεί λα θηάλεη ηα κα ρσξίο πξφβιεκα γηα ηνλ αζζελή, ιφγσ ηεο πςειήο ζπρλφηεηαο ηνπ ξεχκαηνο. Όζν ε αληίζηαζε ησλ ειεθηξνδίσλ είλαη ζε θπζηνινγηθέο ηηκέο (ιίγα kχ), ην ξεχκα απφ ηελ πεγή πξαθηηθά θαηεπζχλεηαη εμ νινθιήξνπ 70

72 πξνο ην ζψκα ηνπ εμεηαδνκέλνπ θαη φρη πξνο ην ππφινηπν κέξνο ηνπ θπθιψκαηνο, πξνο ηα δεμηά ηεο πεγήο. Απηφ ζπκβαίλεη δηφηη ε εζσηεξηθή αληίζηαζε ησλ θπθισκάησλ, πνπ είλαη πξνο ηα δεμηά ηεο πεγήο, έρεη θαηαζθεπαζηεί ψζηε λα έρεη πνιχ κεγαιχηεξε ηηκή (πξαθηηθά απφ εθαηνληάδεο έσο ιίγεο ρηιηάδεο ΜΧ) απφ ηνλ αλακελφκελν ζπλδπαζκφ ηεο αληίζηαζεο ησλ ειεθηξνδίσλ θαη ηεο αληίζηαζεο ηνπ δέξκαηνο ζηε δηέιεπζε ηνπ πςίζπρλνπ ξεχκαηνο (ζπλνιηθά ζπλήζσο πνιχ θάησ απφ 10 ΜΧ). Αλ απνθνιιεζεί έλα απφ ηα ειεθηξφδηα ή αλ ζπάζεη ην θαιψδηφ ηνπ, ε αληίζηαζε ηνπ θπθιψκαηνο πνπ μεθηλά απφ ην Α θαη πεξλά κέζα απφ ην ζψκα ηνπ εμεηαδνκέλνπ, κέζσ ησλ δηεπαθψλ ειεθηξνδίσλ-ζψκαηνο θαηαιήγνληαο ζην Β, γίλεηαη πξαθηηθά άπεηξε. Απηφ έρεη ζπλέπεηα ην ζήκα ηεο πεγήο ξεχκαηνο λα δηέξρεηαη πξαθηηθά απνθιεηζηηθά απφ ην δσλνπεξαηφ θίιηξν, πνπ έρεη θεληξηθή ζπρλφηεηα 50 khz θαη λα ελεξγνπνηεί ηνλ ζπγθξηηή, ν νπνίνο κε ηε ζεηξά ηνπ ζα ελεξγνπνηήζεη ην θχθισκα ηνπ ζπλαγεξκνχ. Αλά πάζα ζηηγκή ην ζήκα ησλ 50 khz δελ δηέξρεηαη πξνο ηα επφκελα ζηάδηα ηνπ ΖΚΓ, θαζφζνλ ζηελ είζνδν ηνπ θπθιψκαηνο πξνελίζρπζεο, φπσο ζα δνχκε παξαθάησ, βξίζθεηαη ηνπνζεηεκέλν έλα βαζππεξαηφ θίιηξν κε ζπρλφηεηα απoθνπήο ηα 150 Ζz. σήμα 4.21 ρεκαηηθό δηάγξακκα θπθιώκαηνο αλαγλώξηζεο βιάβεο ζηα ειεθηξόδηα. Σν θχθισκα ησλ εληζρπηψλ πξέπεη λα πξνζηαηεχεηαη απφ ζηηγκηαίεο (δηάξθεηαο ιίγσλ ms) πςειέο ηάζεηο, νη νπνίεο πξνέξρνληαη π.ρ. απφ ηελ εθαξκνγή απηλίδσζεο ζηνλ αζζελή απφ ηνλ νπνίν απάγεηαη ην ΖΚΓ [7]. Έλα ηέηνην θχθισκα δείρλνπκε ζην σήμα Οη πεξηνξηζηέο ηάζεσλ πνπ δείρλνπκε ζην σήμα 4.22 κπνξνχλ λα πινπνηεζνχλ κε ζπλδπαζκφ δχν δηφδσλ, κε κία δίνδν Zener ή κε ιπρλία εθθέλσζεο επγελψλ αεξίσλ. Όηαλ ε ηάζε ζε έλα απφ ηα απαγσγά ειεθηξφδηα μεπεξάζεη ηελ ηηκή θαησθιηνχ V Thr, ηφηε ην θχθισκα πεξηνξηζηή ηάζεο άγεη κε πνιχ ρακειή αληίζηαζε (φζε π.ρ. ε αληίζηαζε αγσγήο δηφδσλ, δει. ιίγα Χ) θαη έηζη νπζηαζηηθά ην αληίζηνηρν ειεθηξφδην γεηψλεηαη. Καηά ζπλέπεηα, ε αλεπηζχκεηε πςειή ηάζε δελ θηάλεη ζηα επφκελα δνκηθά ζηνηρεία. πλήζσο νη απινί ΖΚΓ πεξηέρνπλ κφλν έλα δίαπιν (θαλάιη) πξνελίζρπζεο δηαθνξηθήο ηάζεο. Μπνξνχλ, δειαδή, αλά πάζα ζηηγκή λα επεμεξγάδνληαη ην ζήκα απφ κία κφλν απαγσγή. πλήζσο είλαη επηζπκεηφ λα θαηαγξάθνληαη δηαδνρηθά θαη νη 12 πξφηππεο απαγσγέο, γηα ιίγνπο θαξδηαθνχο θχθινπο ε θαζεκία. Απηφ, ινηπφλ, πνπ ζπκβαίλεη ηφηε είλαη φηη αξρηθά ηνπνζεηνχληαη θαη ηα 4 ειεθηξφδηα ηνπ επηπέδνπ Einthoven (δει. ηα ειεθηξφδηα ζηα άλσ θαη θάησ άθξα) θαη ηα 6 ειεθηξφδηα ζηηο πξνθάξδηεο ζέζεηο. Απηά ηα ειεθηξφδηα 71

73 νδεγνχληαη ζηνλ κεηαγσγφ, ν νπνίνο ζχκθσλα κε ηηο επηινγέο ηνπ ηαηξνχ ή ζχκθσλα κε πξνυπάξρνληα πξνγξακκαηηζκφ νδεγεί πξνο ην έλα θαη κνλαδηθφ θαλάιη ηνπ πξνεληζρπηή ηνλ θαηάιιειν -θάζε θνξά- ζπλδπαζκφ ειεθηξνδίσλ θαη αληηζηάζεσλ. Π.ρ. φηαλ έξζεη ε ζηηγκή ν ΖΚΓ λα κεηξήζεη ηελ απαγσγή av F (σήμα 4.7), ζα πξνζζέζεη ζην ειεθηξφδην ηνπ αξηζηεξνχ ρεξηνχ αληίζηαζε R/2 θαη ζα ην νδεγήζεη πξνο ηνλ πξνεληζρπηή, ελψ ζα πξνζζέζεη αληίζηαζε R ζε θαζέλα απφ ηα ειεθηξφδηα ηνπ δεμηνχ ρεξηνχ θαη ηνπ αξηζηεξνχ πνδηνχ θαη ζα ηα ζπλδέζεη καδί γηα λα ηα νδεγήζεη θαη απηά πξνο ηε δεχηεξε είζνδν ηνπ πξνεληζρπηή. σήμα 4.22 (α) Κύθισκα πξνζηαζίαο εληζρπηή από ππεξηάζεηο. ην θνπηί πνπ ζπλδέεη ην θαιώδην θάζε ειεθηξνδίνπ κε ηε γείσζε ηεο ζπζθεπήο αληηζηνηρεί έλαο πεξηνξηζηήο ηάζεο (Π). (β) Πεξηνξηζηήο ηάζεο κε δηόδνπο. (γ) Πεξηνξηζηήο ηάζεο κε δηόδνπο Zener. σήμα 4.23 Σα ηκήκαηα ηνπ πξνεληζρπηή θαη ηνπ ηειηθνύ εληζρπηή (εληζρπηή δηαύινπ) ελόο ηππηθνύ ΖΚΓ ελόο δηαύινπ. (Οη αληηζηάζεηο αλαπαξίζηαληαη κε νξζνγώληα παξαιιειόγξακκα). Μεηά ηνλ κεηαγσγφ αθνινπζεί ην -πιένλ ζεκαληηθφ θαη δχζθνιν ζηελ θαηαζθεπήηκήκα ηνπ ΖΚΓ, ν πξνεληζρπηήο (σήμα 4.23). ηελ είζνδν ηνπ πξνεληζρπηή ρξεζηκνπνηνχληαη βαζππεξαηά θίιηξα, κε ζπρλφηεηα απνθνπήο ζπλήζσο ηα 150 Hz πνπ απνθφπηνπλ αλεπηζχκεηεο ηάζεηο πςειήο ζπρλφηεηαο κε βηνινγηθήο πξνέιεπζεο. Οη ηάζεηο απηέο δηέξρνληαη κέζσ ηνπ αζζελή θαη ησλ θαισδίσλ απαγσγήο ηνπ ΖΚΓ ζήκαηνο θαη πξνέξρνληαη θπξίσο απφ ηηο ειεθηξνρεηξνπξγηθέο ζπζθεπέο πςειήο ζπρλφηεηαο ή ζπζθεπέο δηαζεξκίαο πνπ εθαξκφδνληαη ζηνλ αζζελή ή γεληθφηεξα ιεηηνπξγνχλ ζηνλ ίδην ρψξν κε 72

74 απηφλ ζηνλ νπνίν γίλεηαη ε κέηξεζε. Αθφκε, κεηαμχ δχν ειεθηξνδίσλ κηαο απαγσγήο ζα ππάξρνπλ ζρεδφλ πάληα κχεο πνπ ελδερνκέλσο κπνξεί λα ζπζηαιζνχλ θαηά ηε δηάξθεηα ηεο ειεθηξνθαξδηνγξαθηθήο εμέηαζεο (σήμα 4.24). Όηαλ ζπκβεί απηφ, ηδίσο αλ ν ζπζηειιφκελνο κπο είλαη αθξηβψο θάησ απφ ην ειεθηξφδην ηνπ ΖΚΓ, ην ζήκα ηνπ ΖΜΓ (βι. αλαιπηηθά ζην Κεθάιαην 6) ζα εκθαληζζεί θαη ζηελ ειεθηξνθαξδηνγξαθηθή απαγσγή. Απηφ είλαη αλακελφκελν, θαζφζνλ ε ζπγθέληξσζε ειεθηξνλίσλ (θαη ηα ζπλαθφινπζα ξεχκαηα ειεθηξνλίσλ) πνπ εκθαλίδεηαη ζην (δεξκαηηθφ) ειεθηξφδην ηνπ ΖΚΓ είλαη αλάινγε ηεο ζπγθέληξσζεο ηφλησλ πνπ ππάξρεη θάησ απφ ην ειεθηξφδην, εληφο ηνπ ηζηνχ. Απηή ε ζπγθέληξσζε νθείιεηαη ζε ηνληηθά ξεχκαηα, πνπ κε ηε ζεηξά ηνπο νθείινληαη ζε δπλακηθά δξάζεο κπτθψλ θπηηάξσλ ηεο θαξδηάο ή ησλ ζθειεηηθψλ κπτθψλ θπηηάξσλ, φκσο απηή ε δηαθνξνπνίεζε δελ κπνξεί λα γίλεη «αληηιεπηή» απφ ην ειεθηξφδην, κε ηελ έλλνηα φηη ην ειεθηξφδην δελ ζα επεξεαδφηαλ απφ ηφληα νθεηιφκελα ζε δπλακηθά δξάζεο ζθειεηηθψλ κπτθψλ θπηηάξσλ. Τπάξρεη πεξίπησζε ην ειεθηξνκπνγξαθηθφ παξάζηην λα είλαη ηφζν ηζρπξφ, πνπ ην ΖΚΓ λα «ραζεί» εληειψο ζην ζπλνιηθψο θαηαγξαθφκελν βηνειεθηξηθφ ζήκα (σήμα 4.24). Σν πξφβιεκα απηφ εκθαλίδεηαη πην έληνλν φηαλ ην ΖΚΓ απάγεηαη ελψ ν εμεηαδφκελνο θηλείηαη ειεχζεξα ζηνλ ρψξν ηνπ (θνξεηφο ΖΚΓ) ή φηαλ εθηειείηαη θαηαγξαθή ΖΚΓ ζην εξγαζηήξην ζπλδπαδφκελε κε δνθηκαζία θαηαπφλεζεο ή άζιεζεο (ηεζη θνπψζεσο ή δνθηκαζίεο ζε εξγαζηήξηα εξγνθπζηνινγίαο). Αληίζεηα, ζηε ζπλήζε θαηαγξαθή ζην εξγαζηήξην θξνληίδνπκε ε ηνπνζέηεζε ηνπ εμεηαδνκέλνπ λα είλαη ηέηνηα, ψζηε λα απνθεχγνληαη κπτθέο ζπζπάζεηο. Δμάιινπ, ην βαζππεξαηφ θίιηξν ησλ 150 Hz ζπλήζσο απνθφπηεη θαη κέξνο ησλ αλεπηζχκεησλ ειεθηξνκπνγξαθηθψλ παξεκβνιψλ. σήμα 4.24.α Ζιεθηξνκπνγξαθηθή παξεκβνιή ζε ΖΚΓ. Ζ πάλσ θαηαγξαθή είλαη ΖΜΓ, θαηαγεγξακκέλν ηαπηόρξνλα κε ην ΖΚΓ πνπ δείρλεηαη ζηελ θάησ θαηαγξαθή. Ο κπο, ηνπ νπνίνπ ηε δξαζηεξηόηεηα θαηαγξάθακε, ήηαλ αθξηβώο θάησ από ην απαγσγό ειεθηξόδην ηνπ ΖΚΓ. Σν ΖΚΓ έρεη «εμαιεηθζεί» εληειώο από ην ειεθηξνκπνγξαθηθό παξάζηην πνπ εηζρώξεζε ζην ΖΚΓ. 73

75 σήμα 4.24.β Ζιεθηξνκπνγξαθηθή παξεκβνιή ζε ΖΚΓ. Εεπγάξη θαηαγξαθώλ κε παξόκνηα ραξαθηεξηζηηθά όπσο ζην ρήκα 4.24.α. Παξαηεξήζηε όηη ηόζν ζην ΖΚΓ, όζν θαη ζην ΖΜΓ, ππάξρεη παξάζηην ηεο ζπρλόηεηαο ηνπ δηθηύνπ. Μάιηζηα ζηελ πεξίπησζε ηνπ ΖΚΓ, ην παξάζηην είλαη ηόζν έληνλν ζε ζρέζε κε ην πιάηνο ηνπ ΖΚΓ πνπ, ζην κέξνο ηεο θαηαγξαθήο, όπνπ δελ ππάξρεη ειεθηξνκπνγξαθηθή δξαζηεξηόηεηα, ην ΖΚΓ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί σο έρεη, κόλν γηα ηελ εμαγσγή ηνπ θαξδηαθνύ ξπζκνύ δηόηη, πέξαλ ηεο θνξπθήο ηνπ θύκαηνο R,ηα ππόινηπα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ ΖΚΓ έρνπλ θαιπθζεί από ην παξάζηην ηεο ζπρλόηεηαο ηνπ δηθηύνπ. σήμα 4.24.γ Ζιεθηξνκπνγξαθηθή παξεκβνιή ζε ΖΚΓ. Ζ πάλσ θαηαγξαθή είλαη ΖΜΓ, θαηαγεγξακκέλν ηαπηόρξνλα κε ην ΖΚΓ πνπ δείρλεηαη ζηελ θάησ θαηαγξαθή. Ο κπο, ηνπ νπνίνπ ηε δξαζηεξηόηεηα θαηαγξάθακε, δελ ήηαλ αθξηβώο θάησ από ην απαγσγό ειεθηξόδην ηνπ ΖΚΓ (ήηαλ όκσο ζην ίδην άθξν ηνπ ζώκαηνο). Απηό είρε ζπλέπεηα ην παξάζηην ηνπ ΖΜΓ λα κελ είλαη ηόζν έληνλν όζν ζηα ρήκαηα 4.24.α θαη 4.24.β. Όκσο θαη πάιη, ε θπκαηνκνξθή ηνπ ΖΚΓ, όηαλ ππεηζέξρεηαη ειεθηξνκπνγξαθηθό παξάζηην, είλαη ζνβαξά αιινησκέλε θαη δελ κπνξνύλ λα εμαρζνύλ ηα βαζηθά θύκαηα ηνπ ΖΚΓ. Παξαηεξήζηε όηη κόλν ζην ΖΜΓ ππάξρεη παξάζηην ηεο ζπρλόηεηαο ηνπ δηθηύνπ. σήμα 4.24.δ Ζιεθηξνκπνγξαθηθή παξεκβνιή ζε ΖΚΓ: Εεπγάξη θαηαγξαθώλ κε παξόκνηα ραξαθηεξηζηηθά όπσο ζην ρήκα 4.24.γ. Σώξα ην ΖΚΓ, όηαλ ιακβάλεη ρώξα κπτθή δξαζηεξηόηεηα, επεξεάδεηαη αθόκε ιηγόηεξν από ό,ηη ζηελ πεξίπησζε πνπ δείρλνπκε ζην ρήκα 4.24.γ. Παξαηεξήζηε όηη κόλν ζην ΖΜΓ ππάξρεη παξάζηην ηεο ζπρλόηεηαο ηνπ δηθηύνπ. Ο ίδηνο ν πξνεληζρπηήο έρεη ηε κνξθή ηνπ εληζρπηή νξγαλνινγίαο πνπ εμεηάζακε ζην Κεθάιαην 3. Μεξηθά απφ ηα ραξαθηεξηζηηθά πνπ πξέπεη λα πιεξνί ν πξνεληζρπηήο, ζχκθσλα κε ακεξηθαληθά πξναηξεηηθά πξφηππα, είλαη: CMRR κεγαιχηεξνο ησλ 86 db. Δζσηεξηθφο ζφξπβνο ησλ ειεθηξνληθψλ δηαηάμεσλ φρη κεγαιχηεξνο απφ 30 κv απφ θνξπθή ζε θνξπθή. Ζ απαίηεζε απηή ζρεηίδεηαη άκεζα κε ηε 74

76 κηθξφηεξε κεηαβνιή ηάζεο ζην κεηξνχκελν βηνζήκα, ε νπνία παξνπζηάδεη ηαηξηθφ ελδηαθέξνλ. Αλ ν ζφξπβνο πνπ πξνζζέηνπλ νη ειεθηξνληθέο δηαηάμεηο ηνπ πξνεληζρπηή είλαη κεγαιχηεξνο απφ απηήλ ηελ ειάρηζηε ελδηαθέξνπζα κεηαβνιή, πξνθαλψο απηή ζα ραζεί. Γξακκηθή ιεηηνπξγία ηνπ πξνεληζρπηή γηα ζήκα εηζφδνπ ηνπιάρηζηνλ +/-5 mv (ε παξάκεηξνο νλνκάδεηαη εχξνο γξακκηθήο ιεηηνπξγίαο). Να ππνδέρεηαη ζπλερείο ηάζεηο έσο +/-300 mv. Οη ηάζεηο επαθήο ζπλήζσο δελ μεπεξλνχλ ηα 300 mv θαη απφιπην ηηκή. Με απηήλ ηελ πξνυπφζεζε, ν πξνεληζρπηήο πξέπεη λα έρεη θέξδνο δηαθνξάο κηθξφηεξν απφ 30, ψζηε αθφκε θαη κε ηάζεηο επαθήο ησλ +/-300 mv ν πξνεληζρπηήο λα κελ θνξεζηεί ζηελ έμνδφ ηνπ. Ο ππνινγηζκφο απηφο πξνυπνζέηεη φηη ε ζπλερήο ηάζε ηξνθνδνζίαο ησλ εληζρπηηθψλ δηαηάμεσλ είλαη ηεο ηάμεο ησλ +/-10 V έσο +/- 12 V. Αληίζηαζε εηζφδνπ πξνο θάζε ειεθηξφδην φρη κηθξφηεξε ησλ 2,5 MΧ θαη ζπλερή ξεχκαηα εηζφδνπ φρη κεγαιχηεξα απφ 1 κα αλά ειεθηξφδην. Σα παξαπάλσ πξφηππα, αλ θαη πξναηξεηηθά, πιεξνχληαη πξαθηηθά ζήκεξα απφ φινπο ηνπο ΖΚΓ πνπ δηαηίζεληαη ζην εκπφξην. Δίδακε ζην Κεθάιαην 3 φηη ν θαιχηεξνο ηξφπνο γηα λα μεπεξάζνπκε ηα πξνβιήκαηα πνπ νθείινληαη ζηηο αληηζηάζεηο ησλ ειεθηξνδίσλ είλαη ν θάζε θιάδνο εηζφδνπ ηνπ πξνεληζρπηή λα έρεη άπεηξε αληίζηαζε. Ζ πξαθηηθά- πνιχ κεγάιε αληίζηαζε ζα έρεη θπζηθά απνηέιεζκα θαη ην πνιχ κηθξφ ξεχκα εηζφδνπ, ην νπνίν κε ηε ζεηξά ηνπ κεηψλεη ηα πξνβιήκαηα απφ ηα πνιψζηκα ειεθηξφδηα. ην Κεθάιαην 2 είρακε αλαθεξζεί ζην δήηεκα ησλ αλεπηζχκεησλ ηάζεσλ επαθήο (πφισζεο) ησλ ειεθηξνδίσλ, νη νπνίεο είλαη (ζρεδφλ) ζπλερείο. Αλ κπνξνχζακε λα επηηχρνπκε αθξηβψο ίζεο ηάζεηο πφισζεο ζε θάζε ειεθηξφδην, ηφηε ε δηαθνξηθή ηάζε επαθήο (δει. ε δηαθνξά ησλ ηάζεσλ επαθήο/πφισζεο ζηα δχν ειεθηξφδηα ηεο απαγσγήο) ζα ήηαλ κεδεληθή θαη δελ ζα ππήξρε πξφβιεκα, δηφηη έλαο ζεσξεηηθά ηδαληθφο εληζρπηήο νξγαλνινγίαο (δει. κε άπεηξν CMRR) ζα ελίζρπε κφλν ηε δηαθνξηθή ηάζε εηζφδνπ ηνπ (πνπ δελ ζα είρε ηκήκα ηεο λα αληηζηνηρεί ζε δηαθνξηθή ηάζε επαθήο, παξά κφλν ζε βηνινγηθφ ζήκα), ελψ ην θνηλφ ζήκα ζηελ είζνδν (δει., ε ίζε ζε θάζε ειεθηξφδην ηάζε επαθήο) ζα κεδεληδφηαλ ζηελ έμνδν. Όκσο, νχηε νη εληζρπηέο νξγαλνινγίαο είλαη ηδαληθνί (δελ εμαζζελνχλ έσο εμαιείςεσο ην θνηλφ ζήκα ζηελ είζνδν) νχηε θαη νη ηάζεηο επαθήο κπνξνχλ λα είλαη εληειψο ίζεο. ηελ ηειεπηαία απηή πεξίπησζε κάιηζηα, ε δηαθνξηθή ηάζε επαθήο, σο κε κεδεληθή πνπ είλαη, εληζρχεηαη απφ ηνλ δηαθνξηθφ εληζρπηή θαη, αθνχ ζπλήζσο ππεξθαιχπηεη ην βηνινγηθήο πξνέιεπζεο δηαθνξηθφ ζήκα, απηφ (ην επηζπκεηφ) βηνινγηθφ ζήκα ζηελ έμνδν ζα «ραζεί» θάησ απφ ην αλεπηζχκεην (θαη εμίζνπ εληζρπκέλν) ζήκα ησλ ηάζεσλ επαθήο. Γηα λα απνθχγνπκε απηφ ην θαηλφκελν, ζηελ έμνδν ηνπ πξνεληζρπηή ηνπνζεηείηαη έλα πςεπεξαηφ θίιηξν κε ζηαζεξά ρξφλνπ απφ 1,5 σο 3 s. Απηφ ην θίιηξν ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα απνθφςεη ηε δηαθνξηθή ηάζε επαθήο πνπ έρεη εληζρπζεί απφ ηνλ πξνεληζρπηή θαη ππεξθαιχπηεη ην επηζπκεηφ βηνζήκα. Έλα αθφκε θαηλφκελν, πνπ ζπλδέεηαη κε ηε ρξήζε κεηαγσγνχ θαη ηε ρξήζε ηνπ πςεπεξαηνχ θίιηξνπ πνπ αλαθέξακε ζηελ πξνεγνχκελε παξάγξαθν, είλαη ην εμήο: φηαλ ζπλδένπκε κε ηνλ κεηαγσγφ δηαθνξεηηθέο απαγσγέο, π.ρ. κεηαβαίλνπκε απφ ηελ απαγσγή av L ζηελ av F, ε (δηαθνξηθή) ηάζε πφισζεο πνπ εηζέξρεηαη ζηνλ πξνεληζρπηή, κεηαβάιιεηαη. Θα κεηαβάιιεηαη, ινηπφλ, θαη ε ζπλερήο ζπληζηψζα ηνπ ζήκαηνο εμφδνπ ηνπ πξνεληζρπηή, ην νπνίν νδεγείηαη ζηνλ ππθλσηή ηνπ πςεπεξαηνχ θίιηξνπ. Γηα λα απνθχγνπκε καθξνχο ρξφλνπο επαλαθνξάο ζην θίιηξν, καδί κε ηνλ κεηαγσγφ ελεξγνπνηείηαη θαη έλαο δηαθφπηεο ν νπνίνο «ζηηγκηαία» βξαρπθπθιψλεη ηελ αληίζηαζε ηνπ θίιηξνπ θαη εθθνξηίδεη ηαρχηαηα ηνλ ππθλσηή κέζα απφ κία αληίζηαζε πνιχ κηθξφηεξε απφ ηελ αληίζηαζε ηνπ πςεπεξαηνχ θίιηξνπ. Ο ηειηθφο εληζρπηήο (ή εληζρπηήο δηαχινπ) αλαιακβάλεη λα εληζρχζεη ην, απαιιαγκέλν απφ ζπληζηψζα ζπλερνχο ξεχκαηνο, βηνζήκα ζε επίπεδν ηάζεο ηέηνην, ψζηε λα κπνξεί λα νδεγεζεί ζηε ζπλέρεηα ην ζχζηεκα θαηαγξαθήο. ε πεξίπησζε πνπ νη 75

77 ειεθηξνκπνγξαθηθέο παξεκβνιέο είλαη ηδηαίηεξα έληνλεο, κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί πξφζζεηα έλα βαζππεξαηφ θίιηξν κε ζπρλφηεηα απνθνπήο ηα 40 Hz. ην σήμα 4.23 ην θίιηξν βξίζθεηαη ζηελ έμνδν ηνπ εληζρπηή δηαχινπ, αιιά ζπλεζέζηεξα είλαη ελζσκαησκέλν (φπσο θαη ην βαζππεξαηφ θίιηξν ησλ 150 Hz, ζην νπνίν αλαθεξζήθακε πξνεγνπκέλσο), σο ελεξγφ θίιηξν, ζην θχθισκα ηνπ εληζρπηή νξγαλνινγίαο θαη ε επηινγή ηνπ βαζππεξαηνχ θίιηξνπ ησλ 40 Hz (ελεξγνπνίεζε) γίλεηαη είηε κε δηαθφπηε είηε κέζσ ινγηζκηθνχ. Ζ απψιεηα ρξήζηκεο πιεξνθνξίαο είλαη αλεθηή, ζε ζρέζε κε ηε βειηίσζε ηνπ ζεκαηνζνξπβηθνχ ιφγνπ, ηδίσο φζνλ αθνξά ηε κειέηε ηνπ θαξδηαθνχ ξπζκνχ. Σν ΖΚΓ κπνξεί λα θαηαγξάθεηαη απεπζείαο ζε θαηαγξαθηθφ ραξηηνχ. ηελ πεξίπησζε απηή, ε ηάζε εμφδνπ ηνπ εληζρπηή δηαχινπ ζα είλαη ην αίηην ηεο κεηαθίλεζεο κηαο βειφλαο θαηαγξαθήο, ε νπνία ζα γξάθεη πάλσ ζε θαηάιιεια βαζκνλνκεκέλε ραξηνηαηλία, πνπ θπιάεη ζπλερψο θάησ απφ ηε βειφλα, φζν δηαξθεί ε θαηαγξαθή. Μπνξεί λα ρξεζηκνπνηείηαη απιφ ραξηί κε επαίζζεην θαξκπφλ ή ζεξκνγξαθηθφ ραξηί πνπ ζεξκαίλεηαη απφ ηε βειφλα (ε νπνία δηαξξέεηαη απφ ζπλερέο ξεχκα αλεμάξηεην ηεο θαηαγξαθήο) ή βειφλα κε κειάλε. Δπίζεο, είλαη δπλαηφλ λα κελ ρξεζηκνπνηείηαη βειφλα, αιιά ην ζήκα εμφδνπ ηνπ εληζρπηή δηαχινπ λα πεξηζηξέθεη έλα ζχζηεκα θαθψλ κε απνηέιεζκα λα κεηαβάιιεηαη ην ζεκείν πξφζπησζεο κηαο θσηεηλήο δέζκεο πάλσ ζε εηδηθφ θσηνεπαίζζεην ραξηί. ΖΚΓ κε θαηαγξαθηθφ ραξηηνχ ρξεζηκνπνηνχληαη ζπλήζσο γηα δηαγλσζηηθνχο ζθνπνχο ζηηο ζπλήζεηο εμεηάζεηο ζηα εμσηεξηθά ηαηξεία ησλ λνζνθνκείσλ, ζηα ηαηξεία θιπ. Φπζηθά, ην ΖΚΓ πνπ έρεη απνζεθεπηεί ζηνλ Ζ/Τ κπνξεί επίζεο λα εθηππσζεί (κεηά ηε δηαδηθαζία ιήςεο ηνπ ΖΚΓ) ζε εθηππσηή ζπλδεδεκέλν κε ηνλ Ζ/Τ. Ο Ζ/Τ απεηθνλίδεη ζηελ νζφλε ηνπ (θαη ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν) ην θαηαγξαθφκελν ΖΚΓ. Yπάξρνπλ ΖΚΓ (νλνκάδνληαη θαξδηνζθφπηα) ησλ νπνίσλ ε κνλαδηθή ιεηηνπξγία είλαη λα απεηθνλίδνπλ ζπλερψο θαη ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν ζηελ νζφλε ηνπο ην ΖΚΓ. Σα θαξδηνζθφπηα βνεζνχλ ζηελ άκεζε αληίιεςε ησλ θξίζηκσλ παξακέηξσλ ηνπ βηνταηξηθνχ ζήκαηνο, γη απηφ θαη ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ζπλερή παξαθνινχζεζε ζε ΜΔΘ θαη ρεηξνπξγεία θαζψο θαη ζε πεξηπηψζεηο επείγνπζαο ηαηξηθήο, π.ρ. αλαδσνγφλεζε αζζελψλ κεηά απφ θαξδηαθά επεηζφδηα θαη ζε πεξηπηψζεηο αηπρεκάησλ. πλεζίδεηαη λα παξαθνινπζείηαη ην θαξδηνζθφπην ζε ζπλδπαζκφ κε ηε δξάζε απηληδσηή ή/θαη εμσηεξηθνχ βεκαηνδφηε. Δμάιινπ, ζε φιεο απηέο ηηο πεξηπηψζεηο ε ζπλερήο θαηαγξαθή ζε ραξηί δελ είλαη θαζφινπ πξαθηηθή. Τπάξρνπλ θαξδηνζθφπηα πνπ δηαζέηνπλ θαη θαηαγξαθηθφ ραξηηνχ, ην νπνίν ν ηαηξφο ελεξγνπνηεί ρεηξνθίλεηα, φηαλ θξίλεη φηη ζέιεη λα έρεη κφληκε απνηχπσζε κηαο θπκαηνκνξθήο πνπ παξνπζηάδεη ηδηαίηεξν ελδηαθέξνλ. Δπίζεο, ηα θαξδηνζθφπηα κπνξεί λα δηαζέηνπλ απνζπψκελε θάξηα απνζήθεπζεο ςεθηαθψλ δεδνκέλσλ, γηα πεξαηηέξσ αλάιπζε θαη κειέηε ησλ ζεκάησλ. Σν αλαινγηθφ ζήκα εμφδνπ ηνπ πξνεληζρπηή κεηά ηνλ δηαθφπηε Β (βι. παξαπάλσ, σήμα 4.23) νδεγείηαη ζε ζχζηεκα αλαινγηθνςεθηαθήο κεηαηξνπήο, ην νπνίν δεηγκαηνιεπηεί ην ζήκα. Ο ξπζκφο δεηγκαηνιεςίαο πξέπεη λα είλαη ηέηνηνο, ψζηε λα κπνξεί λα αλαπαξαζηαζεί κε αθξίβεηα θαη ε αλψηεξε επηζπκεηή ζπρλφηεηα ηνπ ΖΚΓ, δειαδή ηα 150 Hz. Άξα, ε ειάρηζηε ζπρλφηεηα δεηγκαηνιεςίαο πξέπεη λα είλαη, ζχκθσλα κε ην ζεψξεκα ηνπ Shannon, κεγαιχηεξε ησλ 300 Ζz αλά δεηγκαηνιεπηνχκελν δίαπιν. Μία ζπλεζηζκέλε ζπρλφηεηα ζηελ πξάμε είλαη ην 1 khz. Σέηνηεο ζπρλφηεηεο δεηγκαηνιεςίαο είλαη πνιχ εχθνιν λα πινπνηεζνχλ κε ζρεηηθά θζελέο θάξηεο αλαινγηθνςεθηαθήο κεηαηξνπήο, νη νπνίεο ηνπνζεηνχληαη θαηεπζείαλ κέζα ζε έλα απιφ Ζ/Τ. H θάξηα ζηελ έμνδφ ηεο ζα δίλεη ςεθηαθφ ζήκα ην νπνίν κεηαθέξεηαη άκεζα, κέζσ ησλ δηαχισλ ηνπ Ζ/Τ, ζηε Μλήκε Σπραίαο Πξνζπέιαζεο θαη ζηε ζπλέρεηα ην ζήκα απηφ κπνξεί λα νδεγεζεί ζηελ νζφλε ηνπ Ζ/Τ γηα απεηθφληζε, ζηνλ ζθιεξφ δίζθν γηα κφληκε απνζήθεπζε ή λα ηχρεη πεξαηηέξσ επεμεξγαζίαο, είηε ηε ζηηγκή θαηά ηελ νπνία γίλεηαη ε ειεθηξνθαξδηνγξαθηθή απαγσγή (επεμεξγαζία πξαγκαηηθνχ ρξφλνπ) είηε αξγφηεξα, ζε ρξφλν πνπ ην επηζπκεί ν ηαηξφο. πλήζσο ν Ζ/Τ θαηεπζχλεη θαη ηνλ κεηαγσγφ απαγσγψλ βάζεη πξνγξάκκαηνο, ηηο παξακέηξνπο ηνπ νπνίνπ επηιέγεη ν ηαηξφο κέζα απφ ην ινγηζκηθφ ηνπ Ζ/Τ. Ζ ςεθηαθή επεμεξγαζία ηνπ ΖΚΓ ζπλήζσο πεξηιακβάλεη ηα εμήο ζηάδηα: 1. Μέζσ ςεθηαθψλ θίιηξσλ, δειαδή θίιηξσλ πινπνηεκέλσλ σο πξνγξάκκαηα ινγηζκηθνχ, γίλεηαη αθαίξεζε ηπρφλ παξάζηησλ ζπρλνηήησλ απφ ηελ ηάζε ηξνθνδνζίαο ηνπ δηθηχνπ (50 Hz) θαη απάιεηςε δηαθπκάλζεσλ ηεο γξακκήο ηνπ 76

78 κεδελφο, νη νπνίεο (ζπρλφηεηεο θαη δηαθπκάλζεηο) κπνξεί λα νθείινληαη ζε αξγέο κεηαβνιέο ηεο ηάζεο επαθήο ησλ ειεθηξνδίσλ, ηηο νπνίεο δελ απνθφπηεη ην θαηάιιειν πςεπεξαηφ θίιηξν ζηελ έμνδν ηνπ πξνεληζρπηή [8]. 2. Δληνπίδνληαη νη θαξδηαθνί θχθινη, απφ ην ηέινο θάζε θχκαηνο T (ή U αλ απηφ ππάξρεη) έσο ην ηέινο ηνπ επφκελνπ θχκαηνο T ή U αληίζηνηρα. Οπζηαζηηθά εληνπίδνπκε ηα «ζχκπινθα» PQRSTU (σήμα 4.25). Γηα λα εληνπίζνπκε ηελ αξρή ηνπ θχκαηνο, κπνξνχκε λα ζέζνπκε σο θαλφλα λα ζεσξνχκε πξψην δείγκα ηνπ ζήκαηνο πνπ αλήθεη ζην θχκα (S αξρήο ), ην δείγκα εθείλν ην νπνίν, ελψ ηα Sπ εληφο πξνεγνχκελα δείγκαηα ήηαλ εληφο ηεο δψλεο ησλ θαησθιηψλ, απηφ εμέξρεηαη. ην παξάδεηγκα ηνπ σήμαηορ 4.26, αλ ζέηακε, π.ρ. Sπ εληφο =3, ην δείγκα V(6), φλησο ζα επηιεγφηαλ σο ε αξρή ηνπ θχκαηνο. Αληίζηνηρα, ηειεπηαίν δείγκα εληφο ηνπ θχκαηνο ζα κπνξνχζακε λα ζέζνπκε σο θαλφλα λα ζεσξήζνπκε εθείλν ην δείγκα (S ηέινπο ), ηνπ νπνίνπ ηα Sπ εθηφο πξνεγνχκελα δείγκαηα ήηαλ εθηφο ησλ θαησθιηψλ θαη ίδηνπ πξνζήκνπ κε ην ππνςήθην πξνο επηινγή δείγκα. Γηα λα κεηψζνπκε ηελ πεξίπησζε ζθαικάησλ, ζα έπξεπε λα ζπκπιεξψζνπκε ηνλ θαλφλα κε ηελ επηπιένλ ζπλζήθε, ηα Sε εληφο επφκελα δείγκαηα λα παξακέλνπλ εληφο ηεο δψλεο ησλ θαησθιηψλ, ψζηε λα απνθχγνπκε π.ρ. λα ζεσξήζνπκε ηέινο ηνπ θχκαηνο κηα πξφζθαηξε «βχζηζε» ηνπ ζήκαηνο εληφο ησλ θαησθιηψλ, ελψ ακέζσο ζην επφκελν δείγκα ην ζήκα ιακβάλεη μαλά ηηκή εθηφο θαησθιηψλ αξθεηά κεγαιχηεξε ηνπ θαησθιηνχ. Δίλαη πξνθαλέο φηη ηφζν απινί θαλφλεο ζα απνδεηρζνχλ ηηο πεξηζζφηεξεο θνξέο αλεπαξθείο, θαζφζνλ έλα απηνκαηνπνηεκέλν ζχζηεκα πξέπεη λα κπνξεί λα ιάβεη ππφςε δηάθνξεο «κηθξέο» κνξθνινγηθέο παξαιιαγέο ελφο θπζηνινγηθνχ ζήκαηνο, παξακνξθψζεηο ιφγσ ζνξχβνπ, αιιά θαη θπκαηνκνξθέο πέξαλ ησλ πιένλ ζπλεζηζκέλσλ. Ο απηνκαηνπνηεκέλνο απηφο εληνπηζκφο κπνξεί ζπλεπψο λα εκπεξηέρεη ζθάικαηα, θαζφζνλ νη δηάθνξνη αιγφξηζκνη πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη δελ κπνξνχλ κε απφιπηε αθξίβεηα λα αληεπεμέιζνπλ ζε φιεο ηηο πηζαλέο παξαιιαγέο πνπ κπνξεί λα εκθαλίδνπλ νη δηάθνξεο θακπχιεο πξνο εληνπηζκφ ζηνλ πγηή άλζξσπν θαη θπξίσο ζε αζζελείο. Έηζη ζηε δηαδηθαζία απηή, δίλεηαη ε δπλαηφηεηα λα επεκβαίλεη ν ίδηνο ν ηαηξφο θαη κε ηε βνήζεηα ηνπ πνληηθηνχ ή κε πίεζε ζηελ νζφλε (αλ ππνζηεξίδεηαη ηέηνηα ιεηηνπξγία) λα ηνπνζεηεί ζπλήζσο θαηάιιεια ζεκάδηα πάλσ ζηελ νζφλε ηνπ Ζ/Τ, φπνπ αλαπαξίζηαηαη ην ΖΚΓ. Βάζεη ησλ ππνδείμεσλ ηνπ ηαηξνχ ν Ζ/Τ πξνρσξά παξαθάησ ζηελ επεμεξγαζία θάζε ζπκπιφθνπ πνπ ηνπ έρεη ππνδείμεη ν ηαηξφο. Μπνξεί λα γίλεη απφ ηνλ ηαηξφ ε επηινγή λα ιάβεη ρψξα δηαδνρηθή επεμεξγαζία θάζε ζπκπιφθνπ ή κεξηθψλ κφλν πνπ παξνπζηάδνπλ ελδηαθέξνλ ή λα εμαρζεί απφ επηιεγκέλα ζχκπινθα έλαο κέζνο φξνο θαξδηαθνχ θχθινπ θαη ζε απηφ λα γίλεη ζηε ζπλέρεηα ε επεμεξγαζία. 3. ε θάζε ζχκπινθν πνπ επηιέρζεθε εληνπίδνληαη απηφκαηα ε ρξνληθή δηάξθεηα ησλ θπκάησλ P, T θαη U θαη ε ρξνληθή δηάξθεηα ηνπ ζπκπιφθνπ QRS (σήμα 4.25 θαη 4.26). χκθσλα κε ηα παξαπάλσ, ε δηάξθεηα είλαη (S ηέινπο -S αξρήο )Σ sample, φπνπ Σ sample ε πεξίνδνο δεηγκαηνιεςίαο ηνπ ζήκαηνο. Βάζεη απηψλ ησλ ππνινγηζκψλ ππνινγίδνληαη θαη ηα ρξνληθά δηαζηήκαηα απφ ην ηέινο ηνπ θχκαηνο P ζηελ αξρή ηνπ θχκαηνο Q, απφ ην ηέινο ηνπ θχκαηνο S ζηελ αξρή ηνπ θχκαηνο Σ θαη νπνηνζδήπνηε άιινο ρξφλνο πνπ απνηειεί ζπλδπαζκφ ησλ ρξνληθψλ δηαζηεκάησλ πνπ ήδε ππνινγίζηεθαλ. Όπσο αλαθέξζεθε παξαπάλσ, ν εληνπηζκφο ηνπ ζεκείνπ αξρήο θαη ηέινπο ελφο θχκαηνο γίλεηαη ζπλήζσο, θαηαξράο, κε ηελ ηνπνζέηεζε ελφο θαησθιηνχ, θάησ απφ ην νπνίν ην βηνζήκα ζεσξείηαη κεδεληθφ. Δηδηθά, φκσο, γηα ηελ πεξίπησζε ηνπ ππνινγηζκνχ ηνπ ηέινπο ηνπ θχκαηνο S θαη ηεο αξρήο ηνπ θχκαηνο T, επεηδή ε εμέιημε ηνπ ζήκαηνο είλαη πνιιέο θνξέο αξθεηά νκαιή ρσξίο απφηνκεο κεηαβάζεηο πξνο θαη απφ ηελ ηζνειεθηξηθή γξακκή, ρξεζηκνπνηνχκε ηνλ ππνινγηζκφ ηεο 2 εο παξαγψγνπ ηνπ ΖΚΓ (d 2 V/dt 2 ), ψζηε λα εληνπίζνπκε ζεκαληηθά ζεκεία θακπήο ηεο θακπχιεο ηνπ ΖΚΓ. εκείν θακπήο ηεο γξαθηθήο παξάζηαζεο κηαο ζπλάξηεζεο είλαη ην ζεκείν ζην νπνίν ε 2 ε παξάγσγνο είλαη κε κεδεληθή. ην σήμα 4.27 εμεγείηαη ε ρξήζε ηεο 2 εο παξαγψγνπ γηα ηε δηάθξηζε θχκαηνο S, ηζνειεθηξηθήο ST θαη θχκαηνο Σ. Ζ «ηδαληθή» θακπχιε ΖΚΓ ζα ήηαλ απηή πνπ δείρλνπκε κε 77

79 δηαθεθνκκέλε γξακκή, φπνπ ην ηέινο ηνπ θχκαηνο S θαη ε αξρή ηνπ Σ δείρλνληαη κε ηηο δηαθεθνκκέλεο θάζεηεο γξακκέο. ηελ πεξίπησζε ηεο «ηδαληθήο» θακπχιεο, ην ηέινο ηνπ S θαη ε αξρή ηνπ Σ εληνπίδνληαη εχθνια ιφγσ ηνπ φηη ε ηζνειεθηξηθή γξακκή πνπ αληηζηνηρεί ζην δηάζηεκα ST βξίζθεηαη κέζα ζην δηάζηεκα ηηκψλ πνπ νξίδνπλ ηα θαηψθιηα Α θαη Β. ε κηα πξαγκαηηθή, φκσο, θαηαγξαθή ΖΚΓ, κηα ζρεκαηηθή πξνζέγγηζε ηεο νπνίαο δείρλνπκε κε ηελ έληνλε ζπλερή γξακκή, κπνξνχκε λα εληνπίζνπκε ην δηάζηεκα ST βάζεη ησλ «ζεκαληηθψλ» ζεκείσλ θακπήο. «εκαληηθά» ζεκεία θακπήο ζα ζεσξεζνχλ εθείλα ζηα νπνία ε 2 ε παξάγσγνο δελ έρεη απιψο κε κεδεληθή ηηκή (γεγνλφο πνπ ζε έλα πξαγκαηηθφ ζήκα αλακέλεηαη ζρεδφλ παληνχ, εθφζνλ πέξαλ ηεο θπζηνινγηθήο κεηαβιεηφηεηαο ηνπ βηνινγηθνχ ζήκαηνο ππεηζέξρεηαη θαη ν ζφξπβνο ηεο θαηαγξαθήο) αιιά ηηκή κεγαιχηεξε απφ έλα φξην (θαηψθιη), ηέηνηα πνπ λα είλαη νξαηφ φηη ε θπκαηνκνξθή ζρεκαηίδεη έλα «γφλαην». ηελ πξάμε, εθφζνλ έρνπκε ςεθηαθά ζήκαηα δεηγκαηνιεπηεκέλα κε ζηαζεξή θαη γλσζηή πεξίνδν δεηγκαηνιεςίαο, αληί ηεο 2 εο παξαγψγνπ ρξεζηκνπνηνχκε ηηο πεπεξαζκέλεο δηαθνξέο 2 εο ηάμεσο, δει. ηηο δηαθνξέο ΓV n-(n-1) -ΓV (n+1)-n ηξηψλ δηαδνρηθψλ δεηγκάησλ V (n-1), V n θαη V (n+1). Θα εληνπίζνπκε ζεκαληηθά ζεκεία θακπήο ζηα δείγκαηα απηά V n ζηα νπνία oη πεπεξαζκέλεο δηαθνξέο δεχηεξεο ηάμεο ηεο ζπλάξηεζεο δπλακηθνχ μεπεξλνχλ κία ζηαζεξή ηηκή θαησθιηνχ Thr, δει. ηα δείγκαηα ζηα νπνία ε ηηκή ΓV n-(n-1) -ΓV (n+1)-n γίλεηαη κεγαιχηεξε ηεο Thr. Με απηφ ην θξηηήξην, ην δηάζηεκα ST ππνδεηθλχεηαη απφ ηηο έληνλεο θαηαθφξπθεο γξακκέο S θαη Σ αληίζηνηρα ζην σήμα Αθνχ εληνπίζνπκε ηε δηάξθεηα ησλ δηάθνξσλ θπκάησλ θαη ζπκπιφθσλ κπνξνχκε λα ππνινγίζνπκε ηελ ηηκή θαη ην ρξφλν εκθάληζεο ησλ κέγηζησλ ζεκείσλ ησλ θπκάησλ, δει. ηα ζεκεία κεγίζηνπ P, Q, R, S, T, U. Ο ππνινγηζκφο απηφο κπνξεί ζπλήζσο λα γίλεη απιψο ρξεζηκνπνηψληαο ηελ ηηκή ηεο ζπλάξηεζεο δπλακηθνχ V(t) θαη ηελ πξψηε παξάγσγν ηνπ ΖΚΓ, (dv/dt), κέζσ ηεο νπνίαο κπνξνχλ λα ππνινγηζηνχλ ηφζν ηα νιηθά κέγηζηα θάζε θχκαηνο, φζν θαη ηνπηθά κέγηζηα ή ειάρηζηα, ηα νπνία κπνξεί λα παξνπζηάδνπλ ηαηξηθφ ελδηαθέξνλ (σήμα 4.25). Σα νιηθά αθξφηαηα (κέγηζηα/ειάρηζηα) ππνινγίδνληαη απινχζηαηα απφ ηελ ηηκή ηεο ζπλάξηεζεο δπλακηθνχ. Ο εληνπηζκφο ηνπηθψλ αθξνηάησλ (ηνπηθά κέγηζηα/ειάρηζηα) είλαη πνιππινθφηεξνο θαη απαηηεί ηε ρξήζε ηεο 1 εο παξαγψγνπ. Σα ηνπηθά απηά αθξφηαηα κπνξεί λα έρνπλ ηαηξηθφ ελδηαθέξνλ, π.ρ. γηα ηνλ εληνπηζκφ δηθφξπθσλ θπκάησλ. ηελ πξάμε, εθφζνλ έρνπκε ςεθηαθά ζήκαηα δεηγκαηνιεπηεκέλα κε ζηαζεξή θαη γλσζηή πεξίνδν δεηγκαηνιεςίαο, φπσο αλαθέξζεθε θαη παξαπάλσ, αληί ηεο παξαγψγνπ ρξεζηκνπνηνχκε ηηο πεπεξαζκέλεο δηαθνξέο 1 εο ηάμεσο δηαδνρηθψλ δεηγκάησλ, δει. ηηο ηηκέο ΓV t-(t-1) =V (t) V (t-1), φπνπ ην δείγκα V (t) είλαη ην επφκελν ηνπ V (t-1). Σνπηθφ αθξφηαην ζα ππάξρεη φπνηε ε 1 ε παξάγσγνο κεδελίδεηαη ή ηζνδχλακα ε πεπεξαζκέλε δηαθνξά 1 εο ηάμεο αιιάδεη πξφζεκν. ην παξάδεηγκα ηνπ σήμαηορ 4.26, ην δείγκα V(8) είλαη ηνπηθφ κέγηζην θαη ν εληνπηζκφο ηνπ γίλεηαη εθφζνλ ΓV 8-7 = (V (8) V (7) ) > 0, ελψ ΓV 9-8 = (V (9) V (8) ) < 0. Αληίζηνηρα θαη ην δείγκα V (9) είλαη ηνπηθφ αθξφηαην (ηνπηθφ ειάρηζην) θαη ν εληνπηζκφο ηνπ γίλεηαη εθφζνλ ΓV 10-9 = (V (10) V (9) ) > 0, ελψ ΓV 9-8 < 0. Πξνθαλψο ν εληνπηζκφο ησλ ηνπηθψλ αθξνηάησλ ρξεηάδεηαη πνιππινθφηεξνπο θαλφλεο απφ ηελ απιή κέηξεζε ηεο αιιαγήο πξνζήκνπ ηεο πεπεξαζκέλεο δηαθνξάο 1 εο ηάμεσο, γηα λα αληεπεμέιζεη ζε παξακνξθψζεηο, π.ρ. ιφγσ ζνξχβνπ ή λα κελ εληνπίδνληαη ηνπηθά αθξφηαηα, ηα νπνία δελ έρνπλ ηαηξηθφ ελδηαθέξνλ. ην σήμα 4.28.α δείρλεηαη κηα θαηαγξαθή αζζελνχο πνπ έπαζρε απφ θνιπηθφ ηληδηζκφ, φπνπ έρνπλ ζεκεησζεί ηα αιιεπάιιεια παζνινγηθήο πξνέιεπζεο επάξκαηα Ρ, θαη ζην σήμα 4.28.β ελφο αζζελνχο πνπ έπαζρε απφ θνηιηαθφ ηληδηζκφ. ε ηέηνηεο θαη άιιεο παξφκνηεο πεξηπηψζεηο, ηφζν ν εληνπηζκφο ηεο αξρήο θαη ηνπ ηέινπο ησλ θπκάησλ, φζν θαη ηπρφλ αθξνηάησλ, δπζρεξαίλεηαη. 5. Έρνληαο ηηο ειεθηξνθαξδηνγξαθηθέο απαγσγέο είλαη πνιχ εχθνιν γηα ηνλ ππνινγηζηή λα ππνινγίζεη ην θαξδηαθφ άλπζκα είηε γηα απαγσγέο ζην ηξίγσλν ηνπ Einthoven είηε γηα πξνθάξδηεο απαγσγέο. Μπνξεί, ινηπφλ, λα αλαπαξαζηαζεί ε πνξεία ηνπ αλχζκαηνο ζηελ νζφλε ηνπ ππνινγηζηή θαη λα δνζνχλ απηφκαηα δηαλπζκαηηθέο παξάκεηξνη κε ηαηξηθφ ελδηαθέξνλ. 78

80 6. Αθνχ ζπιιεγνχλ φιεο νη παξαπάλσ παξάκεηξνη, κπνξεί λα γίλεη ε ζηαηηζηηθή ηνπο επεμεξγαζία ή επεμεξγαζία κε λεψηεξεο ηερληθέο θαηεγνξηνπνίεζεο ζεκάησλ, π.ρ. λεπξσληθά δίθηπα ή δίθηπα αζαθνχο ινγηθήο. ηε ζπλέρεηα ηα απνηειέζκαηα απηνχ ηνπ ζηαδίνπ ηεο επεμεξγαζίαο κπνξνχλ λα δνζνχλ ζπλνπηηθά ζε πξνεηνηκαζκέλα θείκελα «δηάγλσζεο», ψζηε ν ηαηξφο λα βνεζεζεί ζηε δηαδηθαζία ηεο δηάγλσζεο [9]- [11]. σήμα 4.25 Οξηζκέλεο από ηηο παξακέηξνπο ηηο νπνίεο εληνπίδνπκε κε ηελ ςεθηαθή επεμεξγαζία ηνπ ΖΚΓ. ην ζρήκα έρνπλ ζεκεησζεί ε δηάξθεηα ησλ θπκάησλ P θαη Σ, ηνπ ζπκπιόθνπ QRS θαη ησλ δηαζηεκάησλ PR, ST, QT. (Ksheka. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά Παξόκνηα Γηαλνκή, CC BY-SA 3.0). σήμα 4.26 Γηαδηθαζία εληνπηζκνύ αξρήο θαη ηέινπο ελόο επάξκαηνο ζην ΖΚΓ θαζώο θαη νιηθώλ θαη ηνπηθώλ αθξόηαησλ (βι. εμήγεζε ζην θείκελν). Γείρλνληαη δηαδνρηθά δείγκαηα (θνπθίδεο) ππνζεηηθνύ ΖΚΓ (ζπλάξηεζεο δπλακηθνύ V(t)), ηελ νπνία έρνπκε δεηγκαηνιεπηήζεη: V (1), V (2),, V (23). Οη δηαθεθνκκέλεο επζείεο δείρλνπλ ηα θαηώθιηα εληόο ησλ νπνίσλ ην ζήκα ζεσξείηαη κεδεληθό. ην παξάδεηγκά καο, ην θύκα (έζησ P) δηαξθεί από ην 6 ν δείγκα V (6) σο ην 20 ν V (20). Σν 1 ν ηνπηθό κέγηζην ηνπ θύκαηνο Ρ ιακβάλεη ρώξα ζην δείγκα V (8) θαη ην πξώην ηνπηθό ειάρηζην ζην δείγκα V (9). 79

81 σήμα 4.27 Γηάθξηζε θύκαηνο S, ηζνειεθηξηθήο ST θαη θύκαηνο Σ. Ζ «ηδαληθή» θακπύιε ΖΚΓ ζα ήηαλ απηή πνπ δείρλνπκε κε δηαθεθνκκέλε γξακκή, όπνπ ην ηέινο ηνπ θύκαηνο S θαη ε αξρή ηνπ Σ δείρλνληαη κε ηηο δηαθεθνκκέλεο θαη εζηηγκέλεο θάζεηεο γξακκέο. ηελ πεξίπησζε ηεο «ηδαληθήο» θακπύιεο, ην ηέινο ηνπ S θαη ε αξρή ηνπ Σ εληνπίδνληαη εύθνια ιόγσ ηνπ όηη ε ηζνειεθηξηθή γξακκή πνπ αληηζηνηρεί ζην δηάζηεκα ST βξίζθεηαη κέζα ζην δηάζηεκα ηηκώλ πνπ νξίδνπλ ηα θαηώθιηα Α θαη Β. ε κηα πξαγκαηηθή, όκσο, θαηαγξαθή ΖΚΓ, κηα ζρεκαηηθή πξνζέγγηζε ηεο νπνίαο δείρλνπκε κε ηελ έληνλε ζπλερή γξακκή, κπνξνύκε λα εληνπίζνπκε ην δηάζηεκα ST βάζεη ησλ ζεκείσλ θακπήο ζηα νπνία νη πεπεξαζκέλεο δηαθνξέο δεύηεξεο ηάμεο ηεο ζπλάξηεζεο δπλακηθνύ μεπεξλνύλ κία ζηαζεξή ηηκή θαησθιηνύ Thr, δει. ηα δείγκαηα ζηα νπνία ε ηηκή ΓV n-(n-1) -ΓV (n+1)-n γίλεηαη κεγαιύηεξε ηεο Thr. Με απηό ην θξηηήξην, ην δηάζηεκα ST ππνδεηθλύεηαη από ηηο έληνλεο θαηαθόξπθεο γξακκέο S θαη Σ αληίζηνηρα. σήμα 4.28.α Καηαγξαθή απαγσγήο avr, όπνπ εκθαλίδεηαη θνιπηθόο ηληδηζκόο. εκεηώλνληαη ηα επαλαιακβαλόκελα επάξκαηα Ρ (Dan D. Ric. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution 3.0, CC-BY 3.0). 80

