Sviluppo e test di un sistema di prelievo ad alta densità di elettrodi per l'acquisizione di segnali EMG dalla lingua = Design and test of a detection system for high-density EMG acquisition from the tongue

La funzione motoria della lingua è fondamentale per la corretta esecuzione di attività quali linguaggio, deglutizione, masticazione e respirazione. Patologie a carico del sistema nervoso centrale, alterazioni dell'anatomia conseguenti ad interventi chirurgici o a lesioni di tipo traumatico possono portare ad una compromissione della funzionalità della lingua. Inoltre, la presenza di attività involontaria di singole unità motorie della lingua è uno dei criteri utilizzati nel processo diagnostico della SLA. Un’adeguata valutazione elettrofisiologica di questo complesso muscolare potrebbe quindi contribuire sia alla diagnosi precoce di patologie neuromuscolari che alla valutazione e alla riabilitazione di funzioni motorie specifiche. Ad oggi, la misura dell’attività muscolare della lingua è effettuata con tecniche per il prelievo di segnali elettromiografici ad ago. Tuttavia, la registrazione di segnali EMG mediante elettrodi superficiali potrebbe essere vantaggiosa in quanto non invasiva e, in virtù del maggiore volume di prelievo, più rappresentativa dell’attività muscolare. L'utilizzo di tecniche di prelievo EMG superficiale risulta difficile a causa della difficoltà di fissare gli elettrodi di superficie in maniera stabile sulla lingua ed evitare che la saliva deteriori le proprietà del contatto elettrico. L’obbiettivo della tesi è stato quello di sviluppare una griglia di elettrodi per acquisizioni EMG di superficie ad alta densità di elettrodi (HD-sEMG) dalla lingua. È stato sviluppato un sistema con 32 elettrodi di superficie distribuiti sull’intera superficie della lingua che garantisse un'adeguata stabilità meccanica ed elettrica per almeno 20 minuti, e che consentisse al soggetto movimenti naturali della lingua. Lo studio è stato diviso in tre fasi: (i) progetto e sviluppo della griglia di elettrodi e definizione del metodo di adesione alla superficie della lingua; (ii) definizione ed esecuzione di un protocollo sperimentale di test finalizzato a caratterizzare la stabilità meccanica ed elettrica degli elettrodi e la qualità del segnale; (iii) analisi ed interpretazione dei dati sperimentali. È stata sviluppata una griglia costituita da 32 elettrodi (dimensioni: 2mm x 0.5mm) disposti in 8 righe e 4 colonne. La griglia è stata fissata alla superficie linguale con una pellicola flessibile (spessore: 8µm) e una colla per uso intra-orale. Il protocollo di test, della durata di 20 minuti, ha incluso task funzionali come la pronuncia di lettere, la deglutizione e movimenti finalizzati ad attivare specifiche aree della lingua. La stabilità elettrica del contatto è stata valutata sperimentalmente attraverso la misura delle impedenze elettrodo-lingua prima e dopo i task. I moduli dell'impedenza non hanno mostrato variazioni significative nel confronto pre-post (58±46kΩ vs. 67±58kΩ, N=6 soggetti). I segnali acquisiti hanno permesso di localizzare attività della lingua durante i diversi task ed effettuare un’analisi della distribuzione spaziale di potenziali di singole unità motorie (MUAP). Sono stati osservati MUAP localizzati (aree da 10mm^2 a 160mm^2) con diversi pattern spaziotemporali indicativi di diversi orientamenti delle fibre rispetto alla superficie della lingua.I risultati ottenuti dimostrano che il sistema di prelievo sviluppato permette di effettuare acquisizioni HD-sEMG dalla lingua durante task funzionali rendendo quindi possibile lo studio delle caratteristiche spaziali dell’attivazione muscolare e di singola unità motoria.