L’elettroretinografia (ERG) è l’esame elettrofisiologico fondamentale della retina oculare. Viene utilizzato per la misura del biopotenziale elettrico prodotto dalla retina in risposta ad opportuni stimoli luminosi.

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INDICE

INTRODUZIONE ... 1

Capitolo 1 ... 3

SISTEMA VISIVO ED ELETTRORETINOGRAFIA ... 3

1.1 Cenni di anatomia del sistema visivo periferico ... 3

1.2 Struttura della retina e cammino ottico ... 5

1.3 Fotorecettori, pigmenti e principio dell’univarianza di Rushton ...10

1.3.1 Visione diurna e visione notturna ...10

1.3.2 I pigmenti dei fotorecettori ...12

1.4 Elettroretinogramma (ERG) ...13

1.4.1 Caratteristiche generali ...13

1.4.2 Modello elettrico oculare ...16

1.5 Fattori di influenza dell’ERG ...18

1.5.1 Stato d’adattamento luminoso ...18

1.5.2 Intensità luminosa dello stimolo ...19

1.5.3 Temperatura colore dello stimolo luminoso ...20

1.5.4 Frequenza dello stimolo luminoso ...21

1.6 Analisi clinica dell’ERG ...22

1.6.1 Ampiezza e tempi impliciti ...22

1.6.2 Relazione onda-b/onda-a ...24

1.7 Apparecchiature per ERG: stato dell’arte ...26

1.7.1 ColorBurst (Diagnosys LLC) ...27

1.7.2 EPIC-4000 (LKC Technologies) ...28

Capitolo 2 ... 29

DEFINIZIONE DEL PROGETTO ... 29

2.1 Misura non invasiva con elettrodo non a contatto^[1] ...29

2.2 Obiettivi ...33

2.3 Normativa per elettroretinografi ...34

2.3.1 Norme ISCEV ...34

2.3.2 Norme sicurezza elettrica ...36

2.4 Requisiti di sistema ...38

2.4.1 Requisiti preliminari del sistema di stimolazione ...38

2.4.2 Requisiti del sistema di acquisizione ...39

(2)

II

Capitolo 3 ... 40

SVILUPPO DEL PROGETTO ... 40

3.1 Architettura del sistema di acquisizione A/D ...40

3.2 Progetto dello schema circuitale ...43

3.2.1 Ambiente di progettazione software ...43

3.2.2 Elettrodo CT ...44

3.2.3 Alimentazione ed isolamento elettrico ...45

3.2.3.1 Distribuzione alimentazione: label e simboli utilizzati ...45

3.2.3.2 Sezione analogica: alimentazione singola ...46

3.2.3.3 Convertitore DC/DC isolato: NKE0505 ...47

3.2.3.4 Alimentazione sezione digitale: voltage regulator ADP1715 ...48

3.2.3.5 Alimentazione sezione analogica: voltage reference ADR443 ...49

3.2.4 Front-end analogico: guadagno fissato G₁ ...52

3.2.4.1 Selezione In-Amp: AD8553 ...52

3.2.4.2 Schema di montaggio AD8553 ...54

3.2.4.3 Valutazione requisiti di sistema ...55

3.2.5 Tensione di riferimento In-Amp ...57

3.2.5.1 Schema di montaggio MCP42010 ...57

3.2.5.2 Regolazione della tensione di riferimento ...59

3.2.5.3 Valutazione requisiti di sistema ...61

3.2.6 Virtual ground ...61

3.2.7 Filtro passa-basso ...63

3.2.8 II stadio di amplificazione: guadagno regolabile G₂ ...65

3.2.8.1 Schema di montaggio ...65

3.2.8.2 Regolazione del guadagno G₂ ...65

3.2.8.3 Valutazione requisiti di sistema e guadagno totale G_TOT ...66

3.2.9 Conversione A/D ...66

3.2.9.1 Selezione convertitore A/D: AD7683 ...66

3.2.9.2 Schema di montaggio AD7683 ...67

3.2.9.3 Valutazione requisiti di sistema AD7683 ...68

3.2.10 Microcontrollore ...69

3.2.11 Dual-Channel Digital Isolator ...72

3.2.12 Interfaccia conversione UART RS-232toUSB ...73

3.3 Progetto e realizzazione PCB ...75

3.3.1 Layout PCB ...75

3.3.2 Assemblaggio PCB ...77

3.4 Realizzazione del firmware ...79

3.4.1 Struttura del firmware...79

3.4.2 Programma principale scheda.c ...80

3.4.3 Generazione del tick di sistema ...82

3.5 Realizzazione del software ...84

3.5.1 Realizzazione della VI ...84

3.5.2 Interfaccia grafica e procedura di misura ...84

(3)