82 σήμα 4.28.β Καηαγξαθή 12 απαγσγώλ, όπνπ εκθαλίδεηαη θνηιηαθόο ηληδηζκόο. (Jer5150. [ entricular_fibrillation.png]. Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0). Σειεηψλνληαο ηελ αλαθνξά καο ζηελ ηππηθή θαηαζθεπή ελφο ΖΚΓ, ζα αλαθεξζνχκε κε ιίγε πεξηζζφηεξε ιεπηνκέξεηα ζε ηερληθά πξνβιήκαηα πνπ κπνξεί λα εκθαληζηνχλ θαηά ηε δηάξθεηα ησλ ειεθηξνθαξδηνγξαθηθψλ εμεηάζεσλ. Παξφκνηα πξνβιήκαηα εκθαλίδνληαη ζηηο πεξηζζφηεξεο ζπζθεπέο απαγσγήο βηνζεκάησλ είηε απηά είλαη ειεθηξηθήο είηε κε ειεθηξηθήο θχζεο. Ξεθηλνχκε κε ηελ εκθάληζε αλεπηζχκεησλ ζεκάησλ εηζφδνπ ηα νπνία, ιφγσ ηνπ κεγέζνπο ηνπο, νδεγνχλ ζε ζνβαξή παξακφξθσζε ηνπ ζήκαηνο εμφδνπ. Ζ δπζκελέζηεξε πεξίπησζε αθνξά θνξεζκφ ηνπ πξνεληζρπηή ή/θαη ηνπ ηειηθνχ εληζρπηή. Σα ζήκαηα απηά κπνξεί λα είλαη, π.ρ., κηθξήο ρξνληθήο δηάξθεηαο παξάζηηα παικηθήο θχζεο απφ ζπζθεπέο απηλίδσζεο. Ζ ελίζρπζε απηψλ ησλ ζεκάησλ νδεγεί ζε ηηκέο πνπ μεπεξλνχλ ηα φξηα ζηα νπνία ιεηηνπξγεί ν ΖΚΓ. ηελ πεξίπησζε απηή, ην ζήκα εμφδνπ, φζν δηαξθεί ην παξάζηην, βξίζθεηαη κνλίκσο ζηε κέγηζηε ζεηηθή (ή ειάρηζηε αξλεηηθή) ηηκή ιεηηνπξγίαο ηνπ ΖΚΓ. ηελ πεξίπησζε απηή, ην βηνινγηθφ ζήκα έρεη πιήξσο ραζεί θαη δελ ππάξρεη ηξφπνο λα αλαθηεζεί. Μηα ιηγφηεξν δπζκελήο πεξίπησζε - ιηγφηεξν δπζκελήο αθνχ ην ΖΚΓ κπνξεί λα αλαθηεζεί ηηο πεξηζζφηεξεο θνξέο κέζσ θαηάιιεινπ ςεθηαθνχ θίιηξνπ - αθνξά ηζρπξέο κεηαβνιέο ηεο δηαθνξηθήο ηάζεο επαθήο πνπ νθείινληαη ζπλήζσο ζην φηη έλα απφ ηα δχν απαγσγά ειεθηξφδηα κεηαθηλείηαη ιφγσ κεηαηφπηζεο ηνπ ζεκείνπ ηνπ ζψκαηνο πάλσ ζην νπνίν έρεη ηνπνζεηεζεί ην ειεθηξφδην. Υαξαθηεξηζηηθή πεξίπησζε είλαη ε κε εζθεκκέλε κεηαηφπηζε (πηψζε θαη ζηε ζπλέρεηα επαλαθνξά ζηελ αξρηθή ζέζε) ηνπ ρεξηνχ ζην νπνίν έρεη ηνπνζεηεζεί έλα ειεθηξφδην ή ε κεηαθίλεζε ελφο πνδηνχ ηνπ εμεηαδνκέλνπ. ηελ πεξίπησζε απηή, ην βαζππεξαηφ θίιηξν ηνπ σήμαηορ 4.23 δελ πξνζηαηεχεη απφ ην ρακειφζπρλν παξάζηην πνπ εηζάγεη ε ζρεηηθά βξαδεία αιιαγή ηεο ρσξεηηθφηεηαο ζην έλα απφ ηα δχν ειεθηξφδηα ηεο απαγσγήο. Απηφ έρεη ζπλέπεηα ε θπκαηνκνξθή ηνπ ΖΚΓ λα «εθηππεχεη» ηεο παξαζηηηθήο κεηαβαιιφκελεο δηαθνξηθήο ηάζεο επαθήο (σήμα 4.29). Σέηνηνπ είδνπο παξάζηηα κπνξνχλ λα εμαιεηθζνχλ κε ςεθηαθή επεμεξγαζία ηνπ ζήκαηνο κε πξνζεθηηθή ρξήζε θαηάιιεισλ θίιηξσλ, αθνχ έρεη νινθιεξσζεί ε θαηαγξαθή. σήμα 4.29.α Καηαγξαθέο ΖΚΓ ζηηο νπνίεο έρεη ππεηζέιζεη παξάζηην από κεηαβνιέο ηεο δηαθνξηθήο ηάζεο επαθήο, νθεηιόκελεο ζηελ θίλεζε ηνπ άθξνπ ηνπ ζώκαηνο ζην νπνίν ήηαλ ηνπνζεηεκέλν έλα από ηα ειεθηξόδηα ηεο απαγσγήο: Ζ πάλσ θαηαγξαθή είλαη ΖΜΓ θαηαγεγξακκέλν ηαπηόρξνλα κε ην ΖΚΓ πνπ δείρλεηαη ζηελ θάησ θαηαγξαθή. Ο κπο, ηνπ νπνίνπ ηε δξαζηεξηόηεηα θαηαγξάθακε, ήηαλ πιεζίνλ ηνπ απαγσγνύ ειεθηξνδίνπ ηνπ ΖΚΓ. Φαίλεηαη ην ηζρπξόηαην παξάζηην ζην ΖΚΓ ιόγσ κεηαβνιώλ ηεο δηαθνξηθήο ηάζεο επαθήο πνπ νθείινληαη ζην όηη έλα από ηα δύν ειεθηξόδηα απαγσγήο Η κεηαθηλήζεθε - ζηελ πξνθεηκέλε πεξίπησζε ιόγσ εζθεκκέλεο θίλεζεο ηνπ βξαρίνλα (κε επαλαθνξά ζηελ αξρηθή ηνπ ζέζε). Ζ θίλεζε νθεηιόηαλ ζηε κπτθή δξαζηεξηνπνίεζε (ζε δύν θάζεηο, αξρηθή κεηαηόπηζε θαη ζηε ζπλέρεηα επαλαθνξά ζηελ αξρηθή ζέζε, ε νπνία θαηαγξάθεηαη ζην ΖΜΓ, πνπ θαη απηό επάγεη 81

83 παξακόξθσζε ζην ΖΚΓ. Παξαηεξήζηε όηη ην ΖΚΓ, παξακνξθσκέλν από ην ΖΜΓ, «εθηππεύεη» ζηελ αξγά κεηαβαιιόκελε θπκαηνκνξθή. σήμα 4.29.β Καηαγξαθέο ΖΚΓ ζηηο νπνίεο έρεη ππεηζέιζεη παξάζηην από κεηαβνιέο ηεο δηαθνξηθήο ηάζεο επαθήο, νθεηιόκελεο ζηελ θίλεζε ηνπ άθξνπ ηνπ ζώκαηνο ζην νπνίν ήηαλ ηνπνζεηεκέλν έλα από ηα ειεθηξόδηα ηεο απαγσγήο: Ζ πάλσ θαηαγξαθή είλαη ΖΜΓ, θαηαγεγξακκέλν ηαπηόρξνλα κε ην ΖΚΓ πνπ δείρλεηαη ζηελ θάησ θαηαγξαθή. Ο κπο, ηνπ νπνίνπ ηε δξαζηεξηόηεηα θαηαγξάθακε, ήηαλ ζην ίδην άθξν, όπνπ θαη ην απαγσγό ειεθηξόδην ηνπ ΖΚΓ, αιιά ζε κεγάιε ζρεηηθώο απόζηαζε. Σόζν ην παξάζηην ζην ΖΚΓ ιόγσ κεηαβνιώλ ηεο δηαθνξηθήο ηάζεο επαθήο (ε βξαδεία κεηαβνιή ηεο «ηζνειεθηξηθήο» ηεο θακπύιεο ηνπ ΖΚΓ), όζν θαη ην κπνγξαθηθό παξάζηην (νη ηαρείεο κεηαβνιέο πιάηνπο πνπ είλαη εκθαλέζηεξεο ζην ηκήκα TP ηνπ θαξδηαθνύ θύθινπ) είλαη θαηά πνιύ αζζελέζηεξα απηώλ πνπ εκθαλίζηεθαλ ζηηο θαηαγξαθέο ηνπ ρήκαηνο 4.29.α. σήμα 4.29.γ Καηαγξαθέο ΖΚΓ ζηηο νπνίεο έρεη ππεηζέιζεη παξάζηην από κεηαβνιέο ηεο δηαθνξηθήο ηάζεο επαθήο, νθεηιόκελεο ζηελ θίλεζε ηνπ άθξνπ ηνπ ζώκαηνο ζην νπνίν ήηαλ ηνπνζεηεκέλν έλα από ηα ειεθηξόδηα ηεο απαγσγήο: Καηαγξαθή ΖΚΓ πνπ πξνέθπςε κε ηαπηόρξνλε ραιαξή ζπλερή κεηαηόπηζε ηνπ βξαρίνλα ηνπ άθξνπ, όπνπ θαη ην απαγσγό ειεθηξόδην ηνπ ΖΚΓ. Μία θαηάζηαζε, φπνπ επίζεο έρνπκε ιάζνο κεηξήζεηο θαη κάιηζηα είλαη δπζθνιφηεξε λα αλαγλσξηζζεί απφ φ,ηη ε πξνεγνχκελε, είλαη απηή ζηελ νπνία εκθαλίδνληαη βξφρνη γείσζεο. Οη αζζελείο ζηνπο νπνίνπο ιακβάλεηαη ην ΖΚΓ κπνξεί ηαπηφρξνλα λα είλαη ζπλδεδεκέλνη θαη ζε άιιεο ειεθηξηθέο ζπζθεπέο. Κάζε ηέηνηα ζπζθεπή δηαζέηεη ηε δηθή ηεο γείσζε είηε κέζσ ηεο γξακκήο ηξνθνδνζίαο είηε κε απεπζείαο ζχλδεζε κε εηδηθφ θαιψδην γείσζεο πξνο έλα ζεκείν γείσζεο ηνπ δσκαηίνπ, φπνπ γίλνληαη νη κεηξήζεηο. Μπνξεί λα ζπκβεί νη αγσγνί γεηψζεσο ησλ ζπζθεπψλ, εθφζνλ απηέο δελ έρνπλ ζπλδεζεί ζηνλ ίδην ξεπκαηνδφηε, λα βξίζθνληαη ζε δηαθνξεηηθφ δπλακηθφ. Απηφ έρεη απνηέιεζκα λα ξέεη ξεχκα απφ ηνλ αγσγφ γείσζεο ηεο κίαο ζπζθεπήο, κέζσ ηνπ αζζελή, πξνο ηνλ αγσγφ γείσζεο ηεο άιιεο ζπζθεπήο. Πέξαλ ηνπ φηη απηφ ην ξεχκα κπνξεί λα είλαη επηθίλδπλν γηα ηνλ αζζελή, ζα δεκηνπξγήζεη έλα δπλακηθφ ζε φιν ην ζψκα ηνπ αζζελή, ην νπνίν ζα εκθαλίδεηαη ζε θάζε ειεθηξφδην. Αλ ν ιφγνο απφξξηςεο θνηλνχ ζήκαηνο δελ επαξθεί, ην ζήκα απηφ ζα εληζρπζεί απφ ηνλ πξνεληζρπηή θαη ζα παξακνξθψζεη ην ηειηθφ ζήκα εμφδνπ. Σέινο, ίζσο ε ζπλεζέζηεξε πεγή ζνξχβνπ ζηηο βηνκεηξήζεηο είλαη ε ηάζε ηξνθνδνζίαο ζπρλφηεηαο 50 ή 60 Hz. Απφ ηελ ίδηα ηε δηάηαμε αλφξζσζεο, ε νπνία ππάξρεη ζηε ζπζθεπή ηνπ ΖΚΓ θαη ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα παξαρζνχλ νη ζπλερείο ηάζεηο ηξνθνδνζίαο 82

84 ησλ ειεθηξνληθψλ θπθισκάησλ, κπνξεί λα δηαξξένπλ ξεχκαηα ηα νπνία ηειηθά λα θαηαιήγνπλ ζηηο εηζφδνπο ησλ εληζρπηηθψλ δηαηάμεσλ κε ζπλέπεηα λα εκθαλίδνληαη ζην ηειηθφ ζήκα εμφδνπ (σήμα 4.30). Αθφκε θαη αλ ιεθζεί πξφλνηα, ψζηε κέζσ ζσζηήο θαηαζθεπήο ηέηνηεο δηαξξνέο λα αληηκεησπίδνληαη ζε βαζκφ πνπ λα κελ πξνθαινχλ παξακφξθσζε ηνπ ζήκαηνο, θαη πάιη ην παξάζηην ηεο ηάζεο ηξνθνδνζίαο κπνξεί λα εκθαληζηεί. Απηφ νθείιεηαη ζην φηη θαιψδηα ηξνθνδνζίαο ζίγνπξα ππάξρνπλ ζηνλ ρψξν πνπ γίλεηαη ε κέηξεζε. Σα ειεθηξνκαγλεηηθά πεδία πνπ πεξηβάιινπλ ηηο γξακκέο ηξνθνδνζίαο νδεγνχλ ζε εκθάληζε αλεπηζχκεησλ ηάζεσλ απφ επαγσγή ζηνλ αζζελή, ζηα θαιψδηα ησλ ειεθηξνδίσλ θαη ζηνλ ίδην ηνλ ΖΚΓ. Σν θαηλφκελν κπνξεί λα ζεσξεζεί ηζνδχλακν κε ηελ χπαξμε παξάζηησλ ρσξεηηθνηήησλ κεηαμχ ησλ αγσγψλ ηξνθνδνζίαο θαη α) ηνπ αζζελή, β) ησλ ειεθηξνδίσλ θαη γ) ηνπ ΖΚΓ. Δπεηδή ε ρσξεηηθφηεηα πνπ ζπλδέεη ηνπο αγσγνχο ηξνθνδνζίαο κε θάζε ειεθηξφδην κπνξεί λα είλαη δηαθνξεηηθή, ζα αλαπηπρζεί κία δηαθνξηθή ηάζε ζε θάζε απαγσγή πνπ ζα εληζρπζεί απφ ηνλ ΖΚΓ. Παξεκβνιέο ηέηνηνπ είδνπο κπνξεί λα κεησζνχλ, εάλ θάζε ειεθηξφδην έρεη ηε κνξθή νκναμνληθνχ θαισδίνπ, ηνπ νπνίνπ ν εμσηεξηθφο αγσγφο γεηψλεηαη ζηνλ ΖΚΓ. Όζνλ αθνξά ην ξεχκα απφ επαγσγή πνπ ξέεη θαηά κήθνο ηνπ ζψκαηνο ηνπ αζζελή, απηφ δεκηνπξγεί κία θνηλή ηάζε ζε φιν ην ζψκα ηνπ αζζελή, ε νπνία γηα λα κελ εληζρπζεί απφ ηνλ ΖΚΓ, πξέπεη απηφο λα έρεη CMRR πνπ λα αληεπεμέξρεηαη ζην πξφβιεκα. ηε κείσζε ηεο θνηλήο ηάζεο πνπ ζα εκθαληζηεί ζηελ είζνδν ηνπ πξνεληζρπηή βνεζά ε κείσζε ηεο αληίζηαζεο ησλ ειεθηξνδίσλ θαη ε αχμεζε ηεο αληίζηαζεο εηζφδνπ ηνπ πξνεληζρπηή. σήμα 4.30.α ΖΚΓ κε παξάζηην από ηελ ηάζε ηξνθνδνζίαο ηνπ δηθηύνπ (50 Hz): Ηζρπξό παξάζηην ην νπνίν ζηε ζπλέρεηα κεηώζεθε ζεκαληηθά κε ηε ρξήζε δσλνθξαθηηθνύ αλαινγηθνύ θίιηξνπ. Παξαηεξήζηε, όκσο, όηη παξέκεηλε παξάζηην ζηελ θπκαηνκνξθή ηνπ ΖΚΓ θαη κεηά ηελ εθαξκνγή ηνπ θίιηξνπ, ην νπνίν ελδέρεηαη λα δπζρεξάλεη ηνλ απηόκαην εληνπηζκό ραξαθηεξηζηηθώλ ηνπ ΖΚΓ. σήμα 4.30.β ΖΚΓ κε παξάζηην από ηελ ηάζε ηξνθνδνζίαο ηνπ δηθηύνπ (50 Hz): Πεξίπησζε όπσο ζην ρήκα 4.30.α, κε αζζελέζηεξν όκσο παξάζηην (όηαλ δελ ιεηηνπξγνύζε ην δσλνθξαθηηθό θίιηξν). 83

85 σήμα 4.30.γ ΖΚΓ κε παξάζηην από ηελ ηάζε ηξνθνδνζίαο ηνπ δηθηύνπ (50 Hz): Σν παξάζηην ηεο ηάζεο ηξνθνδνζίαο ηνπ δηθηύνπ εκθαλίζηεθε όηαλ αθαηξέζεθε ην αλαινγηθό δσλνθξαθηηθό θίιηξν θαη εμαιείθζεθε όηαλ ην θίιηξν ηέζεθε μαλά ζε ιεηηνπξγία. Παξαηεξήζηε όηη (όπσο θαη ζηα ρήκαηα 4.30.α θαη 4.30.β) ππήξρε παξάζηην ζηελ θπκαηνκνξθή ηνπ ΖΚΓ θαη όηαλ ιεηηνπξγνύζε ην θίιηξν. σήμα 4.30.δ ΖΚΓ κε παξάζηην από ηελ ηάζε ηξνθνδνζίαο ηνπ δηθηύνπ (50 Hz): πλδπαζκόο παξαζίηνπ ηξνθνδνζίαο θαη ειεθηξνκπνγξαθηθνύ παξαζίηνπ. Ζ πάλσ θαηαγξαθή είλαη ΖΚΓ, θαηαγεγξακκέλν ηαπηόρξνλα κε ην ΖΜΓ πνπ δείρλεηαη ζηελ θάησ θαηαγξαθή. Ο κπο, ηνπ νπνίνπ ηε δξαζηεξηόηεηα θαηαγξάθακε, ήηαλ πιεζίνλ ηνπ απαγσγνύ ειεθηξνδίνπ ηνπ ΖΚΓ. ηελ πξώηε θάζε ηεο θαηαγξαθήο ηνπ ΖΚΓ ιεηηνπξγνύζε ην αλαινγηθό δσλνθξαθηηθό θίιηξν. ηε ζπλέρεηα ην θίιηξν αθαηξέζεθε, νπόηε εκθαλίζηεθε ην παξάζηην ησλ 50 Hz. Όηαλ ην θίιηξν επαλαιεηηνύξγεζε, ην παξάζηην κεηώζεθε ζεκαληηθά. Όκσο, ιίγν πξηλ επαλαιεηηνπξγήζεη ην θίιηξν, μεθίλεζε ε δξαζηεξηόηεηα ηνπ κπόο (όπσο θαίλεηαη ζην ΖΜΓ). Γηα έλα κηθξό δηάζηεκα (θαηά ηη κηθξόηεξν ελόο θαξδηαθνύ θύθινπ) είρακε ηαπηόρξνλα θαη ηα δύν παξάζηηα. Όηαλ επαλαιεηηνύξγεζε ην θίιηξν, παξέκεηλε ην ειεθηξνκπνγξαθηθό παξάζηην. Όπσο θαη ζηα πξνεγνύκελα ζρήκαηα, όηαλ ιεηηνπξγνύζε ην θίιηξν, παξέκελε έλα κέξνο ηνπ παξαζίηνπ ηεο ηάζεο ηξνθνδνζίαο ηνπ δηθηύνπ (ζηελ ηειηθή θάζε ηεο παξνύζαο θαηαγξαθήο απηό ην «ππόιεηκκα» δελ θαίλεηαη, δηόηη ππεξθαιύπηεηαη από ην ειεθηξνκπνγξαθηθό παξάζηην). ηα παξαπάλσ πεξηγξάςακε νπζηαζηηθά έλαλ ΖΚΓ, ν νπνίνο ήηαλ ελφο δηαχινπ θαη ζηελ πεξίπησζε πνπ ζέινπκε λα πάξνπκε ζήκαηα απφ πεξηζζφηεξεο ηεο κηαο απαγσγήο, ρξεζηκνπνηείηαη ν κεηαγσγφο. Απηφ, φκσο, ζεκαίλεη φηη δελ είλαη δπλαηφλ λα έρνπκε ηαπηφρξνλε θαηαγξαθή ηνπ ΖΚΓ απφ δχν ή πεξηζζφηεξεο απαγσγέο. Γηα λα μεπεξαζηεί απηφ ην πξφβιεκα, κπνξνχκε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε πεξηζζφηεξνπο ηνπ ελφο δηαχινπο, πνπ θαζέλαο ζα έρεη ην δηθφ ηνπ θχθισκα απφ ηνλ πξνεληζρπηή θαη πέξα. Π.ρ. κπνξνχκε λα ρξεζηκνπνηήζνπκε 6 δηαχινπο θαη 2 κεηαγσγνχο (σήμα 4.31.α). ηνλ πξψην κεηαγσγφ (3 δηαχισλ) κπνξνχκε λα ζπλδέζνπκε κνλίκσο ηα ειεθηξφδηα απφ ηα άλσ άθξα θαη ην αξηζηεξφ πφδη θαη ζηνλ άιιν κεηαγσγφ ηα ειεθηξφδηα ησλ πξνθάξδησλ απαγσγψλ. Ο πξψηνο κεηαγσγφο κπνξεί γηα έλα δηάζηεκα π.ρ. 10 s λα νδεγεί ζηνπο ηξεηο πξνεληζρπηέο κε ηνπο νπνίνπο ζπλδέεηαη ηα ζήκαηα ησλ απαγσγψλ Η, ΗΗ θαη ΗΗΗ θαη γηα ηα επφκελα 10 s λα ζηέιλεη ηα ζήκαηα ησλ απαγσγψλ av R, av L, av F. Ο δεχηεξνο κεηαγσγφο (επίζεο 3 δηαχισλ) κπνξεί λα ζηέιλεη γηα 10 s ζηνπο ηξεηο πξνεληζρπηέο κε ηνπο νπνίνπο ζπλδέεηαη ηα ζήκαηα απφ ηηο πξνθάξδηεο απαγσγέο 1, 2 θαη 3 θαη ζηα επφκελα 10 s ηα ζήκαηα απφ ηηο απαγσγέο 4, 5 θαη 6. Με απηφλ ηνλ ηξφπν έρνπκε αλά πάζα ζηηγκή θαηαγξαθή 6 απαγσγψλ. Οπνηεδήπνηε έρνπκε πέξαλ ηνπ ελφο θπθιψκαηνο πξνεληζρπηή (δηαχινπ) πέξαλ ηνπ ελφο θπθιψκαηνο, πξέπεη ηα ραξαθηεξηζηηθά ησλ θίιηξσλ θαη ηεο ελίζρπζεο ησλ πξνεληζρπηηθψλ θπθισκάησλ λα είλαη θνηλά γηα φινπο ηνπο δηαχινπο, γεγνλφο πνπ νδεγεί ζε αχμεζε ηνπ θφζηνπο ηεο ζπζθεπήο. Μπνξνχλ λα ππάξμνπλ δηάθνξεο παξαιιαγέο ηέηνησλ ζπζηεκάησλ, φζνλ αθνξά ηνλ αξηζκφ ησλ κεηαγσγψλ, ηνλ αξηζκφ δηαχισλ θάζε κεηαγσγνχ θ.ιπ. Π.ρ. ζηνπο ΖΚΓ ησλ νπνίσλ νη θαηαγξαθέο δείρλνληαη ζην σήμα 4.28.β θαη ζην σήμα 4.31.β ππήξρε έλαο κεηαγσγφο 3 δηαχισλ, ζηνλ νπνίν εηζάγνληαλ δηαδνρηθά νη απαγσγέο Η, ΗΗ, ΗΗΗ, κεηά νη avr, avl, avf, κεηά νη V 1, V 2, V 3, θαη κεηά νη V 4, V 5, V 6. 84

86 σήμα 4.31.α ΖΚΓ κε 2 κεηαγσγνύο ησλ 3 δηαύισλ έθαζηνο. ηελ είζνδν ηνπ κεηαγσγνύ Α έρνπλ ζπλδεζεί ηα ειεθηξόδηα από ηα άλσ άθξα θαη ην αξηζηεξό πόδη θαη ζηνλ κεηαγσγό Β ηα πξνθάξδηα ειεθηξόδηα 1 σο 6. Ζ γείσζε ησλ κεηαγσγώλ (θνηλή κε ηε γείσζε όιεο ηεο ζπζθεπήο ηνπ ΖΚΓ) ζπλδέεηαη κε ην ειεθηξόδην ζην δεμί πόδη (LA: αξηζηεξό ρέξη, RA: δεμί ρέξη, LL: αξηζηεξό πόδη, RL: δεμί πόδη). σήμα 4.31.β Ζιεθηξνθαξδηνγξάθεκα από ειεθηξνθαξδηνγξάθν κε έλα κεηαγσγό 3 δηαύισλ. ηνλ κεηαγσγό εηζάγνληαλ δηαδνρηθά νη απαγσγέο Η, ΗΗ, ΗΗΗ, κεηά νη avr, avl, avf, κεηά νη V 1, V 2, V 3, θαη κεηά νη V 4, V 5, V 6. (CardioNetworks. [ selang=el]. Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά Παξόκνηα Γηαλνκή, CC BY-SA 3.0). 85

87 σήμα 4.32 ΖΚΓ 64 δηαύισλ. χγρξνλα πεηξακαηηθά ζπζηήκαηα ΖΚΓ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα εξεπλεηηθνχο ζθνπνχο κπνξνχλ λα απάγνπλ ηαπηφρξνλα έσο θαη 64, 128, 256 ή θαη 512 απαγσγέο (σήμα 4.32). ηελ πεξίπησζε ηνπ παξαδείγκαηνο ηνπ σήμαηορ 4.32, ζπλδένληαη 64 ειεθηξφδηα γχξσ απφ ηνλ ζψξαθα ηνπ αζζελή κε ηε ρξήζε κηαο εηδηθήο δψλεο/θαλέιαο, φπνπ έρνπλ ήδε ηνπνζεηεζεί ηα ειεθηξφδηα. Κάζε απαγσγή δίλεη σο έμνδφ ηεο ηε δηαθνξά δπλακηθνχ κεηαμχ ελφο απφ ηα 64 ειεθηξφδηα θαη ελφο θνηλνχ γηα φιεο ηηο απαγσγέο ειεθηξνδίνπ αλαθνξάο, ην νπνίν κπνξεί λα ηνπνζεηείηαη ζε θάπνην απνκαθξπζκέλν ζεκείν ηνπ ζψκαηνο. Τπάξρεη θαη έλα ειεθηξφδην ζην νπνίν ζπλδέεηαη ε γείσζε ηνπ ΖΚΓ θαη απηφ κπνξεί λα είλαη ην ίδην ην ειεθηξφδην αλαθνξάο. Κάζε απαγσγή νδεγείηαη ζηνλ δηθφ ηεο πξνεληζρπηή θαη ζηε ζπλέρεηα, κεηά ην θίιηξν απνθνπήο ζπλερνχο ξεχκαηνο, νδεγείηαη πξνο ςεθηνπνίεζε κέζσ θάξηαο αλαινγηθνςεθηαθήο κεηαηξνπήο. Αλ είρακε ΖΚΓ 60 θαλαιηψλ, ε θάξηα ζα έπξεπε λα δεηγκαηνιεπηεί δηαδνρηθά θάζε έλα απφ ηα 60 θαλάιηα εηζφδνπ ηεο θαη, αλ π.ρ. ε ζπρλφηεηα δεηγκαηνιεςίαο γηα θάζε θαλάιη είλαη 400 Hz, πξέπεη κέζα ζε 2,5 ms λα έρνπλ δεηγκαηνιεπηεζεί φια ηα θαλάιηα απφ ηελ θάξηα. Απηφ ζεκαίλεη φηη πξέπεη ε θάξηα λα δηαζέηεη θαηάιιεια θπθιψκαηα δεηγκαηνιεςίαο θαη ζπγθξάηεζεο (σήμα 4.33) θαη ε απαίηεζε γηα ηε ζπλνιηθή ζπρλφηεηα δεηγκαηνιεςίαο είλαη θπζηθά 60 x 400 Hz = 24 khz. Με απηφλ ηνλ ηξφπν, ηα αλαινγηθά ζήκαηα εηζφδνπ έρνπλ «πνιππιερζεί» πάλσ ζε έλα θαη κφλν δίαπιν («Out» ζην σήμα 4.33), ηνπ νπνίνπ ην ζήκα ηειηθά ζα κεηαηξαπεί ζε ςεθηαθφ. ηε ζπλέρεηα ηα πξνγξάκκαηα ηνπ Ζ/Τ δηαρσξίδνπλ ηα ςεθηαθά δεδνκέλα θάζε θαλαιηνχ θαη ηα νδεγνχλ πξνο παξαπέξα ςεθηαθή επεμεξγαζία αλά θαλάιη. Ζ δπζθνιία ηεο θαηαζθεπήο ηέηνησλ ζπζθεπψλ δελ έγθεηηαη ηφζν ζηελ θάξηα αλαινγηθνςεθηαθήο κεηαηξνπήο, αθνχ νη ζπρλφηεηεο δεηγκαηνιεςίαο είλαη εχθνια επηηεχμηκεο, αιιά ζηελ νκνηνκνξθία ησλ ραξαθηεξηζηηθψλ θάζε ζπζηήκαηνο πξνεληζρπηή. πλήζσο δελ ρξεζηκνπνηνχληαη απηφλνκα θαηαγξαθηθά ζπζηήκαηα, αιιά ν Ζ/Τ εκθαλίδεη ζηελ νζφλε ηνπ ηα ζήκαηα είηε ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν (ηελ ψξα δει. πνπ εθηειείηαη ε κέηξεζε) είηε αθνχ έρεη νινθιεξσζεί ε θαηαγξαθή θαη βέβαηα είλαη δπλαηή ε εθηχπσζε ησλ θαηαγξαθψλ. 86

88 σήμα 4.33.α Δπεμήγεζε ηεο αλάγθεο ρξήζεο θπθιώκαηνο ζπγθξάηεζεο. Έζησ όηη έρνπκε 4 θαλάιηα (πξνεληζρπηέο) εηζόδνπ πξνο ηελ θάξηα αλαινγηθνςεθηαθήο κεηαηξνπήο θαη ζέινπκε ην θαζέλα λα δεηγκαηνιεπηείηαη κε ζπρλόηεηα 1 khz. Γείρλνπκε ηα δείγκαηα γηα ην ρξνληθό δηάζηεκα 100 σο 101 ms, κε ξόκβνπο. Αλ δελ «ζπγθξαηήζνπκε» ηελ ηηκή θάζε θαλαιηνύ γηα t=100 ms (ηελ νπνία δείρλνπκε κε καύξα ηεηξάγσλα), ηόηε, όηαλ ζα έξζεη ε ζεηξά ηνπ λα δεηγκαηνιεπηεζεί, κπνξεί ε ηηκή πνπ ζα κεηξήζνπκε λα απέρεη πνιύ από ηελ ηηκή γηα t=100 ms. 87

89 σήμα 4.33.β Σππηθά θπθιώκαηα δεηγκαηνιεςίαο θαη ζπγθξάηεζεο: Β1: Ηδαληθό θύθισκα: To θύθισκα απνηειείηαη από έλα δηαθόπηε Γ θαη έλαλ ππθλσηή C, ν νπνίνο ζπγθξαηεί ηελ ηηκή ηνπ ζήκαηνο εηζόδνπ ηε ζηηγκή πνπ ν δηαθόπηεο αλνίγεη. ην παξάδεηγκά καο, ν δηαθόπηεο αλνίγεη ηε ζηηγκή t=100 ms θαη ν ππθλσηήο ζπγθξαηεί ηελ ηηκή V Π (t=100 ms) σο ηάζε ζηα άθξα ηνπ, έσο όηνπ ην θύθισκα δεηγκαηνιεςίαο δεηήζεη απηήλ ηηκή θαη ηε ιάβεη σο V εμ. Β2: Πξαγκαηηθό θύθισκα, όπνπ θαίλνληαη νη αληηζηάζεηο R Π ηνπ αλαινγηθνύ ζήκαηνο εηζόδνπ V Π θαη ε αληίζηαζε δηαξξνήο R Γ ηνπ ππθλσηή. Ζ R Π έρεη ζπλέπεηα ε ηηκή πνπ ζα ζπγθξαηήζεη ν C λα είλαη δηαθνξεηηθή ηεο V Π (t=100 ms), δηόηη ν C δελ κπνξεί λα θνξηηζηεί αθαξηαία ζ απηήλ ηελ ηηκή. Ζ R Γ έρεη ζπλέπεηα ν C λα κελ κπνξεί λα ζπγθξαηήζεη ηελ ηηκή πνπ απνθηά γηα t=100 ms, αιιά απηή λα κεηώλεηαη θαζώο ν C εθθνξηίδεηαη θαηά κήθνο ηεο R Γ. Β3: Τινπνίεζε κε αθνινύζνπο ηάζεο. Ζ αληίζηαζε εηζόδνπ ηνπ αθνινύζνπ ηάζεο είλαη άπεηξε, ζπλεπώο δελ ξέεη ξεύκα εηζόδνπ κέζα ζηνλ πξώην αθόινπζν ηάζεο θαη ε ηάζε V Π (t) κεηαθέξεηαη άκεζα ζηελ έμνδν ηνπ αθνινύζνπ ηάζεο, άξα θαη ζηνλ ππθλσηή. Από ηελ άιιε πιεπξά, ν δεύηεξνο αθόινπζνο ηάζεο απνκνλώλεη ηελ αληίζηαζε R Γ, ώζηε ν C λα κελ κπνξεί λα εθθνξηηζηεί κέζσ απηήο. 88

90 4.4 ΔΗΓΗΚΑ ΖΛΔΚΣΡΟΚΑΡΓΗΟΓΡΑΦΗΚΑ ΤΣΖΜΑΣΑ ΚΑΡΓΗΟΣΑΥΟΓΡΑΦΟ Ο θαξδηνηαρνγξάθνο είλαη κία ζπζθεπή πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηνλ θαζνξηζκφ ηνπ θαξδηαθνχ ξπζκνχ (ή θαξδηαθήο ζπρλφηεηαο), ν νπνίνο ζπλήζσο κεηξάηαη ζε θαξδηαθνχο θηχπνπο αλά min [7]. Ο θαξδηαθφο ξπζκφο πνιχ ζπρλά εμάγεηαη απφ ην ΖΚΓ, αλ θαη έρνπλ αλαπηπρζεί ζπζθεπέο πνπ εμάγνπλ ηνλ θαξδηαθφ ξπζκφ απφ ζήκαηα φπσο ε θπκαηνκνξθή ηεο αξηεξηαθήο πίεζεο θαη νη θαξδηαθνί ήρνη, ψζηε λα είλαη δηαζέζηκν ην κέγεζνο ηνπ θαξδηαθνχ ξπζκνχ, αθφκε θαη ζε πεξηπηψζεηο πνπ δελ θξίλεηαη αλαγθαία ε ηαπηφρξνλε κέηξεζε ηεο ειεθηξνθαξδηνγξαθηθήο ιεηηνπξγίαο. Τπάξρνπλ δχν είδε θαξδηνηαρνγξάθσλ: απηνί πνπ εμάγνπλ ηνλ κέζν θαξδηαθφ ξπζκφ θαη απηνί πνπ εμάγνπλ ηνλ ζηηγκηαίν θαξδηαθφ ξπζκφ (ή ζηηγκηαία θαξδηαθή ζπρλφηεηα). Οη θαξδηνηαρνγξάθνη πνπ εμάγνπλ ηνλ κέζν θαξδηαθφ ξπζκφ κεηξνχλ ηνλ αξηζκφ Ν θηχπνη ησλ θαξδηαθψλ παικψλ (θηχπσλ) πνπ ιακβάλνπλ ρψξα ζε έλα γλσζηφ ρξνληθφ δηάζηεκα Σ ΜΔΣΡΖΖ, νπφηε ν κέζνο θαξδηαθφο ξπζκφο δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν Ν θηχπνη /T ΜΔΣΡΖΖ. Οη θαξδηνηαρνγξάθνη πνπ εμάγνπλ ηνλ ζηηγκηαίν θαξδηαθφ ξπζκφ κεηξνχλ ην ρξνληθφ δηάζηεκα κεηαμχ δχν δηαδνρηθψλ θαξδηαθψλ παικψλ Σ INTERVAL θαη δίλνπλ ηε ζηηγκηαία θαξδηαθή ζπρλφηεηα σο f=1/t INTERVAL. Φπζηθά, ε ζηηγκηαία ζπρλφηεηα κεηαβάιιεηαη απφ ηνλ έλα θαξδηαθφ θχθιν ζηνλ επφκελν, αθνχ ην δηάζηεκα Σ INTERVAL δελ είλαη πνηέ αθξηβψο ην ίδην απφ θχθιν ζε θχθιν. ην σήμα 4.34 δείρλεηαη ην ΖΚΓ θαη ε ζηηγκηαία θαξδηαθή ζπρλφηεηα απφ κεηξήζεηο ζε ζθχιν. σήμα 4.34 ΖΚΓ (άλσ θαηαγξαθή) θαη ζηηγκηαία θαξδηαθή ζπρλόηεηα (θάησ θαηαγξαθή) από κεηξήζεηο ζε ζθύιν. ην αξηζηεξό ηκήκα ε θιίκαθα ρξόλσλ είλαη δηαθνξεηηθή από ό,ηη ζην δεμί ηκήκα ηεο εηθόλαο. bpm: beats-per-minute (θηύπνη αλά min). (George E. Billman, [ HTML/image_m/fphys g001.jpg, από G E Billman, Heart Rate Variability - A Historical Perspective, Frontiers in Physiology, 2011, 2, 00086, g001.jpg]. Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο CC BY 3.0). 89

91 σήμα 4.35 Γηάγξακκα θαξδηνηαρνγξάθνπ ζηηγκηαίαο θαξδηαθήο ζπρλόηεηαο. σήμα 4.36 Γηάγξακκα ρξνληζκνύ ησλ παικώλ 1, 2 θαη 3 (Π1, Π2, Π3) ηνπ θαξδηνηαρνγξάθνπ πνπ δείρλεηαη ζην ρήκα Ο παικόο 1 εθθηλεί κε ηελ αλίρλεπζε ηνπ κεγίζηνπ ηνπ ζπκπιόθνπ QRS. Ζ δηάξθεηα θάζε παικνύ 1 θαη 2 είλαη 10 κs, δείρλνληαη δειαδή νη παικνί κε δηαθνξεηηθή θιίκαθα από ό,ηη ηα ζήκαηα ηνπ ΖΚΓ. 90

92 ην σήμα 4.35 δείρλνπκε ην ζρεκαηηθφ δηάγξακκα ελφο θαξδηνηαρνγξάθνπ ζηηγκηαίαο θαξδηαθήο ζπρλφηεηαο θαη ζην σήμα 4.36 ην δηάγξακκα ρξνληζκνχ ην νπνίν αθνινπζεί απηή ε ζπζθεπή. Σν ΖΚΓ δηέξρεηαη αξρηθά απφ έλα δσλνπεξαηφ θίιηξν, κε απνηέιεζκα λα θαηαπηέδνληαη ζε κεγάιν βαζκφ ηα θχκαηα P θαη Σ, ελψ ην ζχκπινθν QRS δηέξρεηαη ρσξίο παξακφξθσζε. Ο ιφγνο πνπ ρξεζηκνπνηνχκε απηφ ην θίιηξν είλαη φηη απνθεχγνπκε ηελ πεξίπησζε λα ππάξρνπλ θχκαηα Ρ ή Σ, ηφζν κεγάια, ψζηε λα ελεξγνπνηήζνπλ ηνλ ζπγθξηηή πνπ βξίζθεηαη ζηελ έμνδν ηνπ θίιηξνπ. Ο ζπγθξηηήο απηφο έρεη ξπζκηζζεί λα δηεγείξεηαη, φηαλ ην ΖΚΓ μεπεξλά θάπνην θαηψθιη πνπ αληηζηνηρεί ζε έλα πνζνζηφ ηνπ αλακελφκελνπ κεγίζηνπ ηνπ θχκαηνο R. Όηαλ ν ζπγθξηηήο δηεγεξζεί, ινηπφλ, απφ ην θχκα R ηφηε, κε ηε ζεηξά ηνπ, δηεγείξεη έλα θχθισκα Π1 (πνπ είλαη έλα θχθισκα flipflop), ην νπνίν παξάγεη ηνλ παικφ Π1, δηάξθεηαο 10 κs (σήμα 4.36). Σν θαηεξρφκελν κέησπν ηνπ παικνχ Π1 δηεγείξεη έλα δεχηεξν θχθισκα Π2 (επίζεο ηχπνπ flip-flop), ην νπνίν κε ηε ζεηξά ηνπ παξάγεη έλαλ παικφ Π2 δηάξθεηαο 10 κs. Οη δχν απηνί παικνί ειέγρνπλ κία πχιε NOR, ηεο νπνίαο ε έμνδνο Π3 ηνπνζεηείηαη σο είζνδνο ζε κία πχιε AND. Ζ έμνδνο Π3, φπσο θαίλεηαη θαη ζην σήμα 4.36, βξίζθεηαη ζηελ πςειή ζηάζκε φζν δελ ππάξρεη ν Π1 ή ν Π2. Μφιηο εκθαληζηεί ην ζχκπινθν QRS ε Π3, θαηέξρεηαη θαη παξακέλεη ζηε ρακειή ζηάζκε γηα 20 κs θαη ζηε ζπλέρεηα επαλέξρεηαη ζηελ πςειή ζηάζκε. Ζ άιιε είζνδνο ηεο πχιεο AND πξνέξρεηαη απφ έλα «ςεθηαθφ ξνιφη» (ζπγθεθξηκέλα έλα θχθισκα παξαγσγήο ηεηξαγσληθψλ παικψλ πνιχ κηθξνχ εχξνπο, ηεο ηάμεο ηνπ κs) ζπρλφηεηαο 1 khz. Όηαλ ην ζήκα Π3 βξίζθεηαη ζηελ πςειή ζηάζκε, δει. ζην ρξνληθφ δηάζηεκα κεηαμχ ησλ ζπκπιφθσλ QRS, ε έμνδνο Π4 ηεο πχιεο AND, δειαδή νη παικνί ηνπ ξνινγηνχ, κεηαθέξνληαη ειεχζεξα ζηνλ θαηαρσξεηή 1, ν νπνίνο ιεηηνπξγεί σο κεηξεηήο ησλ παικψλ ηνπ ξνινγηνχ. Δάλ κε ην πέξαο ηνπ πξνεγνχκελνπ ζήκαηνο Π2 ν κεηξεηήο είρε αξρηθή ηηκή κεδέλ, ηφηε ν αξηζκφο πνπ έρεη κεηξήζεη ν κεηξεηήο, φηαλ επέιζεη ην επφκελν ζχκπινθν QRS, ζα ηζνχηαη κε ηνλ αξηζκφ ησλ ms πνπ δηήξθεζε ην ρξνληθφ δηάζηεκα κεηαμχ ησλ δχν δηαδνρηθψλ ζπκπιφθσλ QRS (Γηάζηεκα 1 ή Γηάζηεκα 2 ζην σήμα 4.36). Μφιηο επέιζεη, ινηπφλ, ην λέν ζχκπινθν QRS, ν κεηξεηήο παχεη λα κεηξάεη θαη ηα δεδνκέλα πνπ έρνπλ θαηαρσξεζεί ζε απηφλ κεηαθέξνληαη ζηνλ θαηαρσξεηή 2, αθνχ ε πχιε αλνίγεη ππφ ηνλ έιεγρν ηνπ παικνχ Π1. Μφιηο ηειεηψζεη ν παικφο Π1, ε πχιε θιείλεη θαη ν θαηαρσξεηήο 1 κεδελίδεη ην πεξηερφκελφ ηνπ, ψζηε κφιηο ιήμεη ν Π2, λα αξρίζεη ε λέα θαηακέηξεζε παικψλ ξνινγηνχ. ε θάπνηνπο θαξδηνηαρνγξάθνπο ζηηγκηαίαο θαξδηαθήο ζπρλφηεηαο, ν δεχηεξνο θαηαρσξεηήο είλαη ζπλδεδεκέλνο ζε έλα κεηαηξνπέα ςεθηαθνχ ζήκαηνο ζε αλαινγηθφ, ν νπνίνο παξάγεη κία αληίζηαζε R αλάινγε ηνπ ςεθηαθνχ ζήκαηνο. πλδένληαο ηελ αληίζηαζε απηή κε κία πεγή ζηαζεξήο ηάζεο V, ην ξεχκα i ην νπνίν ζα δηέξρεηαη απφ ηελ αληίζηαζε, ζα δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν: i = V/R = k/t INTERVAL (4.3) φπνπ Σ INTERVAL είλαη ν ρξφλνο κεηαμχ ησλ δηαδνρηθψλ παικψλ θαη k κία ζηαζεξά αλαινγίαο, ηνπ κεηαηξνπέα. πλεπψο, ην ξεχκα είλαη αλάινγν ηεο ζηηγκηαίαο θαξδηαθήο ζπρλφηεηαο. Σν ξεχκα απηφ εληζρχεηαη απφ έλαλ εληζρπηή ξεχκαηνο πξνο ηάζε, δίλνληαο έλα ηειηθφ αλαινγηθφ ζήκα εμφδνπ V o. Σν δπλακηθφ V o δηαηεξείηαη ζηαζεξφ γηα ην κεζνδηάζηεκα κεηαμχ δχν παικψλ, καο δείρλεη, δε, ηε ζηηγκηαία ζπρλφηεηα πνπ πξνέθπςε απφ ην πξνεγνχκελν κεζνδηάζηεκα απφ απηφ πνπ δηαλχνπκε θαη κπνξεί λα νδεγεζεί ζε νπηηθνερεηηθφ ελδείθηε. Δλαιιαθηηθά, φπσο ζπκβαίλεη ζηνπο πεξηζζφηεξνπο ζχγρξνλνπο θαξδηνηαρνγξάθνπο, ζα κπνξνχζακε λα κελ ρξεζηκνπνηνχκε ην θχθισκα ηνπ ςεθηαθναλαινγηθνχ κεηαηξνπέα, αιιά λα νδεγήζνπκε θαηεπζείαλ ηελ έμνδν ηνπ θαηαρσξεηή 2 ζε έλα θχθισκα κε κηθξνυπνινγηζηή θαη απηφ κε ηε ζεηξά ηνπ λα νδεγεί θαηεπζείαλ ζε κηα νζφλε ηελ ππνινγηδφκελε ηηκή ηεο ζηηγκηαίαο ζπρλφηεηαο. Όπσο ζα δνχκε παξαθάησ, ν θαξδηνηαρνγξάθνο ρξεζηκνπνηείηαη φηαλ ζέινπκε ζπλερή παξαθνινχζεζε ηνπ θαξδηαθνχ ξπζκνχ, π.ρ. ζε κνλάδα εληαηηθήο ζεξαπείαο (ΜΔΘ) (intensive care unit ICU) ή θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ηνθεηνχ. πλεζίδεηαη έλαο ςεθηαθφο ζπγθξηηήο λα ειέγρεη ην πεξηερφκελν ηνπ θαηαρσξεηή 1, ψζηε, φηαλ εληνπηζηεί ρξνληθφ δηάζηεκα Σ INTERVAL ην νπνίν ππεξβαίλεη έλα φξην Σ MAX, νπφηε αληίζηνηρα ε ζηηγκηαία θαξδηαθή ζπρλφηεηα πέθηεη θάησ απφ ηελ ηηκή f MIN =1/T MAX, λα ελεξγνπνηείηαη έλα θχθισκα 91

93 παξαγσγήο ζήκαηνο ζπλαγεξκνχ, ερεηηθνχ ή/θαη νπηηθνχ. Αληίζηνηρα ελεξγνπνηείηαη ζπλαγεξκφο, φηαλ εληνπηζηεί ρξνληθφ δηάζηεκα Σ INTERVAL ην νπνίν είλαη θάησ απφ έλα φξην Σ MΗΝ, νπφηε ε ζηηγκηαία θαξδηαθή ζπρλφηεηα αλεβαίλεη πάλσ απφ ηελ ηηκή f MΑΥ =1/T MΗΝ. ε ζχγρξνλα ΖΚΓ ζπζηήκαηα είλαη δπλαηή ε κέηξεζε ηεο ζηηγκηαίαο θαξδηαθήο ζπρλφηεηαο, κέζσ ΖΚΓ αιιά ρσξίο ηε ρξήζε ηνπ θπθιψκαηνο ηνπ σήμαηορ Σν ΖΚΓ ζήκα ςεθηνπνηείηαη θαη, κε βάζε απηφ ην ζήκα θαη κε ρξήζε ςεθηαθψλ θίιηξσλ θαη ζρεηηθνχ ινγηζκηθνχ (σήμα 4.37), ππνινγίδεηαη ε ζηηγκηαία θαξδηαθή ζπρλφηεηα, αθφκε θαη ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν. σήμα 4.37.α Φηιηξαξηζκέλν ΖΚΓ από ην νπνίν ζηε ζπλέρεηα ζα εμαρζεί ε ζηηγκηαία θαξδηαθή ζπρλόηεηα. Δθαξκόζηεθαλ δηαδνρηθά βαζππεξαηό θίιηξν 12 Hz θαη πςεπεξαηό 8 Hz. Ζ δηάξθεηα ηνπ ζήκαηνο είλαη 180 s. σήμα 4.37.β Κακπύιε ζηηγκηαίαο θαξδηαθήο ζπρλόηεηαο πνπ ππνινγίζηεθε από ην ΖΚΓ ηνπ ρήκαηνο 4.37.α, κέζσ εθαξκνγήο ινγηζκηθνύ γηα ηνλ ππνινγηζκό ησλ θνξπθώλ R θαη ζπλαθόινπζα ηεο ζηηγκηαίαο θαξδηαθήο ζπρλόηεηαο. Οη νξηδόληηεο γξακκέο αληηζηνηρνύλ ζε 0/50/100 θαξδηαθνύο ρηύπνπο αλά min ΚΑΡΓΗΟΓΡΑΦΗΚΑ ΤΣΖΜΑΣΑ ΜΟΝΑΓΩΝ ΔΝΣΑΣΗΚΖ ΘΔΡΑΠΔΗΑ ηε ΜΔΘ ππάξρεη ε απαίηεζε ηεο ζπλερνχο παξαθνινχζεζεο ησλ δσηηθψλ βηνζεκάησλ ηνπ αζζελή. Έλα απφ απηά ηα βηνζήκαηα είλαη θπζηθά θαη ην ΖΚΓ [7, 12]. ηε ΜΔΘ ππάξρνπλ πνιιέο θιίλεο, νη νπνίεο παξαθνινπζνχληαη ηαπηφρξνλα απφ ην πξνζσπηθφ ηεο κνλάδαο κε ηε βνήζεηα θαηάιιεινπ εμνπιηζκνχ πνπ ππάξρεη ζηελ θεληξηθή ζέζε εξγαζίαο. Παξάιιεια, ηα βηνζήκαηα πξέπεη λα είλαη άκεζα παξαηεξήζηκα θαη απφ ην ηαηξηθφ πξνζσπηθφ πνπ ζα ρξεηαζηεί λα βξεζεί δίπια ζηνλ αζζελή, θαη απηήλ ηε ιεηηνπξγία ηελ αλαιακβάλνπλ ηα παξαθιίληα ζπζηήκαηα. ηελ πεξίπησζε ηεο ειεθηξνθαξδηνγξαθίαο, ν παξαθιίληνο ΖΚΓ ιεηηνπξγεί σο θαξδηνζθφπην θαη απνζηέιιεη ην ςεθηαθφ ΖΚΓ ζηνλ θεληξηθφ Ζ/Τ ηεο κνλάδαο, πνπ βξίζθεηαη ζηελ θεληξηθή ζέζε εξγαζίαο ηνπ επηβιέπνληνο πξνζσπηθνχ, φπνπ θαη γίλεηαη ε απνζήθεπζε ησλ δεδνκέλσλ. Γίπια ζε θάζε αζζελή ππάξρεη θαη θαξδηνηαρνγξάθνο κε ζπλαγεξκφ, ζπλήζσο ελζσκαησκέλνο κε ηνλ παξαθιίλην ΖΚΓ. ηε ζέζε ηνπ επηβιέπνληνο ππάξρεη θαξδηνζθφπην απφ θάζε αζζελή, έλδεημε θαξδηνηαρνγξάθνπ θαη ζπλαγεξκνχ απφ θάζε αζζελή θαη θαηαγξαθηθφ ραξηηνχ (ειεθηξνθαξδηνγξάθνο ζπκβάλησλ). Ζ εθθίλεζε ηνπ θαηαγξαθηθνχ ζπκβάλησλ είλαη δπλαηή θαη απφ ηηο δχν ζέζεηο (παξαθιίληα θαη θεληξηθά) ρεηξνθίλεηα ή απηφκαηα. Μπνξεί λα έρεη πξνξπζκηζηεί ζηελ εθηχπσζε λα θαηαγξαθνχλ θαη ηα ζήκαηα ηνπ ΖΚΓ πνπ πξνεγήζεθαλ, έσο θαηά Υ s, ηεο εληνιήο εθθίλεζεο (ν ρξφλνο Υ είλαη επηιέμηκνο). 92

94 4.4.3 ΦΟΡΖΣΟΗ HΛΔΚΣΡΟΚΑΡΓΗΟΓΡΑΦΟΗ πρλά ππάξρεη ε αλάγθε λα γίλεηαη ζπλερήο θαηαγξαθή ηνπ ΖΚΓ ελφο αζζελή, φηαλ απηφο βξίζθεηαη ζε ρψξν εθηφο ηεο ΜΔΘ, π.ρ. φηαλ αλαξξψλεη απφ κία ρεηξνπξγηθή επέκβαζε ζην ζπίηη ηνπ. ηελ πεξίπησζε απηή, ρξεζηκνπνηνχληαη θνξεηνί ΖΚΓ, κε γλσζηφηεξν ηνλ ΖΚΓ «ηχπνπ Holter». ηελ πεξίπησζε απηή, ε κνλάδα ηνπ αζζελή, ε νπνία είλαη θνξεηή απφ ηνλ ίδην ηνλ αζζελή, πεξηιακβάλεη έλαλ ΖΚΓ κε ηξνθνδνζία απφ κπαηαξίεο θαη ειεθηξφδηα κφληκα ηνπνζεηεκέλα (γηα φζν ρξφλν ρξεηάδεηαη λα δηαξθέζεη ε εμέηαζε) ζηνλ ζψξαθα ηνπ αζζελή (σήμα 4.38). Δίλαη πξνθαλέο φηη είλαη κεγάιεο ζεκαζίαο ην θχθισκα ειέγρνπ απνθφιιεζεο ειεθηξνδίσλ, κηα πνπ ε πνιχσξε απαγσγή ηνπ ζήκαηνο κε ηνλ εμεηαδφκελν λα θηλείηαη θαλνληθά ζηελ θαζεκεξηλφηεηά ηνπ, είλαη ζρεδφλ ζίγνπξν φηη ζα νδεγήζεη θάπνηα ζηηγκή ζε απνθφιιεζε θάπνηνπ ειεθηξνδίνπ. Δπίζεο, πξέπεη λα απνθεχγνληαη, φζν είλαη δπλαηφλ, ειεθηξνκπνγξαθηθέο παξεκβνιέο. Γηα λα επηηεπρζεί απηφο ν ζηφρνο, ρξεζηκνπνηείηαη νπσζδήπνηε βαζππεξαηφ θίιηξν (φπσο απηφ πνπ δείρλνπκε ζην σήμα 4.23), ην νπνίν απνθφπηεη ζπρλφηεηεο αλψηεξεο ησλ 35 ή 40 Hz. Ζ απνζήθεπζε ηνπ ΖΚΓ γίλεηαη ζε θάξηα ςεθηαθήο απνζήθεπζεο δεδνκέλσλ (παξφκνηαο κε απηέο ησλ ςεθηαθψλ θσηνγξαθηθψλ κεραλψλ). Οη θαηαγξαθέο δηαξθνχλ ζπλήζσο 12, 24 ή 48 ψξεο. Δθφζνλ ππάξρεη ε δπλαηφηεηα, νη θαηαγξαθέο κπνξνχλ λα απνζηαινχλ ζην λνζνθνκείν ή ζην ηαηξείν, φπνπ παξαθνινπζείηαη ν αζζελήο, κέζσ εθαξκνγήο ηειεταηξηθήο. Δπίζεο, ηα δεδνκέλα κπνξνχλ λα κεηαθεξζνχλ απφ ηελ θάξηα απνζήθεπζεο ηνπ θνξεηνχ ΖΚΓ ζε Ζ/Τ πνπ ππάξρεη ζην λνζνθνκείν ή ζην ηαηξείν. Απηφο ν Ζ/Τ πεξηέρεη ινγηζκηθφ επεμεξγαζίαο ΖΚΓ, ψζηε λα γίλεηαη απηφκαηε αλάιπζε ρξνληθψλ πεξηνρψλ, φπνπ εκθαλίζηεθαλ αξξπζκίεο θαη θαηφπηλ λα είλαη δπλαηή ε εθηχπσζε ηνπ ΖΚΓ ή/θαη ε εκθάληζή ηνπ ζε νζφλε γηα απηέο ηηο ρξνληθέο πεξηνρέο. Δπίζεο, παξάγεηαη ζπγθεληξσηηθή αλαθνξά γηα ηελ θαξδηαθή ζπρλφηεηα θαη ηηο κεηαβνιέο ηεο, γηα ηνπο ηχπνπο θαη ηνλ αξηζκφ ησλ επεηζνδίσλ αξξπζκίαο θαη γηα ηπρφλ παξάζηηα πνπ ππήξραλ ζηελ θαηαγξαθή θαη έγηλαλ αληηιεπηά απφ ηνλ Ζ/Τ. σήμα 4.38 Δηθόλεο ηνπνζέηεζεο θνξεηώλ ΖΚΓ. (Aξηζηεξή εηθόλα: Tristaess, [ Tν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). (Kεληξηθή εηθόλα: Misscurry, [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά πξνέιεπζεο 3.0, CC BY 3.0). (Γεμηά εηθόλα: Faisandier, [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά πξνέιεπζεο 3.0, CC BY 3.0) ΔΜΒΡΤΗΚΟ ΖΛΔΚΣΡΟΚΑΡΓΗΟΓΡΑΦΖΜΑ Ζ θαηαγξαθή ηνπ ΖΚΓ ηνπ εκβξχνπ απφ ην δέξκα ηεο κεηέξαο είλαη ηδηαίηεξα δχζθνιε. Απηφ νθείιεηαη ζε πνιινχο παξάγνληεο. Σν έκβξπν έρεη κηθξή θαξδηαθή κάδα, κε απνηέιεζκα ην ζπλνιηθφ θαξδηαθφ δίπνιν λα παξάγεη ξεχκαηα κηθξφηεξεο έληαζεο απφ απηά 93

