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https://hdl.handle.net/10316/30804
Título: | A Circuit based on Communication Systems for Anesthesia Monitoring | Autor: | Martins, Diogo da Encarnação | Orientador: | Teixeira, César Alexandre Domingues Cardoso, Alberto Jorge Lebre |
Palavras-chave: | Phase-Locked Loops (PLL); Anesthesia monitoring; Depth of Anesthesia (DOA); Electroencephalogram (EEG); Frequency tracking; analog circuits; Malha de captura de fase (PLL); Monitorização de anestesia; profundidade de anestesia (DOA); Eletroencefalograma (EEG); Sincronização de frequência; circuitos analógicos | Data: | Set-2015 | Citação: | Martins, Diogo da Encarnação / A Circuit based on Communication Systems for Anesthesia Monitoring | Local de edição ou do evento: | Coimbra | Resumo: | In current surgical procedures, an incidence of approximately 0.2% of intraoperative
awareness incidents, due to inadequate anesthesia, have been reported. A considerable
amount of these reports result in psychiatric disorders. On the other hand, excessive
anesthesia has been proven to increase postoperative recovery times and complications.
One of the main challenges that Medicine has faced is the correct monitoring of depth of
anesthesia. Several monitoring methods have been presented through the years, the majority
of them based on visual evaluations and lacking on objectivity.
More recently a more reliable set of monitors have been developed based on the recording
of several biological signals. Since it has been shown that brain activity alters during general
anesthesia, the most studied monitors are based on the monitoring of the brain’s electrical
activity through electroencephalogram (EEG).
In this thesis we developed from scratch a methodology that uses a usual
telecommunications systems’ technology to track frequency variations in EEG signals of
patients under general anesthesia. The technology is based on a phase-locked loop (PLL)
circuit incorporating a preprocessing subcircuit that helps remove interferences and prepares
the EEG signal to comply with the requirements. This devices allows for a real-time
estimation of frequency components, without requiring signal windowing. This has great
advantages from a spectral analysis point-of-view since it minimizes the risk of frequency
leakage.
It was found that the designed circuit, for single frequency signals, presented a hold range
of 55Hz enough to cover the desired frequency range of an EEG and could track abrupt
frequency variations of 20Hz. However, it was also found, with the Simulink model, that
for mixed signals (several frequency components) the circuit locks into different components
depending on the VCO’s initial frequency. The same conclusions could not be observed in
analog implementation, due to lack of time. However, we believe that the results of the
Simulink model would be reproduced by the implemented physical circuit. Atualmente, cerca de 0.2% das cirugias realizadas registam casos de pacientes com consicência intraoperativa devido a uma dosagem inadequada de anestesia. Grande parte destes casos resultam em transtornos psicológicos. Por outro lado, doses excessivas de anestesia resultam num aumento de tempo de recuperação e de complicações no período pós-operatório. O desenvolvimento de métodos fiáveis para uma correta monitorização da profundidade de anestesia tem sido um dos maiores desafios da Medicina. Ao longo dos anos, vários métodos têm sido utilizados, a maioria deles baseados em avaliações visuais, resultando numa falta de objetividade. Recentemente tem sido desenvolvido um conjunto de dispositivos para monitorização baseados na análise de sinais biológicos. Uma vez que tem sido provado que a atividade cerebral é afetada pela administração de certos fármacos durante o procedimento de anestesia geral, a grande maioria destes novos monitores baseia-se na monitorização a atividade elétrica cerebral por meio de eletroencefalogramas (EEG). Neste tese desenvolveu-se de raíz uma metodologia baseada em tecnologias de sistemas de telecomunicações para detetar variações de frequência em sinais de EEG recolhidos de pacientes sob anestesia geral. A tecnologia baseia-se num circuito de captura de fase (do inglês Phase-Locked Loop (PLL)). Este sistema permite uma estimativa, em tempo-real, das componentes de frequência do sinal. Esta propriedade permite que não seja necessário recorrer a janelamento do sinal, durante o seu processamento, representando grandes vantages a nível da análise espetral. Deste forma, é evitado o espalhamento espetral. Verificou-se que o circuito consegue detetar variações de frequência numa gama de 55Hz (Hold range), para sinais com uma única frequência, congruente com a largura de banda dos sinais de EEG. O circuito consegue ainda seguir variações bruscas de frequência de 20Hz (Pull-out range). Contudo, para sinais com várias componentes de frequência, foi observado, com o modelo Simulink, que a sincronização pelo PLL depende fortemente da frequência inicial do VCO. Devido a dificuldades de tempo não houve possibilidade de o comprovar, mas dadas as concordâncias nos restantes resultados, é de esperar que o circuito implementado consiga reproduzir os mesmos resultados do modelo Simulink. |
Descrição: | Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra. | URI: | https://hdl.handle.net/10316/30804 | Direitos: | openAccess |
Aparece nas coleções: | UC - Dissertações de Mestrado FCTUC Física - Teses de Mestrado |
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