III

Capitolo 4 ... 87

DEBUG DELLA SCHEDA E COLLAUDO DI SISTEMA ... 87

4.1 Setup sperimentale ...87

4.2 Debug della scheda ...89

4.2.1 Test di alimentazione ...89

4.2.2 Test di comunicazione FT232BL-PC ...90

4.2.3 Test di programmazione ATmega64L ...90

4.2.4 Test della sezione analogica ...91

4.2.5 Test della sezione digitale ...95

4.3 Collaudo di sistema ...98

CONCLUSIONI ... 103

APPENDICE A: RADIOMETRIA E FOTOMETRIA ... 105

APPENDICE B: SCHEMA COMPLETO DI MONTAGGIO ... 112

INDICE DELLE FIGURE ... 113

INDICE DELLE TABELLE ... 116

BIBLIOGRAFIA ... 117

(4)

INTRODUZIONE

L’elettroretinografia (ERG) è l’esame elettrofisiologico fondamentale della retina oculare. Viene utilizzato per la misura del biopotenziale elettrico prodotto dalla retina in risposta ad opportuni stimoli luminosi.

Le apparecchiature ad oggi esistenti operano questa misura utilizzando tre elettrodi: un elettrodo di misura, posto a diretto contatto con la cornea o con la congiuntiva, un elettrodo di riferimento, posto sulla tempia ed un elettrodo di massa, posto sulla pelle della fronte del paziente.

A differenza dei secondi due, l’elettrodo di misura determina un’alta invasività dell’esame perché, essendo costituito da un metallo posto a diretto contatto con i tessuti del paziente, costringe ad effettuare l’esame clinico in anestesia locale. Per questo motivo, la ricerca scientifica si è spinta finora nella duplice direzione di sviluppare, da un lato, elettrodi che permettessero di misurare segnali di ampiezza picco-picco ridotta (tipicamente di 100 μVp-p) e, dall’altro lato, elettrodi che fossero anche il più confortevoli possibili per il paziente in modo da ridurre l’invasività dell’ERG.

Rientra proprio in questo secondo filone di ricerca, un recente studio che ha proposto una metodologia non invasiva

¹

, secondo la quale si compie la misura non più a contatto, ma con un elettrodo collocato in un liquido conduttore elettrico, interposto tra l’occhio del paziente e l’elettrodo stesso. Tale metodologia, estremamente confortevole, è stata sperimentata mediante elettroretinografi convenzionali, ottenendo dei valori di tensione dell’ordine del centinaio di μV.

L’obiettivo che si pone il presente lavoro è perciò quello di progettare e realizzare un sistema elettronico per la misura del segnale ERG attraverso la metodologia non invasiva, che abbia le caratteristiche di portabilità e semplicità di utilizzo. Oltre a semplificare le procedure ospedaliere di misura dell’ERG, un sistema simile potrebbe offrire il

1 F. Carpi, F. Tomei , Non-invasive electroretinography, Biomedicine &

Pharmacotherapy 60 (2006) 375-379 [1].

(5)

Introduzione

trasferimento della sede di esame dall’unità operativa di Oculistica ad un qualsiasi studio medico, incrementando notevolmente la capillarità di screening delle particolari patologie rilevabili attraverso l’analisi del segnale ERG.

Nel primo capitolo, partendo da cenni di anatomia e fisiologia del sistema visivo, verranno esposti i concetti base dell’elettroretinogramma, dall’origine biologica alle feature di rilevanza medico-diagnostica, con uno sguardo finale ai sistemi di misura attualmente in commercio.

Con il capitolo secondo si illustreranno gli obiettivi del progetto e si definiranno i requisiti di sistema sulla base delle normative vigenti.