95 ελφο ελήιηθνπ αηφκνπ. Δπίζεο, ηα ξεχκαηα απηά έρνπλ λα δηαλχζνπλ δηάθνξνπο ηζηνχο, έσο φηνπ θηάζνπλ ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα ηεο κεηέξαο. Αθφκε, ην έκβξπν θηλείηαη, κε απνηέιεζκα θαη απηφ ην γεγνλφο λα νδεγεί ζε αιιαγέο ηνπ πιάηνπο ηνπ απαγφκελνπ ζήκαηνο, νη νπνίεο είλαη άζρεηεο κε ηε ιεηηνπξγία ηεο θαξδηάο απηήο θαζαπηήο. Σα παξαπάλσ θαηλφκελα έρνπλ απνηέιεζκα ην κέγηζην πιάηνο ηνπ εκβξπτθνχ ΖΚΓ λα είλαη, ζηηο ηειεπηαίεο εβδνκάδεο ηεο θχεζεο, γχξσ ζηα 50 κv. Απφ απηφ γίλεηαη θαηαλνεηφ φηη ην εκβξπτθφ ΖΚΓ ππεξθαιχπηεηαη απφ ην κεηξηθφ ΖΚΓ, ην νπνίν είλαη ηνπιάρηζηνλ κία ηάμε κεγέζνπο ηζρπξφηεξν ηνπ εκβξπτθνχ. πλεπψο, αλ ζεσξήζνπκε ην εκβξπτθφ ΖΚΓ σο (επηζπκεηφ) ζήκα θαη ην κεηξηθφ ΖΚΓ σο ζφξπβν, ν ζεκαηνζνξπβηθφο ιφγνο (εκβξπτθφ ΖΚΓ)/(κεηξηθφ ΖΚΓ) είλαη πνιχ κηθξφο, ηδίσο θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θχκαηνο R ηνπ κεηξηθνχ ΖΚΓ. Γηα φινπο ηνπο παξαπάλσ ιφγνπο, ε απαγσγή ηνπ εκβξπτθνχ ΖΚΓ γίλεηαη κε εηδηθέο κεζφδνπο. Υξεζηκνπνηνχληαη ζπζηήκαηα ςεθηαθήο επεμεξγαζίαο ζεκάησλ, κε ηα νπνία επηηπγράλεηαη σο έλα βαζκφ ε βειηίσζε ηνπ ζεκαηνζνξπβηθνχ ιφγνπ. Δπεηδή απηφ πνπ θπξίσο ελδηαθέξεη είλαη ε κέηξεζε ηνπ θαξδηαθνχ ξπζκνχ ηνπ εκβξχνπ, κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζπζθεπέο, ζηφρνο ησλ νπνίσλ δελ είλαη ε αθξηβήο αλαπαξάζηαζε ηνπ εκβξπτθνχ ΖΚΓ, αιιά ν επηηπρήο εληνπηζκφο ηνπ κεγίζηνπ R ζε θάζε θαξδηαθφ θχθιν ηνπ εκβξχνπ. ε κία ηέηνηα ζπζθεπή, ηεο νπνίαο ην ζρεκαηηθφ δηάγξακκα δείρλνπκε ζην σήμα 4.39, ηνπνζεηνχληαη ηξία ειεθηξφδηα, έλα ζηνλ ζψξαθα ηεο κεηέξαο (Ζ1), έλα ζε ζεκείν ηνπ δέξκαηνο ηεο κεηέξαο πνπ αληηζηνηρεί ζην άλσ ηκήκα (ππζκέλα) ηεο κήηξαο (Ζ2) θαη έλα ζε ζεκείν πνπ αληηζηνηρεί ζην θάησ κέξνο ηεο κήηξαο, δει. πξνο ηνλ ηξάρειν (Ζ3). Μία απαγσγή (Α) ιακβάλεηαη σο δηαθνξά δπλακηθνχ κεηαμχ ηνπ ειεθηξνδίνπ ηνπ ζψξαθα θαη ηνπ ππζκέλα ηεο κήηξαο θαη κία δεχηεξε απαγσγή (Β) σο δηαθνξά δπλακηθνχ κεηαμχ ησλ δχν ειεθηξνδίσλ πνπ αληηζηνηρνχλ ζε πεξηνρέο ηεο κήηξαο. Σν ειεθηξφδην πνπ ηνπνζεηείηαη ζε πεξηνρή πάλσ απφ ηνλ ππζκέλα ηεο κήηξαο είλαη θνηλφ θαη ζηηο δχν απαγσγέο. Απφ ηελ απαγσγή Α εμάγνπκε ην κεηξηθφ ΖΚΓ θαη απφ ηελ απαγσγή Β ην κεηξηθφ θαη ην εκβξπτθφ ΖΚΓ ηαπηφρξνλα. ην σήμα 4.40 δείρλεηαη ην ΖΚΓ απφ απεπζείαο κέηξεζε ηνπ εκβξπτθνχ ΖΚΓ απφ ηελ θεθαιή ηνπ εκβξχνπ (άλσ απαγσγέο) θαη ηαπηφρξνλεο θαηαγξαθέο απφ δεξκαηηθέο απαγσγέο απφ ην δέξκα ηεο κεηέξαο [13]-[15]. Σν ελδηαθέξνλ γηα ην εκβξπτθφ ΖΚΓ, φπσο πξναλαθέξζεθε, εζηηάδεηαη ζηε κέηξεζε ηνπ θαξδηαθνχ ξπζκνχ. Πξέπεη, ινηπφλ, λα απαιεηθζεί ην ζχκπινθν QRS ηνπ κεηξηθνχ ΖΚΓ απφ ην ζήκα ηεο απαγσγήο Β, ψζηε λα κελ ππάξρεη πεξίπησζε έλαο θαξδηνηαρνγξάθνο λα θαηακεηξήζεη επάξκαηα R απφ ην κεηξηθφ ΖΚΓ σο επάξκαηα R ηνπ εκβξπτθνχ ΖΚΓ. Γηα λα γίλεη απηφ εθηθηφ, φηαλ ην θχκα R ηνπ κεηξηθνχ ΖΚΓ, ην νπνίν απάγνπκε απφ ηελ απαγσγή Α, πεξάζεη κία νξηζκέλε ηηκή θαησθιηνχ, δηεγείξεηαη έλαο ζπγθξηηήο πνπ, κε ηε ζεηξά ηνπ, αλνίγεη έλαλ δηαθφπηε. Ο δηαθφπηεο απηφο, φηαλ είλαη θιεηζηφο, επηηξέπεη ηε δηέιεπζε ηνπ ζήκαηνο εμφδνπ ησλ πξνεληζρπηηθψλ βαζκίδσλ ηεο απαγσγήο Β πξνο ηελ ηειηθή εληζρπηηθή βαζκίδα ηεο απαγσγήο Β (σήμα 4.39). Όηαλ ν δηαθφπηεο αλνίμεη, κεδελίδεηαη ην ζήκα εηζφδνπ ζηνλ ηειηθφ εληζρπηή. Καη απηφλ ηνλ ηξφπν, ην ζήκα ζηελ έμνδν ηνπ ηειηθνχ εληζρπηή ζίγνπξα δελ πεξηέρεη ζχκπινθα QRS απφ ην κεηξηθφ ΖΚΓ. Σν ζήκα εμφδνπ ηνπ εληζρπηή κπνξεί πιένλ λα νδεγεζεί θαη ζε απεηθνληζηηθή δηάηαμε (θαηαγξαθηθφ ραξηηνχ, νζφλε), αιιά ζπρλφηεξα νδεγείηαη κφλν ζε θαξδηνηαρνγξάθν γηα ηε κέηξεζε ηνπ θαξδηαθνχ ξπζκνχ ηνπ εκβξχνπ. Φπζηθά, ππάξρεη ε πεξίπησζε, φηαλ ζπκπίπηεη ην κεηξηθφ θαη ην εκβξπτθφ ΖΚΓ, λα ραζνχλ θαη εκβξπτθά ζχκπινθα QRS, κε απνηέιεζκα ε έλδεημε ηνπ θαξδηνηαρνγξάθνπ λα κελ είλαη ζσζηή. χγρξνλα ζπζηήκαηα, ζηεξηδφκελα ζε κηθξνυπνινγηζηή, αλαγλσξίδνπλ ηελ έιιεηςε ηνπ εκβξπτθνχ ζήκαηνο θαη, αλ ε ρξνληθή πεξίνδνο, φπνπ ιείπεη ην εκβξπτθφ ΖΚΓ, έρεη κεγάιε πηζαλφηεηα λα πεξηείρε ζχκπινθν εκβξπτθνχ QRS, δηνξζψλνπλ θαηάιιεια ηε κέηξεζε ηνπ θαξδηνηαρνγξάθνπ. Φπζηθά, έηζη ππάξρεη πάληα ε πεξίπησζε λα κεηξεζεί έλαο εκβξπτθφο παικφο, ν νπνίνο δελ έιαβε πνηέ ρψξα. Ζ θπξηφηεξε ρξήζε ηνπ εκβξπτθνχ ΖΚΓ είλαη θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ ηνθεηνχ. Μία ζπζθεπή, ν θαξδηνηνθνγξάθνο, δίλεη ζηελ έμνδφ ηνπ δχν ςεθηαθέο ελδείμεηο: κία έλδεημε είλαη ε ζηηγκηαία θαξδηαθή ζπρλφηεηα ηνπ εκβξχνπ θαη ε άιιε έλδεημε είλαη αλάινγε κε ηελ έληαζε ησλ ζπζηνιψλ ηεο κήηξαο, ησλ ιεγφκελσλ σδηλψλ, θαηά ηελ εμψζεζε ηνπ εκβξχνπ. Τπφ θαλνληθέο ζπλζήθεο, πξέπεη ε ζηηγκηαία θαξδηαθή ζπρλφηεηα ηνπ εκβξχνπ λα κεηψλεηαη θαηά ηε δηάξθεηα ησλ σδηλψλ. ηελ πεξίπησζε πνπ θξηζεί αλαγθαίν, πξέπεη λα απαρζεί ην 94

96 εκβξπτθφ ΖΚΓ απεπζείαο απφ ην έκβξπν. Σφηε ρξεζηκνπνηνχληαη εηδηθά ειεθηξφδηα (σήμα 2.13), ηα νπνία αγγίδνπλ ηε δεξκαηηθή επηθάλεηα ηεο θεθαιήο ζπλήζσο ηνπ εκβξχνπ, κέζσ ηνπ ηξαρήινπ ηεο κήηξαο. σήμα 4.39 Γηάγξακκα εκβξπτθνύ ΖΚΓ. Πνιύ ζπρλά ιείπεη ε κνλάδα απεηθόληζεο θαη ην ΖΚΓ ζήκα νδεγείηαη κόλν ζε θαξδηνηαρνγξάθν. Σν θύθισκα ηνπ θαξδηνηαρνγξάθνπ κεηά ηνλ ηειηθό εληζρπηή ηεο απαγσγήο Β είλαη παξόκνην κε απηό πνπ δείρλνπκε ζην ρήκα σήμα 4.40 Γείρλνληαη δύν εηθόλεο ΖΚΓ ην νπνίν πεξηιάκβαλε απεπζείαο κέηξεζε ηνπ εκβξπτθνύ ΖΚΓ από ηελ θεθαιή ηνπ εκβξύνπ (άλσ απαγσγή θάζε εηθόλαο) θαη ηαπηόρξνλεο θαηαγξαθέο από δεξκαηηθέο απαγσγέο από ην δέξκα ηεο κεηέξαο (4 επόκελεο απαγσγέο θάζε εηθόλαο). Παξαηεξήζηε όηη θάζε 95

97 θαηαγξαθή έρεη ηα δηθά ηεο άλσ θαη θάησ όξηα. Σα ζήκαηα πξνέξρνληαη από ηε βάζε δεδνκέλσλ physionet (βι. αλαθνξά βηβηιηνγξαθίαο ππ. αξηζκό [15]. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Public Domain Dedication and License v1.0) θαη έρνπλ απεηθνληζηεί κέζσ ηνπ ειεπζέξσο δηαζέζηκνπ ινγηζκηθνύ απεηθόληζεο αξρείσλ ηύπνπ edf/edf+ Polyman ησλ Marco Roessen and Bob Kemp [ Βιβλιογπαθία 1. J. E. Hall, Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology. Philadelphia, PA: Saunders, P. Ramrakha and J. Hill, Oxford Handbook of Cardiology. Oxford, UK: Oxford University Press, E. B. Hanna, Cardiology Handbook for Clinicians. Arlington, VA: Scrub Hill Press, J. Malmivuo and R. Plonsey, Bioelectromagnetism: principles and applications of bioelectric and biomagnetic fields. Oxford, UK: Oxford University Press, M. Lingman, M. Hartford, T. Karlsson, J. Herlitz, A. Rubulis, K. Caidahl, and L. Bergfeldt, Transient repolarization alterations dominate the initial phase of an acute anterior infarction a vectorcardiography study, J. Electrocardiol., vol. 47, no. 4, pp , Jul.-Aug J. D. Bronzino, The Biomedical Engineering Handbook. Boca Raton, FL: CRC Press IEEE Press, J. G. Webster, Medical Instrumentation, Application and Design. New York, NY: John Wiley & Sons, V. Shusterman, S. I. Shah, A. Beigel, and K. P. Anderson, Enhancing the precision of ECG baseline correction: selective filtering and removal of residual error, Comput. Biomed. Res., vol. 33, no. 2, pp , Apr Y.-J. Min, H.-K. Kim, Y.-R. Kang, G.-S. Kim, J. Park, and S.-W. Kim, Design of waveletbased ECG detector for implantable cardiac pacemakers, IEEE Trans. Biomed. Circuits Syst., vol. 7, no. 4, pp , Aug B. Vuksanovic, and M. Alhamdi, ECG based system for arrhythmia detection and patient identification, In Proc. 35 th International Conference Information Technology Interfaces, 2013, pp O. Perlman, A. Katz, N. Weissman, G. Amit, and Y. Zigel, Atrial Electrical Activity Detection Using Linear Combination of 12-Lead ECG Signals, IEEE Tr. Biomed. Eng., vol. 61, no. 4, pp , April V. Maarek, C. Lamberti, J. de Bie, F. Rangoni, and G. Pirini, Intensive care unit alarm repeater and ECG viewer on a WiFi-enabled personal digital assistant, In Proc. Computers in Cardiology Conference, 2004, pp A. Matonia, J. Jezewski, T. Kupka, K. Horoba, J. Wrobel, and A. Gacek, The influence of coincidence of fetal and maternal QRS complexes on fetal heart rate reliability, Med. Biol. Eng. Comput., vol. 44, no. 5, pp , May J. Jezewski, A. Matonia, T. Kupka, D. Roj, and R. Czabanski, Determination of the fetal heart rate from abdominal signals: evaluation of beat-to-beat accuracy in relation to the direct fetal electrocardiogram, Biomed. Techn., vol. 57, no. 5, pp , Oct A. L. Goldberger, L. A. N. Amaral, L. Glass, J. M. Hausdorff, P. Ch. Ivanov, R. G. Mark, J. E. Mietus, G. B. Moody, C. K. Peng, and H. E. Stanley, Physiobank, 96

98 physiotoolkit, and physionet: Components of a new research resource for complex physiologic signals, Circulation, vol. 101, no. 23, pp. e215 e220, Jun

99 5. ΖΛΔΚΣΡΟΔΓΚΔΦΑΛΟΓΡΑΦΗΚΔ ΓΗΑΣΑΞΔΗ ύνοτη ην παξόλ θεθάιαην αλαιύεηαη ε ιεηηνπξγία ηνπ ΖΔΓ. Παξνπζηάδνληαη δηεζλώο απνδεθηά πξόηππα γηα ηελ επηινγή ησλ ζέζεσλ ησλ ειεθηξνδίσλ ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα ηνπ θεθαιηνύ. Πεξηγξάθνληαη νη ξπζκνί ηνπ ειεθηξνεγθεθαινγξαθήκαηνο. Γίλνληαη νη βαζηθέο δηαηάμεηο ελίζρπζεο θαη θηιηξαξίζκαηνο ηνπ ζήκαηνο ζηνλ ΖΔΓ. Πεξηγξάθεηαη ην Πξνθιεηό Γπλακηθό (ΠΓ) (evoked potential EP) ηνπ εγθεθάινπ θαη νη εηδηθέο απαηηήζεηο πνπ επηβάιιεη ζηνλ ΖΔΓ ε θαηαγξαθή ηνπ. Παξνπζηάδνληαη πξσηνπνξηαθέο, κε επεκβαηηθέο ηερληθέο θαηαγξαθήο ειεθηξηθώλ βηνζεκάησλ, κε έκθαζε ζε ειεθηξνεγθεθαινγξαθηθά ζήκαηα, γηα ηελ παξαγσγή εηθόλσλ ηεο ειεθηξηθήο ιεηηνπξγίαο ηζηώλ ηνπ ζώκαηνο. Αλαιύεηαη ην ζεσξεηηθό θπζηθνκαζεκαηηθό ππόβαζξν ησλ ηερληθώλ (επίιπζε αληηζηξόθνπ βηνειεθηξνκαγλεηηθνύ πξνβιήκαηνο) θαη παξνπζηάδνληαη εθαξκνγέο ζε ζύγρξνλα ζπζηήκαηα ηνκνγξαθηθήο απεηθόληζεο ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ εγθεθάινπ. Πποαπαιηούμενη γνώζη Γηα ηελ θαηαλόεζε όζσλ αλαπηύζζνληαη ζην θεθάιαην απηό, είλαη απαξαίηεηεο βαζηθέο γλώζεηο ζεσξίαο ειεθηξνκαγλεηηζκνύ θαζώο θαη ζηνηρεία από ηα Κεθάιαηα 2 «Ζιεθηξόδηα απαγσγήο βηνειεθηξηθώλ ζεκάησλ» θαη 3 «Βηνεληζρπηέο». 5.1 ΔΗΑΓΩΓΖ Ζ ειεθηξνεγθεθαινγξαθία έρεη αληηθείκελν ηελ θαηαγξαθή θαη ηε ζπλαθφινπζε κειέηε ηεο ειεθηξηθήο δξαζηεξηφηεηαο ηνπ αλζξψπηλνπ εγθεθάινπ [1]. Ο εγθέθαινο, επξηζθφκελνο εληφο ηνπ θξαλίνπ ηεο θεθαιήο (σήμα 5.1), απνηειείηαη απφ δηάθνξα ηκήκαηα, ηνλ ηειηθφ, δηάκεζν, κέζν, νπίζζην θαη έζραην εγθέθαιν. Καζέλα απφ απηά ηα ηκήκαηα απαξηίδεηαη απφ δηάθνξεο δνκέο, π.ρ. ζηνλ ηειηθφ εγθέθαιν, πνπ απνηειεί θαη ην κεγαιχηεξν κέξνο ηνπ αλζξψπηλνπ εγθεθάινπ, ππάξρνπλ ηα δχν εκηζθαίξηα θαη ζε θαζέλα απφ απηά ππάξρεη ν κεησπηαίνο, ν βξεγκαηηθφο, ν ηληαθφο θαη ν θξνηαθηθφο ινβφο (σήμα 5.2), ζηνλ δηάκεζν εγθέθαιν ππάξρεη ε δνκή πνπ νλνκάδεηαη ζάιακνο (ε νπνία ειέγρεη ηε ξνή πιεξνθνξηψλ απφ ηνλ εμσηεξηθφ θφζκν πξνο ηνλ ηειηθφ εγθέθαιν), ζηνλ νπίζζην εγθέθαιν ε παξεγθεθαιίδα θ.ά. 98

100 σήμα 5.1 Δηθόλα καγλεηηθήο ηνκνγξαθίαο θεθαιηνύ. (Ranveig. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά Παξόκνηα Γηαλνκή, CC BY-SA 3.0). Σα ειεθηξηθά θαηλφκελα εκθαλίδνληαη απφ ηε ιεηηνπξγία ησλ ειεθηξηθά δηεγέξζηκσλ θπηηάξσλ πνπ είλαη νη λεπξψλεο ηνπ εγθεθάινπ, φπσο αλαιχζεθε ζην Κεθάιαην 1. Σν ηεξάζηην πιήζνο (ηεο ηάμεο ησλ δηζεθαηνκκπξίσλ) θαη νη αιιεινζπλδέζεηο κεηαμχ ησλ λεπξψλσλ κέζσ ησλ λεπξαμφλσλ ηνπο (πνπ νλνκάδνληαη θαη λεπξηθέο ίλεο, βι. σήμα 5.3) δεκηνπξγνχλ έλα δίθηπν, πνπ φκνηφ ηνπ δελ πθίζηαηαη ζε άιινπο δσληαλνχο νξγαληζκνχο. Ζ ηαπηφρξνλε ιεηηνπξγία ησλ λεπξψλσλ πηζηεχεηαη φηη απνηειεί ηε βάζε φισλ ησλ λνεηηθψλ ιεηηνπξγηψλ, ησλ ζπλαηζζεκάησλ, ηεο κλήκεο θ.ιπ. Δλψ ε «ηαρχηεηα» απφθξηζεο θάζε λεπξψλα, δει. ν ρξφλνο πνπ κεζνιαβεί κεηαμχ δχν δηαδνρηθψλ δπλακηθψλ δξάζεο ζε θπζηνινγηθέο ζπλζήθεο (ηεο ηάμεο ησλ ιίγσλ δεθάδσλ ms), δελ είλαη ηδηαίηεξα πςειή, αλ ζπγθξηζεί κε ηελ ηαρχηεηα εθηέιεζεο ζηνηρεησδψλ πξάμεσλ ζηνπο ζχγρξνλνπο Ζ/Τ, ε καδηθά παξάιιειε επεμεξγαζηηθή δνκή ηνπ εγθεθάινπ πηζηεχεηαη φηη δίλεη ηελ εθπιεθηηθή ηθαλφηεηα λνεκνζχλεο πνπ έρεη ν άλζξσπνο. Δίλαη, δε, ηέηνηα ε πνιππινθφηεηα ησλ κεραληζκψλ, πνπ ε έσο ηψξα κειέηε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ εγθεθάινπ έρεη απαληήζεη ζε κάιινλ πνιχ κηθξφ αξηζκφ απφ ηα εξσηήκαηα πνπ ππάξρνπλ. Ζ ειεθηξνεγθεθαινγξαθία έθαλε ηα πξψηα βήκαηά ηεο πξνο ην ηέινο ηνπ 19 νπ αηψλα, αθνχ είρε δηαπηζησζεί ήδε απφ ηα κέζα ηνπ 19 νπ αηψλα φηη ηα πεξηθεξεηαθά λεπξηθά 99

101 θχηηαξα (λεχξα), φηαλ δξαζηεξηνπνηνχληαη, δεκηνπξγνχληαη αληρλεχζηκεο κεηαβνιέο ηνπ ειεθηξηθνχ δπλακηθνχ. Τπήξραλ ελδείμεηο φηη εμσηεξηθνί εξεζηζκνί νδεγνχλ ζε ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα ζηνλ εγθέθαιν θνπλειηψλ θαη πηζήθσλ. Όκσο, ε αλζξψπηλε ειεθηξνεγθεθαινγξαθία ζεσξείηαη φηη μεθίλεζε κε ηηο κειέηεο ηνπ Hans Berger πνπ δεκνζηεχζεθαλ ην Ζ ζπζθεπή πνπ ρξεζηκνπνίεζε γηα λα θάλεη ηηο κεηξήζεηο ηνπ κπνξεί λα ζεσξεζεί ν πξψηνο ειεθηξνεγθεθαινγξάθνο θαη νη θαηαγξαθέο ηνπ ηα πξψηα ειεθηξνεγθεθαινγξαθήκαηα. εκεηψλεηαη φηη ζηα επφκελα ζα ρξεζηκνπνηνχκε ην ίδην αξθηηθφιεμν (ΖΔΓ) ηφζν γηα ηε ζπζθεπή (ειεθηξνεγθεθαινγξάθνο), φζν θαη γηα ηηο θαηαγξαθέο ηεο ζπζθεπήο (ειεθηξνεγθεθαινγξαθήκαηα). Σν πνηνο φξνο ζα αληηζηνηρεί ζηα αξρηθά ζα είλαη πξνθαλέο απφ ην θείκελν. σήμα 5.2 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ησλ ινβώλ ηνπ θινηνύ ηνπ εγθεθάινπ (θίηξηλν: κεησπηαίνο, θόθθηλν: βξεγκαηηθόο, κπιε: ηληαθόο, πξάζηλν: θξνηαθηθόο) θαη ηεο παξεγθεθαιίδαο (κσβ). (NEUROtiker. [ _Lobi_%2B_Stammhirn_%2B_Cerebellum_eng.svg]. Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0, CC BY-SA 3.0). ην ζεκείν απηφ πξέπεη λα ζεκεηψζνπκε φηη, ελψ ε δνκή θαη ε ιεηηνπξγία ησλ λεπξψλσλ πεξηγξάθηεθε ζην Κεθάιαην 1, ε κεκνλσκέλε ιεηηνπξγία ελφο λεπξψλα ή θαη κηαο κηθξήο νκάδαο λεπξψλσλ δχζθνια κπνξεί λα εμεγήζεη αθφκε θαη ηηο ζηνηρεησδέζηεξεο ιεηηνπξγίεο ηνπ εγθεθάινπ. Ζ καθξνζθνπηθή ρσξνρξνληθή άζξνηζε ηνπ ζπλφινπ ησλ αιιειεπηδξάζεσλ κεηαμχ ησλ πνιιψλ νκάδσλ λεπξψλσλ είλαη απηή πνπ νδεγεί ζηελ εγθεθαιηθή ιεηηνπξγία ηνπ πγηνχο αλζξψπνπ. Απηήλ ηε ρσξνρξνληθή άζξνηζε θαη ηελ εμέιημή ηεο, ε ειεθηξνεγθεθαινγξαθία κφλν κεξηθψο κπνξεί λα καο ηε δηαιεπθάλεη κηα πνπ, εθ ησλ πξαγκάησλ, νη δηαηάμεηο κέηξεζεο, μεθηλψληαο απφ ηα ειεθηξφδηα θαηαγξαθήο, κπνξνχλ κφλν ζε κεξηθά ζεκεία λα παξαηεξήζνπλ ηα θαηλφκελα θαη ζπλήζσο νχηε θαλ ζηελ πεγή ηνπο, αιιά ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα ηνπ θεθαιηνχ. 100

102 σήμα 5.3 Γίθηπν λεπξηθώλ ηλώλ εγθεθάινπ, όπσο απεηθνλίδεηαη κε ρξήζε ηερληθήο απεηθόληζεο ηαλπζηή δηάρπζεο (diffusion tensor imaging - DTI). (Thomas Schultz. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0, CC BY-SA 3.0). 5.2 ΚΑΣΑΓΡΑΦΔ ΖΛΔΚΣΡΟΔΓΚΔΦΑΛΟΓΡΑΦΖΜΑΣΟ Ζ ζπληξηπηηθή πιεηνλφηεηα θαηαγξαθψλ ΖΔΓ γίλεηαη κε ηελ ηνπνζέηεζε ειεθηξνδίσλ ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα ηνπ θεθαιηνχ. Γηα λα θαηαλνήζνπκε ηε κνξθή πνπ έρεη ην ΖΔΓ, ην νπνίν θαηαγξάθεηαη φηαλ ηα απαγσγά ειεθηξφδηα είλαη ηνπνζεηεκέλα ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα ηνπ θεθαιηνχ, πξέπεη λα κειεηήζνπκε ηα ειεθηξηθά θαηλφκελα πνπ ζρεηίδνληαη κε ηε ιεηηνπξγία ηνπ θάζε λεπξψλα, φπσο απηά αλαθέξζεθαλ ζρεηηθά ιεπηνκεξψο ζην Kεθάιαην 1. Ζ θχξηα ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα ελφο λεπξψλα είλαη ε εκθάληζε ηνπ δπλακηθνχ δξάζεο (σήμα 1.5). Όπσο είρακε αλαθέξεη, ε δηάδνζε ηνπ δπλακηθνχ δξάζεο, ε δεκηνπξγία, δειαδή, λεπξηθήο ψζεο ζηα λεπξηθά θχηηαξα, μεθηλά απφ ηελ αξρή ηνπ άμνλα θαη δηαδίδεηαη σο ηνπο ηεξκαηηζκνχο ηνπ άμνλα ζηηο πξνζπλαπηηθέο κεκβξάλεο ησλ ζπλάςεσλ. Θα ήηαλ αλακελφκελν ην ΖΔΓ πνπ θαηαγξάθνπκε ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα ηνπ θεθαιηνχ λα είλαη παξάγσγν ηεο ηνληηθήο ξνήο πνπ δεκηνπξγείηαη απφ ηελ είζνδν θαη έμνδν ηφλησλ απφ θαη πξνο ην εζσηεξηθφ ηνπ άμνλα (σήμα 1.6). Γηα λα έρνπκε θαηαγξαθή δπλακηθνχ ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα, ιφγσ θαη ηεο κεγάιεο εμαζζέληζεο πνπ πξνθαιεί ην αλζξψπηλν θξαλίν ζηηο ξεπκαηηθέο ξνέο, ζα ρξεηαδφηαλ λα έρνπκε ηαπηφρξνλε ελεξγνπνίεζε κεγάινπ αξηζκνχ λεπξψλσλ. Απηή φλησο ππάξρεη ζπλήζσο, κηα πνπ νη λεπξψλεο αλήθνπλ ζε ζρεκαηηζκνχο, νη νπνίνη ζε κεγάιν βαζκφ ελεξγνπνηνχληαη, δει. παξάγνπλ ηαπηνρξφλσο δπλακηθά δξάζεο. 101

103 Όκσο, ην ΖΔΓ πνπ θαηαγξάθνπκε απφ ην δέξκα ηεο θεθαιήο δελ αληαλαθιά απηά ηα δπλακηθά δξάζεο. Ο ιφγνο είλαη φηη, ηηο πεξηζζφηεξεο θνξέο, νη άμνλεο θάζε λεπξψλα δηαθιαδίδνληαη ζε πνιιά ηκήκαηα πνπ νδεχνπλ ζε πνιιέο θαηεπζχλζεηο. Σν απνηέιεζκα είλαη φηη, αλ βξηζθφκαζηε ζε θάπνηα απφζηαζε απφ ηνλ άμνλα, αθφκε θαη αλ πνιινί άμνλεο μεθηλνχλ απφ κηα θαιά ζπγθεληξσκέλε νκάδα λεπξψλσλ θαη δηεγείξνληαη ηαπηνρξφλσο, νη ηνληηθέο ξνέο θαηά κήθνο ησλ αμφλσλ, κε ηηο πνιιαπιέο «θνξέο» ηνπο αιιειναλαηξνχληαη θαη έηζη δελ πξνθχπηεη κεηξήζηκν ζπλνιηθφ ξεχκα. Ο κφλνο ηξφπνο γηα λα κεηξήζνπκε απηή ηελ ηνληηθή δξαζηεξηφηεηα είλαη λα πιεζηάζνπκε κε ελδντζηηθά κηθξνειεθηξφδηα ζηελ πεξηνρή ησλ αμφλσλ, φκσο δελ ιακβάλνπλ ρψξα ηέηνηνπ είδνπο κεηξήζεηο ζηελ θιηληθή πξαθηηθή. Οη ηνληηθέο ξνέο πνπ ζρεηίδνληαη κε ηελ ελεξγνπνίεζε ησλ λεπξψλσλ θαη κπνξνχλ θαη λα αζξνίδνληαη, ψζηε λα νδεγνχλ ζε καθξνζθνπηθψο κεηξήζηκεο δηαθνξέο δπλακηθνχ, είλαη απηέο πνπ ζρεηίδνληαη κε ηηο ηνληηθέο ξνέο πνπ πξνθχπηνπλ ζηνλ κεηαζπλαπηηθφ λεπξψλα κηαο ζχλαςεο. Όπσο είρακε αλαθέξεη θαη ζην Κεθάιαην 1, αλάινγα κε ην πξφζεκν ησλ ηφλησλ πνπ ζα εηζέιζνπλ ζηε κεηαζπλαπηηθή κεκβξάλε, ζα δεκηνπξγεζνχλ κεηαζπλαπηηθά δπλακηθά είηε δηέγεξζεο (ΜΓΓ) είηε αλαζηνιήο (ΜΓΑ). Αο εμεηάζνπκε ηελ πεξίπησζε ησλ ΜΓΓ (σήμα 1.8). Ζ είζνδνο ζεηηθψλ ηφλησλ εληφο ηεο κεηαζπλαπηηθήο κεκβξάλεο ζα νδεγήζεη ζε κεηαβνιή ηεο δηαθνξάο δπλακηθνχ, ηνπηθά ζηε κεηαζπλαπηηθή κεκβξάλε, απφ ηα πεξίπνπ -70 κv εληφο ηνπ θπηηάξνπ ζε ζρέζε κε ηνλ εμσθπηηαξηθφ ρψξν, ζε κηα ειαθξψο ζεηηθφηεξε ηηκή, π.ρ. -60 κv. Πνιχ ζπλεζηζκέλνη λεπξψλεο, ηδίσο ζηα αλψηεξα ζηξψκαηα ηνπ εγθεθάινπ, είλαη νη ιεγφκελνη ππξακηδηθνί λεπξψλεο. Απηνί έρνπλ ππξήλα (ζψκα) κε ζρήκα ππξακίδαο. ηε βάζε ηεο «ππξακίδαο» μεθηλά ν άμνλαο θαη ζηελ θνξπθή ηεο «ππξακίδαο» θαηαιήγεη, ζαλ θνξκφο δέληξνπ, έλαο θεληξηθφο δελδξίηεο, ν νπνίνο ζηελ θνξπθή ηνπ δηαθιαδίδεηαη ζε πνιινχο δελδξίηεο. ηνλ θπξίσο θνξκφ ηνπ θεληξηθνχ δελδξίηε θαη ζην ζψκα, φηαλ εθεί δελ ππάξρνπλ ζπλάςεηο ελεξγνπνηεκέλεο, ε δηαθνξά δπλακηθνχ εληφο ηνπ θπηηάξνπ ζε ζρέζε κε ηνλ εμσθπηηαξηθφ ρψξν βξίζθεηαη ζηελ θαηάζηαζε εξεκίαο δει. έρεη ηηκή πεξίπνπ -70 κv. Άξα, αλ παξαηεξήζνπκε ηνλ εμσθπηηαξηθφ ρψξν θνληά ζην ζψκα θαη ηνλ εμσθπηηαξηθφ ρψξν θνληά ζηε δηεγεξκέλε ζχλαςε, παξαηεξνχκε φηη ππάξρεη πεξηζζφηεξν αξλεηηθφ θνξηίν ζηελ εμσθπηηαξηθή πεξηνρή ηεο ζχλαςεο απφ φ,ηη ζηελ εμσθπηηαξηθή πεξηνρή ηνπ ζψκαηνο. Απηή ε ειαθξά αληζζνξνπία ζα νδεγήζεη ζε ξνή αξλεηηθψλ ηφλησλ απφ ηελ εμσθπηηαξηθή πεξηνρή ηεο ζχλαςεο πξνο ηελ εμσθπηηαξηθή πεξηνρή ηνπ ζψκαηνο θαη ζε ξνή ζεηηθψλ ηφλησλ απφ ηελ εμσθπηηαξηθή πεξηνρή ηνπ ζψκαηνο πξνο ηελ εμσθπηηαξηθή πεξηνρή ηεο ζχλαςεο. Απηή ε ξνή ηζνδπλακεί κε ηελ χπαξμε ελφο ζηνηρεηψδνπο θαη αζζελέζηαηνπ ειεθηξηθνχ δηπφινπ, κε ηνλ ζεηηθφ πφιν ζηελ εμσθπηηαξηθή πεξηνρή ηεο ζχλαςεο θαη ηνλ αξλεηηθφ ζηελ εμσθπηηαξηθή πεξηνρή ηνπ ζψκαηνο. Απηφ ην δίπνιν απνηειεί κηα πεγή ηνληηθήο ξνήο αληίζηνηρεο (αλ θαη εμαηξεηηθά αζζελέζηεξεο) κε απηήλ πνπ κειεηήζακε ζηελ ειεθηξνθαξδηνγξαθία (Κεθάιαην 4) γηα ην θαξδηαθφ άλπζκα. Αλ ν λεπξψλαο δηεγεξζεί ζε πνιιέο φκνηεο ζπλάςεηο ηνπ ηαπηφρξνλα, απφ ηνλ ίδην ή πεξηζζφηεξνπο λεπξψλεο, ην παξαπάλσ θαηλφκελν αζξνίδεηαη θαη ην δίπνιν πνπ πεξηγξάθεθε παξαπάλσ γίλεηαη ηζρπξφηεξν. Οη ππξακηδηθνί λεπξψλεο βξίζθνληαη ζε νκάδεο ζηνλ εγθέθαιν, κε κηα παξάιιειε δηάηαμε πνπ ζπκίδεη πνιχ ςειά δέληξα ζε έλα ππθλφ δάζνο. Αλ, ινηπφλ, φινη νη λεπξψλεο ηεο νκάδαο δερζνχλ δηέγεξζε ζηηο ζπλάςεηο ηνπο πεξίπνπ ηαπηφρξνλα, φπσο ζπκβαίλεη ζπλήζσο, ηα δίπνια θάζε λεπξψλα αζξνίδνληαη κεηαμχ ηνπο θαη νδεγνχλ ηειηθά ζε έλα ηζρπξφ δίπνιν ην νπνίν νδεγεί ζε ηνληηθέο ξνέο ηέηνηεο, πνπ λα κπνξνχλ λα θηάζνπλ έσο θαη ηε δεξκαηηθή επηθάλεηα ηνπ θεθαιηνχ. Σα δε δπλακηθά πνπ ζα θαηαγξάςνπκε ζα έρνπλ κνξθνινγηθή νκνηφηεηα κε ην ΜΓΓ πνπ δείρλνπκε ζην σήμα 1.8. Αο γπξίζνπκε, φκσο, πάιη ζηνλ έλα κεκνλσκέλν λεπξψλα πνπ κειεηνχζακε παξαπάλσ. ην εζσηεξηθφ ηνπ θπηηάξνπ, ζηνπο δχν ρψξνπο (ζχλαςε θαη ζψκα), ππάξρεη αληίζηξνθεο πνιηθφηεηαο αληζζνξνπία απφ απηή πνπ ππάξρεη ζηνλ εμσθπηηαξηθφ ρψξν, ε νπνία ζα νδεγήζεη ζε αληηζηξφθνπ πνιηθφηεηαο ελδνθπηηαξηθέο ξνέο ηφλησλ. ηνλ ρψξν ηνπ ζψκαηνο δελ ππάξρεη ξνή δηακέζνπ ηεο κεκβξάλεο. Σν ηειηθφ απνηέιεζκα ησλ ηνληηθψλ ξνψλ πνπ πεξηγξάςακε παξαπάλσ ζα νδεγήζεη ζε κηα ειαθξά κεηαβνιή ηεο δηαθνξάο δπλακηθνχ ζηε κεκβξάλε ηνπ ζψκαηνο απφ ηα πεξίπνπ -70 κv εληφο ηνπ θπηηάξνπ ζε ζρέζε κε ηνλ εμσθπηηαξηθφ ρψξν, ζε κηα ειαθξψο ζεηηθφηεξε ηηκή, π.ρ. -68 κv. Ζ ηαπηφρξνλε, φκσο, δηέγεξζε πνιιψλ ζπλάςεσλ κπνξεί λα νδεγήζεη ζε αζξνηδφκελεο απμήζεηο ηεο δηαθνξάο 102

104 δπλακηθνχ ζηε κεκβξάλε ηνπ ζψκαηνο, έσο φηνπ απηή λα θηάζεη ηελ ηηκή θαησθιηνχ ηνπ λεπξψλα (πεξίπνπ -40 κv), νπφηε θαη ζα εθθηλήζεη ε δεκηνπξγία δπλακηθνχ δξάζεο. Μάιηζηα, απηφ ζα ζπκβεί ζπλήζσο ζρεδφλ ηαπηφρξνλα γηα φινπο ηνπο λεπξψλεο ηεο δηεγεηξφκελεο νκάδαο. Έηζη ινηπφλ, απηφ πνπ κε ην ΖΔΓ θαηαγξάθνπκε δελ είλαη ηα δπλακηθά δξάζεο ηεο δηεγεηξφκελεο νκάδαο, αιιά ην ζπλνιηθφ κεηαζπλαπηηθφ δπλακηθφ, φπσο απηφ θαηαιήγεη εμαζζελεκέλν ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα. Βέβαηα, αλ ε «πξνζπλαπηηθή» νκάδα λεπξψλσλ πνπ παξήγαγε ηηο αξρηθέο δηεγέξζεηο ζηηο ζπλάςεηο είρε λεπξψλεο πνπ «εθππξζνθξνηνχζαλ» (δει. παξήγαγαλ δπλακηθά δξάζεο) ξπζκηθά κε κηα ζπρλφηεηα Α Hz, ηα κεηαζπλαπηηθά δπλακηθά ζα είραλ κηα «θπκαηνεηδή» επαλαιεςηκφηεηα (σήμα 5.4) ίδηαο πεξίπνπ ζπρλφηεηαο θαη νη λεπξψλεο ηεο «κεηαζπλαπηηθήο» νκάδαο πηζαλφηαηα λα «παξαζχξνληαλ» απφ ηνπο λεπξψλεο πνπ ηνπο δηέγεηξαλ θαη, κε ηε ζεηξά ηνπο, λα εθππξζνθξνηνχζαλ πάιη κε ηελ ίδηα πεξίπνπ ζπρλφηεηα Α Hz. Άξα, ηα δπλακηθά πνπ θαηαγξάθνπκε δεξκαηηθά κε ην ΖΔΓ, ελψ δείρλνπλ κεηαζπλαπηηθέο δηεγέξζεηο, νπζηαζηηθά αληηπξνζσπεχνπλ ηελ «ππνθείκελε» ζπρλφηεηα παξαγσγήο δπλακηθψλ δξάζεο λεπξσληθψλ νκάδσλ, αθφκε θαη αλ ηα ίδηα ηα δπλακηθά δξάζεο δελ θηάλνπλ λα θαηαγξαθνχλ ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα, γηα ηνπο ιφγνπο πνπ εμεγήζακε παξαπάλσ. ην ζεκείν απηφ, πξέπεη λα ζεκεηψζνπκε φηη ππάξρεη ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα ζηνλ εγθέθαιν, δει. κεηαζπλαπηηθά δπλακηθά, ηα νπνία δελ θαηαγξάθνληαη, δηφηη είηε ην ζρήκα θάζε λεπξψλα είηε ε δνκή ησλ νκάδσλ ησλ λεπξψλσλ πνπ δέρνληαη δηέγεξζε, δελ κπνξνχλ λα νδεγήζνπλ ζε γεσκεηξηθή άζξνηζε ησλ ζηνηρεησδψλ δηπφισλ ηνπ θάζε λεπξψλα. σήμα 5.4 Καηαγξαθή ΖΔΓ 14 θαλαιηώλ. Οη θαηαθόξπθεο κπιε γξακκέο απέρνπλ 1 sec. (Bemoeial.[ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά Παξόκνηα Γηαλνκή, CC BY-SA 3.0). Παξαηεξψληαο ην ΖΔΓ ζην σήμα 5.4, βιέπνπκε φηη ζε αξθεηέο απαγσγέο (δει. θαηαγξαθέο δηαθνξάο δπλακηθνχ κεηαμχ δχν ειεθηξνδίσλ ηνπνζεηεκέλσλ ζην δέξκα) ππάξρεη κηα θπκαηνεηδήο δξαζηεξηφηεηα κε παξφκνηα ζπρλφηεηα. Μάιηζηα, δηα γπκλνχ νθζαικνχ κε βάζε ηελ θιίκαθα ρξφλσλ ηεο θαηαγξαθήο θαίλεηαη φηη ηα θχκαηα έρνπλ κηα 103

105 πεξίνδν πεξίπνπ 0,5 s, δει. ζπρλφηεηα πεξίπνπ 2 Hz, γεγνλφο πνπ είλαη επθξηλέο θπξίσο ζηελ 7 ε έσο θαη ηελ 10 ε (μεθηλψληαο απφ πάλσ) απαγσγή. Ζ χπαξμε ξπζκηθψλ νκαιά επαλαιακβαλφκελσλ «εκηηνλνεηδψλ» θπκάησλ πνπ έρνπλ πεξίπνπ ζηαζεξή πεξίνδν (άξα θαη ζπρλφηεηα) απνηέιεζε έλα απφ ηα πξψηα επξήκαηα ζηε κειέηε ηνπ ΖΔΓ [2]. Ζ βαζηθή ζπρλφηεηα (αξκνληθή) ησλ θπκάησλ θαζνξίδεη ηνλ «ξπζκφ» ηνπ ΖΔΓ ζηνλ νπνίν αλήθεη ην ζήκα κηαο απαγσγήο. Ο ξπζκφο «άιθα» (σήμα 5.5.α) πήξε ηελ νλνκαζία ηνπ δηφηη ήηαλ ν πξψηνο ξπζκφο πνπ κειεηήζεθε απφ ηνλ Hans Berger θαη απνηειεί ηνλ ζπρλφηεξα εκθαληδφκελν ξπζκφ ζε πγηείο αλζξψπνπο, φηαλ έρνπλ θιεηζηά ηα κάηηα θαη είλαη ραιαξνί. Άλνηγκα ησλ καηηψλ νδεγεί ζε κείσζε ηνπ ξπζκνχ άιθα. Ο ξπζκφο άιθα πεξηιακβάλεη θχκαηα ησλ νπνίσλ ε βαζηθή αξκνληθή είλαη ζηε δψλε 8-13 Hz θαη ην πιάηνο ησλ ζεκάησλ δελ ππεξβαίλεη ζπλήζσο ηα 30 κv. O ξπζκφο «βήηα» (σήμα 5.5.β), πνπ πήξε απηφ ην φλνκα δηφηη ήηαλ ν δεχηεξνο ξπζκφο πνπ κειεηήζεθε, πεξηιακβάλεη θχκαηα ησλ νπνίσλ ε βαζηθή αξκνληθή είλαη ζηε δψλε Hz θαη ην πιάηνο ησλ ζεκάησλ επίζεο δελ ππεξβαίλεη ζπλήζσο ηα 30 κv. Δκθαλίδεηαη ζηνλ πγηή άλζξσπν σο ν θχξηνο ξπζκφο φηαλ είλαη ζε εγξήγνξζε θαη αλνίμεη ηα κάηηα. Ο ξπζκφο «δέιηα» (σήμα 5.5.γ) πεξηιακβάλεη θχκαηα ησλ νπνίσλ ε βαζηθή αξκνληθή είλαη ζηε δψλε 0,5-4 Hz θαη ην πιάηνο ησλ ζεκάησλ κπνξεί λα θηάζεη ηηο κεξηθέο εθαηνληάδεο κv. Δκθαλίδεηαη ζηνλ πγηή άλζξσπν ζε ζπγθεθξηκέλεο θάζεηο ηνπ χπλνπ (βι. παξαθάησ), αιιά απνηειεί θαη ηνλ θχξην ξπζκφ έσο ην δεχηεξν έηνο ηεο ειηθίαο. Σέινο, ζηνπο ζπλεζέζηεξα απαληνχκελνπο ξπζκνχο αλήθεη θαη ν «ζήηα» (σήμα 5.5.δ) πνπ πεξηιακβάλεη θχκαηα ησλ νπνίσλ ε βαζηθή αξκνληθή είλαη ζηε δψλε 4-8 Hz θαη ην πιάηνο ησλ ζεκάησλ κπνξεί λα θηάζεη ηα 100 κv. Πξέπεη λα ηνληζηεί φηη ν δηαρσξηζκφο ησλ δσλψλ ζπρλνηήησλ θάζε ξπζκνχ δελ είλαη απφιπηνο, αιιά πξνζεγγηζηηθφο, θαζφζνλ δελ ππάξρνπλ ζαθή φξηα ζπρλνηήησλ πνπ λα αληαπνθξίλνληαη ζε νπζηαζηηθέο ιεηηνπξγηθέο δηαθνξνπνηήζεηο ζηα φξηα ησλ δσλψλ. 104

106 σήμα 5.5 Καηαγξαθέο ΖΔΓ, όπνπ θπξηαξρεί έλαο ζπγθεθξηκέλνο ξπζκόο. Ζ δηάξθεηα θάζε θαηαγξαθήο δίλεηαη ζην άμνλα Υ ζε s: (α) ξπζκόο άιθα (Hugo Gamboa. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά Παξόκνηα Γηαλνκή, CC BY-SA 3.0), (β) ξπζκόο βήηα (Hugo Gamboa. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά Παξόκνηα Γηαλνκή, CC BY-SA 3.0), (γ) ξπζκόο δέιηα (Hugo Gamboa. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά Παξόκνηα Γηαλνκή, CC BY-SA 3.0), (δ) ξπζκόο ζ (Hugo Gamboa. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά Παξόκνηα Γηαλνκή, CC BY-SA 3.0). Όπσο είδακε θαη ηελ πεξίπησζε ηνπ ΖΚΓ, ε ηνπνζέηεζε ησλ ειεθηξνδίσλ ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα ηνπ θεθαιηνχ ζηελ πεξίπησζε ηνπ ΖΔΓ, γίλεηαη κε -θαηά ην δπλαηφλζπζηεκαηηθφ ηξφπν, ψζηε λα είλαη γλσζηή ε θαηά πξνζέγγηζε ζέζε, φπνπ είρε ηνπνζεηεζεί θάζε ειεθηξφδην, αζρέησο ζε πνην εξγαζηήξην είρε γίλεη ε κέηξεζε. Σν πην ζπλεζηζκέλν ζχζηεκα «πξφηππεο» ηνπνζέηεζεο ειεθηξνδίσλ ζηελ ειεθηξνεγθεθαινγξαθία είλαη ην ιεγφκελν πξφηππν ζχζηεκα ηνπνζέηεζεο «10-20» (σήμα 5.6). Ζ νλνκαζία πξνέξρεηαη απφ ην γεγνλφο φηη ε ηνπνζέηεζε γίλεηαη κε ηνλ εμήο ηξφπν: κεηξάηαη ε απφζηαζε, έζησ Μ-Η απφ ηελ θνξπθή ηεο κχηεο έσο ην ηλίν (νπίζζηα «βάζε» ηεο θεθαιήο) θαη δηαηξείηαη ζε δέθαηα. Παξνκνίσο κεηξάηαη ε απφζηαζε αλάκεζα ζηηο καζηνεηδείο απνιήμεηο (καζηνεηδήο απφιεμε νλνκάδεηαη ε κηθξή νζηηθή «πξνεμνρή» πνπ ππάξρεη ζην θεθάιη πίζσ απφ ην θάζε απηί), έζησ Μ1-Μ2 θαη δηαηξείηαη ζε δέθαηα. Ξεθηλψληαο απφ ηελ αξηζηεξή καζηνεηδή, ηνπνζεηνχκε ην ειεθηξφδην ζηελ ηνπνζεζία κε ηελ νλνκαζία Σ3 πξνο ηα δεμηά ηεο αξηζηεξήο καζηνεηδνχο, θαηά κήθνο ηεο λνεηήο γξακκήο πνπ ελψλεη ηηο δχν καζηνεηδείο πάλσ ζην θεθάιη, ζην 10% ηεο απφζηαζεο Μ1-Μ2. Σν επφκελν ειεθηξφδην, C3, ηνπνζεηείηαη δεμηφηεξα ηνπ Σ3, ζην 20% ηεο απφζηαζεο Μ1-Μ2, νπφηε απέρεη 30% ηεο απφζηαζεο Μ1- Μ2 απφ ηελ αξηζηεξή καζηνεηδή. Πξνρσξψληαο κε βήκαηα ηνπ 20% ηνπνζεηνχληαη δηαδνρηθά πάλσ ζηελ ίδηα λνεηή γξακκή, επί ηεο θεθαιήο, ηα ειεθηξφδηα Cz, C4, T4. Έρνληαο ηνπνζεηήζεη ην Cz, παξφκνηα δηαδηθαζία γίλεηαη γηα ηελ ηνπνζέηεζε ησλ ειεθηξνδίσλ θαηά κήθνο ηεο λνεηήο γξακκήο Μ-Η, φπνπ ην ειεθηξφδην Fz ηνπνζεηείηαη ζην 20% ηεο απφζηαζεο Μ-Η, νδεχνληαο πξνο ηα εκπξφο απφ ην Cz θαη ην Pz 20% πξνο ηα πίζσ. ηε ζπλέρεηα, ζεσξψληαο έλαλ λνεηφ θχθιν κε θέληξν ην Cz θαη αθηίλα κήθνπο ίζνπ κε ην δηάζηεκα Cz-T3 (=Cz-T4) ηνπνζεηνχκε, ζε πξνζεγγηζηηθέο απνζηάζεηο πνπ θαίλνληαη ζην σήμα 5.6, ηα «πεξηθεξεηαθά» ειεθηξφδηα F7, Fp1, Fp2, T8, T6, O2, O1, T5. ηε ζπλέρεηα ηνπνζεηνχληαη θαη ηα ππφινηπα ειεθηξφδηα. ηνπο ζχγρξνλνπο ΖΔΓ, πνπ ρξεζηκνπνηνχλ πνιιέο δεθάδεο ειεθηξφδηα, αθνινπζείηαη ην πξφηππν «10-10», φπνπ ε απφζηαζε κεηαμχ ειεθηξνδίσλ, ζηηο λνεηέο γξακκέο Μ-Η θαη Μ1-Μ2 είλαη ην 10% ησλ αληίζηνηρσλ απνζηάζεσλ Μ-Η θαη Μ1-Μ2 (σήμα 5.7). 105

107 σήμα 5.6 Ζ ηνπνζέηεζε ησλ ειεθηξνδίσλ ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα ηνπ θεθαιηνύ, ζύκθσλα κε ην πξόηππν (Asanagi. [ Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). 106

108 σήμα 5.7 Ζ ηνπνζέηεζε ησλ ειεθηξνδίσλ ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα ηνπ θεθαιηνύ, γηα ζύζηεκα θαηαγξαθήο κε 64 ειεθηξόδηα. (βι. αλαθνξά βηβηιηνγξαθίαο κε αξηζκό [20]. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Public Domain Dedication and License v1.0). Ζ ηνπνζέηεζε πνιιψλ δεθάδσλ ειεθηξνδίσλ, φηαλ απηά ηνπνζεηνχληαη ην θαζέλα μερσξηζηά, είλαη κηα καθξά δηαδηθαζία, θαζφζνλ ε ζέζε πνπ ζα ηνπνζεηεζεί θάζε ειεθηξφδην πξέπεη ελδερνκέλσο λα θαζαξηζηεί θαη νη ηξίρεο λα παξακεξηζηνχλ ειαθξά, ψζηε λα κελ δπζθνιεχνπλ ηελ επαθή ηνπ ειεθηξνδίνπ κε ην δέξκα. Δπίζεο, ε ζηήξημε ησλ ειεθηξνδίσλ, ηδίσο αλ νη κεηξήζεηο πξφθεηηαη λα θξαηήζνπλ γηα δηάζηεκα πέξαλ ηνπ εκηψξνπ, επηβάιιεη ηε ρξήζε ειεθηξνδίσλ ζηα νπνία εγρχεηαη ζπγθνιιεηηθή αινηθή θαηά ηε δηάξθεηα ηεο ηνπνζέηεζήο ηνπο. Οη παξαπάλσ πεξηνξηζκνί έρνπλ νδεγήζεη ζηε ρξήζε «θάζθαο» ζηελ νπνία είλαη κνλίκσο ελζσκαησκέλα ηα ειεθηξφδηα (σήμα 5.8) Οη θάζθεο απηέο ππάξρνπλ ζε δηάθνξα κεγέζε, ψζηε κε θαηάιιειε επηινγή, αλάινγα κε ηνλ εμεηαδφκελν, θάζε θνξά ε θάζθα λα εθάπηεηαη ζθηθηά επί ηνπ θεθαιηνχ. Τπάξρεη ε δπλαηφηεηα έγρπζεο ειεθηξνιπηηθήο (φρη ζπγθνιιεηηθήο) αινηθήο ζε θάζε ειεθηξφδην. Με ηελ αινηθή παξαθάκπηεηαη ην πξφβιεκα ησλ ηξηρψλ, δηφηη ε πεξηνρή θάησ απφ θάζε ειεθηξφδην εκπνηίδεηαη απφ ηελ αινηθή θαη δεκηνπξγείηαη ειεθηξηθή ζπλέρεηα απφ ην δέξκα έσο ην ειεθηξφδην παξαθάκπηνληαο ηηο ηξίρεο. Όκσο, πξέπεη λα πξνζερηεί, ψζηε ε ρξήζε αινηθήο λα κελ νδεγήζεη ζε δεκηνπξγία αγψγηκνπ δξφκνπ κεηαμχ δχν ειεθηξνδίσλ, δηακέζνπ ηεο δεξκαηηθήο επηθάλεηαο. Με ηε ρξήζε ηεο θάζθαο ν ρξφλνο πξνεηνηκαζίαο 107

109 κεηψλεηαη ζεκαληηθά, δελ ππάξρεη αλάγθε επηπιένλ ζηήξημεο ησλ ειεθηξνδίσλ, ηα παξάζηηα θίλεζεο κεηψλνληαη θαη ε θαισδίσζε πνπ μεθηλά απφ ηα ειεθηξφδηα είλαη ελζσκαησκέλε ζε έλα κεγάιν «ζσιήλα» πνπ νδεχεη πξνο ηνλ ΖΔΓ. σήμα 5.8 Σνπνζέηεζε ειεθηξνδίσλ κε θάζθα. (Chris Hope. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά πξνέιεπζεο 2.0, CC- BY 2.0). Σν ΖΔΓ βξίζθεη επξεία εθαξκνγή ζηε λεπξνινγία. Δίλαη κηα θζελή κέζνδνο, εληειψο κε επεκβαηηθή, απιή ζηελ εθαξκνγή ηεο. Ζ θχξηα ρξεζηκφηεηά ηεο ζηελ θιηληθή πξάμε βξίζθεηαη ζην γεγνλφο φηη δηάθνξεο αζζέλεηεο επάγνπλ δηαθνξνπνηήζεηο ζην ΖΔΓ ησλ αζζελψλ ζε ζρέζε κε απηφ ησλ πγηψλ. Απηφ δηεπθνιχλεη ηφζν ηε δηάγλσζε, φζν θαη ηελ πξφγλσζε αζζελεηψλ. Υξεζηκφηεηα έρνπκε, κεηαμχ άιισλ, ζηελ παξαθνινχζεζε εγθεθαινπαζεηψλ, θψκαηνο, θξαληνεγθεθαιηθψλ θαθψζεσλ, χπαξμεο θαξθηληθψλ φγθσλ θ.ά. Δμαηξεηηθή ρξεζηκφηεηα π.ρ. έρεη ην ΖΔΓ ζηε κειέηε ηεο επηιεςίαο, κηαο πνιπζχλζεηεο λνζνινγηθήο νληφηεηαο, ε νπνία, κεηαμχ άιισλ, νδεγεί ζηελ εκθάληζε εμαηξεηηθά ραξαθηεξηζηηθψλ κνξθνινγηθψλ κεηαβνιψλ ζην ΖΔΓ ηνπ αζζελνχο ζε ζρέζε κε απηφ ηνπ πγηνχο αλζξψπνπ (σήμαηα ). Οη κεγάινπ πιάηνπο θπκαηνκνξθέο (ζε ζρέζε κε ην πιάηνο ηνπ ΖΔΓ πγηνχο αλζξψπνπ ζε εγξήγνξζε) ηείλνπλ λα εκθαλίδνληαη ζε φιεο ζρεδφλ ηηο απαγσγέο, σζάλ ν εγθέθαινο λα βξίζθεηαη ζε κηα θαηάζηαζε πιήξνπο ζπγρξνληζκνχ, δει. πνιχ κεγάιεο νκάδεο λεπξψλσλ λα εθππξζνθξνηνχλ κε ηνλ ίδην ηξφπν. Απηφ κπνξεί λα δηαξθεί θάπνηα δεπηεξφιεπηα θαη λα επαλέξρεηαη ή λα δηαξθεί γηα κεγαιχηεξα δηαζηήκαηα. 108

110 σήμα 5.9 ΖΔΓ αζζελνύο πνπ έπαζρε από επηιεςία. Παξαηεξήζηε ηελ ύπαξμε ηζρπξώλ ηαιαληώζεσλ ζην ζύλνιν ησλ απαγσγώλ πνπ εκθαλίδνπλ ρξνληθά δηαζηήκαηα εκθάληζεο-έθιεηςεο. Απαγσγέο κε «παρηά» θαηαγξαθή έρνπλ επηπξνζζέησο παξάζηην ηεο γξακκήο ηξνθνδνζίαο (50 Hz). Σα ζήκαηα πξνέξρνληαη από ηε βάζε δεδνκέλσλ physionet (βι. αλαθνξέο βηβηιηνγξαθίαο κε αξηζκό [20], [21]. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Public Domain Dedication and License v1.0). 109

