Analysis of electroencephalography signals collected in a magnetic resonance environment: characterisation of the ballistocardiographic artefact

L’acquisizione simultanea di segnali elettroencefalografici (EEG) e immagini di risonanza magnetica funzionale (fMRI) permette di investigare attivazioni cerebrali in modo non invasivo. La presenza del campo magnetico altera però in modo non trascurabile la qualità dei segnali EEG acquisiti. In particolare due artefatti sono stati individuati: l’artefatto da gradiente e l’artefatto da ballistocardiogramma (BCG). L’artefatto da BCG è legato all’attività cardiaca del soggetto, ed è caratterizzato da elevata variabilità tra un’occorrenza e l’altra in termini di ampiezza, forma d’onda e durata dell’artefatto. Differenti algoritmi sono stati implementati al fine di rimuoverlo, ma la rimozione completa rimane ancora un difficile obiettivo da raggiungere a causa della sua complessa natura. L’argomento della tesi riguarda l’analisi di segnali EEG acquisiti in ambiente di risonanza magnetica e la caratterizzazione dell’artefatto BCG. L’obiettivo è individuare ulteriori caratteristiche dell’artefatto che possano condurre al miglioramento dei precedenti metodi, o all’implementazione di nuovi. Con questa tesi abbiamo mostrato quali sono i motivi che causano la presenza di residui artefattuali nei segnali EEG processati con i metodi presenti in letteratura. Attraverso analisi statistica abbiamo riscontrato che occorrenze dell’artefatto BCG sono caratterizzate da un ritardo variabile rispetto al picco R sull’ECG, che nella nostra analisi rappresenta l’evento di riferimento nell’attività cardiaca. Abbiamo inoltre trovato che il ritardo R-BCG varia con la frequenza cardiaca. Le successive valutazioni riguardano i maggiori contributi all’artefatto BCG. Attraverso l’analisi alle componenti principali, sono stati individuati due contributi legati al fluire del sangue dal cuore verso il cervello e alla sua pulsatilità nei vasi principali dello scalpo.