L’analisi dello schema elettrico completo, la selezione della componentistica e gli aspetti realizzativi, sia hardware che software, saranno invece discussi nel capitolo terzo.

Il quarto capitolo presenterà il debug della scheda realizzata ed i

risultati del collaudo di sistema, con la misura sperimentale secondo la

metodologia non invasiva ed il grafico ERG visualizzato su PC, mentre,

nel capitolo finale, si proporranno le conclusioni del lavoro.

(6)

Capitolo 1

SISTEMA VISIVO

ED ELETTRORETINOGRAFIA

Per una completa comprensione degli aspetti progettuali trattati nei capitoli seguenti, è opportuno specificare, a questo punto della ricerca, alcuni concetti di anatomia e fisiologia dell’apparato visivo. Infatti, proprio dall’analisi morfologica e funzionale degli apparati principali del sistema visivo, origine del segnale ERG da acquisire, si riusciranno ad avere tutti gli elementi necessari ad un’adozione consapevole delle normative internazionali, a cui si fa riferimento nella progettazione di un sistema di misura del segnale elettroretinografico.

Verrà inoltre analizzato il segnale ERG scomposto nelle sue features principali ed infine verrà preso in considerazione lo stato dell’arte degli elettroretinografi con una breve rassegna dei sistemi di misura attualmente in uso.

1.1 Cenni di anatomia del sistema visivo periferico

Da una semplice osservazione esterna dell’occhio si riescono a distinguere facilmente le diverse strutture di cui è composto:

un’apertura centrale nera, la pupilla, che permette alla luce di entrare

(scura a causa dei pigmenti della retina sottostante), un muscolo

circolare colorato intorno, l’iride, che caratterizza il colore dei nostri

occhi e che modula il diametro della pupilla per far entrare più o meno

luce a seconda della sua intensità, una superficie esterna trasparente, la

cornea, che ricopre sia la pupilla che l’iride e che rappresenta la prima

parte del sistema ottico dell’occhio, una lente sottostante, il cristallino,

che permette la produzione dell’immagine a livello dei fotorecettori ed

infine la parte bianca, la cosiddetta sclera, che offre sostegno all’intero

globo oculare (Figura 1.1).

(7)

Capitoolo 1 — Sistem

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(8)

Capitolo 1 — Sistema visivo ed elettroretinografia

1.2 Struttura della retina e cammino ottico

Il cammino che l’informazione compie per arrivare fino alla corteccia visiva inizia con la fototrasduzione a livello retinale.

La retina ricopre la parte posteriore del globo oculare con un tessuto sottile e delicato dello spessore di 100-300 μm. Verso l’interno, l’occhio è in contatto con l’umor vitreo (sostanza trasparente che riempie il globo oculare), mentre verso l’esterno, prima con l’epitelio pigmentato e poi con la coroide, membrana fortemente vascolarizzata che costituisce la tunica fibrosa dell’occhio.

Nonostante la retina sia la struttura deputata alla percezione luminosa, osservando la Figura 1.3, possiamo constatare come la luce sia obbligata ad attraversare diversi strati cellulari e sinaptici prima di arrivare al luogo dove verrà convertita in segnale nervoso, cioè i fotorecettori.

Questa disposizione è tipica dei vertebrati ed è messa generalmente in relazione con le esigenze metaboliche dei fotorecettori che impongono un contatto intimo con le cellule dell’epitelio pigmentato e con i vasi sanguigni della coroide.

Figura 1.3: Posizione e struttura della retina nella sezione oculare [2].

Dal punto di vista istologico la retina consta di dieci strati cellulari

distinti: semplificando questa suddivisione classica, si possono

individuare quelli più rilevanti, disposti dall’interno verso l’esterno:

(9)

Epitelio pigmentato: monostrato formato da cellule cilindriche con funzione di trasporto attivo dei soluti di provenienza ematica verso la retina, funzione di rinnovamento dei dischi dei fotorecettori e funzione di protezione dei fotorecettori dall’abbagliamento.

Strato dei fotorecettori: collocati nella porzione più esterna della retina, rappresentano la sede in cui avviene la percezione visiva. Sono costituiti, andando dall’epitelio pigmentato retinico verso il vitreo, da un articolo esterno, un ciglio di connessione, un articolo interno, un corpo cellulare e un’espansione interna (Figura 1.4):

Figura 1.4: Struttura dei coni e dei bastoncelli [2].