111 σήμα 5.10 ΖΔΓ αζζελνύο παηδηνύ πνπ έπαζρε από επηιεςία. ηελ πεξίπησζε απηή έρνπκε γεληθεπκέλε εκθάληζε ζπκπιόθσλ αηρκήο-θύκαηνο ( spike-and-wave complex) ζπρλόηεηαο 3 Hz. Οη θάζεηεο γξακκέο αληηζηνηρνύλ ζε δηάξθεηα 1 s. (Der Lange. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution- Share Alike 2.0 Generic, CC-BY-SA 2.0). 110

112 σήμα 5.11 ΖΔΓ αζζελνύο πνπ έπαζρε από επηιεςία. ηελ πεξίπησζε απηή έρνπκε γεληθεπκέλε εκθάληζε «πνιπ-αηρκώλ» ζην ζεκείν πνπ ζεκεηώλεηαη κε gen.polyspikes ζηελ εηθόλα. ηηο κεηξήζεηο ειήθζεζαλ επηπιένλ ησλ απαγσγώλ ΖΔΓ, θαηαγξαθέο ΖΚΓ, ΖΟΓ θαη ΖΜΓ. (moep. [ Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). σήμα 5.12 ΖΔΓ αζζελνύο 4 κελώλ πνπ έπαζρε από επηιεπηηθό ζύλδξνκν. ηελ πεξίπησζε απηή έρνπκε πςαξξπζκία, δει. κεγάινπ πιάηνπο άηαθηε δξαζηεξηόηεηα (γεληθεπκέλεο «βαζηέο» παξνμπζκηθέο αλσκαιίεο) ζην ΖΔΓ. Οη θάζεηεο γξακκέο αληηζηνηρνύλ ζε δηάξθεηα 1 sec. ηηο κεηξήζεηο ειήθζεζαλ επηπιένλ ησλ απαγσγώλ ΖΔΓ θαη ΖΚΓ θαηαγξαθή. (Ralphelg. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0, CC BY-SA 3.0). 111

113 σήμα 5.13 εκεία ηνπνζέηεζεο ειεθηξνδίσλ γηα ηε δηεμαγσγή απινύ ππλνγξαθήκαηνο, ζην νπνίν απάγνληαη κία απαγσγή ΖΔΓ, κία απαγσγή ΖΟΓ θαη κία απαγσγή ΖΜΓ. (National Institutes of Health, USA. [ Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). Μία επηπιένλ ηδηαίηεξα ζεκαληηθή εθαξκνγή ηνπ ΖΔΓ είλαη ζηε κειέηε ηνπ χπλνπ [1]. Ζ χπαξμε ειεθηξηθήο εγθεθαιηθήο δξαζηεξηφηεηαο θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ χπλνπ απνηέιεζε αληηθείκελν επηζηεκνληθνχ ελδηαθέξνληνο ζρεηηθά ζχληνκα κεηά ηελ έλαξμε ηεο κειέηεο ηνπ ΖΔΓ, ηηο δεθαεηίεο Τπήξμε ε ειπίδα, πνπ έρεη ζε κεγάιν βαζκφ επαιεζεπζεί, φηη ην ΖΔΓ απνηειεί έλα πξψηεο ηάμεο εξγαιείν γηα λα κειεηεζνχλ νη κεραληζκνί ιεηηνπξγίαο ηνπ εγθεθάινπ ζηε δηάξθεηα ηνπ χπλνπ, αθνχ πξνζθέξεη κηα ηθαλνπνηεηηθά κε επεκβαηηθή κέζνδν, πξάγκα ηδηαίηεξα ρξήζηκν θαηά ηνλ χπλν, φπνπ ε ελφριεζε ηνπ εμεηαδφκελνπ πξέπεη λα ειαηησζεί ζην ειάρηζην. Ζ κειέηε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ αλζξψπηλνπ νξγαληζκνχ θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ χπλνπ κε κε επεκβαηηθέο κεζφδνπο δελ πεξηνξίδεηαη ζηελ θαηαγξαθή ηνπ ΖΔΓ. Ζ δηαδηθαζία θαηαγξαθήο βηνζεκάησλ ζηε δηάξθεηα ηνπ χπλνπ νλνκάδεηαη ππλνγξάθεκα. ηελ απινχζηεξε πεξίπησζε απαηηείηαη ε θαηαγξαθή φρη κφλν ηνπ ΖΔΓ (κε κία ηνπιάρηζηνλ απαγσγή), αιιά θαη ε θαηαγξαθή κηαο απαγσγήο ΖΜΓ θαη κηα θαηαγξαθή ΖΟΓ (σήμα 5.13). Ο ιφγνο πνπ ρξεηάδνληαη νη επηπιένλ δχν θαηαγξαθέο έρεη λα θάλεη κε ην γεγνλφο φηη ην ΖΔΓ ζηε δηάξθεηα ηνπ χπλνπ δηέξρεηαη απφ δηάθνξεο θάζεηο (ζηάδηα ηνπ χπλνπ) θαηά ηηο νπνίεο αιιάδεη ηφζν ε κνξθνινγία θαη ην ζπρλνηηθφ πεξηερφκελν ηνπ ΖΔΓ, φζν θαη ην επίπεδν θηλήζεσλ ηνπ βνιβνχ ησλ καηηψλ πνπ κειεηάηαη κέζσ ηνπ ΖΟΓ, αιιά θαη ε κπτθή δξαζηεξηφηεηα, πνπ κειεηάηαη κέζσ ηνπ ΖΜΓ (γηα ηε ιεπηνκεξή αλάιπζε ηνπ ΖΜΓ θαη ηνπ ΖΟΓ βι. ζηα Κεθάιαηα 6 θαη 7 αληίζηνηρα). Σα ζηάδηα ηνπ χπλνπ, φπσο έρνπλ θαηεγνξηνπνηεζεί κειεηψληαο ηαπηφρξνλα ην ΖΔΓ, ην ΖΜΓ θαη ην ΖΟΓ, είλαη ηέζζεξα θαη νλνκάδνληαη ζηάδηα 1, 2, 3 θαη 4. Δπηπιένλ ησλ ηεζζάξσλ ζηαδίσλ, ππάξρεη αθφκε κηα «θαηάζηαζε» ή «θάζε» ηνπ χπλνπ, ε επνλνκαδφκελε θάζε ή θαηάζηαζε χπλνπ ηαρέσλ νθζαικηθψλ θηλήζεσλ (rapid eye movement REM). Όπσο ζα πεξηγξάςνπκε ζηε ζπλέρεηα, ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ ΖΔΓ, ηνπ ΖΜΓ θαη ηνπ ΖΟΓ είλαη ηφζν έληνλα δηαθνξεηηθά απφ φ,ηη ζπκβαίλεη ζηα πξνεγνπκέλσο πεξηγξαθέληα ηέζζεξα ζηάδηα ηνπ χπλνπ, πνπ ε θάζε χπλνπ ηαρέσλ νθζαικηθψλ θηλήζεσλ ζεσξείηαη σο κηα εμ νινθιήξνπ δηαθνξεηηθή θαηάζηαζε, πνπ είρε νλνκαζηεί θαη «παξάδνμνο» χπλνο. Έηζη, ζηε κειέηε ηνπ χπλνπ ηειηθά δηαρσξίδνπκε δχν «βαζηθέο» θαηαζηάζεηο: ηνλ «χπλν εθηφο θάζεο ηαρέσλ νθζαικηθψλ θηλήζεσλ» κε ηα ηέζζεξα ζηάδηά ηνπ θαη ηνλ «χπλν θάζεο ηαρέσλ νθζαικηθψλ θηλήζεσλ». 112

114 σήμα 5.14 Πιήξεο πνιπ-ππλνγξάθεκα ζηαδίνπ 1. Πέξαλ ησλ 5 ΖΔΓ απαγσγώλ (εληόο θόθθηλνπ πιαηζίνπ) ππάξρνπλ, κεηαμύ άιισλ, απαγσγέο ΖΟΓ (LEOG, REOG), απαγσγέο ΖΜΓ (Chin, EMG), ΖΚΓ (ECG), κεηξήζεηο θηλήζεσλ ζώξαθα (THO) θαη θνηιηαθήο ρώξαο (ABD) θαζώο θαη ε έλδεημε κέηξεζεο νμπκεηξίαο (SAO2). (Mr.Sandman/S. Jähnichen. [ Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). Έλα γεληθφ ραξαθηεξηζηηθφ ησλ ζηαδίσλ ηνπ χπλνπ εθηφο REM είλαη φηη ε αξίζκεζε μεθηλά απφ ηα ζηάδηα πνπ είλαη πιεζηέζηεξα πξνο ηελ έλαξμε ηνπ χπλνπ (δει. ην ζηάδην 1 είλαη απηφ πνπ εκθαλίδεηαη πξψην, αθνχ θαηαθιηζνχκε θαη θιείζνπκε ηα κάηηα καο) θαη φηη απφ ην έλα ζηάδην ζην άιιν (δει. απφ ην 1 ζην 2 ζην 3 θαη ηειηθά ζην 4) ην ΖΔΓ εκθαλίδεη ζηαδηαθά θχκαηα κεγαιχηεξνπ πιάηνπο θαη ρακειφηεξεο ζπρλφηεηαο. Πεξηιεπηηθά ηα βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ ζηαδίσλ έρνπλ σο εμήο: ην ζηάδην 1 πνπ εκθαλίδεηαη πξψην, φπσο πξναλαθέξζεθε, αθνχ θαηαθιηζνχκε θαη θιείζνπκε ηα κάηηα, απνηειεί θαηά θάπνην ηξφπν έλα κεηαβαηηθφ ζηάδην κεηαμχ εγξήγνξζεο θαη χπλνπ (σήμα 5.14). Έρνπκε α ξπζκφ ζην ΖΔΓ, ν νπνίνο ζηαδηαθά κεηψλεηαη, ηαπηφρξνλα κε ηελ αχμεζε ηνπ ζ ξπζκνχ, ειαθξηά κείσζε ηνπ ιεγφκελνπ «κπτθνχ ηφλνπ» (δει. ηεο ζπλερνχο δξαζηεξηφηεηαο πνπ θαηαγξάθεηαη κε ην ΖΜΓ, αθφκε θαη φηαλ δελ έρνπκε εκθαλή ζχζπαζε θαη θίλεζε κπψλ) θαη εκθάληζε ζην ΖΟΓ ζρεηηθά ιίγσλ θαη αξγψλ νθζαικηθψλ θηλήζεσλ. ην ζηάδην 2 ν ξπζκφο α εθιείπεη εληειψο θαη εκθαλίδνληαη νη δχν πιένλ ραξαθηεξηζηηθέο θπκαηνκνξθέο ηνπ ΖΔΓ χπλνπ, πνπ είλαη νη ιεγφκελεο ππληθέο άηξαθηνη (sleep spindles) θαη ηα «ζπκπιέγκαηα Κ» (K-complexes) (σήμα 5.15). Ζ εκθάληζε απηψλ ησλ δχν θπκαηνκνξθψλ, ησλ νπνίσλ νη πεγέο θαη νη κεραληζκνί δεκηνπξγίαο απνηεινχλ βαζηθφ αληηθείκελν έξεπλαο ηεο θπζηνινγίαο ηνπ χπλνπ, ζπλδέεηαη κε ζεκαληηθέο κεηαβνιέο ζηε ιεηηνπξγία ηνπ εγθεθάινπ θαη κε απηή ηελ έλλνηα ην ζηάδην 2 ζεκαηνδνηεί ην ιεγφκελν «θιείδσκα» ηνπ χπλνπ. Δπηπιένλ, ν εμεηαδφκελνο αθππλίδεηαη δπζθνιφηεξα ζε απηφ ην ζηάδην απφ φ,ηη ζην ζηάδην 1. Σα ζπκπιέγκαηα Κ είλαη νμχαηρκα θχκαηα ξπζκνχ δέιηα κε πςειφ δπλακηθφ ζε ζρέζε κε ην ππφινηπν ΖΔΓ ηνπ ζηαδίνπ 2 θαη εκθαλίδνπλ ηαρεία κεηάβαζε απφ δπλακηθά κηαο πνιηθφηεηαο ζε δπλακηθά ηεο εηεξνζήκνπ πνιηθφηεηαο. Δκθαλίδνληαη κεκνλσκέλα ή ζε «δεπγάξηα» κε αηξάθηνπο (σήμα 5.16). Οη άηξαθηνη είλαη 113

115 θπκαηίδηα, ζπρλφηεηαο απφ 11 σο 16 Hz πεξίπνπ, πνπ έρνπλ πνιχ ραξαθηεξηζηηθή κνξθνινγία, ζηαδηαθά απμαλφκελνπ θαη κεηά κεηνχκελνπ πιάηνπο, κνηάδνπλ κε ην αδξάρηη (άηξαθηνο) ηνπ αξγαιεηνχ θαη ην πιάηνο ηνπο είλαη έσο πεξίπνπ 50 κv απφ θνξπθή ζε θνξπθή. Άηξαθηνη εκθαλίδνληαη θαη ζηα ζηάδηα 3 θαη 4 ηνπ χπλνπ, φκσο ε ζπρλφηεηα εκθάληζήο ηνπο ηείλεη κεηνχκελε θαη απνηεινχλ ην θπξηφηεξν ραξαθηεξηζηηθφ γηα λα θαηαηαρζεί έλα ζηάδην χπλνπ σο ζηάδην 2. σήμα 5.15 Πιήξεο πνιπ-ππλνγξάθεκα ζηαδίνπ 2. ε κία ΖΔΓ απαγσγή έρεη ζεκεησζεί κε θόθθηλεο γξακκέο ε ύπαξμε αηξάθησλ. (Mr.Sandman/S. Jähnichen. [ Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). 114

116 σήμα 5.16 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ΖΔΓ ζην νπνίν εκθαλίδεηαη άηξαθηνο ηνπ ύπλνπ (Sleep Spindle) θαη ζηε ζπλέρεηα ζύκπινθν Κ (K-complex). Voltage: δπλακηθό. Time: ρξόλνο. (Neocadre/Ljustam. [ Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). Σα ζηάδηα 3 θαη 4 έρνπλ γεληθά θνηλά ραξαθηεξηζηηθά κε θπξηφηεξν φηη ην ΖΔΓ θπξηαξρείηαη απφ κεγάινπ (εθαηνληάδσλ κv) πιάηνπο θχκαηα δ (σήμα 5.17). Γη απηφ θαη ν χπλνο ζηα δχν απηά ζηάδηα νλνκάδεηαη θαη «χπλνο βξαδέσλ θπκάησλ». Δπίζεο, εκθαλίδνληαη βξαδείεο «θπθιηθέο» θηλήζεηο ησλ βνιβψλ ησλ καηηψλ θαη ν κπτθφο ηφλνο είλαη ηδηαίηεξα ρακειφο. Απηφ πνπ μερσξίδεη ηα δχν απηά ζηάδηα είλαη φηη ζην ζηάδην 4 ηα θχκαηα δ εκθαλίδνληαη ζε πνζνζηφ πάλσ απφ 50% ηεο δηάξθεηαο ηεο θαηαγξαθήο. Αλαθέξνληαο ηε δηάξθεηα ηεο θαηαγξαθήο, πξέπεη λα αλαθέξνπκε φηη ε εθαξκνγή θξηηεξίσλ ηαμηλφκεζεο ηνπ ΖΔΓ ζε ζηάδηα γίλεηαη «ηεκαρίδνληαο» ηελ θαηαγξαθή ζε ηκήκαηα («επνρέο») ησλ 30 s θαη κειεηψληαο ηελ χπαξμε ή κε ραξαθηεξηζηηθψλ ζε θάζε κία επνρή μερσξηζηά, ε νπνία κεηά θαηαηάζζεηαη ζε θάπνην ζηάδην. Σα ζηάδηα 3 θαη 4 αλαθέξνληαη επίζεο θαη σο «βαζχο χπλνο», δηφηη αθχπληζε επηηπγράλεηαη ζπλήζσο κφλν κε πξφθιεζε ηζρπξψλ εξεζηζκψλ. σήμα 5.17 Πιήξεο πνιπ-ππλνγξάθεκα ζηαδίνπ 4. (Mr.Sandman/S. Jähnichen. [ ]. Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). Ζ θάζε χπλνπ ηαρέσλ νθζαικηθψλ θηλήζεσλ εκθαλίδεη πνιχ έληνλεο δηαθνξνπνηήζεηο ζηηο θαηαγξαθέο ΖΔΓ, ΖΜΓ θαη ΖΟΓ ζε ζρέζε ηνπιάρηζηνλ κε ηα ζηάδηα 2 σο θαη 4 πνπ πεξηγξάθεθαλ πξνεγνπκέλσο. Σν θπξηφηεξν ραξαθηεξηζηηθφ είλαη νη έληνλεο θαη «απφηνκεο» («ηαρείεο») νθζαικηθέο θηλήζεηο, φπσο απηέο θαηαγξάθνληαη κε ην ΖΟΓ (σήμαηα 5.18 θαη 5.19), ζε αληίζεζε κε ηηο νκαιφηεξεο θαη επαλαιακβαλφκελεο θηλήζεηο πνπ εκθαλίδνληαη ζηα ζηάδηα 3 θαη 4. Δπίζεο, ην ΖΔΓ εκθαλίδεη α ξπζκφ, είλαη, δειαδή, πιεζηέζηεξν πξνο ην ΖΔΓ αλζξψπνπ ζε εγξήγνξζε κελ, αιιά κε θιεηζηά κάηηα θαη ζε ραιαξή θαηάζηαζε. Δπίζεο, ην ΖΜΓ εκθαλίδεη δξαζηηθή κείσζε ηνπ κπτθνχ ηφλνπ. Αθχπληζε ζηε δηάξθεηα ηεο θάζεο χπλνπ ηαρέσλ νθζαικηθψλ θηλήζεσλ ζπλνδεχεηαη ζπρλά κε αλάκλεζε απφ ηνλ εμεηαδφκελν λνεηηθήο δξαζηεξηφηεηαο. 115

117 σήμα 5.18 Πιήξεο πνιπ-ππλνγξάθεκα θάζεο ύπλνπ ηαρέσλ νθζαικηθώλ θηλήζεσλ. ε κία από ηεο απαγσγέο ΖΟΓ ζεκεηώλεηαη κε θόθθηλε γξακκή ε ύπαξμε ησλ ηαρέσλ νθζαικηθώλ θηλήζεσλ. (MrSandman/S. Jähnichen. [ Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). 116

118 σήμα 5.19 Πιήξεο πνιπ-ππλνγξάθεκα θάζεο ύπλνπ ηαρέσλ νθζαικηθώλ θηλήζεσλ. ηελ θαηαγξαθή απηή εκθαλίδνληαη πεξηζζόηεξεο νθζαικηθέο θηλήζεηο από όζεο ζην πνιύ-ππλνγξάθεκα ηνπ ρήκαηνο Δπίζεο, παξαηεξήζηε όηη νη θαηαγξαθέο ΖΔΓ θαη ΖΟΓ έρνπλ δηαβξσζεί από ζόξπβν ηεο γξακκήο ηξνθνδνζίαο (50 Hz). Σν πνιπ-ππλνγξάθεκα θαηαγξάθεη θαη ηνλ θαξδηαθό ξπζκό (HR). (NascarEd. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά πξνέιεπζεο-παξόκνηα δηαλνκή 3.0, CC-BY-SA 3.0). Παξαηεξψληαο ηα σήμαηα 5.14, 5.15, βιέπνπκε φηη νη θαηαγξαθέο βηνζεκάησλ ζηε δηάξθεηα ηνπ χπλνπ κπνξνχλ (θαη αλάινγα κε ηελ πεξίπησζε ηεο κειέηεο κπνξεί λα είλαη επηβεβιεκέλν) λα πεξηιακβάλνπλ πνιχ πεξηζζφηεξεο θαηαγξαθέο απφ ηηο 3 βαζηθέο πνπ δείρλνληαη ζην σήμα Γηα ηέηνηνπ είδνπο θαηαγξαθέο κε πιεζψξα ζεκάησλ ρξεζηκνπνηείηαη ν φξνο «πνιπ-ππλνγξάθεκα» θαη πεξηιακβάλεη 5-7 απαγσγέο ΖΔΓ, δχν απαγσγέο ΖΟΓ, απαγσγή ΖΜΓ ζην πεγνχλη αιιά θαη ζε άιια ζεκεία ηνπ ζψκαηνο, ΖΚΓ, κηθξφθσλν γηα ηελ θαηαγξαθή ξνραιεηνχ, κεραλνειεθηξηθνχο αηζζεηήξεο γηα ηελ θαηαγξαθή ησλ θηλήζεσλ ησλ πνδηψλ θαη ηνπ ζψξαθα (γηα ηελ θαηαγξαθή ηνπ ξπζκνχ ηεο αλαπλνήο), ζεξκφκεηξα ηερλνινγίαο ζεξκίζηνξ ηνπνζεηεκέλα θάησ απφ ηα ξνπζνχληα ή θνληά ζην ζηφκα (επίζεο γηα ηελ αλίρλεπζε ηεο αλαπλνήο). Δπίζεο, ηδηαίηεξα ζεκαληηθή γηα κειέηεο ηεο άπλνηαο ηνπ χπλνπ είλαη ε ιεγφκελε νμπκεηξία, δει. ε θαηαγξαθή ηνπ πνζνζηνχ νμπγφλσζεο ησλ κνξίσλ αηκνζθαηξίλεο. Σέινο, κπνξεί λα γίλεηαη θαη βηληενζθφπεζε ηνπ εμεηαδνκέλνπ, αλ ρξεηάδεηαη λα κειεηεζνχλ νη θηλήζεηο πνπ θάλεη ζηε δηάξθεηα ηνπ χπλνπ. Όια ηα παξαπάλσ θαζηζηνχλ ηελ εθηέιεζε ελφο πνιπ-ππλνγξαθήκαηνο κηα απαηηεηηθή δηαδηθαζία, ηφζν απφ πιεπξάο εμεηαδνκέλνπ, φζν θαη απφ πιεπξάο ηνπ εξγαζηεξίνπ ζην νπνίν ιακβάλεη ρψξα ε εμέηαζε. Μάιηζηα, ηδίσο ζε πεξίπησζε εξεπλεηηθψλ κειεηψλ, ρξεηάδεηαη ν εμεηαδφκελνο λα θνηκεζεί δχν ή θαη ηξεηο ζπλερφκελεο λχρηεο, ψζηε λα εμνηθεησζεί κε ην πεξηβάιινλ ηνπ εξγαζηεξίνπ (φπνπ ππάξρεη θπζηθά θαηάιιειν ήζπρν δσκάηην, φπνπ ζα θαηαθιηζεί) θαη γηα ηε κειέηε ρξεζηκνπνηείηαη ε θαηαγξαθή ηεο ηειεπηαίαο λχρηαο. ρεηηθά κε ηελ θιηληθή εθαξκνγή ησλ πνιπ-ππλνγξαθεκάησλ, ε θπξηφηεξε αθνξά ηε δηάγλσζε θαη παξαθνινχζεζε ηεο άπλνηαο ηνπ χπλνπ, κηαο παζνινγηθήο θαηάζηαζεο ζηελ νπνία ν αζζελήο, πνιιέο θνξέο ζηε δηάξθεηα ηνπ χπλνπ, ιφγσ κεξηθήο ή νιηθήο απφθξαμεο 117

119 ησλ αεξνθφξσλ νδψλ, εκθαλίδεη κεησκέλε νμπγφλσζε ζην αίκα ηνπ κε πνιιαπιέο αξλεηηθέο ζπλέπεηεο. Οξγαλσκέλα εξγαζηήξηα κειέηεο ηνπ χπλνπ ππάξρνπλ ζήκεξα θαηά θχξην ιφγν ζε πλεπκνλνινγηθέο θαη λεπξνινγηθέο-ςπρηαηξηθέο θιηληθέο. Πέξαλ απφ ηε κειέηε ηεο άπλνηαο ηνπ χπλνπ, ην ππλνγξάθεκα ρξεζηκεχεη ζηε κειέηε φισλ ησλ παζήζεσλ ηνπ χπλνπ αιιά θαη άιισλ λεπξνινγηθψλ θαη ςπρηαηξηθψλ παζήζεσλ, φπσο π.ρ. ηεο επηιεςίαο θαη ηεο ζρηδνθξέλεηαο (σήμα 5.20). σήμα 5.20 ΖΔΓ ύπλνπ αζζελώλ: (α) ΖΔΓ ύπλνπ αζζελνύο πνπ έπαζρε από επηιεςία. Τπάξρεη γεληθεπκέλε εκθάληζε ζπκπιόθσλ αηρκήοθύκαηνο (spike-and-wave complex) ζπρλόηεηαο 3 Hz. Οη θάζεηεο γξακκέο αληηζηνηρνύλ ζε δηάξθεηα 1 s. (moep. [ Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). (β) ΖΔΓ αζζελνύο πνπ έπαζρε από ζρηδνθξέλεηα. Ζ θαηαγξαθή έγηλε ζην ζηάδην 2 ηνπ ύπλνπ θαη δηαθξίλνληαη δύν ηνπιάρηζηνλ άηξαθηνη. Δπαλεξρφκελνη ζην πην ραξαθηεξηζηηθφ, φπσο πξναλαθέξζεθε, θπκαηίδην ζηε δηάξθεηα ηνπ χπλνπ, ηελ άηξαθην, αμίδεη λα ζεκεησζεί φηη έρεη ζρεηηζηεί κε πιήζνο απφ ιεηηνπξγίεο [3]. Ζ βαζηθή ρξεζηκφηεηά ηεο εηθάδεηαη φηη ζρεηίδεηαη κε ηελ παξεκπφδηζε ηεο απνζηνιήο ζεκάησλ απφ ηνλ ζάιακν πξνο ηνλ θινηφ ηνπ εγθεθάινπ. Έηζη, ηα εμσηεξηθά εξεζίζκαηα πνπ θηάλνπλ έσο ηνλ ζάιακν δελ νδεγνχλ ζε δηέγεξζε ηνπ θινηνχ αλάινγε κε απηή πνπ ζπκβαίλεη φηαλ είκαζηε ζε εγξήγνξζε. Ζ κειέηε ησλ αηξάθησλ ηνπ χπλνπ ζε θιηληθφ επίπεδν ζηεξίδεηαη θπξίσο ζηε κέηξεζε ησλ εκθαλίζεψλ ηνπο θαη ηε ρξνληθή «ππθλφηεηά» ηνπο, δει. πφζεο άηξαθηνη εκθαλίδνληαη ζηε κνλάδα ηνπ ρξφλνπ. Πνιιέο θνξέο νη άηξαθηνη δελ είλαη εχθνια αληηιεπηέο, δηφηη έρνπλ κηθξφ πιάηνο ζε ζρέζε κε ηαπηνρξφλσο εκθαληδφκελα θχκαηα δ ξπζκνχ. Ζ δε κέηξεζή ηνπο κε απιή νπηηθή παξαηήξεζε ηνπ ΖΔΓ χπλνπ είλαη άθξσο θνπξαζηηθή, αθνχ πξέπεη ν εηδηθφο λα δεη κε πξνζνρή δηαδνρηθέο επνρέο δηάξθεηαο 30 s ζε έλα ΖΔΓ χπλνπ πνπ δηαξθεί αξθεηέο ψξεο. Ζ ππθλφηεηα αηξάθησλ ηνπ 118

120 χπλνπ έρεη ζπλδεζεί κε ςπρηαηξηθέο ή λεπξνινγηθέο λφζνπο θαη ζχλδξνκα, φπσο αυπλία, θαηάζιηςε, πξνβιεκαηηθή αλάπηπμε θ.ά. Γηα ηε δηεπθφιπλζε ηεο θαηακέηξεζεο ησλ αηξάθησλ, δεδνκέλνπ ηνπ ελδηαθέξνληνο πνπ ππάξρεη ηφζν γηα θιηληθέο κειέηεο, φζν θαη γηα κειέηεο ησλ κεραληζκψλ ηεο θπζηνινγίαο ηνπ εγθεθάινπ ζηνλ χπλν, γίλεηαη έληνλε εξεπλεηηθή πξνζπάζεηα λα απηνκαηνπνηεζεί ε αλίρλεπζε ησλ αηξάθησλ κε δηάθνξεο κεζφδνπο [4]. Πνιιέο θνξέο σο ζηάδην πξν-επεμεξγαζίαο, απαηηείηαη ην θηιηξάξηζκα ηνπ ΖΔΓ ζηηο δψλεο ζπρλνηήησλ, φπνπ εκθαλίδνληαη νη άηξαθηνη (σήμα 5.21). σήμα 5.21 Καηαγξαθή ΖΔΓ ζην ειεθηξόδην C3, ζηε δηάξθεηα ζηαδίνπ 2 ύπλνπ λεαξνύ ελήιηθα. ηελ απάλσ θαηαγξαθή δίλεηαη ην ΖΔΓ όπσο θαηαγξάθζεθε από ηνλ ειεθηξνεγθεθαινγξάθν. ηε κεζαία θαηαγξαθή δίλεηαη ην ΖΔΓ, αθνύ έρεη ππνζηεί ςεθηαθό δσλνπεξαηό θηιηξάξηζκα κε ζπρλόηεηεο απνθνπήο (ζηα 3 db) 6 θαη 21 Hz. ηελ θάησ θαηαγξαθή δίλεηαη ην ΖΔΓ, αθνύ έρεη ππνζηεί ςεθηαθό δσλνπεξαηό θηιηξάξηζκα κε ζπρλόηεηεο απνθνπήο 10,5 θαη 16 Hz. Με πξάζηλεο γξακκέο δείρλνληαη ηα ρξνληθά δηαζηήκαηα πνπ εκθαλίζηεθαλ άηξαθηνη ζην ΖΔΓ. Έλα αθφκε ραξαθηεξηζηηθφ ηνπ χπλνπ είλαη φηη νη δχν θάζεηο ηνπ χπλνπ, δει. ν χπλνο εθηφο θάζεο ηαρέσλ νθζαικηθψλ θηλήζεσλ, κε ηα ηέζζεξα ζηάδηά ηνπ θαη ν χπλνο θάζεο ηαρέσλ νθζαικηθψλ θηλήζεσλ εκθαλίδνληαη δηαδνρηθά θαη επαλαιακβάλνληαη ζε «θχθινπο». Ζ θαηαγξαθή ζε δηάγξακκα ησλ ζηαδίσλ απφ ηα νπνία δηέξρεηαη έλα άηνκν ζηε δηάξθεηα ηνπ χπλνπ ηνπ νλνκάδεηαη ππλφγξακκα (σήμαηα 5.22 θαη 5.23). Πξνυπνζέηεη ηε «ζηαδηνπνίεζε» ηνπ χπλνπ κε βάζε ην ππλνγξάθεκα. Ζ ζηαδηνπνίεζε ζεκαίλεη ηελ θαηάηαμε ησλ δηαδνρηθψλ επνρψλ 30 s φινπ ηνπ χπλνπ ζε θάζεηο/ζηάδηα. ήκεξα ππάξρνπλ πξνγξάκκαηα ινγηζκηθνχ πνπ εθηεινχλ απηήλ ηε δηαδηθαζία απηφκαηα, αιιά κε αθξίβεηα πνπ πνιιέο θνξέο δελ είλαη ε επηζπκεηή, ηδίσο φηαλ ππάξρνπλ παξάζηηα ή παζνινγηθά επξήκαηα ζηηο θαηαγξαθέο. Κιηληθφ ελδηαθέξνλ παξνπζηάδεη, πέξαλ απφ ην πνζνζηφ ρξφλνπ πνπ θάζε θάζε/ζηάδην θαηαιακβάλεη ζηνλ ζπλνιηθφ χπλν ηνπ εμεηαδνκέλνπ, θαη ν ρξφλνο πνπ κεζνιάβεζε απφ ηελ θαηάθιηζε έσο ηελ εκθάληζε ηνπ πξψηνπ ζηαδίνπ 1, ν επνλνκαδφκελνο ιαλζάλσλ ρξφλνο χπλνπ (sleep latency SL) θαη ν ρξφλνο απφ ηελ έλαξμε ηνπ θάζε ζηαδίνπ 1 έσο ηελ έλαξμε ηνπ χπλνπ θάζεο ηαρέσλ νθζαικηθψλ θηλήζεσλ ηνπ ίδηνπ θχθινπ ηνπ 119

121 χπλνπ, πνπ νλνκάδεηαη «ιαλζάλσλ ρξφλνο χπλνπ θάζεο ηαρέσλ νθζαικηθψλ θηλήζεσλ» (REM sleep phase latency RL). σήμα 5.22 Τπνζεηηθό ππλόγξακκα (θαηαγξαθή ηνπ ζηαδίνπ ηνπ ύπλνπ ζην νπνίν βξηζθόηαλ ν εμεηαδόκελνο ζηνλ νπνίν έγηλε πνιπ-ππλνγξάθεκα). (Tash510. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά πξνέιεπζεο- Παξόκνηα δηαλνκή 3.0, CC-BY-SA 3.0). σήμα 5.23 Τπλόγξακκα ζην νπνίν έρεη ζεκεησζεί ν ρξόλνο από ηελ θαηάθιηζε θαη ηελ ηνπνζέηεζε ησλ απαγσγώλ δηαηάμεσλ έσο ηελ έλαξμε ηνπ ζηαδίνπ 1 (SL) θαζώο θαη ν ρξόλνο από ηελ έλαξμε ηνπ 120

122 ζηαδίνπ 1 έσο ηελ έλαξμε ηνπ ύπλνπ θάζεο ηαρέσλ νθζαικηθώλ θηλήζεσλ (RL). (Schlafgut. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά πξνέιεπζεο-παξόκνηα δηαλνκή 3.0, CC-BY-SA 3.0). 5.3 ΠΡΟΚΛΖΣΑ ΓΤΝΑΜΗΚΑ Οη θαηαγξαθέο ηνπ ΖΔΓ πνπ εμεηάζακε έσο ηψξα, αθνξνχζαλ θαηαγξαθέο ζηηο νπνίεο ν εμεηαδφκελνο είηε είλαη ζε εγξήγνξζε είηε θνηκάηαη θαη, φηαλ είλαη ζε εγξήγνξζε, δελ ηνπ δεηείηαη λα παξαηεξήζεη θάηη ή λα εθηειέζεη θάπνηα πξάμε είηε λα ζθεθζεί θάηη ζπγθεθξηκέλν. ηε κειέηε, φκσο, ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ εγθεθάινπ έρεη εμαηξεηηθφ ελδηαθέξνλ λα δηεξεπλεζνχλ νη εγθεθαιηθνί κεραληζκνί πνπ ελεξγνπνηνχληαη φηαλ επεμεξγαδφκαζηε εμσηεξηθά εξεζίζκαηα θαη γεληθφηεξα φηαλ καο δεηείηαη, θαηφπηλ εμσηεξηθψλ εξεζηζκάησλ, λα πξνβνχκε ζε δξαζηεξηφηεηεο. Γηα ηελ νξζή θαη ζπληεηαγκέλε κειέηε ησλ δηεξγαζηψλ πνπ ιακβάλνπλ ρψξα, ζρεδηάδνληαη ζπγθεθξηκέλα πξσηφθνιια ρνξήγεζεο εξεζηζκψλ θαη απαηηνχκελσλ επαγφκελσλ δξάζεσλ απφ ηνπο εμεηαδνκέλνπο, ηα νπνία νλνκάδνληαη δνθηκαζίεο ή απινχζηεξα ηεζη. Οη δηαθνξέο δπλακηθνχ πνπ κεηξψληαη κέζσ δηαηάμεσλ ΖΔΓ, φηαλ ν εμεηαδφκελνο ππφθεηηαη ζε δνθηκαζίεο ρνξήγεζεο εξεζηζκψλ, νλνκάδνληαη Πξνθιεηά Γπλακηθά (ΠΓ) θαη απνηεινχλ έλα πνιχηηκν εξγαιείν γηα ηε γλσζηαθή λεπξνςπρνινγία. Αλάινγα κε ην είδνο ηνπ εμσηεξηθνχ εξεζίζκαηνο πνπ ρνξεγείηαη, δηαθξίλνπκε ηα ΠΓ ζε αθνπζηηθά ΠΓ, φηαλ ρνξεγνχκε ηφλνπο, ήρνπο, ιέμεηο, ζε νπηηθά ΠΓ, φηαλ ρνξεγνχκε π.ρ. αθίλεηεο εηθφλεο ή ελαιιαγέο εηθφλσλ ή βίληεν θαη ζε ζσκαηναηζζεηηθά ΠΓ, φηαλ εξεζίζνπκε θάπνην αηζζεηήξην λεχξν ρνξεγψληαο έλα κηθξνχ πιάηνπο θαη δηάξθεηαο ειεθηξηθφ ξεχκα ή εθαξκφζνπκε ηνπηθή ζέξκαλζε ή ςχμε ηνπ δέξκαηνο. Ο ρξφλνο πνπ κεζνιαβεί απφ ηελ έλαξμε ηεο ρνξήγεζεο ηνπ εξεζηζκνχ (ε δηάξθεηα ηνπ νπνίνπ δελ ππεξβαίλεη ζπλήζσο ηα ιίγεο εθαηνληάδεο ms θαη ζπρλά είλαη αθφκε κηθξφηεξε) έσο ηελ εκθάληζε ηνπ ΠΓ νλνκάδεηαη «ιαλζάλσλ ρξφλνο». Σα ΠΓ πνπ παξάγνληαη ιίγα ms κεηά ηε ρνξήγεζε ηνπ εξεζηζκνχ νλνκάδνληαη «πξψηκα» θαη, ζηελ πεξίπησζε ησλ αθνπζηηθψλ ΠΓ, έρνπλ ιαλζάλνληεο ρξφλνπο 2-12 ms (σήμα 5.24). Σα πξψηκα αθνπζηηθά ΠΓ παξάγνληαη απφ ηνπο λεπξσληθνχο ζρεκαηηζκνχο πνπ είλαη πιεζίνλ ηνπ θνριία ηνπ απηηνχ θαη έρνπλ ηδηαίηεξα κηθξφ πιάηνο, θπξίσο ιφγσ ηνπ φηη νη νκάδεο λεπξψλσλ πνπ ελεξγνπνηνχληαη είλαη κηθξέο θαη ζπλαθφινπζα ηα ειεθηξηθά δίπνια είλαη θαη απηά κηθξνχ πιάηνπο. Κάζε θπκαηίδην (Η-V ζην σήμα 5.24) αληηζηνηρεί ζε ζπγθεθξηκέλε νκάδα λεπξψλσλ θαη δίλεηαη έηζη ε δπλαηφηεηα λα αληρλεπζεί ε θαιή ή κε ιεηηνπξγία ησλ λεπξσληθψλ απηψλ ζρεκαηηζκψλ κε κε επεκβαηηθφ ηξφπν. Σα κέζα ΠΓ έρνπλ ιαλζάλνληα ρξφλν 12 σο 50 ms γηα ηα αθνπζηηθά ΠΓ θαη ηα χζηεξα απφ 50 σο πέξαλ ησλ 1000 ms. Γηα θάζε είδνπο ΠΓ (αθνπζηηθφ, νπηηθφ, ζσκαηναηζζεηηθφ) ηα πξψηκα ΠΓ ζρεηίδνληαη κε ηε δηαβίβαζε ησλ δπλακηθψλ δξάζεο θαηά κήθνο ησλ αηζζεηήξησλ νδψλ (θαη απηή είλαη κηα πεξίπησζε, φπνπ πξαγκαηηθά κπνξνχκε λα κεηξήζνπκε αζξνηδφκελα δπλακηθά δξάζεο, κηα πνπ νη ίλεο έρνπλ νκνηφκνξθε θαηεχζπλζε), ελψ ηα χζηεξα παξάγνληαη πιένλ ζηνλ θινηφ ηνπ εγθεθάινπ, φπνπ εθηειείηαη ε επεμεξγαζία ησλ εξεζηζκψλ θαη πξνεηνηκάδνληαη νη θαηάιιειεο αληηδξάζεηο ζηα εξεζίζκαηα (βι. σήμαηα ). Έλα βαζηθφ ραξαθηεξηζηηθφ ησλ ΠΓ είλαη φηη, φζν κεγαιχηεξν ιαλζάλνληα ρξφλν έρνπλ, ηφζν ηζρπξφηεξα είλαη. Δλψ ηα πξψηκα έρνπλ πιάηνο απφ θνξπθή ζε θνξπθή ιίγσλ δεθάδσλ ή εθαηνληάδσλ nv, ηα χζηεξα κπνξεί λα έρνπλ πιάηνο απφ θνξπθή ζε θνξπθή έσο θαη ιίγεο δεθάδεο κv. Δπίζεο, ε πεξίνδνο ησλ θπκάησλ απμάλεηαη, πξάγκα πνπ έρεη απνηέιεζκα λα κεηψλεηαη ε θχξηα αξκνληθή ηνπ ζήκαηνο. Αλ ηε κειέηε καο απαζρνινχλ απνθιεηζηηθά δεηήκαηα ζρεηηδφκελα κε χζηεξα ΠΓ, ε ηνπνζέηεζε (ζπλήζσο εθηφο γξακκήο, δει. κεηά ηελ θαηαγξαθή ηνπ ζήκαηνο) ελφο θαησδηαβαηνχ θίιηξνπ κε ζπρλφηεηα απνθνπήο 30 Hz είλαη ρξήζηκε γηα ηελ ηαπηφρξνλε απφζβεζε ηνπ παξαζίηνπ ηεο γξακκήο ηξνθνδνζίαο, αιιά θαη κεγάινπ κέξνπο ησλ παξαζίησλ ηνπ ΖΜΓ. ην θάησ άθξν, φκσο, ησλ ζπρλνηήησλ παξάζηηα νθεηιφκελα ζε νθζαικηθέο θηλήζεηο θαη αλνηγνθιείζηκν ησλ καηηψλ δελ απνθεχγνληαη εχθνια, παξά κφλν κε πξνρσξεκέλεο κεζφδνπο ςεθηαθήο επεμεξγαζίαο θαη απνηεινχλ ηδηαίηεξν πξφβιεκα ζηηο θαηαγξαθέο ησλ εκπξφζζησλ ειεθηξνδίσλ. 121

123 σήμα 5.24 Πξώηκα Αθνπζηηθά ΠΓ. Με I έσο V ζεκεηώλνληαη νη θνξπθέο ηεο θακπύιεο ησλ ΠΓ. σήμα 5.25 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ύζηεξσλ ΠΓ. εκεηώλνληαη ηα ζπζηαηηθά P1, N1, P2, N2, P3. Παξαηεξήζηε όηη ν άμνλαο ηηκώλ Τ έρεη «αληεζηξακκέλεο» ηηκέο, δει. αξλεηηθέο θνξπθώζεηο ζρεδηάδνληαη «πξνο ηα πάλσ». (Mononomic. [ 122

124 ComponentsofERP.svg.png]. Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά πξνέιεπζεο-παξόκνηα δηαλνκή 3.0, CC-BY-SA 3.0). Πξέπεη λα ζεκεησζεί φηη ηα ΠΓ πνπ δείρλνπκε ζηα σήμαηα δελ έρνπλ πξνθχςεη απφ κία κφλν θαηαγξαθή ΖΔΓ, αιιά έρνπλ εμαρζεί σο κέζνο φξνο πνιιψλ επαλαιακβαλφκελσλ θαηαγξαθψλ. Ο ιφγνο γηα ηνλ νπνίν, ζηε ζπληξηπηηθή πιεηνλφηεηα ησλ θιηληθψλ κεηξήζεσλ, είκαζηε αλαγθαζκέλνη λα πξνβαίλνπκε ζε απηή ηε δηαδηθαζία, έρεη λα θάλεη κε ηε θχζε ηνπ ΠΓ πξνο θαηαγξαθή. Σν ΠΓ νθείιεηαη ζηα κεηαζπλαπηηθά δπλακηθά πνπ ζα αζξνηζηνχλ απφ κηα νκάδα λεπξψλσλ, έζησ Α, πνπ δέρεηαη δηέγεξζε θαηά ηε δηάξθεηα ηεο επεμεξγαζίαο ηνπ εμσηεξηθνχ εξεζηζκνχ. Σαπηφρξνλα κε ηε λεπξσληθή απηή νκάδα, φκσο, ιεηηνπξγνχλ θαη παξάγνπλ κεηξήζηκν ζήκα ζηνλ ΖΔΓ πιήζνο άιισλ λεπξσληθψλ νκάδσλ πνπ εθηεινχλ δηεξγαζίεο πνπ δελ ζρεηίδνληαη κε ηε δξαζηεξηφηεηα ηεο Α. Δίλαη, κάιηζηα, πηζαλφηεξν ηα ζήκαηα απηά λα είλαη πνιχ ηζρπξφηεξα ηνπ ζήκαηνο πνπ παξάγεηαη απφ ηελ νκάδα Α, γηα ηνλ απιφ ιφγν φηη νη νκάδεο πέξαλ ηεο Α είλαη πεξηζζφηεξεο θαη, σο εθ ηνχηνπ, ηα ηνληηθά ξεχκαηα πνπ επάγνληαη, θηάλνπλ ηζρπξφηεξα ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα ηνπ θεθαιηνχ. Έηζη, έρνπκε λα αληηκεησπίζνπκε ην θαηλφκελν θαηά ην νπνίν ην επηζπκεηφ ζήκα, ην ΠΓ, απνηειεί κηθξφ κφλν κέξνο ηνπ ζπλνιηθψο θαηαγξαθφκελνπ ΖΔΓ. Φηιηξάξηζκα δελ κπνξεί λα βνεζήζεη, δηφηη δελ ππάξρνπλ εηδηθά ραξαθηεξηζηηθά ζηε ιεηηνπξγία ησλ λεπξψλσλ ηεο νκάδαο Α ζε ζρέζε κε ηηο άιιεο νκάδεο πνπ λα νδεγνχλ ζε εκθαλψο δηαθνξεηηθφ ζπρλνηηθφ πεξηερφκελν κεηαμχ επηζπκεηνχ θαη αλεπηζχκεηνπ ζήκαηνο. Σν ζήκα πνπ παξάγεηαη απφ ηηο νκάδεο -εθηφο ηεο Α- κπνξεί λα εθιεθζεί γηα ηελ πεξίπησζε ηεο κέηξεζεο ΠΓ σο ζφξπβνο. Απηφ πνπ κπνξεί λα βνεζήζεη ζηελ «εμαγσγή» ηνπ επηζπκεηνχ ζήκαηνο απφ ηνλ ζφξπβν είλαη ην γεγνλφο φηη κφλν ε νκάδα Α εκθαλίδεη ζήκα (ην ΠΓ) ζε ρξφλν ζαθψο ζπζρεηηζκέλν κε ηνλ ρξφλν ρνξήγεζεο ηνπ εξεζηζκνχ, ελψ νη ππφινηπεο λεπξσληθέο νκάδεο εθηεινχλ άιιεο δηεξγαζίεο, πνπ εθ παξαδνρήο δελ ζρεηίδνληαη (είλαη αζπζρέηηζηεο) κε ην εθιπηηθφ γεγνλφο, δει. ην εξέζηζκα. Υξεζηκνπνηψληαο απηφ ην γεγνλφο γηα ηελ εθαξκνγή ηεο ηερληθήο εμαγσγήο ηνπ κέζνπ φξνπ, επαλαιακβάλνπκε ηε δνθηκαζία παξαγσγήο ηνπ ΠΓ φζεο πεξηζζφηεξεο θνξέο είλαη δπλαηφλ. Έζησ ε ζπλνιηθή κεηξεζείζα θπκαηνκνξθή δπλακηθνχ compo j θαηά ηε δηάξθεηα ηεο j επαλάιεςεο ηεο δνθηκαζίαο. Σν ζήκα απηφ έρεη ζπλνιηθφ αξηζκφ δεηγκάησλ Ν samplestotal ίζν κε ηνλ ξπζκφ δεηγκαηνιεςίαο επί ηε ζπλνιηθή ρξνληθή δηάξθεηα ηεο θαηαγξαθήο. Γξάθνληαο «ζπλνιηθή» θπκαηνκνξθή, ελλννχκε ην ζχλνιν ησλ δεηγκάησλ Ν samplestotal. Οη παξαθάησ εμηζψζεηο ηζρχνπλ γηα θάζε δείγκα ηεο ζπλνιηθήο θπκαηνκνξθήο. Ζ ζπλνιηθή κεηξεζείζα θπκαηνκνξθή δπλακηθνχ compo j ζεσξνχκε φηη απαξηίδεηαη απφ δχν μερσξηζηά ζήκαηα, ην ΠΓ ep j πνπ επηζπκνχκε λα αληρλεχζνπκε θαη ην αλεπηζχκεην ζήκα ζνξχβνπ noise j. Σν ζήκα noise j εκπεξηέρεη, φρη κφλν ην ζήκα πνπ παξάγνπλ νη νκάδεο εθηφο ηεο Α, αιιά θαη θάζε άιιν ζήκα κε ειεθηξνεγθεθαινγξαθηθήο πξνέιεπζεο, πνπ, βεβαίσο, είλαη θαη απηφ αλεπηζχκεην. Μπνξνχκε λα γξάςνπκε: compo j (t) = ep j (t) + noise j (t), j=1,...,n (5.1) φπνπ N ν αξηζκφο ησλ επαλαιήςεσλ ηεο δνθηκαζίαο. Ο κέζνο φξνο ησλ θαηαγξαθψλ πνπ έρνπλ απνζεθεπηεί κεηά ηελ νινθιήξσζε ησλ Ν επαλαιήςεσλ δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν: (5.2) ην ζεκείν απηφ ζα ππνζέζνπκε φηη θάζε θνξά ν εγθέθαινο αληαπνθξίλεηαη ζην εξέζηζκα κε ηνλ ίδην αθξηβψο ηξφπν, δει. ε νκάδα λεπξψλσλ Α παξάγεη αθξηβψο ηα ίδηα ΠΓ, δει.: ep j = ep k = ep γηα θάζε επαλάιεςε j θαη k. (5.3) Δλψ, ινηπφλ, ην ΠΓ είλαη πιήξσο ζπζρεηηζκέλν κε ην εξέζηζκα, ην ζήκα noise j (t) είλαη, φπσο αλαθέξακε θαη παξαπάλσ, αζπζρέηηζην κε ην εξέζηζκα. Αλ είρακε άπεηξν αξηζκφ 123

125 επαλαιήςεσλ, ζεσξεηηθά ην άζξνηζκα ησλ ηπραίσλ ζεκάησλ noise j (t) ζα έηεηλε ζην κεδέλ. Καηά πξνζέγγηζε ινηπφλ, κηα πνπ δελ έρνπκε άπεηξν αξηζκφ επαλαιήςεσλ, πξνθχπηεη φηη ην ΠΓ ep ζα είλαη ην απνηέιεζκα ηεο εμαγσγήο ηνπ κέζνπ φξνπ: (5.4) Δδψ πξέπεη λα ζεκεηψζνπκε φηη ε ηερληθή εμαγσγήο ηνπ κέζνπ φξνπ βξίζθεη γεληθφηεξε εθαξκνγή ζε δηάθνξεο κεηξήζεηο βηνζεκάησλ, ειεθηξηθψλ θαη κε. Απηφ ζπκβαίλεη φηαλ, φπσο ζηελ πεξίπησζε ηνπ ΠΓ, θαηαγξάθνπκε έλα βηνζήκα πνπ επηζπκνχκε λα αληρλεχζνπκε, αιιά ηαπηνρξφλσο ε κεηξεηηθή καο δηάηαμε θαηαγξάθεη ίδηαο κνξθήο ζήκαηα πνπ πξνθαινχληαη απφ παξφκνηα θαηλφκελα ζηνλ νξγαληζκφ. Γελ είλαη δπλαηή ε εμαγσγή ηνπ επηζπκεηνχ βηνζήκαηνο κε άιιεο ηερληθέο, π.ρ. κε ηερληθέο θηιηξαξίζκαηνο ζηνλ ρψξν ηεο ζπρλφηεηαο, δηφηη αθξηβψο ηα ηαπηφρξνλα θαηλφκελα ζηνλ νξγαληζκφ, ηα νπνία, φκσο, γηα θάπνην ιφγν δελ καο ελδηαθέξνπλ, δεκηνπξγνχλ παξφκνηα ζήκαηα κε ηα επηζπκεηά. Αλ κπνξνχκε λα ζπζρεηίζνπκε κφλν ην επηζπκεηφ ζήκα κε έλα γεγνλφο (ρξνληθά θαζνξηζκέλν), ελψ ηα άιια ζήκαηα δελ είλαη ζπζρεηηζκέλα, ηφηε κε ηελ ηερληθή ηνπ κέζνπ φξνπ κπνξνχκε λα εμάγνπκε ην επηζπκεηφ ζήκα. Ζ ηερληθή, φκσο, ηνπ κέζνπ φξνπ έρεη πξνβιήκαηα. Σα πξνβιήκαηα ζρεηίδνληαη θαηαξράο κε ην φηη πνιιαπιέο επαλαιήςεηο ηεο δνθηκαζίαο, ελψ καζεκαηηθψο ζα καο πιεζίαδαλ ζηελ ηδαληθή ζπλζήθε άπεηξσλ επαλαιήςεσλ, δελ είλαη πξαθηηθψο εθηθηέο, δηφηη επέξρεηαη θφπσζε ηνπ εμεηαδνκέλνπ. Μάιηζηα, φζν πνιππινθφηεξε είλαη ε δνθηκαζία, κε ηελ έλλνηα φηη ρνξεγνχληαη πνηθηιία εξεζηζκψλ θαη απαηηνχληαη ζεηξέο απνθξίζεσλ απφ ηνλ εμεηαδφκελν, ν αξηζκφο πεξηνξίδεηαη ζεκαληηθά, θαη θάπνηεο θνξέο δελ κπνξεί λα μεπεξάζεη ηηο 15 κε 20. Αθφκε, πξφβιεκα απνηειεί φηη, ζηελ πξαγκαηηθφηεηα, ε παξαδνρή πσο ν εγθέθαινο απνθξίλεηαη ζε θάζε επαλάιεςε κε αθξηβψο ηνλ ίδην ηξφπν ζην εξέζηζκα (Δξίζυζη 5.3) δελ ηζρχεη πιήξσο. Αλακέλεηαη λα ππάξρεη κεηαβιεηφηεηα θαη σο πξνο ην πιάηνο ηεο απφθξηζεο θαη σο πξνο ηνλ ρξφλν εκθάληζεο ηνπ ΠΓ. Σν κεγαιχηεξν πξφβιεκα ην δεκηνπξγνχλ ρξνληθέο απνθιίζεηο ζηνλ ιαλζάλνληα ρξφλν, δηφηη ηφηε ην εμαγφκελν ΠΓ κπνξεί λα δηαθέξεη ζεκαληηθά σο πξνο ην πιάηνο θαη ηε κνξθνινγία ηνπ απφ ην ΠΓ πνπ εκθαλίδεηαη ζε θάζε κεκνλσκέλε θαηαγξαθή ΖΔΓ. Σέινο, πξέπεη λα πξνζερηεί ηδηαίηεξα ε επαλάιεςε ησλ δνθηκαζηψλ λα γίλεηαη κε ρξνληθά δηαζηήκαηα πνπ δελ ππφθεηληαη ζε πεξηνδηθφηεηα (απεξηνδηθή επαλάιεςε ησλ δνθηκαζηψλ). Απηφ έρεη ζεκαζία, δηφηη, αλ νη επαλαιήςεηο έρνπλ κηα ζηαζεξή πεξίνδν, δει ην εξέζηζκα ρνξεγείηαη ζε ηαθηά θαη ζηαζεξά επαλαιακβαλφκελα ρξνληθά δηαζηήκαηα, θαη ηαπηφρξνλα ππάξρεη κηα δεχηεξε ππνθείκελε εγθεθαιηθή δηεξγαζία πνπ δελ ζρεηίδεηαη κε ην εξέζηζκα, εκθαλίδεηαη κε πεξηνδηθφ ηξφπν θαη ζε θάζε κε ηελ πξνο κέηξεζε δηέγεξζε λεπξψλσλ πνπ αληηζηνηρεί ζηα ΠΓ, ηφηε, καδί κε ην ΠΓ, εμάγνληαο ηνλ κέζν φξν, ζα εμαρζεί θαη ην αλεπηζχκεην ζήκα απηήο ηεο δεχηεξεο δηαδηθαζίαο. ην ΠΓ, φπσο απηφ εκθαλίδεηαη κεηά ηελ εμαγσγή ηνπ κέζνπ φξνπ, ηδίσο γηα κέζα θαη χζηεξα ΠΓ, εκθαλίδνληαη, αλάινγα κε ηελ εθάζηνηε δνθηκαζία, ραξαθηεξηζηηθέο θπκαηνκνξθέο (ή νξζφηεξα «εκηθχκαηα») πνπ νλνκάδνληαη ζπζηαηηθά ηνπ ΠΓ. Σα ζπζηαηηθά ηαπηνπνηνχληαη αλάινγα κε ηνλ ρξφλν έλαξμεο θαη ιήμεο ηνπο θαη θπξίσο κε ηνλ ρξφλν θνξχθσζήο ηνπο. Έηζη, γηα αθνπζηηθά ΠΓ έρνπκε ηα ζπζηαηηθά Ρ1 (ή Ρ100), Ν1 (ή Ν100), Ρ2 (ή Ρ200), Ν2 (ή Ν200), Ρ3 (ή Ρ300) (σήμα 5.25), Ν4 (ή Ν400) θαη Ρ6 (ή Ρ600). Ρ ζεκαίλεη φηη ε θνξπθή ηνπ ζπζηαηηθνχ έρεη ζεηηθφ πξφζεκν, ελψ Ν φηη έρεη αξλεηηθφ. 1 ή 100 ζεκαίλεη φηη ε θνξχθσζε εκθαλίδεηαη ζε έλα παξάζπξν ρξφλνπ πνπ (πνιχ πξνζεγγηζηηθά) έρεη θέληξν ηνπ ηα 100 ms κεηά ηελ έλαξμε ρνξήγεζεο ηνπ εξεζηζκνχ θ.ν.θ. Ζ «αλαθάιπςε» ησλ δηάθνξσλ ζπζηαηηθψλ έγηλε (θαη εμαθνινπζεί λα ιακβάλεη ρψξα) ζηαδηαθά, αλάινγα κε ηηο δνθηκαζίεο πνπ ζρεδηάζηεθαλ θαη εθαξκφζηεθαλ ζε εμεηαδνκέλνπο. Πάληα νη δνθηκαζίεο εθαξκφδνληαη πξψηα ζε πγηείο θαη ζε θαηά ην δπλαηφλ κεγάιν δείγκα αλζξψπσλ θαη ησλ δχν θχισλ θαη δηάθνξσλ ειηθηψλ. Αλ ζηνλ κέζν φξν θάζε εμεηαδνκέλνπ εκθαλίδεηαη έλα ζπγθεθξηκέλν ζπζηαηηθφ, ην νπνίν ελδερνκέλσο λα κελ είρε έσο ηφηε θαηαγξαθεί ζε άιιεο δνθηκαζίεο, ηφηε γίλεηαη βάζηκε ε ππφζεζε φηη ην ζπζηαηηθφ 124

126 απηφ ηνπ ΠΓ ζρεηίδεηαη κε ηελ επεμεξγαζία απφ ηνλ εγθέθαιν ηνπ ρνξεγνχκελνπ εξεζηζκνχ. ηε ζπλέρεηα ηξνπνπνηνχληαη θάπνηεο παξάκεηξνη ηεο δηαδηθαζίαο ρνξήγεζεο εξεζηζκνχ (π.ρ. ζπρλφηεηα ζήκαηνο, έληαζε, θσηεηλφηεηα) ή/θαη ηξνπνπνηείηαη ην ζρέδην δξάζεο πνπ δεηείηαη απφ ηνπο εμεηαδνκέλνπο, ψζηε λα κειεηεζεί ηη είδνπο κεηαβνιέο επηθέξνπλ ζην ζπζηαηηθφ απηέο νη αιιαγέο, θπξίσο φζνλ αθνξά ηνλ ιαλζάλνληα ρξφλν θαη ην πιάηνο ηεο θνξχθσζεο. Όηαλ βξηζθφκαζηε ζηε θάζε ηεο αξρηθήο δηεξεχλεζεο ζπζηαηηθψλ, δει. ηεο «αλαθάιπςήο» ηνπο, εηζέξρνληαη αξθεηνί βαζκνί αβεβαηφηεηαο, αλ πξάγκαηη έρεη πξνζδηνξηζηεί έλα λέν ζπζηαηηθφ. Π.ρ. δχν κεξηθψο δηαθνξεηηθέο δνθηκαζίεο κπνξεί λα παξάγνπλ ζπζηαηηθφ φκνηαο κνξθνινγίαο, αιιά κε δηαθνξά ζηνλ ρξφλν θνξχθσζεο (αξθεηέο δεθάδεο ή θαη ιίγεο εθαηνληάδεο ms) ηέηνηα, φκσο, πνπ λα κελ «εηζεξρφκαζηε» ζην ρξνληθφ παξάζπξν άιινπ γλσζηνχ ζπζηαηηθνχ. Σφηε πξνθχπηεη αβεβαηφηεηα αλ πξφθεηηαη γηα έλα θαη ην απηφ ζπζηαηηθφ, δει. αλ γηα ηηο δχν δνθηκαζίεο ζηνλ εγθέθαιν ελεξγνπνηνχληαη νη ίδηνη λεπξσληθνί ζρεκαηηζκνί ή αλ είλαη δχν ηα ζπζηαηηθά. Κάπνηεο θνξέο νδεγνχκαζηε ζηε δηάθξηζε «ππνζπζηαηηθψλ», φπσο έρεη γίλεη γηα ην Ρ3α θαη ην Ρ3β. Ζ κειέηε ησλ ζπζηαηηθψλ έρεη δψζεη πνιχ ρξήζηκεο πιεξνθνξίεο ζηε δηαιεχθαλζε κεραληζκψλ πξνζνρήο, απνκλεκφλεπζεο, απφθξηζεο ζε εξεζίζκαηα θ.ά. Γηα ηε ζρέζε ησλ χζηεξσλ θπξίσο ζπζηαηηθψλ ησλ ΠΓ κε γλσζηαθέο λνεηηθέο δηεξγαζίεο, ελ ζπληνκία κπνξεί λα αλαθεξζεί φηη ην ζπζηαηηθφ Ν1, κε ιαλζάλνληα ρξφλν θνξχθσζεο ζηα 90 σο 150 ms, ζπλδέεηαη κε ηε ιεηηνπξγία ηεο πξνζνρήο θαη ηεο εγξήγνξζεο, ην ζπζηαηηθφ Ρ3, κε ιαλζάλνληα ρξφλν θνξχθσζεο ζηα 220 σο 500 ms, ζρεηίδεηαη κε ηελ πξφζθαηε κλήκε θαη ηελ εθνχζηα αληίδξαζε πξνζαλαηνιηζκνχ ηνπ εμεηαδνκέλνπ ζην εθιπηηθφ εξέζηζκα, ην ζπζηαηηθφ Ν4, κε ιαλζάλνληα ρξφλν θνξχθσζεο ζηα 400 ms πεξίπνπ, ζρεηίδεηαη κε κεραληζκνχο επεμεξγαζίαο ηεο γιψζζαο φζνλ αθνξά ην ελλνηνινγηθφ θαη ζπληαθηηθφ πεξηερφκελν πξνηάζεσλ πνπ αθνχεη έλαο εμεηαδφκελνο, θαη ην ζπζηαηηθφ Ρ6, κε ρξφλν εκθάληζεο ηεο θνξχθσζεο απφ 400 σο 800 ms, ζρεηίδεηαη κε ηε λεπξσληθή δξαζηεξηφηεηα επαγφκελσλ αληηδξάζεσλ, αθνχ ην εξέζηζκα έρεη γίλεη αληηιεπηφ, έρεη θαηεγνξηνπνηεζεί πξνεγνπκέλσο θαη έρεη απνθαζηζηεί πνηα είλαη ε βέιηηζηε αληίδξαζε ζηελ πεξίζηαζε ηεο δνθηκαζίαο. Δπίζεο, ελδηαθέξνλ παξνπζηάδεη θαη ε κειέηε ελφο ζπζηαηηθνχ ην νπνίν εκθαλίδεηαη 70 κε 150 ms αθφηνπ ν εμεηαδφκελνο δηαπξάμεη ιάζνο ζε κηα δεηνχκελε (βάζεη ηνπ εξεζίζκαηνο) αληίδξαζή ηνπ [5]. ηε ζπλέρεηα νη δνθηκαζίεο εθαξκφδνληαη ζε νκάδεο λεπξνινγηθψλ ή ςπρηαηξηθψλ αζζελψλ θαη παξαηεξείηαη ε κνξθή ησλ ζπζηαηηθψλ (σήμα 5.27). Δμεηάδεηαη αλ ππάξρεη δηαθνξνπνίεζε ζε ζρέζε κε ηα ζπζηαηηθά ησλ πγηψλ, φζνλ αθνξά ηελ θνξχθσζε ηνπ ζπζηαηηθνχ, ην πιάηνο ηνπ, ηνλ ρξφλν έλαξμεο θαη ιήμεο ηνπ, αιιά θαη ην εκβαδφλ ηεο θακπχιεο πνπ βξίζθεηαη κεηαμχ ηνπ ζπζηαηηθνχ θαη ηεο ηζνειεθηξηθήο γξακκήο. Απφ ηε κειέηε απηψλ ησλ δηαθνξνπνηήζεσλ κπνξεί λα βνεζεζεί ε δηάγλσζε ησλ αζζελεηψλ αιιά, αθφκε ζεκαληηθφηεξν, κπνξεί λα πξνηαζνχλ κεραληζκνί πνπ δελ ιεηηνπξγνχλ ζσζηά ζηελ πεξίπησζε ηεο αζζέλεηαο. ηε λεπξνινγία, επεηδή, φπσο πξναλαθέξζεθε, ηα πξψηκα ΠΓ ζρεηίδνληαη κε ηε ιεηηνπξγία ησλ λεπξσληθψλ νδψλ ησλ αηζζεηήξησλ λεπξψλσλ, κέζσ ησλ ΠΓ κπνξεί λα ειεγρζεί ε θαιή ιεηηνπξγία απηψλ ησλ νδψλ, ε νπνία βιάπηεηαη π.ρ. απφ απνκπειηλσηηθέο αζζέλεηεο ή θιεγκνλέο. ηελ ςπρηαηξηθή ε ζπλεηζθνξά ηεο κειέηεο ησλ ΠΓ αλακέλεηαη λα είλαη ζεκαληηθή, θαζφζνλ γεληθφηεξα ζηνλ θιάδν απηφ ηεο ηαηξηθήο ππάξρεη έιιεηςε πνζνηηθνπνηεκέλσλ δεηθηψλ πνπ λα έρνπλ ζπζρεηηζζεί κε βεβαηφηεηα κε παξακέηξνπο ησλ αζζελεηψλ θαη ην ΖΔΓ ΠΓ πξνζθέξεη έλα «παξάζπξν» ζε εμαηξεηηθά πνιχπινθεο θαη δχζθνια παξαηεξήζηκεο εγθεθαιηθέο δηαδηθαζίεο [6]. 125

127 σήμα 5.26 Αθνπζηηθά ύζηεξα ΠΓ πγηνύο ελήιηθα ζηηο απαγσγέο Fp2 θαη (C4-T6)/2. Ο άμνλαο Υ είλαη ζε ms κεηά ηε ρνξήγεζε ηνπ εθιπηηθνύ εξεζίζκαηνο θαη ν άμνλαο Τ ζε -V. 126

128 σήμα 5.27 Αθνπζηηθά ύζηεξα ΠΓ ζηηο απαγσγέο Fp2 θαη (C4-T6)/2, ελήιηθα αζζελή πνπ έπαζρε από ηδενςπραλαγθαζηηθή ζπλδξνκή. Ο άμνλαο Υ είλαη ζε ms κεηά ηε ρνξήγεζε ηνπ εθιπηηθνύ εξεζίζκαηνο θαη ν άμνλαο Τ ζε -V. Ο αζζελήο θαηαγξάθεθε κε ηελ ίδηα δηαδηθαζία πνπ έιαβε ρώξα γηα ηνλ πγηή κάξηπξα, ηνπ νπνίνπ νη θαηαγξαθέο ζηα αληίζηνηρα ειεθηξόδηα δείρλνληαη ζην ρήκα

129 5.4 ΖΛΔΚΣΡΟΔΓΚΔΦΑΛΟΓΡΑΦΗΚΔ ΓΗΑΣΑΞΔΗ Μηα ζπζθεπή/δηάηαμε ΖEΓ παξνπζηάδεη νκνηφηεηεο, αιιά θαη ζεκαληηθέο δηαθνξέο ζε ζρέζε κε ηε δηάηαμε ελφο ΖΚΓ, ηελ νπνία κειεηήζακε ζην Κεθάιαην 4. Ζ βαζηθή δνκή θαη νη αξρέο ιεηηνπξγίαο ηεο εληζρπηηθήο βαζκίδαο, ηνπ θπθιψκαηνο δεηγκαηνιεςίαο θαη ηεο θάξηαο αλαινγηθνςεθηαθήο κεηαηξνπήο, θαζψο θαη ε απνζήθεπζε ησλ παξαγφκελσλ ςεθηαθψλ δεδνκέλσλ ζηελ θεληξηθή κνλάδα ηνπ Ζ/Τ (σήμα 5.28) είλαη ίδηεο πξαθηηθά ηφζν γηα δηαηάμεηο ΖΚΓ, φζν θαη γηα δηαηάμεηο ΖΔΓ, αιιά θαη ηηο δηαηάμεηο απαγσγήο γεληθά βηνειεθηξηθψλ ζεκάησλ γεληθά. Π.ρ. ζηελ εληζρπηηθή βαζκίδα ζα ππάξρνπλ ηα θπθιψκαηα εληζρπηή νξγαλνινγίαο πνπ παξνπζηάζηεθαλ ζην Κεθάιαην 3. Απηφ πνπ δηαθέξεη θπξίσο είλαη νη απαηηήζεηο πνπ ππάξρνπλ απφ ηελ εληζρπηηθή βαζκίδα θαη ν αξηζκφο απαγσγψλ πνπ ζέινπκε λα θαηαγξάςνπκε ηαπηφρξνλα [7, 8]. ηελ πεξίπησζε ηνπ ΖΔΓ, ηα ζήκαηα πνπ παξάγνληαη απφ ηελ ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα ηνπ εγθεθάινπ είλαη αζζελή, γηα ιφγνπο πνπ εμεγήζεθαλ παξαπάλσ (πνιιέο «κηθξέο» νκάδεο λεπξψλσλ κε ρσξηθά δηεζπαξκέλε κεηαμχ ηνπο ελεξγνπνίεζε, άζξνηζε ησλ κεηαζπλαπηηθψλ δπλακηθψλ πνπ είλαη αζζελέζηεξα ησλ δπλακηθψλ δξάζεο). Δπίζεο, ην θξαλίν ιεηηνπξγεί σο δηάηαμε εμαζζέληζεο ιφγσ ηεο κηθξήο ηνπ αγσγηκφηεηαο. Απηφ έρεη απνηέιεζκα ην ζήκα πνπ θαιείηαη ν ΖΔΓ λα θαηαγξάςεη, φπσο εκθαλίδεηαη ζηα δεξκαηηθά ειεθηξφδηα, λα είλαη ηεο ηάμεο ησλ δεθάδσλ nv έσο ιίγσλ εθαηνληάδσλ κv. Σν κηθξφ (ζρεηηθά κε ηα ζήκαηα πνπ θαηαγξάθνπκε π.ρ. ζηνλ ΖΚΓ) πιάηνο επηβάιιεη ηε ρξήζε θαζαξψλ ειεθηξνδίσλ κε ραξαθηεξηζηηθά κε πνιψζηκσλ ειεθηξνδίσλ - ζπλεζέζηεξα ηα ειεθηξφδηα Ag/AgCl θαη ηελ πξνζζήθε ειεθηξνιπηηθήο αινηθήο, φπσο πξναλαθέξζεθε, γηα λα εμαζθαιηζηεί ε ειεθηξηθή ζπλέρεηα κεηαμχ δέξκαηνο θαη ειεθηξνδίνπ θαη ηειηθά ε αληίζηαζε ηνπ ειεθηξνδίνπ λα κελ είλαη κεγαιχηεξε απφ ιίγεο δεθάδεο Χ. Οη δηαηάμεηο ΖΔΓ έρνπλ ζχζηεκα ην νπνίν, πξηλ μεθηλήζνπλ νη κεηξήζεηο, ζηέιλεη κηθξή πνζφηεηα ξεχκαηνο δηαδνρηθά ζε θάζε δεχγνο ειεθηξνδίσλ απφ ην νπνίν ζέινπκε λα θαηαγξάςνπκε κηα απαγσγή. Ο ρξήζηεο ελεκεξψλεηαη γηα ηελ αληίζηαζε πνπ κεηξηέηαη θαη θξνληίδεη γηα ηελ θαηά ην δπλαηφλ κείσζή ηεο κε ηηο ηερληθέο πνπ έρνπκε πξναλαθέξεη. Όπσο είδακε θαη παξαπάλσ, είηε ρξεζηκνπνηνχληαη κεκνλσκέλα ειεθηξφδηα είηε θάζθεο ειεθηξνδίσλ. Αλ έρνπκε ρξήζε κεκνλσκέλσλ ειεθηξνδίσλ, ηφηε πξέπεη λα ππάξρεη κηα ζπζθεπή («θνπηί», βι. σήμα 5.28) πνπ «ζπιιέγεη» ηα θαιψδηα ησλ ειεθηξνδίσλ, πξηλ απηά νδεγεζνχλ ζηε δηάηαμε ελίζρπζεο. ηα ειεθηξφδηα πνπ έρνπκε ηνπνζεηήζεη, πξέπεη έλα απφ απηά λα ζπλδεζεί κε ηε γείσζε ηεο δηάηαμεο ηνπ ΖΔΓ (ζα είλαη ην ειεθηξφδην γείσζεο). Όζνλ αθνξά ηηο απαγσγέο πνπ θαηαγξάθνπκε, δει. ην πνηα δεχγε ειεθηξνδίσλ επηιέγνπκε λα νδεγήζνπκε ζηηο εηζφδνπο ηνπ δηαθνξηθνχ εληζρπηή, ζηελ ειεθηξνεγθεθαινγξαθία δηαθξίλνπκε δχν είδε απαγσγψλ: ηηο ιεγφκελεο «δηπνιηθέο», ζηηο νπνίεο θαη ηα δχν ειεθηξφδηα είλαη ηνπνζεηεκέλα ζε πεξηνρή ηνπ θξαλίνπ πνπ απφ θάησ αλακέλεηαη λα ππάξρεη εγθεθαιηθή δξαζηεξηφηεηα θαη ηηο ιεγφκελεο «κνλνπνιηθέο» απαγσγέο, ζηηο νπνίεο ην έλα ειεθηξφδην είλαη ηνπνζεηεκέλν ζε πεξηνρή ηνπ θξαλίνπ πνπ απφ θάησ αλακέλεηαη λα ππάξρεη εγθεθαιηθή δξαζηεξηφηεηα θαη ην άιιν ειεθηξφδην, ην νπνίν νλνκάδεηαη ειεθηξφδην «αλαθνξάο», είλαη ηνπνζεηεκέλν ζε πεξηνρή ηνπ θεθαιηνχ εθηφο θξαλίνπ, π.ρ. ζε έλα κάγνπιν ή ζε έλα απηί. Μάιηζηα, ην ειεθηξφδην αλαθνξάο είλαη ζπλήζσο θνηλφ γηα φιεο ηηο απαγσγέο. Γηπνιηθέο απαγσγέο ζπλεζίδνληαη ζηε κειέηε ηεο επηιεςίαο, φπνπ ε αθαίξεζε ησλ δχν δπλακηθψλ απφ ηα δχν ειεθηξφδηα αλακέλεηαη λα θάλεη ηελ θαηαγξαθή λα εζηηάζεη θαιχηεξα ζηελ πεξηνρή πνπ είλαη «θάησ» απφ ηα (δηπιαλά επξηζθφκελα) ειεθηξφδηα, αθνχ ζήκαηα απφ καθξηλφηεξεο πεξηνρέο ζα επεξεάζνπλ παξφκνηα θαη ηα δχν ειεθηξφδηα θαη ζα εμαιεηθζνχλ κέζσ ηεο αθαίξεζεο ησλ δπλακηθψλ. Απηφ έρεη λφεκα ζηε κειέηε ηεο επηιεςίαο, φπνπ ηα ζήκαηα είλαη θάπνηεο θνξέο εμαηξεηηθά ηζρπξά θαη επεθηείλνληαη ζε κεγάιεο πεξηνρέο ηνπ εγθεθάινπ. ηηο δηαηάμεηο ΖΔΓ ππάξρεη εμαξρήο ε απαίηεζε ηεο, φζν ην δπλαηφλ, ππθλφηεξεο θάιπςεο ηνπ θεθαιηνχ κε ειεθηξφδηα, δηφηη ζηε ιεηηνπξγία ηνπ εγθεθάινπ ππάξρνπλ πνιιέο νκάδεο ζε δηάθνξεο πεξηνρέο ηνπ εγθεθάινπ πνπ δξνπλ είηε ηαπηφρξνλα είηε φρη, θαη ζέινπκε, αλ είλαη δπλαηφλ, λα κεηξήζνπκε ην ζήκα πνπ ζηέιλνπλ έσο ην δέξκα ηνπ θεθαιηνχ. Έλα ειεθηξφδην ηνπνζεηεκέλν πάλσ απφ κηα πεξηνρή, π.ρ. ην ηλίν, δελ κπνξεί λα θαηαγξάςεη ζήκαηα απφ νπνηαδήπνηε πεξηνρή ηνπ εγθεθάινπ. πλήζσο θαηαγξάθεη ηα 128

130 ζήκαηα πνπ πξνέξρνληαη απφ εγθεθαιηθέο πεξηνρέο ζε ζρεηηθά κηθξή απφζηαζε απφ ην ζεκείν ηνπνζέηεζήο ηνπ, θαη ιφγσ ηνπ κηθξνχ ζήκαηνο ησλ λεπξσληθψλ νκάδσλ θαη ιφγσ ηεο εμαζζέληζεο πνπ επηθέξεη ην θξαλίν. Άξα, ρξεηαδφκαζηε πνιιά ειεθηξφδηα. Δπίζεο, φιεο νη απαγσγέο πξέπεη λα είλαη ηαπηφρξνλεο, γηα λα κπνξνχκε λα παξαηεξνχκε ηε ιεηηνπξγία φισλ ησλ πεξηνρψλ ηαπηνρξφλσο. Γελ ππάξρεη ε δπλαηφηεηα πνπ ππάξρεη, π.ρ. ζε δηαηάμεηο ΖΚΓ, λα θαηαγξάθνπκε δηαδνρηθά ηε κία απαγσγή, κεηά ηελ άιιε θ.ν.θ. Ζ βαζκίδα ηνπ εληζρπηή (ηελ νπνία ζηηο δηαηάμεηο ΖΚΓ είρακε νλνκάζεη βαζκίδα πξνελίζρπζεο) ζα πεξηέρεη έλαλ δίαπιν πξνελίζρπζεο αλά απαγσγή, δει. αλά δεχγνο ειεθηξνδίσλ ησλ νπνίσλ ηε δηαθνξά δπλακηθνχ κεηξνχκε. Κάζε δίαπινο ηνπ πξνεληζρπηή πινπνηείηαη κελ κε θπθιψκαηα αληίζηνηρα κε απηά πνπ είδακε ζην Κεθάιαην 3, φπσο πξναλαθέξακε, φκσο κηα βαζηθή δηαθνξά ηνπ ΖΔΓ απφ ηνλ ΖΚΓ είλαη φηη ηα ζήκαηα πνπ ν ΖΔΓ ζπιιέγεη κπνξεί λα είλαη έσο θαη 1000 θνξέο κηθξφηεξα απφ ηα ζπλήζε ζήκαηα ηνπ ΖΚΓ. Γηα ηελ πεξίπησζε ηνπ ΖΔΓ, ινηπφλ, είλαη πξνθαλέο φηη νη απαηηήζεηο ηεο πξνεληζρπηηθήο βαζκίδαο είλαη ζαθψο απζηεξφηεξεο απφ φ,ηη γηα ηνλ ΖΚΓ. πληειεζηέο ελίζρπζεο ηεο ηάμεο ηνπ 10 4 ή θαη πςειφηεξνη είλαη ζπλεζηζκέλνη ζηε βαζκίδα πξνελίζρπζεο. Δπίζεο, ν πξνεληζρπηήο πξέπεη λα απνηειείηαη απφ εληζρπηέο εμαηξεηηθά ρακεινχ ζνξχβνπ. Θεσξεηηθά, αλ ην κηθξφηεξν πιάηνο θπκαηνκνξθήο απφ θνξπθή ζε θνξπθή πνπ ζέινπκε λα κεηξήζνπκε είλαη Υ V, ν εζσηεξηθφο ζφξπβνο ησλ εληζρπηηθψλ δηαηάμεσλ ηνπ εληζρπηή νξγαλνινγίαο δελ πξέπεη λα ππεξβαίλεη ηα Υ/10 V. Γηα ΖΔΓ πνπ δελ πξννξίδνληαη γηα κεηξήζεηο ΠΓ, εζσηεξηθφο ζφξπβνο ηεο ηάμεο ηνπ 1 κv ζεσξείηαη ηθαλνπνηεηηθφο, θαζψο θαη CMRR ηεο ηάμεο ησλ db. Όκσο, γηα ΖΔΓ πνπ πξννξίδνληαη γηα κεηξήζεηο ΠΓ, πνπ ζε κεξηθέο πεξηπηψζεηο έρνπλ πιάηνο θπκαηνκνξθήο απφ θνξπθή ζε θνξπθή ηεο ηάμεο ησλ ιίγσλ εθαηνληάδσλ (ή θαη ιηγφηεξν) nv, ν εζσηεξηθφο ζφξπβνο δελ πξέπεη λα ππεξβαίλεη ηηο ιίγεο δεθάδεο nv θαη ν CMRR κπνξεί λα ρξεηαζηεί λα θηάλεη έσο θαη db. Απηέο νη απαηηήζεηο, ηδίσο φηαλ έρνπκε πνιπθάλαια (πνιπδηαπιηθά) ζπζηήκαηα ΖΔΓ, νδεγνχλ ζε πνιχ ζεκαληηθή επηβάξπλζε ζην θφζηνο ησλ δηαηάμεσλ. Μία δηάηαμε ΖΔΓ έρεη ζπλήζσο ελζσκαησκέλε ζηελ εληζρπηηθή βαζκίδα, σο κέξνο ηνπ εληζρπηή νξγαλνινγίαο ππφ κνξθή ελεξγνχ θίιηξνπ, δηαηάμεηο θηιηξαξίζκαηνο πνπ «επηιέγνπλ» ζπγθεθξηκέλεο δψλεο ζπρλνηήησλ νη νπνίεο αληηζηνηρνχλ ζε ξπζκνχο. πλεζέζηεξα, ππάξρεη ελζσκαησκέλν επηιεγφκελν θίιηξν γηα ηνλ άιθα ξπζκφ. Πεξηζζφηεξε επεμεξγαζία γηα ηελ επηινγή θαη άιισλ ξπζκψλ παξέρεηαη κε ςεθηαθή επεμεξγαζία, είηε ηελ ψξα πνπ γίλεηαη ε θαηαγξαθή είηε αθνχ γίλεη ε θαηαγξαθή θαη έρεη απνζεθεπηεί εληφο ηνπ Ζ/Τ. ρεηηθά κε ην ελζσκαησκέλν θηιηξάξηζκα, πξέπεη λα αλαθεξζεί φηη ζπλήζσο νη δηαηάμεηο ελίζρπζεο εθ θαηαζθεπήο απνθφπηνπλ ζπρλφηεηεο θάησ απφ 0,5 Hz θαη πάλσ απφ 70 Hz, δηφηη δελ ππάξρνπλ θιηληθψο ρξήζηκεο ζπρλφηεηεο εθηφο απηψλ ησλ νξίσλ. Όηαλ, φκσο, εξεπλεηηθνί ζθνπνί επηβάιινπλ ηε κειέηε ηνπ ΖΔΓ ζήκαηνο ζε αλψηεξεο (ή ζπρλφηεξα θαηψηεξεο) ζπρλφηεηεο, πξέπεη λα ρξεζηκνπνηεζνχλ εηδηθά θαηαζθεπαζκέλεο δηαηάμεηο ΖΔΓ πνπ λα επηηξέπνπλ ηε δηέιεπζε απηψλ ησλ ζπρλνηήησλ. Σα ηειεπηαία ρξφληα δηαηίζεληαη δηαηάμεηο ΖΔΓ πνπ επηηξέπνπλ ηε κέηξεζε έσο θαη ζπλερνχο ξεχκαηνο. Απηφ, φκσο, ζεκαίλεη φηη πξέπεη λα ιεθζεί πξφλνηα γηα λα εμαιεηθζνχλ ζήκαηα πνπ νθείινληαη ζηελ αιιαγή ηεο αγσγηκφηεηαο ιφγσ εθίδξσζεο θαη άιισλ παξαγφλησλ πνπ έρνπλ ρακειή ζπρλφηεηα κεηαβνιήο θαη επεξεάδνπλ θπξίσο πνιχσξεο θαηαγξαθέο. Δάλ ε δηάηαμε ηνπ ΖΔΓ πξφθεηηαη λα ρξεζηκνπνηεζεί γηα θαηαγξαθέο ΠΓ, ηφηε ππάξρεη ζπλήζσο ελζσκαησκέλε δηάηαμε ρνξήγεζεο εξεζηζκψλ (σήμα 5.28). ηνλ Ζ/Τ ππάξρεη κηα θάξηα ςεθηαθναλαινγηθήο κεηαηξνπήο πνπ δεκηνπξγεί αλαινγηθά ζήκαηα (ζπλήζσο αθνπζηηθά ή νπηηθά αιιά θαη ειεθηξηθψλ δηεγέξζεσλ), ηα νπνία κε ηε ζεηξά ηνπο νδεγνχληαη ζε ζπζθεπή ρνξήγεζεο ησλ εξεζηζκψλ πξνο ηνλ εμεηαδφκελν, ζηνλ ρψξν πνπ γίλνληαη νη κεηξήζεηο. Αλ πξφθεηηαη γηα εξεπλεηηθά πξσηφθνιια ΠΓ είλαη θαιφ, φπσο αλαθέξακε θαη παξαπάλσ, ν εξγαζηεξηαθφο ρψξνο λα είλαη θαη ειεθηξνκαγλεηηθά ζσξαθηζκέλνο. 129

131 σήμα 5.28 Γηάηαμε ςεθηαθνύ ΖΔΓ πνπ κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί θαη γηα ηελ θαηαγξαθή ΠΓ. Μπνξνύλ λα ιεθζνύλ έσο θαη Μ κνλνπνιηθέο απαγσγέο. Δθόζνλ ε δηάηαμε ρξεζηκνπνηεζεί γηα εξεπλεηηθνύο ζθνπνύο ζρεηηθνύο κε ηε κειέηε ησλ ΠΓ, θαιό είλαη ν εξγαζηεξηαθόο ρώξνο λα είλαη ειεθηξνκαγλεηηθά κνλσκέλνο θαη νη εληζρπηηθέο βαζκίδεο λα ζπλδένληαη κε ην «θνπηί» ζπγθέληξσζεο ησλ ειεθηξνδίσλ κέζσ νκναμνληθνύ θαισδίνπ. 5.5 ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ ΣΟΜΟΓΡΑΦΗΑ ΔΓΚΔΦΑΛΟΤ ΣΟ ΑΝΣΗΣΡΟΦΟ ΖΛΔΚΣΡΟΜΑΓΝΖΣΗΚΟ ΠΡΟΒΛΖΜΑ Ζ κειέηε ηνπ ΖΔΓ έρεη ζηφρν λα δηαιεπθάλεη ηνπο κεραληζκνχο πνπ δηέπνπλ ηα εγθεθαιηθά θαηλφκελα. Σα δπλακηθά ηνπ ΖΔΓ αληαλαθινχλ απηνχο ηνπο κεραληζκνχο, π.ρ. δηαδηθαζίεο επεμεξγαζίαο πιεξνθνξηψλ. Ζ ιεηηνπξγία ησλ λεπξψλσλ ηνπ εγθεθάινπ, φπσο αλαιχζεθε ζην θεθάιαην ην ζρεηηθφ κε ηα ηνληηθά ξεχκαηα ζην αλζξψπηλν ζψκα θαη εηδηθφηεξα κε ηελ εγθεθαιηθή ιεηηνπξγία, νδεγεί ζηελ εκθάληζε ζεηηθψλ «πεγψλ» ξεχκαηνο, δει. ζεκείσλ απφ ηα νπνία εμέξρνληαη ηεο θπηηαξηθήο κεκβξάλεο ζεηηθά ηνληηθά θνξηία (ή εηζέξρνληαη εληφο απηήο αξλεηηθά ηφληα) θαη αξλεηηθψλ «πεγψλ», δει. ζεκείσλ απφ ηα νπνία εηζέξρνληαη εληφο ηνπ θπηηάξνπ ζεηηθά ηνληηθά θνξηία (ή εμέξρνληαη απφ ηε κεκβξάλε αξλεηηθά ηφληα). Ζ εκθάληζε απηψλ ησλ πεγψλ νδεγεί ζε επαγφκελα ηνληηθά ξεχκαηα ζε φινλ ηνλ αγψγηκν ρψξν ηνπ θεθαιηνχ θαη ζπλεπψο ζηελ εκθάληζε δπλακηθνχ ζηα δηάθνξα ζεκεία ηεο δεξκαηηθήο επηθάλεηαο ηνπ θεθαιηνχ [1]. Γηα λα κειεηήζνπκε ηε ιεηηνπξγία ηνπ εγθεθάινπ απφ ηε ζθνπηά ηεο ειεθηξηθήο ηνπ δξαζηεξηφηεηαο ηνπιάρηζηνλ, πξέπεη, ινηπφλ, λα έρνπκε θάπνηα 130

132 γλψζε ζρεηηθά κε ηε ζέζε ησλ πεγψλ ειεθηξηθήο δξαζηεξηφηεηαο νη νπνίεο δεκηνπξγνχλ ηα θαηαγξαθφκελα δπλακηθά. Ζ άκεζε πεηξακαηηθή κέηξεζε ηεο ειεθηξηθήο δξαζηεξηφηεηαο ζην εζσηεξηθφ ηνπ εγθεθάινπ είλαη πξνθαλψο αδχλαηε ζηνλ άλζξσπν, εθηφο ζπαληφηαησλ εμαηξέζεσλ, φπσο π.ρ. ζηνλ πξνεγρεηξεηηθφ έιεγρν ηεο επηιεςίαο [1]. Ζ ρξήζε πεηξακαηφδσσλ γηα ηελ εθηέιεζε ελδνθξαληαθψλ κεηξήζεσλ ΖΔΓ πεξηνξίδεη ηα ζπκπεξάζκαηα πνπ κπνξεί λα εμαρζνχλ, εθφζνλ ν αλζξψπηλνο εγθέθαινο αθξηβψο ζηηο αλψηεξεο λνεηηθέο ιεηηνπξγίεο ππεξέρεη ησλ ππφινηπσλ εηδψλ. ηε ζπλέρεηα ζα παξνπζηάζνπκε ηηο γεληθέο αξρέο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη απφ κεζφδνπο ςεθηαθήο επεμεξγαζίαο ηνπ ΖΔΓ γηα λα ππνινγηζηνχλ νη ελδνθξαληαθέο (εγθεθαιηθέο) πεγέο, εζηηάδνληαο ζε ζπγθεθξηκέλεο θαηεγνξίεο ηερληθψλ. ηε ζεσξία πεδίσλ, «επζχ» νλνκάδεηαη ην πξφβιεκα ζην νπνίν γλσξίδνπκε ηηο πεγέο ηνπ πεδίνπ θαη αλαδεηνχκε ηελ ηηκή ηνπ πεδίνπ ζε φιε ηελ έθηαζή ηνπ (πέξαλ ησλ πεγψλ) θαη ζηηο επηθάλεηεο πνπ πεξηθιείνπλ ηνλ ρψξν ηνπ πεδίνπ. Οη επηθάλεηεο απηέο νλνκάδνληαη νξηαθέο επηθάλεηεο, δηφηη πέξαλ απηψλ δελ πθίζηαηαη πεδίν. Σν επζχ πξφβιεκα έρεη κνλαδηθή ιχζε, φρη θαη αλάγθε εχθνια ππνινγίζηκε. ηελ πεξίπησζε ηεο ειεθηξνθαξδηνγξαθηθήο δξαζηεξηφηεηαο, πεγή κπνξεί λα ζεσξεζεί ην θαξδηαθφ άλπζκα θαη έρνπκε λα ππνινγίζνπκε ηα ξεχκαηα πνπ πξνθχπηνπλ ζε φιν ην ζψκα εμαηηίαο ηεο ειεθηξηθήο θαξδηαθήο δξαζηεξηφηεηαο, έσο θαη ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα πνπ απνηειεί ηελ νξηαθή επηθάλεηα, κηα πνπ έμσ απφ απηή δελ ξέεη ξεχκα ηφλησλ ηνπ νξγαληζκνχ καο. ηελ πεξίπησζε ηνπ ΖΔΓ, αλ ππνζέηακε φηη μέξακε κηα ζπγθεθξηκέλε ρξνληθή ζηηγκή, πνηα θχηηαξα ηνπ εγθεθάινπ παξάγνπλ ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα (έζησ έρνληαο ηνπνζεηήζεη ελδνθξαληαθά ειεθηξφδηα γεγνλφο πξαθηηθά αλέθηθην γηα πιήξε θάιπςε ηνπ εγθεθάινπ), ε επίιπζε ηνπ επζέσο πξνβιήκαηνο ζα ζπλίζηαην ζηνλ ππνινγηζκφ ησλ ηνληηθψλ ξεπκάησλ ζε φιν ηνλ ρψξν ηνπ θεθαιηνχ έσο θαη ζηελ νξηαθή δεξκαηηθή επηθάλεηα ηνπ θξαλίνπ. ηελ πξάμε, φκσο, δελ έρνπκε λα επηιχζνπκε ην επζχ πξφβιεκα. Απηφ πνπ γλσξίδνπκε είλαη (γηα θάζε κία μερσξηζηή ρξνληθή ζηηγκή δεηγκαηνιεςίαο) θάπνηεο ηηκέο δπλακηθνχ ζηελ εμσηεξηθή νξηαθή δεξκαηηθή επηθάλεηα ηνπ θξαλίνπ (γηα ηελ πεξίπησζε ηνπ ΖΔΓ). Αλαδεηνχκε πνηεο είλαη νη πεγέο κέζα ζηνλ εγθέθαιν πνπ δεκηνπξγνχλ απηά ηα θαηαγξαθφκελα δπλακηθά. Απηφ ην πξφβιεκα πξνο επίιπζε νλνκάδεηαη «αληίζηξνθν» πξφβιεκα. ηε ζεσξία πεδίσλ, αληίζηξνθν νλνκάδεηαη ην πξφβιεκα ζην νπνίν, γλσξίδνληαο ηελ ηηκή ηνπ πεδίνπ ζηηο νξηαθέο επηθάλεηεο ηνπ πεδίνπ, πξνζπαζνχκε λα ππνινγίζνπκε ηηο πεγέο ηνπ πεδίνπ εληφο ηνπ ρψξνπ πνπ πεξηθιείεηαη απφ ηηο νξηαθέο επηθάλεηεο. Σν αληίζηξνθν πξφβιεκα, ζε αληίζεζε κε ην επζχ πξφβιεκα, έρεη γεληθά άπεηξεο ιχζεηο. Απηφ ζεκαίλεη φηη, αλ έρνπκε ζηε δηάζεζή καο κηα θαηαλνκή ηηκψλ ηνπ πεδηαθνχ κεγέζνπο ζηηο νξηαθέο επηθάλεηεο, ππάξρεη άπεηξνο ζπλδπαζκφο πεγψλ σο πξνο ηε ζέζε θαη ην κέγεζφο ηνπο, πνπ απνηεινχλ, καζεκαηηθά ηνπιάρηζηνλ, ιχζε ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο. Γει. θαζέλαο απφ απηνχο ηνπο ζπλδπαζκνχο πεγψλ, αλ ηνπνζεηεζεί σο αξρηθή ζπλζήθε ζην επζχ πξφβιεκα, ζα δψζεη, σο ιχζε ηνπ επζέσο πξνβιήκαηνο, αθξηβψο ηελ θαηαλνκή ηνπ πεδηαθνχ κεγέζνπο πνπ έρνπκε κεηξήζεη ζηηο νξηαθέο επηθάλεηεο. Ζ επίιπζε ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο πξνυπνζέηεη ηελ απνδνρή ελφο πξνηχπνπ (κνληέινπ) γηα ηε γεσκεηξία ηνπ ρψξνπ, φπνπ ππάξρεη ην πεδίν, αιιά θαη γηα ηε κνξθή πνπ ιακβάλεη ε δξαζηεξηφηεηα ησλ πεγψλ ηνπ πεδίνπ. ηελ πεξίπησζε ηνπ ΖΔΓ, ρψξνο ηνπ πεδίνπ ζεσξείηαη ην αλζξψπηλν θεθάιη. Σα δηάθνξα γεσκεηξηθά πξφηππα είλαη, ζηελ απινχζηεξε πεξίπησζε, κηα ζθαίξα κε ζηαζεξή αγσγηκφηεηα ζε φιν ηνλ ρψξν ηεο, ή, ζπλεζέζηεξα, ηξεηο νκφθεληξεο ζθαίξεο, κε ηελ εζσηεξηθή λα αληηζηνηρεί ζηνλ εγθέθαιν, ηελ ελδηάκεζε ζην θξαλίν θαη ηελ εμσηεξηθή ζηε δεξκαηηθή επηθάλεηα ηνπ θξαλίνπ. Κάζε έλαο απφ ηνπο ηξεηο απηνχο ρψξνπο ζεσξείηαη φηη έρεη ζε φιε ηνπ ηελ έθηαζε ζηαζεξή αγσγηκφηεηα. Μάιηζηα, ν εζσηεξηθφο ρψξνο (εγθέθαινο) θαη ν εμσηεξηθφο ρψξνο (δέξκα) ζεσξείηαη φηη έρνπλ ηελ ίδηα ηηκή αγσγηκφηεηαο, ελψ ν ελδηάκεζνο (θξαλίν) έρεη αγσγηκφηεηα πνιιέο δεθάδεο θνξέο κηθξφηεξε απφ ηνπο δχν άιινπο ρψξνπο. Κάπνηεο θνξέο ρξεζηκνπνηείηαη γεσκεηξηθφ κνληέιν ηεζζάξσλ νκφθεληξσλ ζθαηξψλ, φπνπ κεηαμχ θξαλίνπ θαη εγθεθάινπ ζεσξείηαη φηη ππάξρεη έλα ζηξψκα πνπ αληηπξνζσπεχεη ην εγθεθαινλσηηαίν πγξφ (κε αγσγηκφηεηα ίζε κε ηνπ λεξνχ). Πνιχ ηθαλνπνηεηηθφηεξε εγγχηεηα κε ηελ αλακελφκελε πξαγκαηηθή γεσκεηξία ηνπ θεθαιηνχ θάζε εμεηαδνκέλνπ πξνζθέξνπλ πνιππινθφηεξα πξφηππα, ηα νπνία έρνπλ 131

133 πξνθχςεη απφ «ζχληεμε» εηθφλσλ πνπ παξάγεη ε απεηθφληζε ππνινγηζηηθήο ηνκνγξαθίαο (computerised tomography imaging - CT), δει. εηθφλεο αμνληθήο ηνκνγξαθίαο, θαη ε απεηθφληζε καγλεηηθνχ ζπληνληζκνχ (magnetic resonance imaging - MRI), δει. εηθφλεο καγλεηηθήο ηνκνγξαθίαο. ε απηά ηα πξφηππα επηιέγεηαη έλα ραξαθηεξηζηηθφ ζεκείν ηνπ εγθεθάινπ σο αξρή ησλ αμφλσλ. Αθνινπζείηαη ζχζηεκα θαξηεζηαλψλ ζπληεηαγκέλσλ (x, y, z) θαη ν ρψξνο δηαθξηηνπνηείηαη ζε αξθεηέο ρηιηάδεο ζηνηρεηψδεηο φγθνπο (volume elements voxels) ζπλήζσο ηεηξαγσληθνχο. Γηα ηε δεκηνπξγία ηνπ πξνηχπνπ επηιέγεηαη ην θεθάιη ελφο ζπγθεθξηκέλνπ αηφκνπ, ην νπνίν απεηθνλίδεη αξθεηά θαιά κία «κέζε» θαηάζηαζε, φζνλ αθνξά ηνπο δηάθνξνπο αλαηνκηθνχο ζρεκαηηζκνχο ηνπ θεθαιηνχ. Μέζσ ηεο ζχληεμεο εηθφλσλ CT θαη MRI ηνπ θεθαιηνχ ηνπ ζπγθεθξηκέλνπ αηφκνπ, πξνθχπηεη έλα πξφηππν ζην νπνίν θάζε ζεκείν πνπ απνηειεί θέληξν ελφο voxel αληηζηνηρίδεηαη, ζηελ απινχζηεξε πεξίπησζε, ζε κία απφ ηηο 5 παξαθάησ πεξηνρέο: (α) εμσηεξηθφο (εθηφο αλζξψπηλνπ ζψκαηνο) ρψξνο, (β) δέξκα, (γ) θξαληαθφ νζηφ, (δ) εγθεθαινλσηηαίν πγξφ θαη (ε) εγθεθαιηθφο ηζηφο. Ζ αγσγηκφηεηα ησλ πεξηνρψλ (β)-(ε) ζπλήζσο απνδίδεηαη κε ζπκβαηηθέο ηηκέο (φπσο έρνπλ κεηξεζεί σο κέζνο φξνο ζε κεγάιν αξηζκφ δεηγκάησλ ηζηψλ). Αλ είλαη επηζπκεηφ, ηα πξφηππα απηά δίλνπλ έλα ραξαθηεξηζκφ ζε θάζε voxel, αλάινγα κε ηνλ εγθεθαιηθφ ζρεκαηηζκφ ζηνλ νπνίν ζεσξείηαη φηη αλήθεη, πάληα έρνληαο νδεγφ ηηο εηθφλεο CT θαη MRI. Ο ραξαθηεξηζκφο απηφο κπνξεί λα είλαη θαη ζε πνζνζηφ πηζαλνηήησλ, θαζφζνλ γηα αξθεηά voxel δελ κπνξεί λα ππάξρεη απφιπηε βεβαηφηεηα ζε πνηνλ αθξηβψο ζρεκαηηζκφ αλήθνπλ. Δλλνείηαη φηη απηφ ην «κέζν» θεθάιη ζα απεηθνλίδεη ηηο δηάθνξεο εγθεθαιηθέο πεξηνρέο κε έλα πνζνζηφ ζθάικαηνο, φηαλ εθαξκφδεηαη γηα ηηο κεηξήζεηο δπλακηθνχ ελφο ζπγθεθξηκέλνπ αηφκνπ, δηαθνξεηηθνχ απφ ην άηνκν ηνπ νπνίνπ ην θεθάιη ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηε δεκηνπξγία ηνπ πξνηχπνπ. Γηα ηηο πεγέο ηνπ πεδίνπ ην κνληέιν πνπ ζπλήζσο αθνινπζείηαη είλαη απηφ ησλ δηπφισλ πνπ δεκηνπξγεί ε ιεηηνπξγία ησλ ζπλάςεσλ ησλ λεπξψλσλ. Όπσο είρε αλαθεξζεί θαη ζην Κεθάιαην 1, φηαλ έλαο λεπξψλαο πνπ έρεη αλαπηχμεη δπλακηθφ δξάζεο θηάζεη, κέζσ ηνπ λεπξάμνλά ηνπ, λα επεξεάζεη ηηο ζπλάςεηο πνπ έρεη κε άιινπο λεπξψλεο (σήμαηα 1.7 θαη 1.8), εθρχνληαη λεπξνδηαβηβαζηέο απφ ηνλ δηεγεξκέλν λεπξψλα πξνο ηνπο επφκελνπο λεπξψλεο, νη νπνίνη ζηηο ζπλάςεηο ηνπο έρνπλ ππνδνρείο πνπ επεξεάδνληαη απφ ηνπο λεπξνδηαβηβαζηέο. Ο ζπλδπαζκφο ηνπ δηαβηβαζηή κε ηνλ ππνδνρέα κπνξεί λα νδεγήζεη ζηελ ελεξγνπνίεζε ηνληηθψλ δηφδσλ, νη νπνίεο είλαη θιεηζηέο ζηελ θαηάζηαζε εξεκίαο. Αλάινγα κε ην είδνο ησλ ηφλησλ πνπ δηαξξένπλ ηελ ηνληηθή δίνδν θαη ηε θνξά ηνπο, ην ηνληηθφ δηακεκβξαληθφ ξεχκα πνπ νθείιεηαη ζηελ αχμεζε ηεο ηνληηθήο αγσγηκφηεηαο ηεο κεκβξάλεο, ζα δεκηνπξγήζεη απνπφισζε ή ππεξπφισζε ηεο κεηαζπλαπηηθήο κεκβξάλεο θαη ζα εκθαληζηνχλ ηα ΜΓΓ θαη ΜΓΑ γηα ηελ πεξίπησζε απνπφισζεο θαη ππεξπφισζεο αληίζηνηρα. Ζ κεηαβνιή ηεο πνιηθφηεηαο ζηνλ ρψξν ηεο κεηαζπλαπηηθήο κεκβξάλεο ιφγσ δηαηαξαρήο ηεο ηνληηθήο ηζνξξνπίαο, νδεγεί ηειηθά ζηελ εκθάληζε ελφο πξσηνγελνχο δηπφινπ ξεπκαηηθήο ξνήο κεηαμχ ησλ δελδξηηψλ θαη ηνπ ζψκαηνο ηνπ λεπξψλα-ζηφρνπ (σήμα 5.29). πλδπαζκφο ηέηνησλ κηθξνζθνπηθψλ δηπνιηθψλ ξεπκάησλ δίλεη καθξνζθνπηθέο ξεπκαηηθέο πεγέο κε ηε κνξθή καθξνζθνπηθψλ ξεπκαηηθψλ δηπφισλ θαη ζπλαθφινπζε ξεπκαηηθή εγθεθαιηθή θπθινθνξία, πνπ θηάλεη σο ηε δεξκαηηθή επηθάλεηα θαη θαηαγξάθεηαη ζην ΖΔΓ. 132

134 σήμα 5.29 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηνπ καθξνζθνπηθνύ ειεθηξηθνύ θαη καγλεηηθνύ πεδίνπ πνπ δεκηνπξγείηαη από ηε ζπληνληζκέλε ξνή ξεύκαηνο ελδνθπηηαξηθά από ηνπο δελδξίηεο πξνο ην ζώκα ησλ ππξακηδηθώλ λεπξώλσλ ηνπ θινηνύ ηνπ εγθεθάινπ. Σα ζηνηρεηώδε ειεθηξηθά δίπνια πνπ ε ηνληηθή ξνή δεκηνπξγεί αζξνίδνληαη ζε έλα κεηξήζηκν ζπληζηάκελν δίπνιν. (Tom Holroyd. [ halography.png]. Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain) ΜΔΘΟΓΟ ΔΝΣΟΠΗΜΟΤ ΜΔΜΟΝΩΜΔΝΩΝ ΓΗΠΟΛΩΝ Γηα λα επηιπζεί ην αληίζηξνθν πξφβιεκα πξέπεη λα θαηαγξάςνπκε ηηο εμηζψζεηο πνπ πεξηγξάθνπλ ην πξφβιεκα απηφ. ηελ αλάιπζε πνπ ζα αθνινπζήζεη ζεσξνχκε φηη επηιχνπκε ην αληίζηξνθν πξφβιεκα μερσξηζηά γηα θάζε ρξνληθή ζηηγκή δεηγκαηνιεςίαο ηνπ δπλακηθνχ απφ ηνλ ΖΔΓ. Αγλννχκε ηελ πιεξνθνξία πνπ κπνξεί λα δψζεη ε ηηκή δπλακηθνχ ζε πξνεγνχκελεο ηεο «παξνχζαο» ζηηγκήο δεηγκαηνιεςίαο. Απηή ε παξαδνρή δηθαηνινγείηαη απφ ηε ζεσξία ηνπ ειεθηξνκαγλεηηζκνχ («εκηζηαηηθή» πξνζέγγηζε) ζηελ πεξίπησζε ησλ βηνκεηξήζεσλ, φπνπ ην θάζκα ζπρλνηήησλ ηνπ βηνζήκαηνο δελ παξνπζηάδεη βηνινγηθψο ρξήζηκεο ηηκέο ηζρχνο ζε ζπρλφηεηεο πέξαλ ησλ ιίγσλ εθαηνληάδσλ Hz. Όπσο αλαθέξζεθε θαη παξαπάλσ, ζεσξνχκε φηη ε ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα ηνπ εγθεθάινπ κπνξεί λα παξαζηαζεί σο άζξνηζκα πνιιψλ ειεθηξηθψλ δηπφισλ, ησλ νπνίσλ ηε ζέζε ζέινπκε λα εληνπίζνπκε εληφο ηνπ εγθεθάινπ. ηελ παξνχζα ελφηεηα ζα πεξηγξάςνπκε ηε κέζνδν εληνπηζκνχ δηπφισλ (ΜΔΓ) (dipole localization method - DLM), φηαλ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ εχξεζε κεκνλσκέλσλ δηπφισλ κέζα ζηνλ αλζξψπηλν εγθέθαιν [9]. Ξεθηλνχκε ηελ αλάιπζή καο κε έλα κφλν δίπνιν, κε δηάλπζκα δηπνιηθήο ξνήο M, εληφο νκνηνγελνχο ειεθηξηθά ρψξνπ, εθηεηλφκελνπ έσο ην άπεηξν, κε ειεθηξηθή αγσγηκφηεηα ζ. Σν δίπνιν απηφ ζεσξνχκε φηη βξίζθεηαη ζε έλα ζεκείν Α ηνπ ρψξνπ, ην νπνίν ζπκβνιίδεηαη κε ην «δηάλπζκα ζέζεο» ηνπ: r A =r Ax i X +r Ay i y +r Az i z, φπνπ i X, i y, i z είλαη ηα κνλαδηαία δηαλχζκαηα θαηά κήθνο ησλ αμφλσλ x,y,z αληίζηνηρα θαη r Ax, r Ay, r Az νη ζπληεηαγκέλεο ηνπ ζεκείνπ Α. Σν κέηξν (λνξκ) ηνπ δηαλχζκαηνο r A δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν: r A = r A ={(r Ax ) 2 +(r Ay ) 2 +(r Az ) 2 } 1/2. πληνκνγξαθηθά κπνξνχκε λα γξάθνπκε: r A =(r Ax,r Ay,r Az ). Σν ζεκείν Α ζεσξείηαη θαη ην «ζεκείν εθαξκνγήο» ηνπ δηαλχζκαηνο Μ, ην νπνίν ζπκβνιίδνπκε αλαιπηηθά πιένλ κε Μ=Μ A =Μ Ax i X +Μ Ay i y +Μ Az i z, φπνπ M Ax, M Ay, M Az είλαη νη ζπληζηψζεο ηνπ Μ A (κε δηαζηάζεηο Amperes. m). Έζησ φηη ζέινπκε λα κεηξήζνπκε ην δπλακηθφ V B ηνπ πεδίνπ πνπ δεκηνπξγεί ην δίπνιν απηφ κηα ρξνληθή ζηηγκή ζε έλα ζεκείν Β 133

135 ηνπ ρψξνπ, κε δηάλπζκα ζέζεο r B =(r Bx,r By,r Bz ), ζρεηηθά καθξηά απφ ην δίπνιν. Απφ ηε ζεσξία ηνπ πεδίνπ ξνήο ζπλερψλ ξεπκάησλ γλσξίδνπκε φηη ην δπλακηθφ δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν: V B V(r B ) = (Μ A r B )/(4πζr Β 3 ) (5.5) Γεληθφηεξα, κπνξνχκε λα ζεσξνχκε φηη V B = f(m Ax,M Ay,M Az,r Ax,r Ay,r Az,r Bx,r By,r Bz ) (5.6) δει. φηη ην δπλακηθφ ζην ζεκείν Β, ιφγσ ελφο δηπφινπ ζην ζεκείν Α, είλαη ζπλάξηεζε ησλ κεηαβιεηψλ M Ax, M Ay, M Az, r Ax, r Ay, r Az, r Bx, r By, r Bz. ηελ πεξίπησζε πνπ έρνπκε έλα κνλν-, ηξη- ή ηεηξαζηξσκαηηθφ ζθαηξηθφ κνληέιν γηα ηε γεσκεηξία ηνπ θεθαιηνχ, ε ζρέζε πνπ δίλεη ην δπλακηθφ ζην ζεκείν Β γίλεηαη πνιππινθφηεξε ηεο Δξίζυζηρ 5.5, κε επηπιένλ παξακέηξνπο ηηο αθηίλεο ησλ δηάθνξσλ ζθαηξψλ θαη ηελ αγσγηκφηεηα θάζε πεξηνρήο, φκσο δελ παχεη λα είλαη ηεο κνξθήο ηεο Δξίζυζηρ 5.6. ην επζχ πξφβιεκα γλσξίδνπκε ηηο ζπληζηψζεο ηεο δηπνιηθήο ξνπήο ηνπ δηπφινπ, ην ζεκείν εθαξκνγήο ηνπ δηπφινπ (δει. ηηο ζπληεηαγκέλεο ηνπ ζεκείνπ Α) θαη θπζηθά ηηο ζπληεηαγκέλεο ηνπ ζεκείνπ Β, φπνπ κεηξνχκε ην δπλακηθφ, νπφηε ε Δξίζυζη 5.6 επηιχεηαη κε άγλσζην ην δπλακηθφ V B θαη γλσζηέο φιεο ηηο ππφινηπεο πνζφηεηεο πνπ ππεηζέξρνληαη ζηελ Δξίζυζη 5.6. ην αληίζηξνθν πξφβιεκα γλσξίδνπκε ην δπλακηθφ V B, γηα κηα ζπγθεθξηκέλε ρξνληθή ζηηγκή δεηγκαηνιεςίαο, θαη ηηο ζπληεηαγκέλεο r Bx, r By, r Bz ηνπ ζεκείνπ Β, φπνπ κεηξήζεθε ην δπλακηθφ. ηε γεληθή πεξίπησζε δελ γλσξίδνπκε ηνλ αξηζκφ ησλ κεκνλσκέλσλ δηπφισλ πνπ ελεξγνπνηήζεθαλ θαη έδσζαλ, ηε ζπγθεθξηκέλε ρξνληθή ζηηγκή, σο ζπλνιηθή ηηκή, ην V B πνπ κεηξήζεθε. Θεσξνχκε, φκσο, φηη νη κεηξήζεηο γίλνληαη αξρηθά ρσξίο ζφξπβν θαη φηη ην ζεκείν κέηξεζεο ζην γεσκεηξηθφ κνληέιν αληηζηνηρεί αθξηβψο ζην ζεκείν πνπ ηνπνζεηήζεθε ην ειεθηξφδην κέηξεζεο. Αλ ππνζέζνπκε φηη ην δίπνιν ήηαλ έλα θαη φηη βξηζθφηαλ ζε πεξηνρή εγθεθαιηθνχ ηζηνχ, ηφηε έρνπκε λα επηιχζνπκε ηελ Δξίζυζη 5.6, κε γλσζηέο ηηο πνζφηεηεο V B, r Bx, r By, r Bz θαη άγλσζηεο ηηο M Ax, M Ay, M Az, r Ax, r Ay, r Az, δει. ηφζν ηηο ζπληζηψζεο ηεο δηπνιηθήο ξνπήο, φζν θαη ηε ζέζε, φπνπ εκθαλίδεηαη ην δίπνιν. Γηα ην δίπνιν ε κφλε πιεξνθνξία πνπ δηαζέηνπκε είλαη φηη απηφ ζα εκθαλίδεηαη εληφο εγθεθαιηθψλ πεξηνρψλ. Ζ Δξίζυζη 5.6 είλαη, ινηπφλ, ζηελ πεξίπησζε ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο γηα έλα δίπνιν, κηα εμίζσζε κε 6 αγλψζηνπο. Αλ γλσξίδακε ηελ ηηκή ηνπ δπλακηθνχ, γηα ηε ρξνληθή ζηηγκή πνπ καο ελδηαθέξεη, ζε 6 ζεκεία ηεο δεξκαηηθήο επηθάλεηαο κε γλσζηέο ζπληεηαγκέλεο (δει. ζε 6 ζεκεία ηεο εμσηεξηθήο επηθάλεηαο ηνπ ζθαηξηθνχ κνληέινπ), ζα κπνξνχζακε λα θαηαζηξψζνπκε ηελ Δξίζυζη θνξέο, κία γηα θάζε ηηκή δπλακηθνχ πνπ γλσξίδνπκε, άξα ζα είρακε έλα ζχζηεκα 6 εμηζψζεσλ κε 6 αγλψζηνπο, ην νπνίν ζεσξεηηθά είλαη επηιχζηκν: V 1 = f(m Ax,M Ay,M Az,r Ax,r Ay,r Az,r 1x,r 1y,r 1z ) (5.7.1) V 2 = f(m Ax,M Ay,M Az,r Ax,r Ay,r Az,r 2x,r 2y,r 2z ) (5.7.2) V 3 = f(m Ax,M Ay,M Az,r Ax,r Ay,r Az,r 3x,r 3y,r 3z ) (5.7.3) V 4 = f(m Ax,M Ay,M Az,r Ax,r Ay,r Az,r 4x,r 4y,r 4z ) (5.7.4) V 5 = f(m Ax,M Ay,M Az,r Ax,r Ay,r Az,r 5x,r 5y,r 5z ) (5.7.5) V 6 = f(m Ax,M Ay,M Az,r Ax,r Ay,r Az,r 6x,r 6y,r 6z ) (5.7.6) Αθφκε, φκσο, θαη ζηελ πεξίπησζε πνπ ζα είρε λφεκα, απφ άπνςε ειεθηξνθπζηνινγίαο ηνπ εγθεθάινπ, λα δηεξεπλνχζακε γηα ηελ χπαξμε κηαο θαη κφλεο πεγήο (ελφο δηπφινπ), ε επίιπζε ηνπ ζπζηήκαηνο δελ ζα ήηαλ απιή. Ζ ζπλάξηεζε f δελ είλαη 134