L’articolo esterno (segmento esterno) si trova in due differenti forme,

che consentono la distinzione tradizionale in coni e bastoncelli. Infatti,

nei primi questo si riduce progressivamente di calibro man mano che si

procede verso l’epitelio pigmentato, mentre nei secondi ha forma

regolarmente cilindrica. Questa differenza anatomica corrisponde a una

importante diversità funzionale: i coni sono deputati alla percezione

fotopica o diurna, al riconoscimento del contrasto e alla visione dei

colori, mentre ai bastoncelli, che hanno maggiore sensibilità alla luce,

compete la visione scotopica o notturna.

(10)

Nella Figura 1.5 si può vedere la topografia retinica dei fotorecettori.

Figura 1.5: Grafico della distribuzione dei coni e dei bastoncelli sulla superficie retinica [3].

Nella fovea, deputata alla visione diurna, sono presenti solamente i coni (10% del totale), la cui densità cala bruscamente al di fuori della macula. I bastoncelli invece, assenti nella fovea, compaiono sui bordi della macula e diventano progressivamente più numerosi in periferia, mantenendo comunque una distribuzione irregolare: proprio per la loro collocazione spaziale, ricevono la radiazione luminosa solamente quando l’iride è aperto maggiormente, ossia in caso di visione notturna.

Strato delle cellule bipolari: rappresentano il primo passo della via di trasmissione ottica, a livello della quale ha inizio il trattamento dell’informazione visiva. In relazione alla capacità risolutiva richiesta e all’intensità luminosa a cui devono operare, contraggono, con i loro dendriti, rapporti con coni o bastoncelli in un rapporto non fisso: una cellula bipolare infatti può avere sinapsi con più fotorecettori ma anche con uno solo, come accade ad esempio nella fovea, in cui occorre la massima risoluzione visiva (Figura 1.6).

Esiste una differenziazione molto importante delle cellule bipolari in

cellule-ON, che depolarizzano in presenza di uno stimolo luminoso e

cellule-OFF, che invece iperpolarizzano in presenza di uno stimolo

luminoso.

(11)

Figura 1.6: Organizzazione sinaptica dei fotorecettori [2].

A livello dello strato di cellule bipolari sono presenti i neuroni associativi, neuroni a circuito locale o interneuroni (ad esempio le cellule amacrine o le cellule orizzontali di Figura 1.6), deputati alla modulazione dell’impulso nervoso. In seguito alla loro azione, l’impulso informativo può essere inibito, amplificato, trasmesso orizzontalmente (attivando o inibendo fenomeni di cooperazione tra fotorecettori) o anche ritrasmesso in senso inverso (dando luogo a circuiti a feed-back).

Strato delle cellule ganglionari: rappresentano il secondo tipo di neuroni della via ottica e sono tutte polisinaptiche, con l’eccezione di quelle foveali. Dopo quello delle cellule bipolari, costituiscono un ulteriore stadio di elaborazione degli impulsi nervosi, in quanto producono un parziale riconoscimento delle features dell’immagine visiva. Ogni ganglio, dato che opera sinapsi con molte cellule bipolari, possiede un cosiddetto campo recettivo e si attiva o meno a seconda del risultato dell’integrazione degli impulsi provenienti da tutte le sinapsi: esistono cellule gangliari che si attivano se l’integrazione fornisce un impulso al centro del campo recettivo (centro ON) ed altre invece che si inibiscono (centro OFF). I loro assoni, amielinici, formano lo strato delle fibre nervose che convergono nella papilla a formare il nervo ottico.

Nella figura 1.7 si può osservare la natura stratificata della retina e la

presenza dei neuroni associativi, in particolar modo le cellule orizzontali

ed amacrine.

(12)

Figura 1.7: Sezione retinale [4].