136 γξακκηθή θαη νη ηηκέο δπλακηθνχ πνπ δηαζέηνπκε V i, i=1,,6 εκπεξηέρνπλ ζφξπβν απφ ηελ ίδηα ηε ζπζθεπή κέηξεζεο ή παξεκβνιέο ηνπ πεξηβάιινληνο. Ζ ιχζε, ινηπφλ, Ms Ax, Ms Ay, Ms Az, rs Ax, rs Ay, rs Az, πνπ ζα δψζεη ε αξηζκεηηθή ηερληθή πνπ ζα επηιέμνπκε γηα λα ιχζνπκε ην ζχζηεκα ησλ Δξιζώζευν , ππάξρεη κεγάιε πηζαλφηεηα λα επηιχεη ην ζχζηεκα κε έλα πνζνζηφ ζθάικαηνο. Αλ ιάβνπκε ηηο ηηκέο Ms Ax, Ms Ay, Ms Az, rs Ax, rs Ay, rs Az θαη ηηο ηνπνζεηήζνπκε πάιη ζηηο αληίζηνηρεο Δξιζώζειρ , νη ηηκέο Vs i, i=1,,6 πνπ ζα ππνινγίζνπκε ζα δηαθέξνπλ απφ ηηο αξρηθά κεηξεκέλεο V i, i=1,,6. Ζ χπαξμε ελφο κφλν δηπφινπ πνπ λα εμεγεί ηθαλνπνηεηηθά ηε ζπλνιηθή θαηαγξαθή δπλακηθνχ γηα κηα ζπγθεθξηκέλε ρξνληθή ζηηγκή απνηειεί, εθηφο εηδηθψλ εμαηξέζεσλ, ρνλδξνεηδή πξνζέγγηζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ εγθεθάινπ. Γηα κηα ζηνηρεηψδε απεηθφληζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ εγθεθάινπ ζα επηζπκνχζακε λα είρακε ηνπιάρηζηνλ έλα δίπνιν, πνπ λα αληηπξνζσπεχεη έλαλ (ρσξηθφ) κέζν φξν δξαζηεξηφηεηαο, γηα θάζε εγθεθαιηθφ ζρεκαηηζκφ γηα ηνλ νπνίν έρνπκε ππφλνηεο φηη ζπκκεηέρεη ζηα θαηλφκελα πνπ θαηαγξάθνπκε κε ην ΖΔΓ. Αλ, π.ρ., θξηζεί ηθαλνπνηεηηθφο ν αξηζκφο Κ δηπφισλ, ηφηε ζα είρακε n=6κ αγλψζηνπο θαη ζα ρξεηαδφκαζηαλ n ηηκέο δπλακηθνχ, κεηξεκέλεο ηαπηφρξνλα, γηα λα έρνπκε έλα ζχζηεκα 6Kx6K. Απφ ην (άπεηξν) ζχλνιν δπλαηψλ ζπλδπαζκψλ ηηκψλ ησλ ζπληζησζψλ ησλ Κ δηπφισλ θαη ησλ πηζαλψλ ζέζεψλ ηνπο, ε ΜΔΓ ζηνρεχεη λα βξεη απηφλ πνπ ειαρηζηνπνηεί ηελ πνζφηεηα ππνινίπνπ (residual): (5.8) Αλαδεηνχκε, ινηπφλ, δίπνια ηα νπνία ειαρηζηνπνηνχλ ηελ ηεηξαγσληθή ξίδα ηνπ αζξνίζκαηνο ησλ ηεηξαγψλσλ ησλ δηαθνξψλ ησλ δπλακηθψλ πνπ ππνινγίδνπκε κε βάζε απηά ηα δίπνια θαη ησλ δπλακηθψλ πνπ κεηξάκε κε ην ΖΔΓ. Ζ ΜΔΓ θαηαιήγεη, ινηπφλ, λα απνηειεί κηα εηδηθή εθαξκνγή ηεο, γλσζηήο ζηε ζεσξία βειηηζηνπνίεζεο, κεζφδνπ πξνζαξκνγήο ειάρηζησλ ηεηξαγψλσλ. Ζ ιχζε ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο ζα είλαη αθξηβψο απηφο ν βέιηηζηνο ζπλδπαζκφο ηηκψλ γηα ηηο ζπληζηψζεο ησλ Κ δηπφισλ θαη ηηο ζέζεηο ηνπο ζηνλ ρψξν, πνπ ζα ππνινγηζηεί γηα κία ζπγθεθξηκέλε ρξνληθή ζηηγκή. Ζ δηαδηθαζία επαλαιακβάλεηαη, κε αλεμάξηεην ηξφπν ζε θάζε επαλάιεςε ηεο εθαξκνγήο, γηα θάζε ρξνληθή ζηηγκή δεηγκαηνιεςίαο γηα ηελ νπνία δηαζέηνπκε ηηο δεξκαηηθέο θαηαγξαθέο ΖΔΓ. Αλ, εθηφο απφ ηνλ αξηζκφ (K) ησλ δηπφισλ, κπνξεί λα ζεσξεζεί γλσζηή θαη ε ζέζε θάζε δηπφινπ, ηφηε ν αξηζκφο ησλ αγλψζησλ πεξηνξίδεηαη ζην κηζφ (n=3κ), κε αληίζηνηρν πεξηνξηζκφ ηνπ αξηζκνχ ησλ εμηζψζεσλ πνπ ρξεηάδεηαη λα επηιπζνχλ ηαπηφρξνλα. Κπξίσο, φκσο, νη εμηζψζεηο πνπ ζπλδένπλ ηα κεηξνχκελα δπλακηθά κε ηα πξνο εχξεζε δίπνια (αληίζηνηρεο ησλ Δξιζώζευν ) θαζίζηαληαη γξακκηθέο, κε απνηέιεζκα ηελ επθνιφηεξε επίιπζε ηνπ ζπζηήκαηνο εμηζψζεσλ ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο. ηελ πεξίπησζε απηή ην ζχζηεκα εμηζψζεσλ, γηα νπνηαδήπνηε γεσκεηξία θαη αλ πηνζεηήζνπκε (ζθαηξηθή ή ξεαιηζηηθή), πξαθηηθά κπνξεί λα γξαθεί σο έλα ζχζηεκα κεηξψλ ηεο κνξθήο: V = G. x (5.9) ή (5.10) φπνπ ζεσξνχκε φηη έρνπκε m γλσζηέο ηηκέο δπλακηθνχ θαη αλαδεηνχκε ηηο ηηκέο ησλ ζπληζησζψλ K δηπνιηθψλ πεγψλ (n=3k). Δίλαη, δειαδή, x 1 =M 1x, x 2 =M 1y, x 3 =M 1z νη 135

137 ζπληζηψζεο ηνπ 1 νπ δηπφινπ, x 4 =M 2x, x 5 =M 2y, x 6 =M 2z νη ζπληζηψζεο ηνπ 2 νπ δηπφινπ θαη x n- 2 =M nx, x n-1 =M ny, x n =M nz νη ζπληζηψζεο ηνπ nνπ δηπφινπ. Πξέπεη λα πξνζέμνπκε φηη ζην ζχζηεκα Eξιζώζευν 5.10 δελ έρεη ηεζεί σο αλαγθαζηηθή πξνυπφζεζε ν αξηζκφο γλσζηψλ πνζνηήησλ (m) λα ηζνχηαη κε ηνλ αξηζκφ ησλ αγλψζησλ (n). Αλ είλαη m=n, ηφηε κπνξεί λα ππνινγηζηεί κε αξηζκεηηθέο πξνζεγγηζηηθέο ηερληθέο ε κήηξα G -1, δει. ε αληίζηξνθε ηεο G θαη ε ιχζε ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο κπνξεί λα γξαθηεί σο: x = G -1. V (5.11) Αλ είλαη m n, ηφηε ε mxn κήηξα G δελ είλαη ηεηξαγσληθή θαη δελ ππάξρεη ε αληίζηξνθή ηεο, φκσο, κπνξεί κε δηάθνξεο ηερληθέο λα ππνινγηζηεί ε ιεγφκελε ςεπδναληίζηξνθε κήηξα G +, ε νπνία έρεη ηελ ηδηφηεηα G +. G=Η, φπνπ Η ε nxn κνλαδηαία κήηξα ΜΔΘΟΓΟΗ ΔΝΣΟΠΗΜΟΤ ΓΗΠΟΛΗΚΩΝ ΚΑΣΑΝΟΜΩΝ ΔΗΑΓΩΓΖ Ζ αλαδήηεζε κεκνλσκέλσλ δηπφισλ ήηαλ ε πξψηε κέζνδνο πνπ εθαξκφζηεθε γηα ηελ επίιπζε ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο ζηελ ειεθηξνεγθεθαινγξαθία, απφ ηε δεθαεηία ηνπ 1980, θπξίσο ιφγσ ηεο ζρεηηθήο ππνινγηζηηθήο ηεο απιφηεηαο, πνπ ήηαλ ζεκαληηθφο παξάγνληαο ιφγσ ησλ κηθξψλ, ηφηε, δπλαηνηήησλ ησλ ππνινγηζηψλ. Όκσο ε ηερληθή έρεη ζεκαληηθνχο πεξηνξηζκνχο, νη νπνίνη αλαιχνληαη παξαθάησ. Πξψηνλ, ε επηινγή ελφο πεπεξαζκέλνπ αξηζκνχ δηπφισλ (ζπλήζσο κηθξφηεξνπ ησλ 100 θαη ζε πνιιέο πεξηπηψζεηο αξθεηά κηθξφηεξνπ αξηζκνχ) ζεκαίλεη φηη θάζε δίπνιν ζα αληηπξνζσπεχεη φρη έλα καθξνζθνπηθφ δίπνιν κηαο κηθξήο (1-3 mm 3 ) πεξηνρήο ηνπ εγθεθάινπ, αιιά έλα ρσξηθά ζπγθεληξσκέλν «θέληξν βάξνπο» κηαο εγθεθαιηθήο δξαζηεξηφηεηαο πνπ επεθηείλεηαη ζε πεξηνρή κεγαιχηεξνπ φγθνπ. Όκσο, ε ιεπηνκεξήο θαη κε θιηληθή αμία κειέηε ηεο ειεθηξηθήο ιεηηνπξγίαο ηνπ εγθεθάινπ απαηηεί ηελ χπαξμε ηξηζδηάζηαησλ «ραξηψλ» ηεο ειεθηξηθήο εγθεθαιηθήο δξαζηεξηφηεηαο κε αθξίβεηα αληίζηνηρε απηψλ πνπ πξνζθέξνπλ νη ζχγρξνλεο απεηθνληζηηθέο κέζνδνη (CT, MRI, ιεηηνπξγηθή απεηθφληζε καγλεηηθνχ ζπληνληζκνχ), πξάγκα πνπ δελ είλαη εθηθηφ κε ηε ρξήζε κεκνλσκέλσλ δηπφισλ σο «ρσξηθψλ αληηπξνζψπσλ» εθηεηακέλσλ πεξηνρψλ. Γεχηεξνλ, ε επηινγή ηνπ αξηζκνχ ησλ δηπφισλ, ηα νπνία ζα αλαδεηεζνχλ, δελ κπνξεί εχθνια λα ζηνηρεηνζεηεζεί εθ ησλ πξνηέξσλ, φπσο θαη ην πιήζνο θαη ε έθηαζε ζπγθεθξηκέλσλ πεξηνρψλ ηνπ εγθεθάινπ γηα ηηο νπνίεο ππάξρνπλ ελδείμεηο φηη ζπκκεηέρνπλ ζηελ ειεθηξνγέλεζε ησλ κεηξνχκελσλ δπλακηθψλ. Αλ ν αξηζκφο ησλ πξνο αλίρλεπζε δηπφισλ αθεζεί θαη απηφο αλνηθηφο πξνο δηεξεχλεζε, πέξαλ ηεο κεγάιεο ππνινγηζηηθήο επηβάξπλζεο ησλ αιγνξίζκσλ επίιπζεο, ε πεηξακαηηθή δηεξεχλεζε έρεη δείμεη φηη ε ηειηθή επηινγή ησλ δηπφισλ, πνπ ζα θάλεη ν φπνηνο αιγφξηζκνο ρξεζηκνπνηεζεί, πνιχ ζπρλά δελ εληνπίδεη δίπνια ζε πεξηνρέο πνπ αλακελφηαλ λα ππάξρεη θάπνηα δξαζηεξηφηεηα (ελψ θιηληθά είλαη γλσζηφ φηη ππάξρεη). Απηφ, βέβαηα, ην πξφβιεκα εκθαλίδεηαη, αλ θαη κε ιηγφηεξε έληαζε, θαη φηαλ έρνπκε πξνθαζνξίζεη ηνλ αξηζκφ, αιιά φρη ηε ζέζε ησλ δηπφισλ. Με ζθνπφ ηελ παξαγσγή ηξηζδηάζηαησλ εηθφλσλ ηεο ειεθηξηθήο εγθεθαιηθήο δξαζηεξηφηεηαο, δει. ηελ ηνκνγξαθηθή απεηθφληζε ηεο ειεθηξηθήο ιεηηνπξγίαο ηνπ εγθεθάινπ (ειεθηξηθή ηνκνγξαθία εγθεθάινπ) απφ ηε δεθαεηία ηνπ 1990, έρνπλ πξνηαζεί θαη ζπλερψο δηεξεπλψληαη ηερληθέο πνπ επηδηψθνπλ ηνλ εληνπηζκφ δηπνιηθψλ θαηαλνκψλ πνπ λα θαιχπηνπλ φιε ηελ πεξηνρή ηνπ εγθεθάινπ, φπνπ γλσξίδνπκε φηη ππάξρνπλ λεπξψλεο [10]. ηηο ηερληθέο απηέο πηνζεηείηαη έλα γεσκεηξηθφ πξφηππν ηνπ αλζξψπηλνπ θεθαιηνχ, είηε ζθαηξηθήο είηε ξεαιηζηηθήο γεσκεηξίαο, θαη φινο ν ρψξνο, πνπ ζην πξφηππν ζεσξείηαη φηη αληηζηνηρεί ζε ελ δπλάκεη ελεξγφ λεπξσληθή πεξηνρή, δηαθξηηνπνηείηαη ζε κεγάιν αξηζκφ (> ) voxels. Τπνηίζεηαη φηη ζην γεσκεηξηθφ θέληξν θάζε voxel ππάξρεη έλα δίπνιν, ηνπ νπνίνπ ην δηάλπζκα δηπνιηθήο ξνπήο ζέινπκε λα ππνινγίζνπκε (δει. ηηο 3 ζπληζηψζεο απηνχ ηνπ δηαλχζκαηνο). Σν αλ ππάξρεη ή φρη δξαζηεξηφηεηα ζε θάζε voxel αλακέλνπκε απφ 136

138 ηνλ αιγφξηζκν επίιπζεο ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο λα καο ην ππνδείμεη, ζχκθσλα κε ηηο ηηκέο πνπ ζα ππνινγίζεη γηα ηηο ζπληζηψζεο ηνπ δηαλχζκαηνο ηεο δηπνιηθήο ξνπήο ηνπ δηπφινπ εθάζηνπ voxel. ηελ ειεθηξηθή ηνκνγξαθία ηνπ εγθεθάινπ, φηαλ απηή ζηεξίδεηαη ζηε ΜΔΓ, ην αληίζηξνθν πξφβιεκα απαηηεί ηελ επίιπζε ελφο ζπζηήκαηνο εμηζψζεσλ (ή ηζνδχλακα κίαο εμίζσζεο κεηξψλ) φπσο ην ζχζηεκα Δξιζώζευν 5.10, φπνπ φκσο πιένλ είλαη m<<n. ηελ πεξίπησζε απηή, πξέπεη αλαγθαζηηθά λα ππνινγηζηεί ε ςεπδναληίζηξνθνο κήηξα θαη ην καζεκαηηθφ πξφβιεκα είλαη έληνλα «ππνθαζνξηζκέλν», δει. ν αξηζκφο ησλ γλσζηψλ πνζνηήησλ (ησλ ηηκψλ δπλακηθνχ) είλαη πνιχ κηθξφηεξνο ηνπ αξηζκνχ ησλ αγλψζησλ (ησλ ηηκψλ ησλ ζπληζησζψλ ησλ δηαλπζκάησλ δηπνιηθήο ξνπήο ησλ ειεθηξηθψλ δηπφισλ). ηε ζπλέρεηα ζα αλαθέξνπκε ράξηλ ζπληνκίαο ηνλ φξν «ζπληζηψζεο ηνπ δηπφινπ» θαη «έληαζε ηνπ δηπφινπ» ελλνψληαο «ζπληζηψζεο ηνπ δηαλχζκαηνο δηπνιηθήο ξνπήο ηνπ ειεθηξηθνχ δηπφινπ» θαη «πιάηνο ηνπ δηαλχζκαηνο δηπνιηθήο ξνπήο ηνπ ειεθηξηθνχ δηπφινπ». Μπνξεί λα απνδεηρζεί φηη ζεσξεηηθά ππάξρνπλ άπεηξεο ιχζεηο γηα ζπζηήκαηα εμηζψζεσλ, φπσο ην ζχζηεκα Δξιζώζευν Γηα ηελ εχξεζε κηαο ζπγθεθξηκέλεο απφ ηηο (ζεσξεηηθά) άπεηξεο ιχζεηο, πξέπεη λα εθαξκνζηεί έλα θξηηήξην επηινγήο ηεο ιχζεο, ην νπνίν ζα ελζσκαησζεί ζηνλ αιγφξηζκν επίιπζεο ΣΔΥΝΗΚΔ ΑΠΟΓΟΜΖΖ ΗΓΗΑΕΟΤΩΝ ΣΗΜΩΝ (Singular Value Decomposition - SVD) Τπνζέηνπκε φηη ην αληίζηξνθν πξφβιεκα εθθξάδεηαη κε ηελ παξαθάησ εμίζσζε: V=G. x (5.12) Ζ άγλσζηε θαηαλνκή ζπληζησζψλ ησλ δηπφισλ, ηελ νπνία αλαδεηνχκε επηιχνληαο ηελ Δξίζυζη 5.12, ζα ζπκβνιίδεηαη κε x Real. Έζησ φηη ε ιχζε ηεο Δξίζυζηρ 5.12 επηδεηνχκε λα είλαη ηαπηφρξνλα ιχζε ηνπ πξνβιήκαηνο βειηηζηνπνίεζεο: «Να επξεζεί ην δηάλπζκα x LS ην νπνίν ειαρηζηνπνηεί ηε δηαθνξά Gx-V». Κάζε δηάλπζκα, ην νπνίν απνηειεί ιχζε ηνπ παξαπάλσ πξνβιήκαηνο, νλνκάδεηαη ιχζε «ειάρηζησλ ηεηξαγψλσλ». Αλ ππάξρνπλ πεξηζζφηεξα ηνπ ελφο δηαλχζκαηα πνπ δίλνπλ ην ίδην ειάρηζην ζηελ πνζφηεηα Gx-V, ηφηε απφ απηά επηιέγνπκε εθείλν πνπ έρεη ηελ ειάρηζηε λνξκ x LS. Σν δηάλπζκα απηφ, ην ζπκβνιίδνπκε κε x MNLS, θαη δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν: x MNLS =G + V (5.13) φπνπ G + είλαη ε ςεπδναληίζηξνθνο κήηξα ηεο G. Δίλαη γλσζηφ φηη θάζε κήηξα G δηαζηάζεσλ mxn κπνξεί λα αλαιπζεί σο εμήο: G=UDL T (5.14) φπνπ U θαη L είλαη νξζνγψληεο κήηξεο βαζκνχ m θαη n αληίζηνηρα θαη ην ζχκβνιν T ζπκβνιίδεη ηελ αλάζηξνθε κηαο κήηξαο, δει. αλ ε κήηξα W είλαη δηαζηάζεσλ mxn, ε W T είλαη nxm θαη νη ζηήιεο (γξακκέο) ηεο W έρνπλ γίλεη γξακκέο (ζηήιεο) ηεο W T. ηελ Δξίζυζη 5.14 ε D είλαη κήηξα δηαζηάζεσλ mxn ηεο κνξθήο D=[ 0 ] (5.15) ηελ Δξίζυζη 5.15 ε κήηξα είλαη δηαγψληα, δηαζηάζεσλ mxm κε =diag(s 1,...,s r,0,...,0), φπνπ r είλαη ν βαζκφο ηεο κήηξαο G θαη 0 είλαη κεδεληθφο πίλαθαο δηαζηάζεσλ mxn. ηελ παξαπάλσ αλάιπζε ζεσξνχκε φηη m<n. Οη κε κεδεληθέο πνζφηεηεο s 1,...,s r νλνκάδνληαη ηδηάδνπζεο ηηκέο (singular values) ηεο κήηξαο G θαη ε αλαπαξάζηαζε ηεο κήηξαο ζηε κνξθή 137

139 ηεο Δξίζυζηρ 5.14 νλνκάδεηαη «απνδφκεζε ηδηαδνπζψλ ηηκψλ» (singular value decomposition SVD) ηεο G. Υξεζηκνπνηψληαο ηελ ηερληθή SVD ε ςεπδναληίζηξνθνο δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν [11]: G + =LD + U T (5.16) ηελ Δξίζυζη 5.16 ε κήηξα D + είλαη δηαζηάζεσλ nxm θαη έρεη ηε κνξθή D + = ( (5.17) ηελ Δξίζυζη 5.17 ε κήηξα -1 είλαη δηαγψληα, δηαζηάζεσλ mxm κε -1 =diag(1/s 1,...,1/s r,0,...,0) θαη 0 είλαη κεδεληθφο πίλαθαο δηαζηάζεσλ (n-m)xm. ηελ πεξίπησζε πνπ ρξεζηκνπνηνχκε ηελ ηερληθή SVD γηα ηελ επίιπζε ηεο Δξίζυζηρ 5.13 γξάθνπκε x MNLS =x SVD. Ζ εχξεζε ηνπ δηαλχζκαηνο x Real κέζσ ηεο Δξίζυζηρ 5.13 κε ρξήζε ηεο ηερληθήο SVD, ζηελ πεξίπησζε πνπ ν ιφγνο c ηεο κέγηζηεο ηδηάδνπζαο ηηκήο s 1 πξνο ηελ ειάρηζηε s r είλαη ηδηαίηεξα κεγάινο (>10 3 ), κπνξεί λα νδεγήζεη ζε ηδηαίηεξα κεγάια ζθάικαηα, φηαλ ηα δεδνκέλα V δηαβξψλνληαη απφ ζφξπβν. Ζ Δξίζυζη 5.13 κπνξεί λα γξαθεί θαη σο: x MNLS = ( (5.18) φπνπ L i είλαη ην i δηάλπζκα ζηήιεο δηάζηαζεο n ηεο κήηξαο L θαη U i είλαη ην i δηάλπζκα ζηήιεο δηάζηαζεο m ηεο κήηξαο U. Γηα λα δηεπθνιχλνπκε ηελ αλάιπζε, ζα αλαπαξαζηήζνπκε κε x k SVD-TR ην δηάλπζκα πνπ πξνθχπηεη απφ ηελ εθαξκνγή ηεο Δξίζυζηρ 5.18 κε ηελ πξφζζεζε κέρξη θαη ηνπ k φξνπ (1 k r). H δηαδνρηθή πξφζζεζε δηαλπζκάησλ ζηελ Δξίζυζη 5.18 δίλεη έλα δηάλπζκα x k SVD-TR, ην νπνίν γηα θάπνηα ηηκή ηνπ k παξνπζηάδεη απφιπην ειάρηζην ηεο απφζηαζεο απφ ην δεηνχκελν x MNLS θαη κεηά ε απφζηαζε απηή κεγαιψλεη. Έρεη, ινηπφλ, ελδηαθέξνλ λα βξεζεί κία κέζνδνο πνπ ζα δίλεη απηήλ ηελ ηηκή k=k min, γηα ηελ νπνία έρνπκε ειαρηζηνπνίεζε ηεο πνζφηεηαο x k SVD-TR - x Real. ηελ πεξίπησζε απηή, έρνπκε εθαξκνγή ηεο ηερληθήο SVD κε απνθνπή, ζηελ νπνία ε άζξνηζε πνπ ππνδειψλεη ε Δξίζυζη 5.18 ζηακαηά ζηνλ φξν k=k TR. Γηα ηελ εχξεζε ηνπ k min έρεη πξνηαζεί ε εθαξκνγή ηνπ θξηηεξίνπ πιεξνθνξίαο θαηά Akaike [12: χκθσλα κε απηφ, k min είλαη ε ηηκή k γηα ηελ νπνία ειαρηζηνπνηείηαη ε πνζφηεηα: AIC mlog{(gg k + V-V) T (GG k + V-V)}+2k (5.19) φπνπ G + k =LD + k U T θαη ε D + k πξνθχπηεη απφ ηελ D + αληηθαζηζηψληαο ζηε -1 ηεο Δξίζυζηρ 5.17 ηνπο δηαγψληνπο φξνπο 1/s j κε κεδεληθά γηα j>k. Δλαιιαθηηθά ηεο παξαπάλσ κεζφδνπ, έρνπλ πξνηαζεί κέζνδνη νη νπνίεο πξνηείλνπλ ηνλ ππνινγηζκφ ηνπ x k SVD-TR, έσο ηεο ηηκήο k=k TR γηα ηελ νπνία: 1. Ζ λνξκ ηνπ x k SVD-TR δελ ππεξβαίλεη θάπνηα πξνθαζνξηζκέλε ηηκή. Σν θξηηήξην απηφ νλνκάδεηαη θξηηήξην «νξίνπ ηεο λνξκ» [12]. 2. Ο ιφγνο s 1 /s k δελ ππεξβαίλεη κηα πξνθαζνξηζκέλε ηηκή, αλάινγε ηνπ επηπέδνπ ηνπ ζνξχβνπ πνπ ππάξρεη ζηε V. Σν θξηηήξην απηφ ηζρπξνπνηείηαη, φηαλ, παξαηεξψληαο νπηηθά ηελ θακπχιε f(k)=s k ζε κε ινγαξηζκηθνχο άμνλεο, νη ηηκέο πέξαλ ηεο s ktr παξνπζηάδνπλ κηθξέο πεξαηηέξσ αιιαγέο ζηηο ηηκέο ηνπο θαη δεκηνπξγνχλ κία «ηειηθή αθνινπζία ηδηαδνπζψλ ηηκψλ» (σήμα 5.30). 138

140 ΣΔΥΝΗΚΔ ΚΑΝΟΝΗΚΟΠΟΗΖΖ ΚΑΣΑ TIKHONOV (TIKHONOV REGULARIZATION TECHNIQUES TRT) Χο επέθηαζε ησλ ηερληθψλ SVD ζηελ αληηζηξνθή κεηξηθψλ εμηζψζεσλ ηεο κνξθήο ηεο Δξίζυζηρ 5.12, φπνπ ε G δελ είλαη ηεηξαγσληθή θαη εκθαλίδνληαη πξνβιήκαηα ζηνλ ππνινγηζκφ ηεο x MNLS, έρεη ρξεζηκνπνηεζεί επξέσο ε ηερληθή θαλνληθνπνίεζεο θαηά Tikhonov (Tikhonov regularization technique - TRT) [13]. ηε TRT κεδεληθήο ηάμεο επηδηψθνπκε ηελ επίιπζε ηεο Δξίζυζηρ 5.12 κε εχξεζε ηνπ δηαλχζκαηνο x γηα ην νπνίν ειαρηζηνπνηείηαη ζηνλ ρψξν R n ην ζπλαξηεζηαθφ: Ε γ (x)= Gx-V 2 +γ x 2 (5.20) κε γ 0. Γηα δεδνκέλν γ, ε ιχζε ηνπ παξαπάλσ πξνβιήκαηνο ειαρηζηνπνίεζεο είλαη κνλαδηθή θαη δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν: x(γ)=(g Σ G+γI) -1 G T V (5.21) Γηα γ 0, ε παξαπάλσ ιχζε ηαπηίδεηαη κε απηήλ ηεο ηερληθήο SVD. To πξφβιεκα πνπ ηίζεηαη κε ηε κέζνδν TRT ζπλίζηαηαη ζηελ εχξεζε ηνπ γ=γ min εθείλνπ γηα ην νπνίν ε πνζφηεηα Gx(γ)-V 2 ειαρηζηνπνηείηαη, δηφηη απηφ είλαη πνπ επηδηψθνπκε λα επηηχρνπκε. Γηα ηελ εχξεζε ηνπ γ=γ min έρεη ρξεζηκνπνηεζεί ην θξηηήξην ηνπ «ζχλζεηνπ ηειεζηή ππνινίπνπ θαη εμνκάιπλζεο» (composite residual and smoothing operator CRESO) [12,14]. χκθσλα κε απηφ ην θξηηήξην επηιέγεηαη ε ηηκή γ=γ CRESO, γηα ηελ νπνία ζπκβαίλεη ην πξψην ζρεηηθφ κέγηζην ηεο ζπλάξηεζεο c(γ)=db(γ)/dt, φπνπ b(γ)=γ x(γ) 2 - Gx(γ)-V 2 (5.22) ηηο ηερληθέο πνπ έρνπλ κειεηεζεί γηα ηελ επίιπζε ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο πεξηιακβάλεηαη θαη κηα ηερληθή ε νπνία απνηειεί έλα ζπλδπαζκφ ηεο ηερληθήο TRT θαη ηεο ηερληθήο SVD κε απνθνπή (ηερληθή TRT κε απνθνπή) [14]. πγθεθξηκέλα, γηα δεδνκέλεο ηηκέο ησλ παξακέηξσλ γ θαη k (1 k m), ππνινγίδνπκε ην δηάλπζκα x k,γ TIKH-TR=LP (5.23) φπνπ P είλαη δηάλπζκα ζηήιεο δηάζηαζεο nx1 κε ζηνηρεία p j =s j b j /(s j 2 +γ 2 ), γηα 1 j k θαη p j =0, γηα k<j n (5.24) ηελ Δξίζυζη 5.24 b j, j=1,,n είλαη ηα ζηνηρεία ηνπ πίλαθα ζηήιε B=U T V (5.25) ηφρνο ηεο κεζφδνπ είλαη λα εληνπίζεη ην k=k TR =k min εθείλν, γηα ην νπνίν, γηα ζπγθεθξηκέλν γ, ζα έρνπκε ειαρηζηνπνίεζε ηνπ ζθάικαηνο x k,γ TIKH-TR - x Real (σήμα 5.31). Ζ βέιηηζηε απφθξηζε ηεο κεζφδνπ πξνθχπηεη, φηαλ κε εθαξκνγή, π.ρ. ηνπ θξηηεξίνπ CRESO, είλαη δπλαηή ε εχξεζε ηνπ γ min θαη κεηά, κε έλα απφ ηα θξηηήξηα απνθνπήο πνπ αλαθέξζεθαλ ζηελ ηερληθή SVD κε απνθνπή, είλαη δπλαηφο ν επηηπρήο εληνπηζκφο ηνπ k min. Γηα λα έρεη επηηπρία ε κέζνδνο, πξέπεη ην ζθάικα x k min,γ min TIKH-TR - x Real, ην νπνίν πξνθχπηεη απφ ηελ επηινγή 139

141 ησλ γ min θαη k min, λα είλαη κηθξφηεξν απφ ην ζθάικα πνπ ζα πξνθχςεη απφ νπνηνλδήπνηε άιιν ζπλδπαζκφ k TR θαη γ. σήμα 5.30 πλάξηεζε f(k)=s k ηδηαδνπζώλ ηηκώλ κηαο κήηξαο G, δηαζηάζεσλ 18x24, πιήξνπο βαζκνύ, ε νπνία ρξεζηκνπνηήζεθε γηα ηελ επίιπζε αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο ηεο κνξθήο ηεο Δμίζσζεο ηνλ άμνλα Υ δίλεηαη ν αύμσλ αξηζκόο ηεο ηδηάδνπζαο ηηκήο θαη ζηνλ άμνλα Τ ε αληίζηνηρε αξηζκεηηθή ηηκή ηεο. σήμα 5.31 ηελ αξηζηεξή γξαθηθή παξάζηαζε δίλεηαη ε εμέιημε ηεο παξακέηξνπ δ= x k,γ TIKH-TR - x Real / x k,γ TIKH-TR, κέζσ ηεο νπνίαο ειέγρνπκε θαηά πόζν πιεζηάδεη ε ιύζε ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο κε ηελ ηερληθή TRT, ηελ επηζπκεηή ιύζε (x Real ). Υξεζηκνπνηήζεθαλ

142 εμνκνησκέλεο πεγέο ξεύκαηνο (ζπλεπώο ην δηάλπζκα x Real ήηαλ γλσζηό), κέζσ ησλ νπνίσλ ζην επζύ πξόβιεκα ππνινγίζηεθε ην δπλακηθό ζε 18 ζεκεία ηεο εμσηεξηθήο (δεξκαηηθήο) επηθάλεηαο ελόο ηξηζηξσκαηηθνύ πξνηύπνπ ηνπ αλζξώπηλνπ θεθαιηνύ. ε απηέο ηηο ηηκέο δπλακηθνύ πξνζηέζεθε 10% ζόξπβνο. Γίλεηαη ε εμέιημε ηεο παξακέηξνπ δ γηα ην δηάζηεκα 1 γ 50. ε θάζε ηηκή γ δίλεηαη ε ηηκή δ γηα εθείλν ην k γηα ην νπνίν ειαρηζηνπνηείηαη ην δ. ηε δεμηά γξαθηθή παξάζηαζε δίλεηαη ε ηηκή ηεο παξακέηξνπ c(γ). ύκθσλα κε ηελ παξάζηαζε απηή, ε ηερληθή πνπ ρξεζηκνπνηεί ην θξηηήξην CRESO ππνδεηθλύεη επηινγή γ min = γ CRESO =6 (απηή είλαη ε ηηκή γ γηα ηελ νπνία κεγηζηνπνηείηαη ε c). Γηα ηελ ηηκή απηή ηεο γ, ε ειάρηζηε ηηκή δ πνπ κπνξνύκε λα βξνύκε (επηιέγνληαο θαηάιιειν k min ) είλαη 0,48, αξθεηά θνληά ζηελ νιηθά βέιηηζηε ηηκή δ (δ 0,46) πνπ ζα κπνξνύζε λα πξνθύςεη Ζ ΣΔΥΝΗΚΖ ΖΛΔΚΣΡΗΚΖ ΣΟΜΟΓΡΑΦΗΑ ΔΓΚΔΦΑΛΟΤ ΥΑΜΖΛΖ ΔΤΚΡΗΝΔΗΑ (LOW RESOLUTION BRAIN ELECTROMAGNETIC TOMOGRAPHY - LORETA) Μηα ηερληθή πνπ έρεη πξνηαζεί γηα ηελ εχξεζε θαηαλνκψλ δηπφισλ εληφο ηνπ εγθεθάινπ θαη έρεη ρξεζηκνπνηεζεί επξχηαηα κε επηηπρία είλαη ε ηερληθή «ειεθηξηθήο ηνκνγξαθίαο εγθεθάινπ ρακειήο επθξίλεηαο» (low resolution brain electromagnetic tomography - LORETA) [15]. Ζ ηερληθή απηή αλήθεη ζε εθείλε ηελ θαηεγνξία ηερληθψλ, νη νπνίεο αλαδεηνχλ ε ιχζε ηεο Δξίζυζηρ 5.12 λα είλαη ιχζε ηνπ πξνβιήκαηνο βειηηζηνπνίεζεο: «Να επξεζεί ην δηάλπζκα x LS πνπ ειαρηζηνπνηεί ηε δηαθνξά Gx-V», αιιά απφ ηηο ιχζεηο πνπ ζα βξεζνχλ, λα επηιεγεί απηή πνπ ειαρηζηνπνηεί επηπιένλ, φρη ηε λνξκ x LS - νπφηε ε ιχζε ζα δηλφηαλ απφ ηελ Δξίζυζη 5.13, αιιά ηελ πνζφηεηα x Σ Wx, φπνπ W είλαη κηα θαηάιιεια πξνεπηιεγκέλε nxn κήηξα. Απφ ηε ζεσξία κεηξψλ απνδεηθλχεηαη φηη ε ιχζε ηεο Δξίζυζηρ 5.12, ππφ απηνχο ηνπο πεξηνξηζκνχο, δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν: x W =W -1 G Σ [GW -1 G Σ ] + V (5.26) φπνπ [GW -1 G Σ ] + ππνδειψλεη ηελ ςεπδναληίζηξνθν ηνπ πίλαθα [GW -1 G Σ ]. ηελ ηερληθή LORETA ε κήηξα W είλαη ηέηνηα, ψζηε λα επηιέγεηαη εθείλε ε ιχζε x W πνπ είλαη ε πιένλ «νκαιή», κε ηελ έλλνηα φηη ε έληαζε ηνπ δηπφινπ ζε γεηηνληθά voxels κεηαβάιιεηαη κε ηνλ νκαιφηεξν δπλαηφ ηξφπν. Απηφ ζπκβαίλεη γηαηί ε W -1 πινπνηεί έλαλ δηαθξηηφ ρσξηθφ ηειεζηή «εμνκάιπλζεο» πνπ ελζσκαηψλεη κηα παξαιιαγή ιαπιαζηαλνχ ηειεζηή. Ο ιαπιαζηαλφο κεηαζρεκαηηζκφο κηαο ρσξηθήο θαηαλνκήο ηηκψλ εμνκαιχλεη ηελ θαηαλνκή, ηζνδπλακψληαο κε έλα βαζππεξαηφ ρσξηθφ θίιηξν. ηε δηαηηζέκελε ζην δηαδίθηπν εθαξκνγή ηεο ηερληθήο LORETA ( ρξεζηκνπνηείηαη ζθαηξηθφ ηξηζηξσκαηηθφ γεσκεηξηθφ πξφηππν ηνπ αλζξψπηλνπ θεθαιηνχ, ζε θαξηεζηαλέο ζπληεηαγκέλεο, κε θπβηθά voxels, θνηλφ γηα φιεο ηηο πεξηπηψζεηο εθαξκνγήο ηεο κεζφδνπ (δει. αλεμαξηήησο απφ ηα γεσκεηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ θεθαιηνχ ηνπ θάζε εμεηαδνκέλνπ, ηνπ νπνίνπ ηηο ηηκέο δπλακηθνχ πξνζπαζνχκε λα αληηζηξέςνπκε). Γηα λα ππάξρεη κηα ηθαλνπνηεηηθή αληηζηνίρηζε ησλ θέληξσλ ησλ voxels ηνπ θπβηθνχ πιέγκαηνο ηεο LORETA (1 ν θπβηθφ πιέγκα) κε αλαηνκηθέο δνκέο ηνπ εγθεθάινπ, θάζε θέληξν voxel ηνπ θπβηθνχ πιέγκαηνο ηνπ ηξηζηξσκαηηθνχ πξνηχπνπ έρεη αληηζηνηρηζηεί ζην θέληξν ελφο voxel ελφο θπβηθνχ πιέγκαηνο ελφο ξεαιηζηηθνχ πξνηχπνπ (2 ν θπβηθφ πιέγκα). Σν ξεαιηζηηθφ απηφ πξφηππν ηεο γεσκεηξίαο ηνπ αλζξψπηλνπ θεθαιηνχ έρεη θαηαζθεπαζζεί ζην Νεπξνινγηθφ Ηλζηηηνχην ηνπ Μφληξεαι (Montreal Neurologic Institute - MNI) ηνπ Παλεπηζηεκίνπ McGill, ηνπ Μφληξεαι, ζηνλ Καλαδά ( θαη αλαθέξεηαη σο πξφηππν ΜΝΗ [16]. ην πξφηππν ΜΝΗ, κε βάζε ηηο εηθφλεο καγλεηηθήο ηνκνγξαθίαο ηνπ θεθαιηνχ εθαηνληάδσλ αηφκσλ, έρεη θαηαζθεπαζηεί έλα πιέγκα ζεκείσλ (ην 2 ν θπβηθφ πιέγκα) ζε θαξηεζηαλφ ζχζηεκα ζπληεηαγκέλσλ. ρεδφλ θάζε θέληξν voxel ηνπ πιέγκαηνο απηνχ έρεη αληηζηνηρηζηεί ζε έλα κνλαδηθφ θέληξν voxel ελφο 3 νπ θπβηθνχ πιέγκαηνο πνπ βαζίδεηαη ζηνλ αλαηνκηθφ άηιαληα ηνπ Talairach [16], ν νπνίνο παξέρεη νπζηαζηηθά ηελ πιεξνθνξία ζε πνηα αλαηνκηθή δνκή ηνπ εγθεθάινπ αλήθεη ην θάζε θέληξν voxel ηνπ 3 νπ θπβηθνχ πιέγκαηνο. ηελ ηερληθή 141

143 LORETA o ρψξνο ιχζεσλ (δει. ηα θέληξα ησλ voxels ζηα νπνία αλαδεηνχκε ηηκέο ζπληζησζψλ δηπφινπ) πεξηνξίδεηαη ζηε θαηά νπζία θαη ηνλ ηππφθακπν θαη απνηειείηαη απφ 2394 voxels αθκήο 7 mm. O ρψξνο ιχζεσλ απεηθνλίδεηαη θαη ζην σήμα Ζ ζπλεζέζηεξε απεηθφληζε είλαη απηή ζηελ νπνία ζε θάζε voxel απεηθνλίδεηαη ε ηηκή ηεο έληαζεο ηνπ δηπφινπ πνπ ππνινγίζηεθε απφ ηε LORETA γηα ην θέληξν ηνπ voxel. Ζ απαίηεζε ηεο νκαιφηεξεο δπλαηήο κεηάβαζεο ηεο ηηκήο έληαζεο ηνπ ξεπκαηηθνχ δηπφινπ απφ έλα voxel ζε έλα γεηηνληθφ ηνπ, αλ θαη ζρεηηθά ζεκειησκέλε λεπξνθπζηνινγηθά, νδεγεί ζηε δεκηνπξγία εηθφλσλ, φπνπ ε ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα δηαρέεηαη ζε πεξηνρέο επξχηεξεο απφ απηέο πνπ αλακέλεηαη. Οη εηθφλεο ησλ ξεπκαηηθψλ θαηαλνκψλ θαίλνληαη ίζσο ππεξβνιηθά νκαιέο. Απηφ δηθαηνινγεί θαη ηνλ φξν «ρακειήο επθξίλεηαο» ζηνλ ηίηιν ηεο ηερληθήο. Όκσο, έρεη δεηρζεί ζε πνιιέο έξεπλεο, φπνπ ήηαλ γλσζηή κε αξθεηή αθξίβεηα ε αλακελφκελε ζέζε θάπνησλ εζηηψλ δξαζηεξηφηεηαο, φηη ηα ηνπηθά κέγηζηα ησλ θαηαλνκψλ αληηζηνηρνχλ κε κεγάιε αθξίβεηα ζηηο εζηίεο δξαζηεξηφηεηαο. Ζ ηερληθή απηή είλαη ε πιένλ ρξεζηκνπνηνχκελε ηερληθή γηα θιηληθέο έξεπλεο θαη ιφγσ ηνπ γεγνλφηνο φηη ήηαλ ε πξψηε ηερληθή πνπ έγηλε ειεχζεξα πξνζβάζηκε ζην δηαδίθηπν κέζσ ελφο εχρξεζηνπ θαη ηζρπξνχ ζηαηηζηηθά παθέηνπ ινγηζκηθνχ. Δθαξκνγέο ηεο ηερληθήο θαίλνληαη ζηα σήμαηα 5.33, 5.35 θαη σήμα 5.32 Αμνληθέο ηνκέο ηνπ εγθεθάινπ, ζύκθσλεο κε ην πξόηππν ΜΝΗ. Με καύξν ρξώκα δείρλεηαη ν ρώξνο ιύζεσλ εληόο ηνπ θεθαιηνύ, ζηνλ νπνίν ρώξν ε ηερληθή LORETA αλαδεηεί ηηκέο έληαζεο ξεπκαηηθώλ δηπόισλ (ζην θέληξν θάζε voxel πνπ αλήθεη ζηνλ ρώξν απηό). Οη άμνλεο Υ, Τ θαη Ε ππνδεηθλύνπλ ηηο ζπληεηαγκέλεο θάζε voxel. Με πνξηνθαιί δείρλνληαη νη αλαηνκηθνί ζρεκαηηζκνί ζηνπο νπνίνπο δελ αλαδεηώληαη πεγέο. Οη εηθόλεο έρνπλ παξαρζεί κε ην ειεύζεξα δηαζέζηκν ινγηζκηθό LORETA (βι. αλαθνξά [22] θαη R.D. Pasqual-Marqui [ δηαηηζέκελν κε ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution-Noncommercial-ShareAlike 3.0, CC-BY-NC-SA 3.0). 142

144 σήμα 5.33 Καηαλνκή έληαζεο δηπνιηθώλ πεγώλ κε ηελ ηερληθή LORETA. Ζ θαηαλνκή πνπ δίλεηαη ζηε ζεηξά ηξηώλ εηθόλσλ έρεη πξνθύςεη από ηνλ κέζν όξν θαηαγξαθήο ΠΓ πγηνύο λεαξνύ ελήιηθα ζε 15 ειεθηξόδηα γηα ηε ρξνληθή ζηηγκή 300 ms κεηά ηε ρνξήγεζε ηνπ εθιπηηθνύ εξεζηζκνύ. Σα 3 επίπεδα γηα ηα νπνία έρνπλ δνζεί νη ηνκνγξαθηθέο ηνκέο (αξηζηεξά: αμνληθή ηνκή, θέληξν: νβειηαία ηνκή, δεμηά: ζηεθαληαία ηνκή) ηέκλνληαη ζην ζεκείν, όπνπ ε θαηαλνκή ιακβάλεη κέγηζηε ηηκή. Οη ζπληεηαγκέλεο ηνπ ζεκείνπ απηνύ ζην ζύζηεκα ΜΝΗ δίλνληαη ζε mm πάλσ από ηελ νβειηαία ηνκή. Σα δύν βέιε ζε θάζε ηνκή ππνδειώλνπλ δύν επζείεο πνπ ηέκλνληαη ζην ζεκείν κεγίζηεο έληαζεο. Ζ ηηκή ηεο κέγηζηεο έληαζεο δίλεηαη ζε ηηκέο αλάινγεο ηνπ κa. m.οη άμνλεο Υ, Τ θαη Ε ππνδεηθλύνπλ ηηο ζπληεηαγκέλεο θαηά ΜΝΗ θάζε voxel. Απμαλνκέλεο ηεο ηηκήο ηεο έληαζεο γίλεηαη εληνλόηεξνο ν θόθθηλνο ρξσκαηηζκόο ησλ voxels. Οη εηθόλεο έρνπλ παξαρζεί κε ην ειεύζεξα δηαζέζηκν ινγηζκηθό LORETA (βι. αλαθνξά [22] θαη R.D. Pasqual-Marqui [ δηαηηζέκελν κε ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution-Noncommercial-ShareAlike 3.0, CC-BY-NC-SA 3.0). σήμα 5.34 εκεία ηνπνζέηεζεο ησλ 15 ειεθηξνδίσλ ζην γεσκεηξηθό πξόηππν ηεο LORETA. Γίλνληαη 6 όςεηο. Σα ειεθηξόδηα είλαη απηά ζηα νπνία έγηλαλ νη θαηαγξαθέο ΠΓ, νη νπνίεο αληηζηξάθεθαλ κέζσ ηεο ηερληθήο LORETA ζηηο ξεπκαηηθέο δηπνιηθέο θαηαλνκέο πνπ δείρλνληαη ζην ρήκα (L-left: αξηζηεξά, R-right: δεμηά, A-anterior: εκπξόζζην, P-posterior: νπίζζην, S-superior: αλώηεξν, I-inferior: 143

145 θαηώηεξν, top: άλσ, back: πίζσ, bottom: θάησ, front: κπξνζηά). Οη εηθόλεο έρνπλ παξαρζεί κε ην ειεύζεξα δηαζέζηκν ινγηζκηθό LORETA (βι. αλαθνξά [22] θαη R.D. Pasqual-Marqui [ δηαηηζέκελν κε ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution-Noncommercial-ShareAlike 3.0, CC-BY-NC-SA 3.0). σήμα 5.35 Καηαλνκή έληαζεο δηπνιηθώλ πεγώλ κε ηελ ηερληθή LORETA, πνπ έρεη πξνθύςεη από ηελ επίιπζε ηνπ ίδηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο, όπσο θαη ρήκα 5.33, ζε αμνληθέο ηνκέο πνπ θαιύπηνπλ όιν ηνλ ρώξν ιύζεσλ. Οη εηθόλεο έρνπλ παξαρζεί κε ην ειεύζεξα δηαζέζηκν ινγηζκηθό LORETA (βι. αλαθνξά [22] θαη R.D. Pasqual-Marqui [ δηαηηζέκελν κε ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution-Noncommercial-ShareAlike 3.0, CC-BY-NC-SA 3.0). 144

146 σήμα 5.36 Απεηθόληζε ηεο ίδηαο θαηαλνκήο εληάζεσλ δηπνιηθώλ πεγώλ κε απηέο ησλ ρεκάησλ 5.33 θαη 5.35, αιιά ζε ηξηζδηάζηαηεο εηθόλεο ηνπ θινηνύ ηνπ εγθεθάινπ (6 όςεηο). Οξνινγία όπσο ζην ρήκα Οη εηθόλεο έρνπλ παξαρζεί κε ην ειεύζεξα δηαζέζηκν ινγηζκηθό LORETA (βι. αλαθνξά [22] θαη R.D. Pasqual-Marqui [ δηαηηζέκελν κε ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution-Noncommercial-ShareAlike 3.0, CC-BY-NC-SA 3.0) ΣΔΥΝΗΚΔ ΑΛΓΔΒΡΗΚΖ ΑΝΑΚΑΣΑΚΔΤΖ (ALGEBRAIC RECONSTRUCTION TECHNIQUES ART) ηε ζπλέρεηα ζα πεξηγξάςνπκε κηα νηθνγέλεηα κεζφδσλ επίιπζεο ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο, ε νπνία αθνινπζεί έλα δηαθνξεηηθφ πξφηππν γηα ηελ ειεθηξηθή δξαζηεξηφηεηα ησλ ειεθηξηθψλ πεγψλ ηνπ εγθεθάινπ. Ζ αλαιπηηθή επίιπζε ηνπ πξνβιήκαηνο ζηεξίδεηαη ζε κία ζεψξεζε ησλ ελδνθξαληαθψλ πεγψλ ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο, ε νπνία επηηξέπεη ηελ αλεχξεζε ρσξηθά δηαθεθξηκέλσλ αξλεηηθψλ θαη ζεηηθψλ πεγψλ αθφκε θαη ζε απνκαθξπζκέλα κεηαμχ ηνπο ζεκεία. Δγθαηαιείπεηαη, δειαδή, ε πξνζέγγηζε φηη θάζε πεγή, νζνδήπνηε κηθξή ή κεγάιε, είλαη άζξνηζκα κηθξνζθνπηθψλ δηπφισλ. Έηζη κπνξνχλ λα δηεξεπλεζνχλ πεξηπηψζεηο ηεηξαπνιηθψλ θαη γεληθφηεξα πνιππνιηθψλ θαηαλνκψλ πεγψλ ελδνθξαλαθνχ ξεχκαηνο. Οη πεγέο ησλ ελδνθξαληαθψλ ξεπκάησλ ζεσξείηαη φηη εκθαλίδνληαη ζε κηα ππνπεξηνρή ηνπ εγθεθάινπ, ε νπνία νλνκάδεηαη «ελεξγφο πεξηνρή». πλεζέζηεξα απηή ε πεξηνρή αληηζηνηρεί ζε έλα δηζδηάζηαην ζθαηξηθφ ζηξψκα, ην νπνίν πξνζεγγίδεη ην εμσηεξηθφ κέξνο ηνπ θινηνχ ηνπ εγθεθάινπ, φπνπ ζεσξείηαη φηη θαηά θχξην ιφγν ιακβάλεη ρψξα ε επεμεξγαζία ησλ πιεξνθνξηψλ πνπ ζρεηίδνληαη κε ηα εθιπηηθά εξεζίζκαηα ησλ ΠΓ. Γηακεξίδνληαο ηελ ελεξγφ πεξηνρή ηνπ εγθεθάινπ ζε n voxels θαη ππνζέηνληαο φηη ην δπλακηθφ V i έρεη κεηξεζεί ζε m δηαθεθξηκέλα ζεκεία ζηελ επηθάλεηα ηνπ θεθαιηνχ, ηα νπνία έρνπλ δηαλχζκαηα ζέζεο r i, i=1,...,m, ηφηε ηφζν ην επζχ φζν θαη ην αληίζηξνθν πξφβιεκα δηαθξηηνπνηνχληαη θαη θαηαιήγνπλ λα εθθξαζζνχλ κε ηελ παξαθάησ κεηξηθή εμίζσζε [17, 18]: A. x=y (5.27) 145

147 Ζ εμίζσζε απηή είλαη αληίζηνηρε ηεο Δξίζυζηρ 5.12, φκσο ρξεζηκνπνηνχκε ειαθξά δηαθνξεηηθά ζχκβνια γηα λα ππνδείμνπκε ηε δηαθνξεηηθή ζεψξεζε πνπ ππάξρεη ζην πξφηππν ηεο ειεθηξηθήο δξαζηεξηφηεηαο ηνπ εγθεθάινπ (δπλαηφηεηα κειέηεο απνκαθξπζκέλσλ ζεηηθψλ θαη αξλεηηθψλ πεγψλ ξεχκαηνο, δει. πνιππνιηθψλ θαη φρη κφλν δηπνιηθψλ θαηαλνκψλ πεγψλ ξεχκαηνο). ηελ παξαπάλσ εμίζσζε είλαη y=[y i ], φπνπ y i =V i, i=1,...,m, είλαη νη m κεηξήζεηο ΖΔΓ (ζε V) αλά ρξνληθή ζηηγκή δεηγκαηνιεςίαο ηνπ ειεθηξνεγθεθαινγξαθηθνχ ζπζηήκαηνο, x=[x k ], k=1,...,n, είλαη νη n πεγέο ξεπκαηηθήο δξαζηεξηφηεηαο (ζε Amperes), ζην θέληξν θάζε voxel ηεο ελεξγνχ πεξηνρήο θαη ηέινο A=[a ik ], φπνπ a ik =G 3 (r i,r k ). G 3 είλαη ε ζπλάξηεζε Green, ε νπνία ζπλδέεη ηελ πεγή ζην ζεκείν r k κε ην ζεκείν παξαηήξεζεο r i θαη ε νπνία έρεη ππνινγηζηεί κε επίιπζε ηνπ αληίζηνηρνπ ειεθηξνκαγλεηηθνχ πξνβιήκαηνο. Ζ κήηξα Α είλαη πάληα γλσζηή, εθφζνλ έρνπκε επηιέμεη ην γεσκεηξηθφ θαη ειεθηξηθφ κνληέιν ηνπ εγθεθάινπ θαη ηε δηαθξηηνπνίεζε ηεο ελεξγνχ πεξηνρήο. ε αλαινγία κε φζα έρνπλ ήδε αλαθεξζεί γεληθά γηα ην επζχ θαη ην αληίζηξνθν πξφβιεκα, ζην κελ επζχ πξφβιεκα γλσξίδνπκε ηηο πεγέο x θαη αλαδεηνχκε ηα επηθαλεηαθά δπλακηθά y, ην νπνίν είλαη έλα ηεηξηκκέλν πξφβιεκα, ζην δε αληίζηξνθν πξφβιεκα γλσξίδνπκε ηα δπλακηθά y θαη επηδεηνχκε ηα ελδνθξαληαθά ξεχκαηα x. Σν αληίζηξνθν πξφβιεκα απαηηεί αξρηθά ηελ αληηζηξνθή ηεο κήηξαο Α, ε νπνία ζηελ πιεηνλφηεηα ησλ πεξηπηψζεσλ δελ είλαη ηεηξαγσληθή, αθνχ ν αξηζκφο ησλ ειεθηξνδίσλ απαγσγήο ΖΔΓ, m, δηαθέξεη απφ ηνλ αξηζκφ n ησλ ζεκείσλ, φπνπ επηζπκνχκε λα δηεξεπλήζνπκε ηελ χπαξμε πεγψλ. ηελ πεξίπησζε θαηαγξαθήο ΠΓ ζπκβαίλεη ζπλήζσο m<<n. Δπηπιένλ, ε χπαξμε ζνξχβνπ ζηηο κεηξήζεηο y νδεγεί ζπρλά ηελ αληηζηξνθή ηεο κήηξαο ζε πξνβιήκαηα ζχγθιηζεο. Οη αιγφξηζκνη ηερληθψλ αιγεβξηθήο αλαθαηαζθεπήο (algebraic reconstruction techniques ART), ηνπο νπνίνπο ζα παξνπζηάζνπκε ζηε ζπλέρεηα, πξνζπαζνχλ λα επηιχζνπλ ην αληίζηξνθν πξφβιεκα φρη κε απεπζείαο αληηζηξνθή ηεο κήηξαο Α, αιιά κε επαλαιεπηηθή κέζνδν. Οη αιγφξηζκνη ηεο ηερληθήο ART έρνπλ ρξεζηκνπνηεζεί κε επηηπρία ζηελ ππνινγηζηηθή ηνκνγξαθία [17]. Ο πξψηνο αιγφξηζκνο πνπ ζα αλαθέξνπκε νλνκάδεηαη ζηε βηβιηνγξαθία ART1 θαη είλαη ν αξρηθφο αιγφξηζκνο απφ ηνλ νπνίν πξνήιζαλ φιεο νη κεηέπεηηα παξαιιαγέο. Ο αιγφξηζκνο ART1 νξίδεηαη σο εμήο: ART1 : i) Αξρηθέο ηηκέο: Έζησ a i= (a i1,,a in ) ε i γξακκή ηεο κήηξαο Α. Οξίδνπκε σο L ην ζχλνιν ησλ γξακκηθψλ ζπλδπαζκψλ ησλ a Σ i. Ζ αξρηθή θαηαλνκή x (0) κπνξεί λα είλαη νπνηνδήπνηε ζηνηρείν ηνπ ζπλφινπ L. ii) Σππηθφ επαλαιεπηηθφ βήκα: x (k+1) =x (k) + r (k) (y i -<a i,x (k) >)a i T a -2 (5.28) φπνπ <u,v> είλαη ην εζσηεξηθφ γηλφκελν ησλ δηαλπζκάησλ u=(u 1,...,u n ) θαη v=(v 1,...,v n ) T δειαδή <u,v>=(u 1 v 1,,u n v n ) θαη r (k) είλαη πξαγκαηηθέο κε κεδεληθέο παξάκεηξνη ηεο επαλαιεπηηθήο δηαδηθαζίαο, νη νπνίεο, φπσο ππνδειψλεη θαη ν ηππηθφο εθζέηεο k, κπνξνχλ λα κεηαβάιινληαη απφ βήκα ζε βήκα θαη νλνκάδνληαη «παξάκεηξνη ραιάξσζεο». ηελ Δξίζυζη 5.28 ν δείθηεο i, ησλ ζηνηρείσλ ηνπ δηαλχζκαηνο y θαη ησλ γξακκψλ ηεο κήηξαο Α, δίλεηαη απφ ηνλ ηχπν i=i(k)=(kmodm)+1, φπνπ kmodm=k-int(k/m)m είλαη ε ζπλάξηεζε εμαγσγήο ηνπ ππνινίπνπ γηα αθέξαηεο ηηκέο. πλεπψο, ε ζεηξά ησλ i είλαη 1,2,...,m,1,2,...,m,1,2,... θ.ν.θ. Απφ ηελ Δξίζυζη 5.28 θαίλεηαη φηη γηα ηε κεηάβαζε απφ ην k ζην k+1 βήκα ν αιγφξηζκνο ρξεζηκνπνηεί κφλν ηελ πιεξνθνξία πνπ εκπεξηέρεηαη ζηα y i, a i, i=i(k). Ζ ζεηξά ρξεζηκνπνίεζεο, ινηπφλ, ησλ ζηνηρείσλ ηνπ y θαη ησλ γξακκψλ ηεο Α είλαη θπθιηθή. 146

148 Ζ ιεηηνπξγία ηνπ αιγφξηζκνπ κπνξεί λα δνζεί, ζρεηηθά απιά σο εμήο: Ξεθηλνχκε απφ ην αξρηθφ δηάλπζκα x (0). Ο αιγφξηζκνο θαηφπηλ ζα πξνζπαζήζεη λα θαηαλείκεη ηελ ηηκή y 1 ησλ γλσζηψλ κεηξήζεσλ δπλακηθνχ βάζεη ησλ a 1j, j=1,...,n ζηηο n ζπληζηψζεο ηνπ x (0), ψζηε ην λέν δηάλπζκα x (1). πνπ ζα πξνθχςεη λα ηθαλνπνηεί ηελ εμίζσζε <a 1,x>=y 1, ηελ πξψηε δειαδή εμίζσζε ηνπ ζπζηήκαηνο ην νπνίν εθθξάδεη ε Δξίζυζη Ζ δηαδηθαζία απηή ζπλερίδεηαη γηα ην x (2), ην x (3) θ.ν.θ. θαη κάιηζηα θπθιηθά. Γει., αθνχ βξνχκε ην x (m), θαηφπηλ ν αιγφξηζκνο πάιη βάζεη ησλ a 1j ζα θαηαλείκεη ηελ ηηκή y 1 ζηηο n ζπληζηψζεο ηνπ x (m), ψζηε ην λέν x (m+1) λα ηθαλνπνηεί ηελ εμίζσζε <a 1,x>=y 1 θαη κάιηζηα θαιχηεξα απφ ην x (1). Απηή είλαη θαη ε έλλνηα ηεο θπθιηθήο ζπγθιίζεσο. Mηα καζεκαηηθά απζηεξφηεξε εμήγεζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ αιγφξηζκνπ κπνξεί λα δνζεί κε γεσκεηξηθνχο ζπιινγηζκνχο ζηεξηδφκελνπο ζε ζηνηρεία γξακκηθήο άιγεβξαο. Τπεξεπίπεδν H ζηνλ ρψξν R n νξίδεηαη ην ζχλνιν ησλ δηαλπζκάησλ x ϵ R n, ηα νπνία ηθαλνπνηνχλ ηελ εμίζσζε <q T,x>=z, φπνπ ηα q 0 ϵ R n θαη z ϵ R είλαη ζπγθεθξηκέλα γηα θάζε ππεξεπίπεδν. Ζ έλλνηα ηνπ ππεξεπηπέδνπ ζε ρψξνπο θπζηθψλ δηαζηάζεσλ (n 3) παίξλεη γλσζηέο δηαηζζεηηθά κνξθέο. Γηα n=3 ην H είλαη έλα ζπγθεθξηκέλν επίπεδν ηνπ ρψξνπ R 3. Tν ζχλνιν ησλ ζεκείσλ {x ϵ R n : <a i,x>=y i }, δειαδή ην ζχλνιν ησλ ζεκείσλ πνπ απνηεινχλ ηε ιχζε ηεο i εμίζσζεο ηνπ ζπζηήκαηνο ηεο Δξίζυζηρ (5.27), αληηπξνζσπεχεη έλα ππεξεπίπεδν H i ζηνλ ρψξν R n θάζεην ζην δηάλπζκα a i. Όηαλ r (k) =1 ην ζεκείν x (k+1) ηνπ ρψξνπ R n απνδεηθλχεηαη εχθνια φηη είλαη ε νξζνγψληα πξνβνιή ηνπ δηαλχζκαηνο x (k) πάλσ ζην ππεξεπίπεδν H i. πλεπψο, ν αιγφξηζκνο μεθηλά απφ ην x (0), ην πξνβάιιεη νξζνγψληα ζην ππεξεπίπεδν Ζ 1, νπφηε πξνθχπηεη ην x (1). Καηφπηλ πξνβάιιεη νξζνγψληα ην x (1) ζην ππεξεπίπεδν Ζ 2, νπφηε πξνθχπηεη ην x (2) θ.ν.θ. Γεκηνπξγείηαη, ινηπφλ, κία δηαδνρηθή ζεηξά δηαλπζκάησλ κέζσ δηαδνρηθψλ νξζνγψλησλ πξνβνιψλ επί ησλ ππεξεπηπέδσλ Ζ 1,Ζ 2,...,Ζ m,ζ 1,Ζ 2,...,Ζ m,ζ 1,Ζ 2,... Ζ ρξήζε παξακέηξσλ ραιάξσζεο κε ηηκέο δηαθνξεηηθέο ηεο κνλάδαο κάο επηηξέπεη λα δνθηκάδνπκε ηε ζπκπεξηθνξά ηνπ αιγνξίζκνπ, φηαλ παξεθθιίλνπκε απφ ηνλ θαλφλα ησλ νξζνγψλησλ πξνβνιψλ. Καηά ηελ εθαξκνγή ηνπ αιγφξηζκνπ, δελ εμεηάδνπκε ην πξνθχπηνλ δηάλπζκα x (k) ζε θάζε επαλάιεςε k, αιιά κφλν ηα δηαλχζκαηα πνπ πξνθχπηνπλ φηαλ ζπκπιεξσζεί ν θάζε θχθινο νξζνγψλησλ πξνβνιψλ ζε φια ηα m ππεξεπίπεδα. Δμεηάδνπκε ινηπφλ ηα x (k=0), x (k=m- 1), x (k=2m-1),, x (k=λm-1),. Γηα δηεπθφιπλζε αλαθεξφκαζηε, αληί ζε επαλαιεπηηθά βήκαηα k, ζε επαλαιεπηηθνχο θχθινπο L, νπφηε ηα εμεηαδφκελα δηαλχζκαηα είλαη πιένλ ηα x (L=0), x (L=1), x (L=2),, x (L=λ), αθνχ k=lm-1. Ο ζηφρνο ηνπ ART1 είλαη λα ζπγθιίλεη ην x (k) ζε έλα δηάλπζκα x * ην νπνίν λα αλήθεη ζηελ ηνκή φισλ ησλ ππεξεπηπέδσλ H i, αλ απηή δελ είλαη θελή. Ζ ηνκή απηή απνηειεί ην θνηλφ ζχλνιν ιχζεσλ S ησλ εμηζψζεσλ ηνπ ζπζηήκαηνο ηεο Δξίζυζηρ Αλ ην S δελ είλαη θελφ, ηφηε ν ART1 ζα ζπγθιίλεη ζηε ιχζε ηεο Δξίζυζηρ 5.27, ε νπνία έρεη ηελ ειάρηζηε λνξκ, αξθεί ε ζεηξά ησλ παξακέηξσλ ραιάξσζεο λα ηθαλνπνηεί ηνλ πεξηνξηζκφ: 0<downlim (k) uplim (k) <2, φπνπ downlim θαη uplim δειψλνπλ ην θάησ θαη άλσ φξην ηεο αθνινπζίαο αληίζηνηρα. ηελ πεξίπησζε πξαγκαηηθψλ κεηξήζεσλ φκσο, φπνπ νη ηηκέο ηνπ δηαλχζκαηνο y κπνξεί λα έρνπλ δηαβξσζεί απφ ζφξπβν, είλαη πνιχ πηζαλφ ην ζχλνιν S λα είλαη θελφ. Απηφ ζα έρεη ζπλέπεηα ν ART1 λα πξνζπαζεί λα επηιχζεη επαθξηβψο έλα ζχζηεκα ην νπνίν δελ έρεη ιχζε, κε πηζαλφηεηα λα ζπγθιίλεη θπθιηθά ζε έλα δηάλπζκα x * ην νπνίν δελ αλαπαξηζηά ηθαλνπνηεηηθά ηελ εηθφλα ηεο ελδνθξαληαθήο ξεπκαηηθήο θαηαλνκήο πνπ ζέινπκε λα αλαθαηαζθεπάζνπκε. Γηα λα αληηκεησπίζνπκε πεξηπηψζεηο, φπνπ ην πξφβιεκα απηφ είλαη έληνλν, επηιχνπκε κία δηαθνξεηηθή εθδνρή ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο, ζηελ νπνία ε Eξίζυζη 5.27 αληηθαζίζηαηαη απφ αληζψζεηο. πγθεθξηκέλα, ην αληίζηξνθν πξφβιεκα επαλαδηαηππψλεηαη σο εμήο: δεδνκέλνπ ηνπ δηαλχζκαηνο y, ησλ κεηξήζεσλ δπλακηθνχ ζηα m ζεκεία ηνπνζέηεζεο ειεθηξνδίσλ θαη ηεο κήηξαο Α, ησλ ηηκψλ ηεο ζπλάξηεζεο Green, λα βξεζεί ην δηάλπζκα x, ησλ εληάζεσλ ησλ ζεκεηαθψλ πεγψλ ξεχκαηνο ζηα θέληξα ησλ voxels σο ιχζε ησλ αληζψζεσλ: y+ε Α x y-ε (5.29) 147

149 Σα ζηνηρεία ηνπ δηαλχζκαηνο ε=(ε 1,ε 2,,ε m ) νλνκάδνληαη «παξάκεηξνη αλνρήο», είλαη κε αξλεηηθέο θαη αληηπξνζσπεχνπλ ην πνζνζηφ ζνξχβνπ δηάθνξσλ αηηηνινγηψλ, ην νπνίν ελππάξρεη ζηηο ηηκέο ησλ ζηνηρείσλ ηνπ y. Αληαλαθινχλ ηελ εθηίκεζή καο γηα ην πφζν απέρεη ε πξνζέγγηζε πνπ εθθξάδεη ε Δξίζυζη 5.27 απφ ηελ πξαγκαηηθφηεηα ή, κε άιια ιφγηα, πφζν ε εηθφλα πνπ πξνζπαζνχζακε λα βξνχκε απέρεη απφ ηε δεηνχκελε, θαη γεληθά άγλσζηε, εηθφλα. Λχλνληαο ην ύζηημα Ανιζώζευν 5.29, αληί γηα ην ζχζηεκα εμηζψζεσλ ηεο Δξίζυζηρ 5.27, επηδεηνχκε έλα δηάλπζκα x ην νπνίν λα αλήθεη ζε κία θαζνξηζκέλε πεξηνρή πιεζίνλ ηαπηφρξνλα φισλ ησλ ππεξεπηπέδσλ Ζ i πνπ νξίδνληαη απφ ηελ Δξίζυζη Ο ρψξνο ιχζεσλ S ηνπ ςζηήμαηορ Ανιζώζευν 5.29 είλαη ζπλεπψο εμ νξηζκνχ δηεπξπκέλνο, κε απνηέιεζκα λα έρεη κηθξφηεξεο πηζαλφηεηεο λα είλαη θελφο ζε ζπγθεθξηκέλεο εθαξκνγέο. Ζ έθηαζε ηνπ ρψξνπ πνπ θαηαιακβάλεη ην ζχλνιν S θαζνξίδεηαη απφ ηηο ηηκέο ησλ παξακέηξσλ αλνρήο. Δπηζπκνχκε ν S λα είλαη ηφζν επξχο, ψζηε λα πεξηιακβάλεη έλα δηάλπζκα x πνπ λα είλαη ηθαλνπνηεηηθή πξνζέγγηζε ηεο δεηνχκελεο θαηαλνκήο x INIT, αιιά ηαπηφρξνλα λα κελ έρεη ηφζν κεγάιε έθηαζε, πνπ λα επηηξέπεη λα αλήθνπλ ζηνλ ρψξν ιχζεσλ θαηαλνκέο x πνπ δηαθέξνπλ ζεκαληηθά απφ ηελ πξαγκαηηθή θαηαλνκή x INIT. Σα φξηα πνπ δηαρσξίδνπλ ηθαλνπνηεηηθή -ή κε- πξνζέγγηζε πξνθχπηνπλ θαη' εθηίκεζε ζε ζπγθεθξηκέλεο εθαξκνγέο θαη εμ νξηζκνχ είλαη αζαθή. Ζ ζσζηή εθηίκεζε, ινηπφλ, ησλ παξακέηξσλ αλνρήο, φπνηε απηφ είλαη δπλαηφλ, κπνξεί λα βνεζήζεη ζηελ εχξεζε κηαο ηθαλνπνηεηηθήο πξνζέγγηζεο ηεο x INIT. Γηα ηελ επίιπζε ηνπ ςζηήμαηορ Ανιζώζευν 5.29 ρξεζηκνπνηείηαη ν αιγφξηζκνο ART4, ν νπνίνο είλαη κηα επαλαιεπηηθή ηερληθή πνπ ρεηξίδεηαη, γηα θάζε ζηνηρείν ηνπ δηαλχζκαηνο y, ηηο δχν αληζψζεηο πνπ πξνθχπηνπλ εθ ηνπ ςζηήμαηορ Ανιζώζευν 5.29 ηαπηφρξνλα. Ο ART4 επηιέγεη απφ ην ζχλνιν S ηνπ ςζηήμαηορ Ανιζώζευν 5.29 ην δηάλπζκα x *, ην νπνίν έρεη ηελ ειάρηζηε λνξκ [19]. Οξίδεηαη σο εμήο: ART4: i) Αξρηθέο ηηκέο: x=x (0) είλαη ην n-δηάζηαην κεδεληθφ δηάλπζκα 0=ι (0) είλαη ην m-δηάζηαην κεδεληθφ δηάλπζκα ii) Σππηθφ επαλαιεπηηθφ βήκα: c (k) =mid{ι (k) i, r (k) (y i +ε i -<a i,x (k) >) a -2, r (k) (y i -ε i -<a i,x (k) >) a -2 } x (k+1) =x (k) -c (k) T a i ι (k+1) =ι (k) -c (k) e i (5.30) φπνπ mid{a,b,c} είλαη ν δηάκεζνο ησλ ηξηψλ πξαγκαηηθψλ αξηζκψλ a, b θαη c θαη e i είλαη ην m-δηάζηαην δηάλπζκα, ην νπνίν έρεη κεδέλ φια ηα ζηνηρεία ηνπ, εθηφο ηνπ i ζηνηρείνπ, γηα ην νπνίν ηζρχεη e i =1. Αμίδεη λα ζεκεησζεί φηη νη ηερληθέο πνπ αλαιχζακε ζε πξνεγνχκελεο παξαγξάθνπο, δει. νη ηερληθέο SVD κε ηελ παξαιιαγή ηνπο TRT, κπνξνχλ λα εθαξκνζηνχλ ζπγθξηλφκελεο κε ηελ πεξίπησζε ηεο επίιπζεο ησλ εμηζψζεσλ ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο κε ηηο ηερληθέο ART, κηα πνπ ην δήηεκα είλαη λα ρξεζηκνπνηεζεί εθείλε ε ηερληθή πνπ αληηζηξέθεη νξζφηεξα ηελ Δξίζυζη 5.12 ή ηελ Δξίζυζη 5.27, δει. ε ηερληθή πνπ νδεγεί ζε ιχζε πιεζηέζηεξε ζηελ άγλσζηε πξαγκαηηθή θαηαλνκή εληφο ηνπ εγθεθάινπ. ηα σήμαηα 5.37 θαη 5.38 δείρλνπκε παξαδείγκαηα εθαξκνγψλ ησλ ηερληθψλ απηψλ ζε εμνκνησκέλεο πεγέο. Γειαδή, ζεσξνχκε φηη έρνπκε κηα γλσζηή θαηαλνκή πεγψλ ξεχκαηνο (φπσο απηή πνπ δείρλεηαη ζηα σήμαηα 5.37.α θαη 5.38.α) θαη ζηε ζπλέρεηα ππνινγίδνπκε ην δπλακηθφ ζηελ εμσηεξηθή επηθάλεηα ελφο ηξηζηξσκαηηθνχ κνληέινπ ηνπ αλζξψπηλνπ θεθαιηνχ. ηε ζπλέρεηα ιακβάλνπκε ηηο ηηκέο δπλακηθνχ πνπ ππνινγίζακε ζηελ εμσηεξηθή επηθάλεηα, επηιχνπκε ην αληίζηξνθν πξφβιεκα θαη ειέγρνπκε θαηά πφζν ε αξρηθή θαηαλνκή πεγψλ ζπκπίπηεη κε ηελ ππνινγηζκέλε. Οη αγσγηκφηεηεο ησλ ηξηψλ πεξηνρψλ ηνπ γεσκεηξηθνχ πξνηχπνπ ήηαλ ζ 1 =ζ 3 =0,33 S/m, ζ 2 =0,0042 S/m. ηελ πεξίπησζε ηνπ σήμαηορ 5.37 ε κήηξα Α είρε 148

150 δηαζηάζεηο 18x24, ήηαλ r 1 =6 cm, r 2 =6,7 cm, r 3 =7 cm θαη ν θινηφο, φπνπ αλαδεηνχκε πεγέο, ήηαλ ζηελ απφζηαζε r SHELL =5,5 cm απφ ην θέληξν ηνπ θεθαιηνχ. ηελ πεξίπησζε ηνπ σήμαηορ 5.38 ε κήηξα Α είρε δηαζηάζεηο 50x60, ήηαλ r 1 =8,8 cm, r 2 =9,7 cm, r 3 =10 cm θαη ν θινηφο, φπνπ αλαδεηνχκε πεγέο, ήηαλ ζηελ απφζηαζε r SHELL =8,3 cm απφ ην θέληξν ηνπ θεθαιηνχ. σήμα 5.37 Δλδνθξαληαθά ξεύκαηα (ζε namperes) ζε δηδηάζηαην ζθαηξηθό θινηό (0<θ<360 0, 0<ζ<60 0 ), ηνπνζεηεκέλν ζε r=5,5 cm. Γελ αλαγξάθνληαη ξεπκαηηθέο πεγέο κηθξόηεξεο ησλ 10 namperes γηα επθξίλεηα ηεο εηθόλαο. (α) Αξρηθή γλσζηή θαηαλνκή πεγώλ ξεύκαηνο. (β) Λύζε ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο γηα 20% ιεπθό ζόξπβν κε ηελ ηερληθή ART4. (γ) Οκνίσο γηα TRT γηα γ=γ CRESO. (δ) Λύζε γηα 20% θαλνληθό ζόξπβν κε ηελ ηερληθή ART4. (ε) Οκνίσο γηα TRT γηα γ=γ CRESO. 149

151 Σχήμα 5.38 Δλδνθξαληαθά ξεύκαηα (ζε namperes) ζε δηδηάζηαην ζθαηξηθό θινηό (0<θ<360 0, 0<ζ<60 0 ), ηνπνζεηεκέλν ζε r=8,3 cm. Ρεπκαηηθέο πεγέο κηθξόηεξεο ησλ 10 namperes παξαιήθζεζαλ γηα επθξίλεηα ηεο εηθόλαο. (α) Αξρηθή γλσζηή θαηαλνκή πεγώλ ξεύκαηνο. (β) Λύζε ηνπ αληίζηξνθνπ πξνβιήκαηνο γηα 20% ιεπθό ζόξπβν κε ηελ ηερληθή ART4. (γ) Οκνίσο γηα TRT γηα γ=γ min. Βιβλιογπαθία 1. E. Niedermeyer and F. Lopes Da Silva, Electroencephalography, Basic Principles, Clinical Applications, and Related Fields, Baltimore, MD: Williams & Wilkins, G. Buzsaki, Rhythms of the brain. Oxford, UK: Oxford University Press, L. Gennaro, and M. Ferrara, Sleep spindles: an overview, Sleep Med. Rev., vol. 7, no. 5, pp , Oct E. Ventouras, E. Monoyiou, P. Ktonas, T. Paparrigopoulos, D. Dikeos, N. Uzunoglu, and C. Soldatos, Sleep Spindle Detection Using Artificial Neural Networks Trained with Filtered Time-Domain EEG: A Feasibility Study, Comput. Meth. Prog. Biol., vol. 78, no. 3, pp , Jun E.Ventouras, P.Asvestas, I.Karanasiou, G.K. Matsopoulos, Classification of Error-Related Negativity (ERN) and Positivity (PE) Potentials using knn and Support Vector Machines, Comput. Biol. Med., vol. 41, no. 2, pp , Feb C. Papageorgiou, L. Lykouras, B. Alevizos, E. Ventouras, P. Mourtzouchou, N. Uzunoglu, G. N. Christodoulou, and A. Rabavilas, Psychophysiological differences in schizophrenics with and without delusional misidentification syndromes: a P300 Study, Prog. Neuro-Pyschoph., vol. 29, no. 4, pp , May J. D. Bronzino, The Biomedical Engineering Handbook. Boca Raton, FL: CRC Press IEEE Press, J. G. Webster, Medical Instrumentation, Application and Design. New York, NY: John Wiley & Sons, C. M. Michel, M. M. Murray, G. Lantz, S. Gonzalez, L. Spinelli, and R.G. De Peralta, EEG source imaging, Clin. Neurophysiol., vol. 115, no. 10, pp , Oct J. Yao, and P. A. Dewald, Evaluation of different cortical source localization methods using simulated and experimental EEG data, Neuroimage, vol. 25, no. 2, pp , Apr E. Ventouras, N. Uzunoglu, C. Papageorgiou, A. Rabavilas, D. Koutsouris, and C. Stefanis, Reconstruction of Intracranial Evoked Current Distribution Images Using Generalised Matrix Inverses and Algebraic Reconstruction Techniques, In Proc. 18th Annual International Conference IEEE-EMBS, 1996, vol. 2, pp A. V. Shahidi, P. Savard, and R. Nadeau, Forward and Inverse Problems of Electrocardiography: Modeling and Recovery of Epicardial Potentials in Humans, IEEE Tr. Biomed. Eng., vol. 41, no. 3, pp , Mar A. Tikhonov and V. Arsenin, Solutions to Ill-Posed Problems. New York, NY: Halsted, E. M. Ventouras, C. C. Papageorgiou, N. K. Uzunoglu, G. N. Christodoulou, Tikhonov Regularization using a Minimum-Product Criterion: Application to Brain Electrical 150

152 Tomography, In Proc. 23rd Αnnual International Conference IEEE-EMBS, 2001, vol. 1, pp R. D. Pascual-Marqui, C. M. Michel, and D. Lehmann, Low resolution electromagnetic tomography: a new method for localizing electrical activity in the brain, Int. J. Psychophysiol., vol. 18, no. 1, pp , Oct M. Brett, I. S. Johnsrude, and A. M. Owen, The problem of functional localization in the human brain, Nat. Rev. Neurosci., vol. 3, no. 3, pp , Mar G.T. Herman, and L.B. Meyer, Algebraic Reconstruction Techniques Can Be Made Computationally Efficient, IEEE Tr. Med. Imaging, vol. 12, no. 3, pp , Sep N. Uzunoglu, E. Ventouras, C. Papageorgiou, A. Rabavilas, and C. Stefanis, Inversion of Simulated Evoked Potentials to Charge Distributions Inside the Human Brain Using an Algebraic Reconstruction Technique, IEEE Tr. Med. Imaging, vol. 10, no. 3, pp , Sep G.T. Herman, and A. Lent, A family of iterative quadratic optimisation algorithms for pairs of inequalities, with applications in diagnostic radiology, in Mathematical Programming in Use. (Mathematics Programming Studies, no. 9), M. L. Balinski, C. Lemarechal, Eds. Asmterdam, The Netherlands: North-Holland, 1978, pp A. L. Goldberger, L. A. N. Amaral, L. Glass, J. M. Hausdorff, P. Ch. Ivanov, R. G. Mark, J. E. Mietus, G. B. Moody, C. K. Peng, and H. E. Stanley, Physiobank, physiotoolkit, and physionet: Components of a new research resource for complex physiologic signals, Circulation, vol. 101, no. 23, pp. e215 e220, Jun A. Shoeb, Application of Machine Learning to Epileptic Seizure Onset Detection and Treatment, Ph. D. dissertation, Health Sci. Technol. Div., Massachusetts Inst. Technol., Cambridge, MA, R. D. Pascual-Marqui, D. Lehmann, P. Faber, P. Milz, K. Kochi, M. Yoshimura, K. Nishida, T. Isotani, and T. Kinoshita, The resting microstate networks (RMN): cortical distributions, dynamics, and frequency specific information flow. [Online]. Available: 151

153 6. ΖΛΔΚΣΡΟΜΤΟΓΡΑΦΗΚΔ ΓΗΑΣΑΞΔΗ ύνοτη ην θεθάιαην απηό παξνπζηάδνληαη βαζηθά ζηνηρεία ηεο ιεηηνπξγίαο ησλ ζθειεηηθώλ θαη ιείσλ κπώλ ηνπ ζώκαηνο, κε έκθαζε ζε όζα ζηνηρεία επεξεάδνπλ ηα θαηαζθεπαζηηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ εληζρπηώλ ησλ ΖΜΓ. Έκθαζε δίλεηαη ζηα θαηλόκελα ζηα νπνία νθείιεηαη ε εκθάληζε ηεο ραξαθηεξηζηηθήο δηθαζηθήο κνξθήο ησλ θαηαγξαθόκελσλ δπλακηθώλ από ηνλ ΖΜΓ. Πεξηγξάθνληαη ηα δηάθνξα είδε ειεθηξνδίσλ πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη ζηελ ειεθηξνκπνγξαθία: δεξκαηηθά, ελδντζηηθά, ειεθηξόδηα κνλήο ίλαο. Αλαιύνληαη ηα βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ δπλακηθνύ δξάζεο θηλεηηθήο κνλάδαο (motor unit action potential MUAP). ηε ζπλέρεηα πεξηγξάθνληαη νη δνκηθέο κνλάδεο ηππηθνύ ΖΜΓ: εληζρπηηθέο βαζκίδεο, δηάηαμε νινθιεξσηή, δηαηάμεηο ςεθηαθήο επεμεξγαζίαο, θαη αλαιύεηαη ε ιεηηνπξγία ηεο ειεθηξνλεπξνγξαθίαο θαηόπηλ δηεγέξζεσο. Δπίζεο, πεξηγξάθνληαη ηα είδε δπλακηθώλ πνπ παξάγνπλ ηα ιεία κπτθά θύηηαξα, κε έκθαζε ζηελ θπξηόηεξε δηάηαμε θαηαγξαθήο ειεθηξηθώλ ζεκάησλ ιείσλ κπτθώλ θπηηάξσλ, πνπ είλαη ν ΖΓΓ. Πποαπαιηούμενη γνώζη Γηα ηελ θαηαλόεζε όζσλ αλαπηύζζνληαη ζην θεθάιαην απηό είλαη ρξήζηκεο βαζηθέο γλώζεηο θπζηνινγίαο θαζώο θαη ζηνηρεία από ηα Κεθάιαηα 1 «Φαηλόκελα ηνληηθώλ ξεπκάησλ ζηα θύηηαξα», 2 «Ζιεθηξόδηα απαγσγήο βηνειεθηξηθώλ ζεκάησλ» θαη 3 «Βηνεληζρπηέο». 6.1 ΓΟΜΖ ΚΑΗ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΣΟΤ ΚΔΛΔΣΗΚΟΤ ΜΤΪΚΟΤ ΗΣΟΤ ην αλζξψπηλν ζψκα ππάξρνπλ ηξία είδε κπτθνχ ηζηνχ: νη ζθειεηηθνί, νη ιείνη θαη νη θαξδηαθνί κχεο (σήμα 6.1) [1]. Σα κπτθά θχηηαξα, φπσο αλαθέξζεθε ήδε ζην Κεθάιαην 1, είλαη δηεγέξζηκα, παξάγνπλ, δειαδή, δπλακηθά δξάζεο [2]. Ζ εκθάληζε δπλακηθψλ δξάζεο, φπσο έρνπκε αλαθέξεη, νδεγεί ζε έληνλεο κεηαβνιέο ηεο ξνήο ηφλησλ κεηαμχ εζσθπηηαξηθνχ θαη εμσθπηηαξηθνχ ρψξνπ, άξα θαη ζε κεηξήζηκεο κεηαβνιέο ηνπ δπλακηθνχ πνπ κεηξηνχληαη κε δηάθνξα ειεθηξφδηα θαηάιιεια ηνπνζεηεκέλα. Ζ ιεηηνπξγία ησλ θαξδηαθψλ κπψλ απνηειεί αληηθείκελν θπξίσο ηεο ειεθηξνθαξδηνγξαθίαο. Καηά ζπλέπεηα, ε ειεθηξνκπνγξαθία έρεη αληηθείκελν ηελ θαηαγξαθή ησλ δπλακηθψλ πνπ παξάγνληαη απφ ηε ιεηηνπξγία ησλ ζθειεηηθψλ θαη ιείσλ κπψλ ηνπ ζψκαηνο. σήμα 6.1 Σα ηξία είδε κπτθνύ ηζηνύ: νη ζθειεηηθνί (αξηζηεξά), νη ιείνη (θέληξν) θαη νη θαξδηαθνί (δεμηά) κύεο (Arcadian. [ Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). Οη ζθειεηηθνί κχεο είλαη ππεχζπλνη γηα ηελ επίηεπμε ησλ θηλήζεσλ ησλ δηάθνξσλ κειψλ ηνπ ζψκαηνο θαη απνηεινχλ ην κεγαιχηεξν κέξνο ηνπ ζσκαηηθνχ κπτθνχ ηζηνχ. Ο θάζε κπο πεξηβάιιεηαη εμσηεξηθά απφ έλα δπλαηφ επίζηξσκα ζπλδεηηθνχ ηζηνχ, ην επηκχην, (σήμα 6.2.α) θαη απνηειείηαη απφ δέζκεο (κπτθέο δεζκίδεο) καθξηψλ θπιηλδξηθψλ πνιππχξελσλ θπηηάξσλ (κπτθψλ θπηηάξσλ) ηνπνζεηεκέλσλ παξάιιεια κεηαμχ ηνπο [1]. Οη 152

154 δεζκίδεο θαιχπηνληαη επίζεο απφ ζπλδεηηθφ ηζηφ, ην πεξηκχην, κέζσ ηνπ νπνίνπ νδεχνπλ ηα λεχξα (λεπξάμνλεο ησλ λεπξψλσλ πνπ επηδξνχλ επί ησλ κπτθψλ θπηηάξσλ) θαη αηκνθφξα αγγεία. Κάζε κπτθφ θχηηαξν νλνκάδεηαη κπτθή ίλα. Ο ρψξνο κεηαμχ ησλ κπτθψλ ηλψλ θαιχπηεηαη θαη απηφο απφ ζπλδεηηθφ ηζηφ, ην ελδνκχην. Οη κπτθέο ίλεο απνηεινχληαη απφ κπτθά ηλίδηα (σήμα 6.2.β), ηα ιεγφκελα κπντλίδηα, ηνπνζεηεκέλα παξάιιεια ζηνλ δηακήθε άμνλα ηνπ κπφο. Με ηε ζεηξά ηνπο ηα κπτθά ηλίδηα απνηεινχληαη απφ ζαξθνκέξηα πνπ είλαη ηνπνζεηεκέλα δηαδνρηθά ην έλα δίπια ζην άιιν θαη καδί ζπλζέηνπλ ην ηλίδην. Σα ζαξθνκέξηα απνηεινχληαη απφ ιεπηά θαη παρηά λεκάηηα, ηα ιεγφκελα κπνλήκαηα. Σα παρηά λεκάηηα απνηεινχληαη απφ κφξηα κπνζίλεο θαη ηα ιεπηά λεκάηηα, ηα νπνία νλνκάδνληαη λεκάηηα αθηίλεο, απνηεινχληαη απφ ηξία είδε πξσηετληθψλ κνξίσλ. Σα λεκάηηα αθηίλεο θαη κπνζίλεο ηνπνζεηνχληαη ην έλα κέζα ζην άιιν ζε κία ραξαθηεξηζηηθή δηάηαμε ζαλ «ρηέληα». Σα κπντλίδηα πεξηβάιινληαη απφ ελδνθπηηαξηθφ πγξφ, ην ζαξθφπιαζκα. Έλα επηπιένλ ραξαθηεξηζηηθφ ησλ κπτθψλ ηλψλ είλαη ε χπαξμε ελφο ζπζηήκαηνο ζσιήλσλ, ησλ ιεγφκελσλ εγθάξζησλ ζσιήλσλ, ην ηνίρσκα ησλ νπνίσλ είλαη ζπλέρεηα ηεο κεκβξάλεο ηνπ κπτθνχ θπηηάξνπ θαη είλαη ηνπνζεηεκέλνη θάζεηα σο πξνο ηελ εμσηεξηθή επηθάλεηα ηεο ίλαο. θνπφο ηνπο, φπσο ζα αλαιχζνπκε ακέζσο παξαθάησ, είλαη ε γξήγνξε κεηάδνζε ηνπ δπλακηθνχ δξάζεο ζην εζσηεξηθφ ηνπ θπηηάξνπ. Οη κπτθέο ίλεο «λεπξψλνληαη» απφ λεπξηθά θχηηαξα ηνπ πεξηθεξεηαθνχ λεπξηθνχ ζπζηήκαηνο, ηνπο ιεγφκελνπο θηλεηηθνχο λεπξψλεο (σήμα 6.3). Έλαο θηλεηηθφο λεπξψλαο ζπλήζσο λεπξψλεη πνιιέο κπτθέο ίλεο. Ο θηλεηηθφο λεπξψλαο καδί κε ηελ νκάδα κπτθψλ ηλψλ πνπ λεπξψλεη νλνκάδεηαη θηλεηηθή κνλάδα. Ζ λεπξνκπτθή ζχλαςε πνπ δεκηνπξγεί ν άμνλαο ηνπ θηλεηηθνχ λεπξψλα ζε έλα ζεκείν κηαο κπτθήο ίλαο νλνκάδεηαη ηειηθή θηλεηηθή πιάθα (σήμα 6.4). Απφ ηε ζηηγκή πνπ ν θηλεηηθφο λεπξψλαο ζα εθππξζνθξνηήζεη, ζα παξαγάγεη δειαδή δπλακηθφ δξάζεο, αξρίδεη κία αιπζίδα πνιχπινθσλ ειεθηξνρεκηθψλ θαηλνκέλσλ πνπ ηειηθά νδεγεί ζηε κεραληθή ζπζηνιή ηνπ ζθειεηηθνχ κπφο θαη ζηε ζπλέρεηα ζηελ επαλαθνξά ηνπ ζηελ αξρηθή ηνπ θαηάζηαζε (ράιαζε). Σα ειεθηξηθά θαηλφκελα πνπ εκθαλίδνληαη ζηα ζθειεηηθά κπτθά θχηηαξα αθνινπζνχλ πεξίπνπ ηηο ίδηεο αξρέο κε ηα θαηλφκελα πνπ έρνπκε κειεηήζεη ζηα λεπξηθά θχηηαξα [2]. Απηφ πνπ θπξίσο δηαθνξνπνηεί ηνπο λεπξψλεο απφ ηα ζθειεηηθά κπτθά θχηηαξα είλαη ε δνκή θαη νη κεραληζκνί νη ζρεηηδφκελνη κε ηε κεραληθή ιεηηνπξγία ησλ κπτθψλ θπηηάξσλ. Σν πξνζπλαπηηθφ δπλακηθφ ζηελ ηειηθή θηλεηηθή πιάθα ζα νδεγήζεη ζηε δηάρπζε λεπξνδηαβηβαζηψλ θαηά κήθνο ηνπ ζπλαπηηθνχ ράζκαηνο κε ζπλαθφινπζε δεκηνπξγία κεηαζπλαπηηθνχ δπλακηθνχ ζηε κεκβξάλε ηνπ κπτθνχ θπηηάξνπ, ην νπνίν νλνκάδεηαη δπλακηθφ ηειηθήο θηλεηηθήο πιάθαο. Σν δπλακηθφ εξεκίαο ησλ ζθειεηηθψλ ηλψλ είλαη πεξίπνπ 90 mv. 153

155 σήμα 6.2.α Βαζηθά δνκηθά ζηνηρεία ζθειεηηθνύ κπόο. (Arcadian. [ Σν παξόλ έξγν απνηειεί θνηλό θηήκα/public domain). σήμα 6.2.β Πεξαηηέξσ αλάιπζε ηνπ (α): δείρλεηαη ε «κηθξνδνκή» ηνπ κπτθνύ θπηηάξνπ έσο θαη ηα κπνλήκαηα αθηίλεο θαη κπνζίλεο. (Raul654.[ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0, CC BY-SA 3.0). σήμα 6.3 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε θηλεηνύ λεπξώλα κε κπειηλσκέλν ηνλ λεπξάμνλα. ην ηέινο ηνπ λεπξάμνλα ζα ππάξρνπλ λεπξνκπτθέο ζπλάςεηο (βι. ρήκα 6.4). (Dhp1080. [ Σν 154

156 παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0, CC BY-SA 3.0). σήμα 6.4 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηνπ λεπξάμνλα, ηεο λεπξνκπτθήο ζύλαςεο θαη ηνπ ζθειεηηθνύ κπτθνύ θπηηάξνπ ζηελ πεξηνρή ηεο ζύλαςεο. 1: κπειηλσκέλνο λεπξάμνλαο, 2: πξνζπλαπηηθή κεκβξάλε (λεπξηθό θύηηαξν) κε ηα θπζηίδηα πνπ πεξηέρνπλ λεπξνδηαβηβαζηέο, 3: κεηαζπλαπηηθή κεκβξάλε (κπτθό θύηηαξν), 4: ζπλαπηηθό ράζκα, 5: εμσζπλαπηηθή κεκβξάλε ηνπ κπτθνύ θπηηάξνπ, 6: εγθάξζηνη ζσιήλεο, 7: ζαξθόπιαζκα, 8: δπλακηθό δξάζεο ηνπ λεπξώλα, 9: δπλακηθό δξάζεο ηεο κπτθήο ίλαο. 155

157 σήμα 6.5 (α) ηελ αξρηθή θάζε ηεο εθπόισζεο ηεο κεκβξάλεο (ζρήκα αξηζηεξά) έρνπκε εηζξνή ηόλησλ Na + ζηνλ ελδνθπηηαξηθό ρώξν αιιά ηαπηόρξνλε εθξνή ηόλησλ Na + από ην βάζνο ησλ ζσιήλσλ, όπνπ δελ έρεη αξρίζεη αθόκε ε εθπόισζε. ηε δεύηεξε θάζε ηεο δηέγεξζεο (ζρήκα δεμηά), όπνπ έρνπκε επαλαπόισζε ηεο κεκβξάλεο πξνο ην αξρηθό δπλακηθό εξεκίαο, έρνπκε εθξνή ηόλησλ K + από ηνλ ελδνθπηηαξηθό ρώξν, αιιά ηαπηόρξνλε εηζξνή ηόλησλ Na + πξνο ην βάζνο ησλ ζσιήλσλ, όπνπ έρεη αξρίζεη πιένλ ε εθπόισζε. (β) Ππθλόηεηα ξεύκαηνο ζηε κεκβξάλε ηνπ κπτθνύ θπηηάξνπ. Ζ ππθλόηεηα ξεύκαηνο ε νπνία γίλεηαη αληηιεπηή καθξνζθνπηθά είλαη ε ζπλνιηθή ππθλόηεηα, ε νπνία πξνθύπηεη σο άζξνηζκα ηεο ππθλόηεηαο ξεύκαηνο ζην δηάθελν ηνπ εγθάξζηνπ ζσιήλα θαη ζηε ζπλερή εμσηεξηθή επηθάλεηα ηνπ θπηηάξνπ εθηόο δηάθελνπ. Σν πξόζεκν ηεο ππθλόηεηαο ξεύκαηνο έρεη ιεθζεί σο ζεηηθό, όηαλ εμέξρεηαη ζεηηθό θνξηίν από ηνλ εζσθπηηαξηθό ρώξν. (γ) Γηθαζηθό δπλακηθό. Ζ δεκηνπξγία ηνπ δπλακηθνχ ηεο ηειηθήο θηλεηηθήο πιάθαο νδεγεί ζηελ εκθάληζε δπλακηθνχ δξάζεο, δηάξθεηαο 2-4 ms, ην νπνίν άγεηαη κε ηαρχηεηα 5 m/s θαηά κήθνο ηεο εμσηεξηθήο κεκβξάλεο ηεο ίλαο (σήμα 6.4). Σαπηφρξνλα ην δπλακηθφ δξάζεο κεηαδίδεηαη θαη εγθάξζηα ζηελ ίλα κε ηε βνήζεηα ησλ εγθάξζησλ ζσιήλσλ. Έηζη, ζε πνιχ ζχληνκν ρξνληθφ δηάζηεκα φινο νπζηαζηηθά ν ρψξνο ηνπ κπτθνχ ηζηνχ έρεη δηεγεξζεί. ε θάζε ζεκείν ηεο κεκβξάλεο ην νπνίν δηεγείξεηαη, αξρηθά έρνπκε ηελ αχμεζε ηεο αγσγηκφηεηαο ηφλησλ λαηξίνπ ηα νπνία θηλνχληαη πξνο ην εζσθπηηαξηθφ ρψξν θαη ζηε ζπλέρεηα ηελ αχμεζε ηεο αγσγηκφηεηαο ησλ ηφλησλ θαιίνπ πξνο ηνλ εμσθπηηαξηθφ ρψξν. Ο ζπλδπαζκφο ησλ θαηλνκέλσλ ξνήο ηφλησλ ζηελ εμσηεξηθή κεκβξάλε, ζε ζπλδπαζκφ κε ηε ξνή ηφλησλ θαηά κήθνο ησλ εγθάξζησλ ζσιήλσλ, δίλεη σο απνηέιεζκα ηε ραξαθηεξηζηηθή δηθαζηθή κνξθή 156

158 ησλ θαηαγξαθφκελσλ δπλακηθψλ απφ ηνλ ΖΜΓ. Όπσο έγηλε θαη γηα ηελ πεξίπησζε ηνπ ΖΚΓ θαη ηνπ ΖΔΓ, κε ην αξθηηθφιεμν ΖΜΓ ζα ελλννχκε είηε ηε ζπζθεπή απαγσγήο ηνπ βηνζήκαηνο, δει. ηνλ ειεθηξνκπνγξάθν, είηε ην θαηαγεγξακκέλν ειεθηξνκπνγξαθηθφ ζήκα. Απφ ηα ζπκθξαδφκελα ζα είλαη πξνθαλέο ζε πνηφλ απφ ηνπο δχν φξνπο αλαθεξφκαζηε. Με ηνλ φξν «δηθαζηθφ» δπλακηθφ, ζηελ πεξίπησζε απηή ελλννχκε ην δπλακηθφ πνπ μεθηλά απφ κία ηηκή ηζνξξνπίαο, εκθαλίδεη έλα απφιπην αθξφηαην θαη ακέζσο ζηε ζπλέρεηα, δηεξρφκελν πάιη απφ ηελ ηηκή ηζνξξνπίαο, εκθαλίδεη έλα αληίζεηνπ πξνζήκνπ απφιπην αθξφηαην θαη ηειηθά επαλέξρεηαη ζηελ αξρηθή ηηκή ηζνξξνπίαο (σήμα 6.5) [3, 4]. σήμα 6.6 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ηεο ζέζεο ησλ κπνλεκάησλ αθηίλεο θαη κπνζίλεο: (α) Θέζε ησλ κπνλεκάησλ ζηε ράιαζε ηνπ κπόο (β) Θέζε ησλ κπνλεκάησλ ζηε ζπζηνιή ηνπ κπόο. Ζ εκθάληζε ηνπ δπλακηθνχ δξάζεο εθθηλεί ρεκηθέο δηαδηθαζίεο απειεπζέξσζεο ηφλησλ Ca +2, ην νπνίν βξίζθεηαη ζε θπζηίδηα κέζα ζην ζαξθφπιαζκα (ην πιηθφ πνπ πεξηβάιιεη ηα κπντλίδηα). Με ηε ζεηξά ηεο, ε παξνπζία ηφλησλ Ca +2 νδεγεί ζηε δεκηνπξγία «γεθπξψλ» κεηαμχ αθηίλεο θαη κπνζίλεο θαη δηνιίζζεζε ησλ λεκάησλ αθηίλεο πάλσ ζηα λεκάηηα ηεο κπνζίλεο. Απηφ ην γεγνλφο απνηειεί ηε κπτθή ζπζηνιή. ηε ζπλέρεηα ηα ηφληα Ca +2 απνκαθξχλνληαη, δηαθφπηεηαη ε αιιειεπίδξαζε κεηαμχ αθηίλεο θαη κπνζίλεο, νπφηε ηα λεκάηηα γπξίδνπλ ζηελ αξρηθή ηνπο ζέζε (σήμα 6.6). Ζ δηάξθεηα ηεο ζπζηνιήο ηνπ κπφο είλαη πνιχ κεγαιχηεξε απφ ηε δηάξθεηα ηνπ δπλακηθνχ δξάζεο ηεο ίλαο, δηαξθεί γηα πάλσ απφ ms, ζε αληίζεζε κε ηε δηάξθεηα ηνπ δπλακηθνχ δξάζεο, ην νπνίν είλαη ηεο ηάμεο ησλ ms. Μάιηζηα ζηελ πεξίπησζε πνπ ηα δπλακηθά δξάζεο εκθαλίδνληαη κε ξπζκφ ηέηνην, ψζηε ν κπο λα κελ έρεη πξνιάβεη λα επαλέιζεη ζηελ θαηάζηαζε ράιαζεο, έρνπκε κία παξαηεηακέλε ζπζηνιή πνπ νλνκάδεηαη «ηεηαληθή ζπζηνιή» θαη κπνξεί λα δηαξθεί γηα δεπηεξφιεπηα ή θαη ιεπηά. 6.2 ΖΛΔΚΣΡΟΜΤΟΓΡΑΦΟ Ζ θαηαγξαθή ησλ δπλακηθψλ πνπ παξάγνληαη απφ ηε δξαζηεξηφηεηα ησλ κπψλ γίλεηαη, φπσο πξναλαθέξακε, κε ηνλ ΖΜΓ. Έλα ζρεκαηηθφ δηάγξακκα ησλ δνκηθψλ κεξψλ πνπ απνηεινχλ έλαλ ΖΜΓ δείρλνπκε ζην σήμα 6.7 [5]. Σα ειεθηξφδηα απαγσγήο ηνπ βηνζήκαηνο ρσξίδνληαη ζε 2 κεγάιεο θαηεγνξίεο: ζηα ειεθηξφδηα επαθήο ή δεξκαηηθά ειεθηξφδηα θαη ζηα ελδντζηηθά ειεθηξφδηα. Αλάινγα κε ην είδνο ησλ ειεθηξνδίσλ πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη, κεηαβάιινληαη θαη ηα ραξαθηεξηζηηθά πιάηνπο θαη ζπρλφηεηαο ηνπ θαηαγξαθφκελνπ βηνδπλακηθνχ. Σα δεξκαηηθά ειεθηξφδηα κπνξνχλ λα είλαη ηεο κνξθήο πνπ δείρλεηαη ζην σήμα 2.11 θαη ζην σήμα 6.8 ή λα είλαη θνίινη δίζθνη ή πιαθίδηα. Κάζε θαηαγξαθή πξνθχπηεη σο 157

159 δηαθνξά δπλακηθνχ κεηαμχ δχν ηέηνησλ ειεθηξνδίσλ. Σαπηφρξνλα ρξεζηκνπνηείηαη θαη έλα ηξίην ειεθηξφδην σο γείσζε ηνπ ζπζηήκαηνο ηνπ ΖΜΓ. Οη θαηαγξαθέο ΖΜΓ απφ δεξκαηηθά ειεθηξφδηα δίλνπλ πιεξνθνξία γηα ηε ζπλνιηθή δξαζηεξηφηεηα ηνπ ππνθείκελνπ κπφο, δει. ελφο ζπλφινπ θηλεηηθψλ κνλάδσλ. Σν πιάηνο ησλ απαγφκελσλ δπλακηθψλ είλαη απφ 50 κv σο 5 mv, ελψ ην εχξνο ζπρλνηήησλ απφ 2 σο 500 Hz, κε ηε κέγηζηε πιεξνθνξία λα βξίζθεηαη ζηε δψλε Hz. Σν κέγεζνο ηεο επηθάλεηαο πνπ θαηαιακβάλεη ην ειεθηξφδην είλαη αλάινγν ηνπ κπτθνχ φγθνπ πνπ παξαθνινπζείηαη. ηε βηβιηνγξαθία αλαθέξεηαη ε ρξήζε ειεθηξνδίσλ κε δηάκεηξν 3 θαη 10 mm. Μηθξφ κέγεζνο ειεθηξνδίσλ επηηξέπεη ηελ θαηαγξαθή ΖΜΓ απφ εηδηθνχο κχεο. εκαζία έρεη επίζεο θαη ε απφζηαζε κεηαμχ ησλ ειεθηξνδίσλ, αθνχ θαη απηή είλαη αλάινγε ηνπ κπτθνχ φγθνπ πνπ παξαθνινπζείηαη. Αλαθέξνληαη απνζηάζεηο κεηαμχ ειεθηξνδίσλ ίζεο κε 1, 2, 2,5 θαη 4 cm. Ζ ζέζε πνπ ζα ηνπνζεηεζνχλ ηα ειεθηξφδηα πάλσ απφ ηνλ κπ είλαη ην νπηηθφ θεληξηθφ ζεκείν ηνπ κπφο πνπ πξφθεηηαη λα ζπζηαιεί θαη κάιηζηα ην δεχγνο ησλ ειεθηξνδίσλ πξέπεη λα ηνπνζεηείηαη ζε κία γξακκή παξάιιειε κε ηε δηεχζπλζε ησλ κπτθψλ ηλψλ. ην σήμα 6.8.α δείρλνπκε ηα ζεκεία ηνπνζέηεζεο ειεθηξνδίσλ δεξκαηηθήο θαηαγξαθήο ΖΜΓ ζην δεμί ρέξη πγηνχο λεαξνχ ελήιηθα, φπνπ θαίλνληαη θαη νη θαηαζθεπέο θαισδίνπ-άγθηζηξνπ πνπ ζπλέδεαλ θάζε ειεθηξφδην κε ην θαηαγξαθηθφ ζχζηεκα, θαζψο θαη ζην σήμα 6.8.β ηα αληίζηνηρα ειεθηξφδηα ζηα νπνία ζπλδένληαλ ηα άγθηζηξα. Σαπηφρξνλα έγηλε θαηαγξαθή ΖΚΓ κε ίδηνπ ηχπνπ ειεθηξφδηα. ην Βίνηεο 6.1 δείρλεηαη ε ηαπηφρξνλε θαηαγξαθή ηνπ ΖΜΓ θαη ηνπ ΖΚΓ. ην σήμα 6.9 δείρλνληαη θαηαγξαθέο δεξκαηηθνχ ΖΜΓ καδί κε ην αληίζηνηρν θάζκα ηζρχνο ζπρλνηήησλ, δειαδή ηελ αλάιπζε Fourier ηνπ ΖΜΓ ζήκαηνο, βάζεη ηεο νπνίαο κπνξνχκε λα παξαηεξήζνπκε ζε πνηεο «δψλεο» ζπρλνηήησλ θαηαλέκεηαη ε ηζρχο ηνπ ΖΜΓ ζήκαηνο. σήμα 6.7 Σα βαζηθά κέξε ελόο ΖΜΓ. D/A Converter: Φεθηαθναλαινγηθόο κεηαηξνπέαο. A/D Converter: Αλαινγηθνςεθηαθόο κεηαηξνπέαο. Graphical User Interface (GUI): Γξαθηθή δηεπαθή ρξήζηε. Σα ελδντζηηθά ειεθηξφδηα ή ειεθηξφδηα βειφλαο ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα δψζνπλ πην ιεπηνκεξείο πιεξνθνξίεο γηα ηε ιεηηνπξγία ησλ κπψλ. Ζ ζπλνιηθή δηάκεηξνο ηεο βειφλαο είλαη πεξίπνπ 0,4 σο 0,6 mm. Tα κεηαιιηθά ηνπο κέξε είλαη θαηαζθεπαζκέλα απφ αλνμείδσην ράιπβα. Οη δχν βαζηθέο ππνθαηεγνξίεο ησλ ελδντζηηθψλ ειεθηξνδίσλ είλαη ηα κνλνπνιηθά ειεθηξφδηα θαη ηα δηπνιηθά ειεθηξφδηα [6]. Μνλνπνιηθφ είλαη ην ειεθηξφδην πνπ πεξηέρεη έλα κφλν κεηαιιηθφ ζηέιερνο απαγσγήο δπλακηθνχ (σήμα 2.12.α), ην νπνίν είλαη κνλσκέλν εθηφο ηεο βεινλνεηδνχο θεθαιήο ηνπ. Σν άιιν ειεθηξφδην, γηα λα ζπκπιεξσζεί ε απαγσγή, είλαη ζηελ πεξίπησζε απηή έλα δεξκαηηθφ ειεθηξφδην. Σν δηπνιηθφ ειεθηξφδην είλαη ζηελ νπζία δεχγνο ειεθηξνδίσλ, ζε εληαία θαηαζθεπή, πνπ καδί ζπλζέηνπλ ηελ απαγσγή. ην νκναμνληθφ ειεθηξφδην βειφλαο (σήμα 2.12.β) ην έλα ειεθηξφδην είλαη ν εζσηεξηθφο αγσγφο θαη ην δεχηεξν ν αγσγφο πνπ απνηειεί ην εμσηεξηθφ πεξίβιεκα ηεο βειφλαο. Φπζηθά, κεηαμχ ησλ δχν ειεθηξνδίσλ ππάξρεη κφλσζε. ην ειεθηξφδην βειφλαο κε δχν εζσηεξηθνχο αγσγνχο (σήμα 2.12.γ), ην δεχγνο ειεθηξνδίσλ απνηειείηαη αθξηβψο απφ απηά ηα δχν εζσηεξηθά ειεθηξφδηα, ηα νπνία πεξηβάιινληαη απφ θνηλνχ απφ κνλσηηθφ πιηθφ. 158

160 Απφ ηα ελδντζηηθά ειεθηξφδηα κπνξνχκε λα θαηαγξάςνπκε ην MUAP. Σν πιάηνο ησλ απαγφκελσλ δπλακηθψλ είλαη απφ 100 κv σο 2 mv, ελψ ην εχξνο ζπρλνηήησλ θαιχπηεη ηελ πεξηνρή απφ 5 Hz σο 10 khz (σήμα 6.10). ηα δηπνιηθά ειεθηξφδηα βειφλαο, ε άθξε ηνπο πνπ βξίζθεηαη εληφο ηνπ ηζηνχ (ε θεθαιή ηεο βειφλαο) έρεη ηκεζεί ππφ γσλία. Απηφ έρεη απνηέιεζκα ην εμσηεξηθφ αγψγηκν πεξίβιεκα λα κελ επηηξέπεη ηε ζπιινγή δπλακηθψλ ησλ νπνίσλ ε πεγή βξίζθεηαη «πίζσ» απφ ην/ηα ελεξγά εζσηεξηθά ειεθηξφδηα. πλαθφινπζα, ην δπλακηθφ πνπ κεηξηέηαη, αιιάδεη, αλ πεξηζηξέςνπκε ηε βειφλα γχξσ απφ ηνλ θεληξηθφ ηεο άμνλα. ην σήμα 6.9 παξαηεξνχκε φηη ππάξρεη κεγάιε δηαθνξά κνξθνινγίαο κεηαμχ MUAP πγηψλ θαη αζζελψλ [7, 8]. σήμα 6.8.α εκεία ηνπνζέηεζεο ειεθηξνδίσλ δεξκαηηθήο θαηαγξαθήο ΖΜΓ ζην δεμί ρέξη πγηνύο λεαξνύ ελήιηθα, όπνπ θαίλνληαη θαη νη θαηαζθεπέο θαισδίνπ-άγθηζηξνπ πνπ ζπλέδεαλ θάζε ειεθηξόδην κε ην θαηαγξαθηθό ζύζηεκα. Σα δύν ειεθηξόδηα ηνπ ΖΜΓ είλαη ην ειεθηξόδην κε ην θόθθηλν άγθηζηξν, ην πιεζηέζηεξν πξνο ηνλ δεμί θαξπό θαη ην ακέζσο πην πάλσ ηνπνζεηεκέλν ειεθηξόδην κε ην ιεπθό άγθηζηξν. ην ίδην άηνκν έγηλε ηνπνζέηεζε ειεθηξνδίσλ γηα ηε κέηξεζε ΖΚΓ κε απαγσγή Η θαηά Einthoven. σήμα 6.8.β Tα αληίζηνηρα ειεθηξόδηα ζηα νπνία ζπλδένληαλ ηα άγθηζηξα. 159

161 σήμα 6.9.α Καηαγξαθή δεξκαηηθνύ ΖΜΓ: ηε γξαθηθή παξάζηαζε νη θάζεηεο γξακκέο ηνπ πιέγκαηνο απέρνπλ 2 s θαη νη νξηδόληηεο 0,4 mv (ην ζήκα έρεη εύξνο από ~ -8 mv σο 8 mv). σήμα 6.9.β Φάζκα ηζρύνο ζπρλνηήησλ ηνπ ΖΜΓ πνπ δείρλεηαη ζην ρ.6.9.α. ηε γξαθηθή παξάζηαζε νη θάζεηεο γξακκέο απέρνπλ 50 Hz θαη νη νξηδόληηεο 25x10-6 V 2 /Hz. 160

162 σήμα 6.10 Σππηθά HMΓ MUAP: (α) Ζιεθηξηθή δξαζηεξηόηεηα πγηνύο κπόο (άλδξαο 44 εηώλ). (β) Παζνινγηθό ΖΜΓ λεπξνπάζεηα (άλδξαο 62 εηώλ). (γ) Παζνινγηθό ΖΜΓ κπνπάζεηα (άλδξαο 57 εηώλ). Ζ ζπρλόηεηα δεηγκαηνιεςίαο ήηαλ 50 khz θαη ζηε ζπλέρεηα έγηλε ππνδεηγκαηνιεςία ζηα 4 khz. Καηά ηε δηάξθεηα ηεο δεηγκαηνιεςίαο ρξεζηκνπνηήζεθαλ δύν αλαινγηθά θίιηξα, έλα πςεπεξαηό 20 Hz θαη έλα βαζππεξαηό 5 khz. Σα ζήκαηα πξνέξρνληαη από ηε βάζε δεδνκέλσλ physionet (βι. αλαθνξά βηβιηνγξαθίαο κε αξηζκό [8]. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Public Domain Dedication and License v1.0). Γηα ηελ αλίρλεπζε δπλακηθψλ δξάζεο κηαο ζπγθεθξηκέλεο κπτθήο ίλαο ρξεζηκνπνηνχληαη ηα ηειεπηαία ρξφληα εηδηθά νκναμνληθά ειεθηξφδηα βειφλαο (σήμα 6.11), ζηα νπνία ε επαθή ηνπ εζσηεξηθνχ ειεθηξνδίνπ ηεο απαγσγήο γίλεηαη κέζα απφ κία νπή πνπ έρεη αλνηρηεί δηακέζνπ ηνπ εμσηεξηθνχ αγσγνχ θαη ηεο κφλσζεο. Ζ δηάκεηξνο ηνπ εζσηεξηθνχ αγσγνχ είλαη 25 κm. Λφγσ ηεο θαηαζθεπήο ηνπ δεχγνπο ησλ ειεθηξνδίσλ, βηνδπλακηθά ηα νπνία παξάγνληαη ζε απφζηαζε κεγαιχηεξε ησλ 300 κm απφ ηελ νπή 161

163 απνξξίπηνληαη σο θνηλφ ζήκα απφ ηνλ δηαθνξηθφ εληζρπηή. Σα δπλακηθά δξάζεο κπτθήο ίλαο έρνπλ πιάηνο απφ 1 σο 10 mv θαη θαιχπηνπλ ηε δψλε ζπρλνηήησλ απφ 500 Hz σο 10 khz. Κάζε απαγσγή (θαλάιη) ζα ζπλδεζεί κε ηνλ αληίζηνηρφ ηεο δηαθνξηθφ εληζρπηή πνπ απνηειεί ην βαζηθφ ζπζηαηηθφ ηεο δηάηαμεο πξνελίζρπζεο. Οη ΖΜΓ ζπλήζσο πεξηέρνπλ ηνπιάρηζηνλ δχν θαλάιηα, ψζηε λα είλαη δπλαηφο ν έιεγρνο ηεο νκαιήο ζπλεξγαζίαο αγσληζηψλ θαη αληαγσληζηψλ κπψλ ζηελ εθηέιεζε ησλ θηλήζεσλ, αιιά θαη ε απαγσγή MUAP απφ δχν μερσξηζηέο θηλεηηθέο κνλάδεο γηα ηνλ έιεγρν ηνπ ζπγρξνληζκνχ ηεο δξάζεο ηνπο. Οη απαηηήζεηο ηεο πξνεληζρπηηθήο βαζκίδαο είλαη αληίζηνηρεο κε απηέο ελφο ΖΔΓ. ηελ πεξίπησζε θαηαγξαθήο MUAP ή δπλακηθψλ δξάζεο κηαο ζπγθεθξηκέλεο κπτθήο ίλαο ζηνλ πξνεληζρπηή, ζπκπεξηιακβάλνληαη θαη θαηάιιεια πςεπεξαηά θίιηξα απνθνπήο ζπρλνηήησλ θάησ απφ 20 ή 500 Hz αληίζηνηρα, ηα νπνία ηαπηφρξνλα απνθφπηνπλ θαη ηάζεηο επαθήο ησλ ειεθηξνδίσλ. Βιέπνπκε φηη, γηα ηελ θαηαγξαθή δπλακηθψλ δξάζεο κηαο ζπγθεθξηκέλεο κπτθήο ίλαο, ε ζπρλφηεηα ησλ 50 Hz ηνπ δηθηχνπ κπνξεί λα απνξξηθζεί ρσξίο θίλδπλν απψιεηαο ρξήζηκνπ βηνζήκαηνο. ηελ πεξίπησζε ηνπ ΖΜΓ, νη πξνεληζρπηέο (εληζρπηέο νξγαλνινγίαο) είλαη θαη νη κφλνη εληζρπηέο ησλ εληζρπηηθψλ βαζκίδσλ ηνπ σήμαηορ 6.7, εθφζνλ δελ ρξεζηκνπνηνχληαη ζπζηήκαηα απεπζείαο νδήγεζεο θαηαγξαθηθψλ ραξηηνχ. σήμα 6.11 Γηπνιηθό ελδντζηηθό ειεθηξόδην βειόλαο γηα ηελ θαηαγξαθή δπλακηθώλ δξάζεο κηαο ζπγθεθξηκέλεο κπτθήο ίλαο. Ζ εμσηεξηθή δηάκεηξνο ηεο βειόλαο είλαη 0,4-0,6 mm θαη ε δηάκεηξνο ηνπ εζσηεξηθνύ ειεθηξνδίνπ 25 κm Oη ζχγρξνλνη ΖΜΓ (σήμα 6.7) απνηεινχληαη νπζηαζηηθά απφ έλαλ Ζ/Τ («θεληξηθφ ζηαζκφ εξγαζίαο»), ζηνλ νπνίν είηε έρνπλ ελζσκαησζεί (εληφο ηνπ «πχξγνπ» ηνπ Ζ/Τ ή ηνπ θνξεηνχ Ζ/Τ) είηε δηαηίζεληαη σο ζπλνδεπηηθή εμσηεξηθή δηάηαμε νη εληζρπηηθέο βαζκίδεο πνπ δίλνπλ ηελ έμνδφ ηνπο ζε αλαινγηθνςεθηαθνχο κεηαηξνπείο. Δληφο ηνπ Ζ/Τ ηα ςεθηαθά ζήκαηα ζα απνζεθεπηνχλ, ζα απεηθνληζηνχλ (ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν, φπσο είλαη ζπλήζσο επηζπκεηφ) θαη ζα ηχρνπλ επεμεξγαζίαο γηα εμαγσγή θιηληθά ρξήζηκσλ παξακέηξσλ (βι. παξαθάησ θαη σήμα 6.12). Ζ ςεθηαθή επεμεξγαζία ηνπ ζήκαηνο κε αλάιπζε θαηά Fourier ζην ρψξν ηεο ζπρλφηεηαο (αλάιπζε ζπρλνηήησλ) ρξεζηκνπνηείηαη ζπλήζσο θαηά ηε κειέηε ηεο θφπσζεο, θαηά ηε δηάξθεηα ηεο νπνίαο παξαηεξείηαη κεηαηφπηζε ηνπ θάζκαηνο πξνο ηηο ρακειέο ζπρλφηεηεο. Δηδηθφηεξα, νη ΖΜΓ έρνπλ θαη δηαηάμεηο δηέγεξζεο ηνπ εμεηαδνκέλνπ. Λνγηζκηθφ ηνπ Ζ/Τ ειέγρεη κηα κνλάδα ςεθηαθναλαινγηθνχ κεηαηξνπέα (digital-to-analog converter DAC), ε νπνία κε ηε ζεηξά ηεο ζηέιλεη ηα ζήκαηα ζηε δηάηαμε ηνπ δηεγέξηε, απ φπνπ μεθηλνχλ ηα ειεθηξφδηα δηέγεξζεο. Δπίζεο, ζηνπο ΖΜΓ ζπλεζίδεηαη λα ππάξρεη θαη έλα ζχζηεκα γηα ηελ ερεηηθή απφδνζε ησλ θαηαγξαθφκελσλ θαηλνκέλσλ. Σν θάζκα ηνπ ΖΜΓ θαιχπηεη θαη αθνπζηηθέο ζπρλφηεηεο. Ζ κεηαηξνπή ηνπ ζε ήρν παξέρεη ηδηαίηεξα ρξήζηκε δηαγλσζηηθή βνήζεηα ζε νξηζκέλεο πεξηπηψζεηο. 162

164 ε παιαηφηεξα ζπζηήκαηα (αλαινγηθά), ην ζπλεζηζκέλν κέζν απεηθφληζεο ηνπ ΖΜΓ ήηαλ ν παικνγξάθνο, δηφηη νη ζπρλφηεηεο ηνπ βηνζήκαηνο είλαη ηέηνηεο, πνπ κία βειφλα θαηαγξαθηθνχ δελ ζα ήηαλ δπλαηφλ λα αληαπνθξηζεί ιφγσ ηεο κεραληθήο ηεο αδξάλεηαο. Πνιχ ζπρλά, κάιηζηα, ρξεζηκνπνηνχληαλ θαη εηδηθή θσηνγξαθηθή κεραλή γηα λα θσηνγξαθεζνχλ νη εηθφλεο πνπ πξφβαιε ν παικνγξάθνο είηε θαηά ζπλέρεηα ζε θηικ πνπ θηληφηαλ κε νξηζκέλε ηαρχηεηα θαη ζε ζπγρξνληζκφ κε ηελ ηαρχηεηα ζάξσζεο ηνπ θαζνδηθνχ ζσιήλα ηνπ παικνγξάθνπ είηε δηαθεθνκκέλα, κεηά απφ επηινγή θαη αθηλεηνπνίεζε ζηελ νζφλε ηνπ παικνγξάθνπ ηνπ δείγκαηνο πνπ επξφθεηην λα θσηνγξαθεζεί. Ζ απνζήθεπζε ηνπ αλαινγηθνχ ΖΜΓ γηλφηαλ ζε καγλεηηθφ κέζν, απ φπνπ κεηά κπνξνχζαλ λα αλαθιεζνχλ ζπγθεθξηκέλεο εμεηάζεηο πξνο αλαπαξαγσγή. Καηά ηε δηάξθεηα ελδντζηηθψλ εμεηάζεσλ ειεθηξνκπνγξαθίαο, εμεηάδεηαη ε κπτθή δξαζηεξηφηεηα θαηά ηελ εηζαγσγή ηεο βειφλαο, ε δξαζηεξηφηεηα ζε θάζε ραιάξσζεο ηνπ κπφο θαη βέβαηα ε κνξθή ησλ MUAP θαηά ηελ εθνχζηα θίλεζε ησλ κπψλ. Ζ θπκαηνκνξθή ηνπ MUAP απνηηκάηαη κε βάζε πνζνηηθά ραξαθηεξηζηηθά ηεο θπκαηνκνξθήο (σήμα 6.12) [9]: 1. Πιάηνο απφ θνξπθή ζε θνξπθή: Δμαξηάηαη απφ ηελ παξνπζία ελεξγψλ ηλψλ ζηελ άκεζε γεηηνληά ηεο θεθαιήο ηεο βειφλαο. Δμαηηίαο ησλ ηδηνηήησλ βαζππεξαηνχ θίιηξνπ πνπ έρεη ν κπτθφο ηζηφο γηα ηε δηάδνζε αηρκψλ δπλακηθνχ, δπλακηθά δξάζεο απφ απνκαθξπζκέλεο ίλεο ηεο θηλεηηθήο κνλάδαο δελ επεξεάδνπλ ηε κέηξεζε. Σν πιάηνο ηνπ MUAP είλαη απμεκέλν ζε λεπξνπάζεηεο θαη ζηελ πεξίπησζε πξφζθαηεο επαλαλεχξσζεο ηλψλ. 2. Υξφλνο αλφδνπ: Δίλαη αλάινγνο ηεο απφζηαζεο απφ ηελ θεθαιή ηεο βειφλαο ηεο πιεζηέζηεξεο ελεξγήο ίλαο ηεο θηλεηηθήο κνλάδαο. Καηά ζπλέπεηα, κηθξφο ρξφλνο αλφδνπ ζε ζπλδπαζκφ κε κηθξφ πιάηνο κπνξεί λα ζεκαίλεη πσο, κνινλφηη ε βειφλα είλαη θνληά ζε ελεξγή ίλα, ε δξαζηεξηφηεηα ηεο ίλαο είλαη αλεπαξθήο, ιφγσ αηξνθίαο. 3. Αξηζκφο θάζεσλ ηνπ θχκαηνο: Ηδαληθά ην MUAP είλαη δηθαζηθφ (φπσο ην ηδεαηφ MUAP ηνπ σήμαηορ 6.12). ηελ πεξίπησζε πνιπθαζηθνχ MUAP, απηφ κπνξεί λα απνηειεί έλδεημε γηα ηελ αλνκνηφκνξθε δηάηαμε ησλ ηλψλ ηεο θηλεηηθήο κνλάδαο θαη ζπρλά ζπλδέεηαη κε λεπξνπάζεηεο θαη κπνπάζεηεο. 4. Γηάξθεηα ηεο θπκαηνκνξθήο θαη εκβαδφλ πνπ θαιχπηεη ε αλνξζσκέλε θπκαηνκνξθή (βι. ακέζσο παξαθάησ ζρεηηθά κε ηελ αλφξζσζε ηνπ ζήκαηνο). ηελ ειεθηξνκπνγξαθία κεγάιν ελδηαθέξνλ παξνπζηάδεη, επίζεο, ε κειέηε ηεο πνζφηεηαο ελεξγνπνίεζεο θαηά ηε δηάξθεηα κηαο ζπζηνιήο. Δίδακε φηη ην ΖΜΓ είλαη έληνλα δηθαζηθφ. Καηά ζπλέπεηα, ε κέζε ηηκή ηνπ ΖΜΓ είλαη ζρεδφλ κεδεληθή θαη δελ κπνξεί λα δψζεη ρξήζηκε πιεξνθνξία. Έλαο ηξφπνο γηα λα πνζνηηθνπνηεζεί ε ελεξγνπνίεζε ησλ κπτθψλ ηζηψλ είλαη ην ΖΜΓ λα αλνξζσζεί. Σφηε, ην εκβαδφλ πνπ πεξηθιείεηαη κεηαμχ ηεο ηζνειεθηξηθήο γξακκήο θαη ηεο θακπχιεο ηνπ ΖΜΓ είλαη αλάινγν ηεο ελεξγνπνίεζεο ηνπ κπτθνχ ηζηνχ. Σν εκβαδφλ απηφ ηζνχηαη κε ην νινθιήξσκα ζηνλ ρξφλν ηνπ αλνξζσκέλνπ ΖΜΓ. Μία ζχγρξνλε δηάηαμε γηα ηελ θαηαγξαθή ηνπ νινθιεξψκαηνο δείρλεηαη ζην σήμα Ζ ιεηηνπξγία ηνπ έρεη ζπλνπηηθά σο εμήο: ην ζήκα απφ ηνλ ΖΜΓ αλνξζψλεηαη (ζην σήμα 6.13 ε δηάηαμε αλφξζσζεο ζπκβνιίδεηαη σο θχθισκα «1») θαη ζηε ζπλέρεηα εηζέξρεηαη ζηνλ νινθιεξσηή. Ο νινθιεξσηήο πνπ δείρλεηαη ζην σήμα 6.13 ιεηηνπξγεί ζε δηάηαμε αλαζηξέθνληνο εληζρπηή, νπφηε ζηελ έμνδφ ηνπ ην ζήκα ζα εθθηλεί απφ κεδεληθή ηηκή (κε ηελ έλαξμε ηνπ ΖΜΓ ζήκαηνο) θαη ζα απνθηά ζπλερψο αξλεηηθφηεξε ηηκή. Ζ ηηκή απηή ζα νδεχεη ηαρχηεξα πξνο αξλεηηθφηεξεο ηηκέο, φζν ηζρπξφηεξν είλαη ην (αλνξζσκέλν) ΖΜΓ ζήκα. θνπφο ηεο δηάηαμεο είλαη λα πνζνηηθνπνηήζεη ην κέγεζνο ηνπ νινθιεξψκαηνο ζηε ρξνληθή ηνπ εμέιημε. Απηφο ν ζηφρνο κε ηε ζεηξά ηνπ επηηπγράλεηαη σο εμήο: Σν ζήκα απφ ηελ έμνδν ηνπ νινθιεξσηή νδεγείηαη σο είζνδνο ζε ζπγθξηηή (θχθισκα «2»), ζηνλ νπνίν ην ζήκα θαησθιηνχ έρεη ζηαζεξή αξλεηηθή ηηκή V Thr. Ο ζπγθξηηήο δηεγείξεηαη, φηαλ ην ζήκα εηζφδνπ ηνπ γίλεη αξλεηηθφηεξν ηνπ θαησθιηνχ. Ζ απφιπηε ηηκή ηνπ ζήκαηνο θαησθιηνχ Κ= V Thr απνηειεί ηε «κνλάδα κέηξεζεο» ελεξγνπνίεζεο ηνπ κπφο. Όηαλ ν 163

165 ζπγθξηηήο δηεγεξζεί, ελεξγνπνηεί ην θχθισκα δεκηνπξγίαο παικψλ Π1, πνπ κε ηε ζεηξά ηνπ παξάγεη παικφ ελεξγνπνηψληαο ηνλ δηαθφπηε (θχθισκα «3»), κε απνηέιεζκα λα εθθνξηίδεηαη αθαξηαία ν ππθλσηήο. Σαπηφρξνλα, ν παικφο κεηξάηαη απφ ηνλ απαξηζκεηή (θχθισκα «4»). Έηζη, ν απαξηζκεηήο αζξνίδεη ηηο δηαδνρηθέο κνλάδεο Κ πνπ δεκηνπξγνχληαη απφ ηε δξαζηεξηφηεηα ηνπ κπφο θαη ηαπηφρξνλα κε ηελ ηηκή ηνπ αζξνίζκαηνο, πνπ εθθξάδεη ην νινθιήξσκα, έρνπκε θαη ηελ πιεξνθνξία ηεο ρξνληθήο εμέιημεο ηνπ αζξνίζκαηνο. Αθνχ ππνινγηζηεί ην νινθιήξσκα ζε έλα ρξνληθφ δηάζηεκα Σ νι =t 2 -t 1, ελδηαθέξνλ παξνπζηάδεη θαη ην ιεγφκελν κέζν ΖΜΓ πνπ είλαη ν ιφγνο ηνπ νινθιεξψκαηνο δηαηξεκέλνπ κε ηνλ ρξφλν Σ νι. ηνπο ζχγρξνλνπο ΖΜΓ ε δηάηαμε νινθιήξσζεο κπνξεί θαη απηή λα αληηθαηαζηαζεί απφ θαηάιιειν ινγηζκηθφ επεμεξγαζίαο ηνπ βηνζήκαηνο. σήμα 6.12 Οξηζκόο ησλ πνζνηηθώλ παξακέηξσλ ηεο θπκαηνκνξθήο ηνπ MUAP. Οξίδεηαη έλα θαηώθιη, π.ρ. ηα 5 κv. Δθόζνλ ε ηηκή ηνπ ΖΜΓ μεπεξάζεη απηό ην θαηώθιη θαη απόιπην ηηκή θαη εθόζνλ έρεη πξνεγεζεί ζπγθεθξηκέλν δηάζηεκα, όπνπ ε θπκαηνκνξθή ήηαλ κηθξόηεξε ηνπ θαησθιηνύ, ηόηε ζεσξνύκε όηη αξρίδεη ην MUAP. Σν ηέινο νξίδεηαη όηαλ ε ηηκή ηεο θπκαηνκνξθήο γίλεη θαη απόιπην ηηκή κηθξόηεξε ηνπ θαησθιηνύ θαη απηό δηαξθέζεη γηα ζπγθεθξηκέλν ρξνληθό δηάζηεκα. Ο αξηζκόο ησλ θάζεσλ νξίδεηαη, θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ MUAP, σο ν αξηζκόο ησλ κεηαβνιώλ πξνζήκνπ, πάλσ θαη θάησ από ην θαηώθιη, πξνζαπμεκέλνο θαηά 1. ε έλα δηθαζηθό θύκα ην πιάηνο νξίδεηαη από θνξπθή ζε θνξπθή. Ο ρξόλνο αλόδνπ νξίδεηαη από ηε ζηηγκή πνπ ε θπκαηνκνξθή πεξάζεη ην 10% ηνπ πιάηνπο σο ηε ζηηγκή πνπ ζα πεξάζεη 164

166 σήμα 6.13 ρεκαηηθό δηάγξακκα ελόο νινθιεξσηή ΖΜΓ. 1: Κύθισκα αλόξζσζεο. 2: πγθξηηήο. Π1: Κύθισκα δεκηνπξγίαο παικώλ. 3: Γηαθόπηεο. 4: Απαξηζκεηήο. σήμα 6.14 Τπνινγηζκόο ηνπ νινθιεξώκαηνο ελόο ΖΜΓ. (α) Παξάδεηγκα ΖΜΓ κε ηξεηο δηαδνρηθέο ελεξγνπνηήζεηο ηνπ κπόο. (β) Ζ αλνξζσκέλε θπκαηνκνξθή ηνπ ΖΜΓ ηνπ ρήκαηνο (α). (γ) Σν νινθιήξσκα ηεο αλνξζσκέλεο θπκαηνκνξθήο. H δηάξθεηα ηεο θαηαγξαθήο πνπ δείρλεηαη είλαη 24 s. Παξαηεξήζηε ηελ αύμεζε ηνπ νινθιεξώκαηνο όηαλ ππάξρεη ε ειεθηξνκπνγξαθηθή δξαζηεξηόηεηα θαη ην γεγνλόο όηη ε αύμεζε είλαη αλάινγε ηεο κπτθήο ελεξγνπνίεζεο. 165

167 6.3 ΖΛΔΚΣΡΟΝΔΤΡΟΓΡΑΦΗΑ Ζ ιεηηνπξγία νξηζκέλσλ λεχξσλ, δει. ησλ λεπξαμφλσλ θηλεηηθψλ λεπξψλσλ θαη ησλ αηζζεηεξηαθψλ απνιήμεσλ αηζζεηεξηαθψλ λεπξψλσλ, κπνξεί λα ειεγρζεί κε ηε βνήζεηα ηνπ ΖΜΓ, νπφηε αλαθεξφκαζηε ζηελ ηερληθή ηεο ειεθηξνλεπξνγξαθίαο. Ζ αληίζηνηρε θαηαζθεπή νλνκάδεηαη ειεθηξνλεπξνγξάθνο (HΝΓ) (electroneurograph ENG). ηελ πεξίπησζε απηή, ρξεζηκνπνηείηαη ν δηεγέξηεο πνπ δείρλεηαη ζην σήμα 6.7, ν νπνίνο απνζηέιιεη έλαλ παικφ δηέγεξζεο πξνο ηνλ εμεηαδφκελν. πγθεθξηκέλα, φηαλ εμεηάδνπκε ηελ θηλεηηθή αγσγηκφηεηα ελφο λεχξνπ, ηα δχν ειεθηξφδηα ηνπ ΖΜΓ, ηα νπνία είλαη ζπλήζσο επηθαλεηαθά θαη ππφ κνξθή δεχγνπο, ηνπνζεηνχληαη ζε έλα πεξηθεξεηαθφ κπ πνπ λεπξψλεηαη απφ ην ππφ εμέηαζε λεχξν. Σν λεχξν εξεζίδεηαη κε θαηάιιειν δεχγνο ειεθηξνδίσλ εξεζηζκνχ (ην ξεχκα «εηζέξρεηαη» ζην δέξκα απφ ην έλα θαη «εμέξρεηαη» απφ ην άιιν ειεθηξφδην ηνπ δεχγνπο), θαηά ηελ πνξεία ηνπ λεχξνπ (δει., φπσο γξάθζεθε παξαπάλσ, ηνπ λεπξάμνλα ηνπ θηλεηηθνχ λεπξψλα) ζε πξνθαζνξηζκέλν ζεκείν (σήμα 6.15). ηε ζπλέρεηα ππνινγίδεηαη, ζηελ νζφλε ηνπ ΖΜΓ, ν ρξφλνο εκθάληζεο πνπ νλνκάδεηαη «ιαλζάλσλ ρξφλνο» ηνπ ΠΓ πνπ επάγεηαη ζην κπ. Γεδνκέλεο ηεο απφζηαζεο D ηνπ ζεκείνπ εξεζηζκνχ απφ ηνλ πξνο δηέγεξζε κπ θαη κεηξνχκελνπ ηνπ ιαλζάλνληνο ρξφλνπ ζηελ νζφλε ηνπ Ζ/Τ (πνπ ιεηηνπξγεί σο παικνγξάθνο ζηελ πεξίπησζε απηή), κπνξεί λα ππνινγηζηεί ε ηαρχηεηα αγσγήο v ηνπ λεπξάμνλα, v=d/(ιαλζάλσλ ρξφλνο). Πξνθαλψο, φηαλ ππάξρεη κεησκέλε ηαρχηεηα αγσγήο, απηφ ζα νθείιεηαη ζε παζνινγηθά αίηηα, ιφγσ θάπνηνπ πξνβιήκαηνο ζηε δηαδξνκή ηνπ λεπξάμνλα ηνπ θηλεηηθνχ λεπξψλα, απφ ην ζεκείν πνπ ηνπνζεηήζεθε ην δηεγεξηηθφ δεχγνο έσο ηε λεπξνκπτθή ζχλαςε. Ξεθηλψληαο απφ έλα ζεκείν ηνπ δέξκαηνο πνπ βξίζθεηαη πάλσ απφ ηνλ πξνο δηεξεχλεζε λεπξάμνλα, εθφζνλ δηαπηζησζεί ε κεησκέλε ηαρχηεηα αγσγήο, ην δηεγεξηηθφ δεχγνο πξνσζείηαη ζηαδηαθά πξνο ηνλ κπ, έσο φηνπ ζε θάπνην ζεκείν εθαξκνγήο (έζησ «ηειηθφ» ζεκείν), ε κεηξνχκελε ηαρχηεηα αγσγήο λα είλαη θπζηνινγηθή. Σφηε έρεη εληνπηζηεί πξαθηηθά ην πξνβιεκαηηθφ ζεκείν ηνπ λεπξάμνλα θαη είλαη κφιηο πίζσ απφ ην «ηειηθφ» ζεκείν ηνπνζέηεζεο ηνπ δηεγεξηηθνχ δεχγνπο. Σν πιάηνο ησλ δπλακηθψλ ζηελ ειεθηξνλεπξνγξαθία θπκαίλεηαη απφ 5 κv σο 10 mv θαη ην εχξνο ζπρλνηήησλ απφ 100 Hz σο 1 khz. Σα πιένλ αζζελή ζήκαηα εκθαλίδνληαη ζηελ θαηαγξαθή δπλακηθψλ δξάζεο αηζζεηηθψλ ηλψλ θαη ζηελ πεξίπησζε απηή ε ρξήζε ηεο ηερληθήο ηνπ κέζνπ φξνπ (βι. Κεθάιαην 5) βνεζά ζηε βειηίσζε ηνπ ζεκαηνζνξπβηθνχ ιφγνπ. σήμα 6.15.α Σερληθή κέηξεζεο ηεο ηαρύηεηαο αγσγήο ηνπ δπλακηθνύ δξάζεο ζε θηλεηηθό λεύξν: Σνπνζέηεζε ηνπ δεύγνπο ειεθηξνδίσλ δηέγεξζεο (εληαία θαηαζθεπή) θαη ησλ δύν (μερσξηζηώλ) ειεθηξνδίσλ ιήςεο ηνπ ΖΜΓ. (Kiwi-sonja. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0, CC BY-SA 3.0). 166

168 σήμα 6.15.β Σερληθή κέηξεζεο ηεο ηαρύηεηαο αγσγήο ηνπ δπλακηθνύ δξάζεο ζε θηλεηηθό λεύξν: ρεκαηηθή θαηαγξαθή ΖΜΓ. Αλαπαξίζηαηαη ν ρξόλνο ρνξήγεζεο ηνπ εξεζηζκνύ (ηεηξαγσληθόο παικόο αξηζηεξά ζηελ αξρή ηεο θαηαγξαθήο) θαη ην κπτθό ΠΓ, σο απόθξηζε ζηνλ εξεζηζκό. εκεηώλεηαη ν ιαλζάλσλ ρξόλνο. 6.4 ΖΛΔΚΣΡΟΜΤΟΓΡΑΦΗΑ ΛΔΗΩΝ ΜΤΩΝ Οη ιείνη κχεο εκθαλίδνληαη ζηα ηνηρψκαηα ησλ δηάθνξσλ νξγάλσλ θαη θνηινηήησλ ηνπ ζψκαηνο, π.ρ. ζηνλ γαζηξεληεξηθφ ζσιήλα, ζηνπο νπξεηήξεο, ζηελ νπξνδφρν θχζηε, ζηηο ρνιεθφξνπο νδνχο, ζηε κήηξα, ζηα αγγεία, ζηνλ νθζαικφ, ζηα βιέθαξα, ζην δέξκα. Απνηεινχληαη απφ κπτθέο ίλεο πνιχ κηθξφηεξεο ζπγθξηηηθά κε ηηο ίλεο ησλ ζθειεηηθψλ κπψλ. Οη ζπιαγρληθνί ιείνη κχεο δηαθέξνπλ ζεκαληηθά σο πξνο ηε δνκή θαη ηε ιεηηνπξγία ηνπο απφ ηνπο ζθειεηηθνχο κχεο. Σν δπλακηθφ εξεκίαο ηνπο εκθαλίδεη βξαδείεο κεηαηνπίζεηο πνπ νλνκάδνληαη «βξαδέα θχκαηα» (ΒΚ) (slow waves SW). ηηο θνξπθψζεηο ηνπ ΒΚ κπνξνχλ λα εκθαληζηνχλ δπλακηθά δξάζεο, ηα νπνία νδεγνχλ ζε κπτθή ζπζηνιή (σήμα 6.16). Πνιιέο θνξέο ηα δπλακηθά απηά εκθαλίδνπλ κεγαιχηεξε δηάξθεηα απφ απηήλ ησλ δπλακηθψλ δξάζεο ζθειεηηθψλ κπψλ. Μεξηθά δπλακηθά εκθαλίδνπλ θάζε νξνπεδίνπ, δειαδή θάζε απνπφισζεο πνπ απνηειεί ζεκαληηθφ κέξνο ηνπ ρξφλνπ δηάξθεηαο ηνπ δπλακηθνχ δξάζεο (έσο θαη 1/3 s), παξφκνηα κε απηά πνπ παξαηεξνχληαη ζηηο ίλεο ηνπ κπνθαξδίνπ. Έλα αθφκε ζεκαληηθφ ραξαθηεξηζηηθφ νξηζκέλσλ ιείσλ κπψλ είλαη ε ηδηφηεηά ηνπο λα απηνδηεγείξνληαη, δει. λα παξάγνπλ δπλακηθά δξάζεο ρσξίο θαλέλα εμσηεξηθφ εξέζηζκα. Σν πιάηνο ησλ δπλακηθψλ απφ ιείνπο κχεο θπκαίλεηαη απφ 100 κv έσο 8 mv, ην δε εχξνο δψλεο ζπρλνηήησλ απφ 0,01 σο 1 Hz. Ζ πιένλ ζπλεζηζκέλε θαηαγξαθή κπτθψλ δπλακηθψλ απφ ιείνπο κχεο - θαη πξνο ην παξφλ ε κφλε πνπ έρεη εληαρζεί ζηελ θιηληθή πξαθηηθή - είλαη ην ειεθηξνγαζηξνγξάθεκα θαη ε αληίζηνηρε ζπζθεπή είλαη ν ειεθηξνγαζηξνγξάθνο (ΖΓΓ) (electrogastrograph EGG), ν νπνίνο ζηα ηερληθά ηνπ ραξαθηεξηζηηθά δελ δηαθέξεη απφ ηνλ ΖΜΓ. Όπσο έγηλε θαη γηα ηελ πεξίπησζε ηνπ ΖΜΓ, κε ην αξθηηθφιεμν ΖΓΓ ζα ελλννχκε είηε ηε ζπζθεπή απαγσγήο ηνπ 167

169 βηνζήκαηνο, δει. ηνλ ειεθηξνγαζηξνγξάθν, είηε ην θαηαγεγξακκέλν ειεθηξνγαζηξνγξαθηθφ ζήκα. Απφ ηα ζπκθξαδφκελα ζα είλαη πξνθαλέο ζε πνηφλ απφ ηνπο δχν φξνπο αλαθεξφκαζηε. Σν ΖΓΓ ζπλίζηαηαη ζηελ θαηαγξαθή ησλ δπλακηθψλ απφ ηνπο ζηνκαρηθνχο κχεο, πνπ απάγνληαη απφ ην εζσηεξηθφ ηνπ ζηνκάρνπ, ην θνηιηαθφ ηνίρσκα ή ηελ επηγαζηξηθή δεξκαηηθή επηθάλεηα [5, 10]. ηε βηβιηνγξαθία έρεη επηθξαηήζεη ε ρξήζε ηνπ φξνπ «ειεθηξνγαζηξνγξάθεκα» γηα ηηο δεξκαηηθέο κεηξήζεηο κφλνλ, σο κία απφ ηηο θαηεγνξίεο κεηξήζεσλ γαζηξηθήο κπνειεθηξηθήο δξαζηεξηφηεηαο (ΓΜΓ) (gastric myoelectric activity GMA). ηελ πεξίπησζε ησλ κεηξήζεσλ ΓΜΓ απφ ην εζσηεξηθφ ηνπ ζηνκάρνπ, ηα ειεθηξφδηα, αθνχ νδεγεζνχλ εληφο ηνπ ζηνκάρνπ κέζσ ηνπ νηζνθάγνπ, ζηαζεξνπνηνχληαη ζηελ εζσηεξηθή επηθάλεηα ηνπ ζηνκάρνπ κέζσ κεραληζκνχ αλαξξφθεζεο αέξα. Οη κεηξήζεηο ΓΜΓ, πέξαλ ηνπ ΖΓΓ, ρξεζηκνπνηνχληαη κφλν γηα εξγαζηεξηαθνχο/εξεπλεηηθνχο ζθνπνχο, ιφγσ ηεο επεκβαηηθφηεηάο ηνπο. Ζ ρξήζε ηνπο, φκσο, ήηαλ ζεκαληηθή γηα ηνλ έιεγρν ηεο αθξίβεηαο ησλ κεηξήζεσλ ΖΓΓ, γεγνλφο πνπ πηζηνπνηήζεθε κε ηαπηφρξνλεο κεηξήζεηο ΖΓΓ θαη ηεο ΓΜΓ ζην εζσηεξηθφ ηνπ ζηνκάρνπ [11, 12]. Οη πξψηεο κεηξήζεηο ΖΓΓ έγηλαλ ηε δεθαεηία ηνπ 1920 [13], φκσο ιφγσ ηεο θχζεο ηνπ ζήκαηνο, ε ζπζηεκαηηθή κειέηε άξγεζε λα μεθηλήζεη ζε ζρέζε κε ηηο πην δηαδεδνκέλεο θαηαγξαθέο ειεθηξηθψλ βηνζεκάησλ (ΖΚΓ, ΖΔΓ, ΖΜΓ). Οη κεηξήζεηο ΖΓΓ παξνπζηάδνπλ κηθξή κεηαβιεηφηεηα απφ εκέξα ζε εκέξα θαη ζηνπο ελήιηθεο δελ ππάξρεη ηζρπξή δηαθνξνπνίεζε κε ηελ ειηθία ή ην θχιν [14]. Ζ θχξηα ζπληζηψζα γηα ηε κειέηε ηνπ ΖΓΓ ζήκαηνο είλαη ηα ΒΚ θαη, εηδηθφηεξα, ε δψλε ζπρλνηήησλ ηνπο θαη ε δηάξθεηα πνπ έρνπλ νη πεξίνδνη εκθάληζεο ησλ ΒΚ. Όπσο ε πιεηνλφηεηα ησλ ειεθηξηθψλ ζεκάησλ απφ ιείνπο κχεο, ηα ΒΚ έρνπλ κηα «παικηθή» επαλαιεςηκφηεηα, ε νπνία κεηξηέηαη ζε θχθινπο αλά min. Σν θπζηνινγηθφ εχξνο ζπρλνηήησλ ησλ ΒΚ είλαη 2-4 θχθινη αλά min. Όηαλ μεθεχγνπκε απφ ηα θπζηνινγηθά φξηα ηεο παικνδνζίαο ησλ ΒΚ, ηφηε έρνπκε δπζξπζκία, κε ππνπεξηπηψζεηο ηε βξαδπγαζηξία, ηελ ηαρπγαζηξία θαη ηελ αξξπζκία. ηελ πεξίπησζε ηεο βξαδπγαζηξίαο, ε ζπρλφηεηα κεηψλεηαη (0,5 2 θχθινη αλά min), ελψ ζηελ πεξίπησζε ηεο ηαρπγαζηξίαο, απμάλεηαη (4 9 θχθινη αλά min). ηελ αξξπζκία δελ ππάξρεη ζηαζεξφηεηα ζηνλ ξπζκφ ησλ ΒΚ. Ζ γαζηξηθή δπζξπζκία έρεη ζπζρεηηζηεί κε δηαηαξαρέο ηεο γαζηξηθήο θηλεηηθφηεηαο θαη γαζηξεληεξηθά ζπκπηψκαηα. ηηο κεηξήζεηο ΖΓΓ δελ ππάξρνπλ ζαθψο θαζνξηζκέλα «πξφηππα» ζεκεία ηνπνζέηεζεο ησλ ειεθηξνδίσλ ζηελ επηγαζηξηθή δεξκαηηθή πεξηνρή, αλ θαη ζπλεζίδεηαη ε ηνπνζέηεζε ηνπιάρηζηνλ θάπνησλ απφ ηα ειεθηξφδηα ζε πεξηνρή «πάλσ» απφ ην άληξν ηνπ ζηνκάρνπ, δηφηη εθεί ην ΖΓΓ είλαη ηζρπξφηεξν. Υξεζηκνπνηνχληαη ηφζν δηπνιηθέο, φζν θαη κνλνπνιηθέο κεηξήζεηο. Τπελζπκίδεηαη, φπσο αλαθέξζεθε θαη ζηελ πεξίπησζε ηεο ειεθηξνεγθεθαινγξαθίαο, φηη δηπνιηθέο νλνκάδνληαη νη κεηξήζεηο ζηηο νπνίεο θαη ηα δχν ειεθηξφδηα απφ ηα νπνία ιακβάλνπκε ηε δηαθνξά δπλακηθνχ είλαη ηνπνζεηεκέλα πάλσ απφ «ελεξγφ» πεξηνρή, δει. πεξηνρή κε χπαξμε ηεο κειεηνχκελεο βηνειεθηξηθήο δξαζηεξηφηεηαο. Μνλνπνιηθέο είλαη νη κεηξήζεηο ζηηο νπνίεο έλα απφ ηα δχν ειεθηξφδηα ηνπνζεηείηαη πάλσ απφ «κε ελεξγφ» πεξηνρή. ην ΖΓΓ κε δηπνιηθέο κεηξήζεηο θαηαγξάθεηαη ζπλήζσο ζήκα κε ηζρπξφηεξν ζεκαηνζνξπβηθφ ιφγν απφ φ,ηη κε κνλνπνιηθέο. Έλα βηνειεθηξηθφ ζήκα, ην νπνίν απνηειεί ζφξπβν ζηηο κεηξήζεηο ΖΓΓ, είλαη ην ΖΜΓ ζήκα απφ ηε ιεηηνπξγία ησλ ιείσλ κπψλ ηνπ πεπηηθνχ ζπζηήκαηνο κεηά ην ζηνκάρη (ειεθηξνκπνγξαθηθή δξαζηεξηφηεηα ιεπηνχ εληέξνπ), ην νπνίν είλαη θαη απηφ παικηθήο κνξθήο φπσο ην ΖΓΓ, κε θχξηεο ζπρλφηεηεο παικνδνζίαο 9-12 θχθινπο αλά min. Σν ζήκα απηφ, φκσο, είλαη ζπλήζσο αζζελέζηεξν ηνπ ΖΓΓ θαη ε ηνπνζέηεζε ησλ ειεθηξνδίσλ ηνπ ΖΓΓ ζηελ επηγαζηξηθή ρψξα κεηψλεη ηελ επίδξαζή ηνπ. Δπίζεο, παξάζηηα εηζάγνπλ ε αλαπλνή (αληίζηνηρν παξάζηην κε απηφ πνπ εκθαλίδεηαη ζε πξνθάξδηεο απαγσγέο ΖΚΓ) κε ξπζκφ θχθινπο αλά min, ην ΖΚΓ θαη βεβαίσο ε θίλεζε ηνπ εμεηαδνκέλνπ, δει. ηα παξάζηηα θίλεζεο, φπσο ηα έρνπκε ζπλαληήζεη ζην ΖΚΓ θαη ην ΖΔΓ. Σν ζχλνιν απηψλ ησλ αλεπηζχκεησλ ζεκάησλ, κεξηθά εθ ησλ νπνίσλ είλαη αξθεηά ηζρπξά, θάλεη ηε κέηξεζε ηνπ ΖΓΓ κηα δχζθνιε δηαδηθαζία ζηελ νπνία ε ρξήζε αλαινγηθψλ θαη ςεθηαθψλ θίιηξσλ βνεζά κφλν κεξηθψο γηα ηελ απφξξηςε ησλ αλεπηζχκεησλ ζεκάησλ θαη ηελ αχμεζε ηνπ ζεκαηνζνξπβηθνχ ιφγνπ. Ζ θιηληθή δηαδηθαζία ησλ κεηξήζεσλ απαηηεί λα έρεη πξνεγεζεί ηνπιάρηζηνλ εμάσξε λεζηεία. Ο αζζελήο είλαη μαπισκέλνο (θαηά πξνηίκεζε), ε δεξκαηηθή επηθάλεηα, φπνπ ζα ηνπνζεηεζνχλ ηα ειεθηξφδηα, πξέπεη λα έρεη θαζαξηζηεί επηκειψο θαη ν εμεηαδφκελνο πξέπεη 168

170 λα είλαη θαηά ην δπλαηφλ αθίλεηνο θαη λα κελ κηιάεη, ψζηε λα ειαρηζηνπνηεζνχλ φζεο πεγέο παξάζηησλ ζεκάησλ είλαη εθηθηφ. Ζ θαηαγξαθή ηνπ ΖΓΓ πξέπεη λα δηαξθεί ηνπιάρηζηνλ 30 min. Μεηά ηελ θαηαγξαθή επί λεζηεία, ζπλήζσο αθνινπζεί ειεγρφκελν γεχκα θαη κεηά πάιη θαηαγξαθή ηνπ ΖΓΓ θαη ειάρηζην γηα 30 min. Ζ κειέηε θαη αλάιπζε ηνπ ΖΓΓ ζήκαηνο ζπλήζσο δελ ζηεξίδεηαη ζηελ θπκαηνκνξθή ηνπ ΖΓΓ απηή θαζαπηή, ιφγσ ησλ δηαθνξψλ πνπ εκθαλίδνληαη απφ άηνκν ζε άηνκν ζην πιάηνο ησλ ζεκάησλ δπλακηθνχ, ιφγσ ηεο κε χπαξμεο ζαθψο θαζνξηζκέλσλ ζεκείσλ ηνπνζέηεζεο ησλ ειεθηξνδίσλ θαη ηεο επηξξνήο ησλ αλεπηζχκεησλ ζεκάησλ ζηε κνξθνινγία ηνπ ζπλνιηθψο θαηαγξαθφκελνπ κε ην ΖΓΓ ζήκαηνο. Ζ αλάιπζε ηνπ ζήκαηνο γηα ηηο θιηληθέο θαη εξεπλεηηθέο ρξήζεηο ζηεξίδεηαη θπξίσο ζηε κειέηε ηνπ ζπρλνηηθνχ πεξηερoκέλνπ ηεο θπκαηνκνξθήο ηνπ ΖΓΓ, δει. ζε αλάιπζε ηεο ππθλφηεηαο θαζκαηηθήο ηζρχνο ηνπ ζήκαηνο, πνπ θπζηθά γίλεηαη κε ςεθηαθή επεμεξγαζία. Γηάθνξεο παξάκεηξνη έρνπλ ελδηαθέξνλ: ε «θχξηα» ζπρλφηεηα, δει. ε ζπρλφηεηα, φπνπ ε ππθλφηεηα θαζκαηηθήο ηζρχνο παξνπζηάδεη νιηθφ κέγηζην θαη ε ηηκή ηνπ κεγίζηνπ απηνχ. Αιιά θαη απηή ε ηηκή ηνπ κεγίζηνπ επεξεάδεηαη απφ ηνπο παξάγνληεο πνπ αλαθέξζεθαλ παξαπάλσ γηα ην ρξνληθά κεηαβαιιφκελν ζήκα ηνπ ΖΓΓ. Γη απηφ πξνηηκάηαη σο δείθηεο ν ιφγνο ησλ ηηκψλ ηνπ κεγίζηνπ πνπ εκθαλίδεηαη ζηελ θαηαγξαθή επί λεζηεία θαη κεηά ηε ιήςε ηνπ γεχκαηνο. Δπίζεο, ελδηαθέξνλ έρεη ην πνζνζηφ ρξφλνπ επί ηνπ ζπλφινπ ηεο δηάξθεηαο ηεο ΖΓΓ θαηαγξαθήο, ζην νπνίν αληρλεχζεθε θπζηνινγηθή παικνδνζία (δει. ην πνζνζηφ ρξφλνπ ζην νπνίν ε θχξηα ζπρλφηεηα ήηαλ εληφο ηεο δψλεο 2-4 θχθισλ αλά min) θαζψο θαη ηα αληίζηνηρα πνζνζηά ρξφλνπ, φπνπ αληρλεχζεθε βξαδπγαζηξία ή/θαη ηαρπγαζηξία (δει. απηά ζηα νπνία ε θχξηα ζπρλφηεηα ήηαλ εληφο ηεο δψλεο 0,5-4 θχθισλ αλά min θαη 4 9 θχθισλ αλά min αληίζηνηρα). Έλα ΖΓΓ ζεσξείηαη φηη ππνδειψλεη κε θπζηνινγηθή θαηάζηαζε, αλ ην πνζνζηφ ρξφλνπ θαηά ην νπνίν ε θχξηα ζπρλφηεηα βξίζθεηαη ζηε δψλε ηεο βξαδπγαζηξίαο ή/θαη ηαρπγαζηξίαο ππεξβαίλεη ην 30%. Ζ ηηκή απηή ιακβάλεη ππφςε ηεο φηη θαη ζε κεηξήζεηο πγηψλ αηφκσλ ππάξρνπλ πεξηπηψζεηο, φπνπ έσο θαη πεξίπνπ ζην 30% ηνπ ρξφλνπ ηεο ΖΓΓ θαηαγξαθήο δελ είλαη δπλαηή ε εμαγσγή θχξηαο ζπρλφηεηαο, ιφγσ κε απαιείςηκσλ παξαζίησλ. Παζνινγηθή θαηάζηαζε ππνδειψλεη επίζεο έλαο ιφγνο ηηκψλ κεγίζηνπ πξηλ θαη κεηά ην γεχκα κεγαιχηεξνο ηεο κνλάδαο, αθφκε θη φηαλ ε θχξηα ζπρλφηεηα είλαη εληφο ησλ νξίσλ 2 4 θχθισλ αλά min ηφζν πξηλ, φζν θαη κεηά ην γεχκα. Ζ ειεθηξνγαζηξνγξαθία είλαη απφ ηηο πιένλ πξφζθαηα εηζεγκέλεο ζηελ θιηληθή δηαγλσζηηθή δηαδηθαζία θαηαγξαθέο ειεθηξηθψλ βηνζεκάησλ. Όκσο πνιιά δεηήκαηα είλαη αθφκε αλνηθηά, ηφζν ζε φ,ηη αθνξά ηε κειέηε δεηθηψλ γηα ηε δηαθνξνπνίεζε παζνινγηθψλ θαηαζηάζεσλ, φζν θαη γηα ηελ έξεπλα ηεο ιεηηνπξγίαο ηεο ΓΜΓ. σήμα 6.16 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ΖΜΓ ιείσλ κπώλ (άλσ θακπύιε ειεθηξηθή δξαζηεξηόηεηα) θαη ηεο αληίζηνηρεο δύλακεο πνπ εμαζθείηαη από ηνπο κύεο ηνπ ζηνκάρνπ (θάησ θακπύιε ζπζηαιηηθή δξαζηεξηόηεηα). Σα δπλακηθά δξάζεο εκθαλίδνληαη κε ξηπέο θαηά ηε δηάξθεηα ησλ θνξπθώζεσλ ησλ BK, ε δε δύλακε πνπ εμαζθείηαη ιόγσ ηεο ζπζηνιήο ησλ κπώλ είλαη αλάινγε ηνπ αξηζκνύ ησλ δπλακηθώλ δξάζεο πνπ ζα εκθαληζηνύλ. Βιβλιογπαθία 1. J. E. Hall, Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology. Philadelphia, PA: Saunders,

171 2. A. G. Brown, Nerve Cells and Nervous Systems, An introduction to Neuroscience. London, UK: Springer, G. I. Kositsky, Human Physiology. Moscow, USSR: Mir Publishers, A. Καδήο, Κιηληθή Νεπξνθπζηνινγία. Θεζζαινλίθε: University Studio Press, J. D. Bronzino, The Biomedical Engineering Handbook. Boca Raton, FL: CRC Press IEEE Press, J. G. Webster, Medical Instrumentation, Application and Design. New York, NY: John Wiley & Sons, J. Kimura, Electrodiagnosis in Diseases of Nerve and Muscle: Principles and Practice. New York, NY: Oxford University Press, A. L. Goldberger, L. A. N. Amaral, L. Glass, J. M. Hausdorff, P. Ch. Ivanov, R. G. Mark, J. E. Mietus, G. B. Moody, C. K. Peng, and H. E. Stanley, Physiobank, physiotoolkit, and physionet: Components of a new research resource for complex physiologic signals, Circulation, vol. 101, no. 23, pp. e215 e220, Jun M. B. I. Reaz, M. S. Hussain, and F. Mohd-Yasin, Techniques of EMG signal analysis: detection, processing, classification and applications, Biol. Proc. Online, vol. 8, no. 1, pp , Dec D. Z. Chen and Z. Lin, Electrogastrogramn, in Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation, J. G. Webster Ed. Hoboken, NJ: Wiley, 2006, vol.3, pp J. Chen, B. D. Schirmer, and R. W. McCallum, Serosal and cutaneous recordings of gastric myoelectrical activity in patients with gastroparesis, Am. J. Physiol-Gastr. L., vol. 266, no. 1, pp. G90 G98, Z. Lin., J. D. Z. Chen, B. D. Schirmer, and R. W. McCallum, R. W., Postprandial response of gastric slow waves: correlation of serosal recordings with the electrogastrogram, Digest. Dis. Sci., vol. 45, no. 4, pp , Apr W. C. Alvarez, The electrogastrogram and what it shows, J. Amer. Med. Assoc., vol. 78, no. 15, pp , Apr B. Pfaffenbach, R. J. Adamek, K. Kuhn, and M. Wegneer, Electrogastrography in healthy subjects: Evaluation of normal values, influence of age and gender, Digest. Dis. Sci., vol. 40, no. 7, pp , Jul

172 7. ΖΛΔΚΣΡΟΟΦΘΑΛΜΟΓΡΑΦΗΚΔ ΓΗΑΣΑΞΔΗ ύνοτη θνπόο ηνπ θεθαιαίνπ απηνύ είλαη ε πεξηγξαθή ησλ δηαηάμεσλ πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη γηα ηελ θαηαγξαθή ειεθηξηθώλ βηνζεκάησλ πνπ πξνθύπηνπλ από ηε ιεηηνπξγία ηνπ αλζξώπηλνπ νθζαικνύ. Γίλνληαη βαζηθά ζηνηρεία δνκήο θαη ιεηηνπξγίαο ηνπ αλζξώπηλνπ νθζαικνύ, κε έκθαζε ζηε ιεηηνπξγία ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνύο ρηηώλα, όπνπ θαη βξίζθνληαη ηα θύηηαξα πνπ παξάγνπλ δπλακηθά δξάζεο. Δπίζεο, αλαθέξνληαη νη θηλήζεηο πνπ εθηειεί ν αλζξώπηλνο νθζαικόο θαη παξνπζηάδνπλ ελδηαθέξνλ κειέηεο. Οη ειεθηξννθζαικνγξαθηθέο δηαηάμεηο αθνξνύλ θαηά θύξην ιόγν δύν είδε ζπζθεπώλ. Ζ πξώηε ζπζθεπή πνπ παξνπζηάδεηαη είλαη ν ΖΑΓ, κε ηνλ νπνίν θαηαγξάθεηαη ε ειεθηξηθή ιεηηνπξγία ησλ θπηηάξσλ ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνύο. Ζ δεύηεξε ζπζθεπή είλαη ν ΖΟΓ, κε ηνλ νπνίν θαηαγξάθνληαη, κέζσ ησλ κεηαηνπίζεσλ ηνπ ειεθηξηθνύ δηπόινπ ησλ δύν νθζαικώλ, νη θηλήζεηο ησλ νθζαικώλ. Πποαπαιηούμενη γνώζη Γηα ηελ θαηαλόεζε όζσλ αλαπηύζζνληαη ζην θεθάιαην απηό είλαη ρξήζηκεο βαζηθέο γλώζεηο θπζηνινγίαο θαζώο θαη ζηνηρεία από ηα Κεθάιαηα 1 «Φαηλόκελα ηνληηθώλ ξεπκάησλ ζηα θύηηαξα», 2 «Ζιεθηξόδηα απαγσγήο βηνειεθηξηθώλ ζεκάησλ» θαη 3 «Βηνεληζρπηέο». 7.1 Ο ΑΝΘΡΩΠΗΝΟ ΟΦΘΑΛΜΟ ΓΟΜΖ ΚΑΗ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΣΟΤ ΑΝΘΡΩΠΗΝΟΤ ΟΦΘΑΛΜΟΤ Ο αλζξψπηλνο νθζαικφο ζπγθξνηείηαη απφ ηνλ νθζαικηθφ βνιβφ, εληφο ηνπ νπνίνπ ιακβάλεη ρψξα ε αξρή ησλ δηαδηθαζηψλ πνπ νδεγνχλ ζηελ φξαζε, θαη απφ επηθνπξηθά φξγαλα, φπσο ηα βιέθαξα, νη αδέλεο (ζκεγκαηνγφλνη, δαθξπτθνί, βιεθαξηθνί) θαη νη κχεο πνπ θηλνχλ ηνλ νθζαικφ [1]. Ο νθζαικηθφο βνιβφο έρεη πεξίπνπ ζθαηξηθφ ζρήκα, κε δηάκεηξν πεξίπνπ 2,5 cm - κέγεζνο θπζηθά κεηαβιεηφ αλάινγα κε ηελ ειηθία θαη γεληθφηεξα ην κέγεζνο ηνπ ζψκαηνο - θαη βξίζθεηαη κέζα ζηνλ νθζαικηθφ θφγρν, φπσο νλνκάδεηαη ε θνηιφηεηα ησλ νζηψλ ηνπ θξαλίνπ πνπ πεξηβάιιεη ηνλ νθζαικφ. Ο βνιβφο ηνπ καηηνχ πεξηθιείεηαη απφ ηξία ζηξψκαηα (σήμα 7.1), ηα νπνία νλνκάδνληαη «ρηηψλεο». Ξεθηλψληαο απφ ην εμσηεξηθφ πξνο ην εζσηεξηθφ ηνπ νθζαικηθνχ βνιβνχ, βξίζθεηαη ν ζθιεξoεηδήο (ή ζθιεξφο ή ηλνεηδήο) ρηηψλαο, ν ρνξηνεηδήο (ή αγγεηψδεο) ρηηψλαο θαη ν ακθηβιεζηξνεηδήο ρηηψλαο. Ο ζθιεξoεηδήο ρηηψλαο παξέρεη έλα ζρεηηθά ζηεξεφ θαη αλζεθηηθφ πεξίβιεκα ζηνλ βνιβφ, δηαηεξψληαο ην ζρήκα ηνπ. Ακέζσο εζσηεξηθά απφ ηνλ ζθιεξνεηδή ρηηψλα είλαη ν ρνξηνεηδήο ρηηψλαο, ηνπ νπνίνπ ε βαζηθή ιεηηνπξγία ζπλίζηαηαη ζηελ ηξνθνδνζία ηνπ νθζαικνχ κε ζξεπηηθέο νπζίεο, αθνχ θέξεη ηα αηκνθφξα αγγεία ηνπ νθζαικνχ. ην κέξνο ηνπ νθζαικνχ (ηνπ νθζαικηθνχ βνιβνχ) πνπ βξίζθεηαη εθηφο νθζαικηθνχ θφγρνπ θαη είλαη νξαηφο ζε παξαηεξεηή εμσηεξηθφ ηνπ ζψκαηνο, ν ζθιεξνεηδήο απαξηίδεηαη απφ ηνλ θεξαηνεηδή ρηηψλα, πνπ είλαη νπζηαζηηθά ην φξην ηνπ νθζαικνχ πξνο ην εμσηεξηθφ πεξηβάιινλ, ηνλ θξπζηαιινεηδή θαθφ θαη ηελ ίξηδα. Ζ θφξε είλαη ην θεληξηθφ κέξνο ηεο ίξηδαο, ηεο νπνίαο ην άλνηγκα ξπζκίδεηαη απφ δχν κχεο, ηνλ ζθηγθηήξα θαη ηνλ δηαζηνιέα. Ο ζπλδπαζκφο ησλ ηξηψλ απηψλ κεξψλ (θεξαηνεηδήο, θαθφο, ίξηδα) ξπζκίδεη, θαηά βάζε κέζσ ησλ λφκσλ ηεο γεσκεηξηθήο νπηηθήο, ηελ πνξεία πνπ αθνινπζνχλ εληφο ηνπ νθζαικνχ νη αθηίλεο θσηφο πνπ θηάλνπλ ζηελ εμσηεξηθή επηθάλεηα ηνπ νθζαικνχ θαη ηελ πνζφηεηα ηεο θσηεηλήο αθηηλνβνιίαο πνπ ζα επηηξαπεί λα εηζέιζεη. Αξρηθά, ζπκβαίλεη δηάζιαζε ησλ θσηεηλψλ αθηίλσλ απφ ηνλ θεξαηνεηδή. Ζ ίξηδα, αιιάδνληαο κε ηε βνήζεηα ησλ κπψλ πνπ ηελ πεξηβάιινπλ ην εχξνο ηεο θφξεο ηνπ καηηνχ, ξπζκίδεη ηελ πνζφηεηα θσηφο πνπ ζα εηζέιζεη πξνο ην εζσηεξηθφ ηνπ νθζαικνχ. Σε ζεκαληηθφηεξε, φκσο, ιεηηνπξγία επηηειεί ν θαθφο. Απηφο είλαη ειαζηηθφο θαη πξνθαιεί ηε ζσζηή εζηίαζε ησλ αθηίλσλ θσηφο είηε απφ θνληηλά 171

173 είηε απφ καθξηλά αληηθείκελα ηνπ εμσηεξηθνχ θφζκνπ, ζηελ νπίζζηα πιεπξά ηνπ νθζαικηθνχ βνιβνχ, νπζηαζηηθά πάλσ ζηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ρηηψλα. Αλ δελ έρνπκε νξζή εζηίαζε, ηφηε πξνθχπηνπλ ηα γλσζηφηεξα πξνβιήκαηα φξαζεο (κπσπία, πξεζβπσπία θ.ιπ.). σήμα 7.1 Ο αλζξώπηλνο νθζαικόο. (Holly Fischer. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Αλαθνξά πξνέιεπζεο 3.0, CC BY 3.0). ηε ζπλέρεηα ζα καο απαζρνιήζεη ε κειέηε ησλ θηλήζεσλ ηνπ νθζαικνχ, ε νπνία απνηειεί ην θχξην αληηθείκελν ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ ΖΟΓ. Οη θηλήζεηο ηνπ νθζαικνχ ξπζκίδνληαη απφ ηνπο ιεγφκελνπο εμσβνιβηθνχο ή νθζαικνθηλεηηθνχο κχεο, πνπ είλαη έμη: 4 «νξζνί»: άλσ, θάησ, έζσ θαη έμσ νξζφο θαη 2 «ινμνί»: ν άλσ θαη θάησ ινμφο. Λεηηνπξγψληαο θαηά δεχγε νη κχεο απηνί ξπζκίδνπλ ηελ «θαηαθφξπθε» θίλεζε (πξνο ηα άλσ θαη πξνο ηα θάησ), ηελ «νξηδφληηα» θίλεζε (πξνο ηα αξηζηεξά θαη ηα δεμηά) θαη ηέινο ηελ πεξηζηξνθηθή θίλεζε ηνπ νθζαικνχ. Τπάξρεη ζπληνληζκφο κεηαμχ ησλ νθζαικνθηλεηηθψλ κπψλ ησλ δχν νθζαικψλ. Έιιεηςε ζπληνληζκνχ νδεγεί ζην λα κελ εζηηάδνπλ ηαπηφρξνλα νη 172

174 δχν νθζαικνί ζην ίδην ζεκείν, νπφηε έρνπκε ηελ εκθάληζε ηνπ πξνβιήκαηνο ηνπ ζηξαβηζκνχ. σήμα 7.2 Γνκή ηνπ ακθηβιεζηξνεηδνύο. ηελ εηθόλα απηή, θάησ από ηνλ ακθηβιεζηξνεηδή είλαη ν ρνξηνεηδήο (δελ δείρλεηαη) θαη πάλσ από ηνλ ακθηβιεζηξνεηδή ην παιώδεο ζώκα (δελ δείρλεηαη). Οη αθηίλεο δει. ηνπ θσηόο εηζέξρνληαη από πάλσ πξνο ηα θάησ ζηελ εηθόλα απηή. (Joerg Encke. [ Σν παξόλ έξγν αδεηνδνηείηαη ππό ηνπο όξνπο ηεο άδεηαο Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0, CC BY-SA 4.0). 173