Una volta che l’impulso nervoso lascia la retina, prosegue il suo cammino attraverso il nervo ottico, che può essere considerato una vera e propria estroflessione della sostanza bianca encefalica. Composto da 500.000 assoni raccolti in un unico fascio nervoso, ha il compito di condurre gli impulsi nervosi fino al nucleo genicolato laterale. A questo livello, si ha ancora un alto grado di retinotopia, ossia l’informazione visiva mantiene la struttura matriciale retinale, per cui ad una mappa di attivazione retinale, corrisponde una mappa di attivazione del nucleo molto simile. Lo stadio di arrivo degli impulsi nervosi si ha a livello della corteccia cerebrale visiva in cui si ha l’ultima elaborazione e la scomposizione dell’informazione visive nelle sue features di linee, forme geometriche, movimenti ecc.

Figura 1.8:

Percorso dell’impulso nervoso ottico[4].

(13)

1.3 Fotorecettori, pigmenti e principio dell’univarianza di Rushton 1.3.1 Visione diurna e visione notturna

I due tipi di fotorecettori, coni e bastoncelli, hanno funzioni diverse: i coni sono responsabili della visione diurna o fotopica, cioè della visione ad alti livelli di illuminazione, mentre i bastoncelli sono responsabili della visione notturna o scotopica, a bassi livelli di illuminazione.

La visione diurna è caratterizzata dalla curva di efficacia luminosa V(λ).

Questa descrive come varia la sensibilità dell'occhio per radiazioni monocromatiche di diversa lunghezza d'onda, a livelli fotopici. La sensibilità è normalizzata rispetto al suo valore massimo (che si ha per radiazioni di 555 nm) ed è riferita al cosiddetto osservatore fotopico standard, come stabilito dalla CIE (Commissione Internationale de l’Eclairage

²

(Figura 1.9).

Figura 1.9: Funzioni di efficacia luminosa (osservatore standard CIE) per la visione fotopica V(λ) e scotopica V'(λ), in funzione della lunghezza d'onda (in nm) e

normalizzate ai rispettivi massimi: 555 e 507 nm [3].

La curva è stata ottenuta da misure eseguite su un gran numero di osservatori, con due diversi metodi che permettono di confrontare la sensibilità dell'occhio per radiazioni di diversa lunghezza d'onda. Si noti che la sensibilità si annulla praticamente per lunghezze d'onda inferiori a 400 nm e superiori a 700 nm, che vengono quindi normalmente considerati come limiti dello spettro visibile.

2 CIE, Commission Internationale de l'Eclairage Proceedings, Cambridge University Press (1926) [5].

(14)

Una analoga funzione V'(λ) descrive la sensibilità relativa dell'occhio in visione scotopica che è stata definita come osservatore scotopico standard dalla CIE

³

. Si noti la diversità di questa funzione rispetto a quella fotopica: in visione notturna il massimo di sensibilità è a 507 nm, anziché a 555 nm, e la sensibilità scotopica è relativamente maggiore nella regione delle corte lunghezze d'onda e minore nella regione delle lunghezze d'onda più lunghe. Questo cambiamento della sensibilità spettrale nel passaggio dalla visione dei coni a quella dei bastoncelli, è detto effetto Purkinje. La visione crepuscolare, detta visione mesopica, ha proprietà intermedie tra quella scotopica e quella fotopica perché sono attivi simultaneamente sia i coni che i bastoncelli.

La funzione di sensibilità spettrale V(λ) permette di definire le grandezze fotometriche (fotopiche e scotopiche), a partire dalle corrispondenti grandezze radiometriche (vedi Appendice A). In termini assoluti, anziché relativi, la sensibilità della visione scotopica è assai maggiore di quella fotopica. Quest'ultima è di 683 lm/W a 555 nm, mentre la prima è 1700 lm/W, a 507 nm. La scala di radianze che l'occhio umano è in grado di utilizzare è estremamente ampia: circa 11 unità logaritmiche. La corrispondente scala delle luminanze va dalla soglia assoluta (10

^-6

cd/m

²

) a circa 10

^-5

cd/m

²

, limite al disopra del quale la retina può subire lesioni (scala delle luminanze in Figura 1.10).

Tabella 1.1: Scala delle luminanze [3].

3 CIE Proceedings, Vol. 1, Sec 4; Vol 3, p.37, Bureau Central de la CIE, Paris (1951) [6].

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1.3.2 I pigmenti dei fotorecettori

⁴

Per vedere i colori, cioè perché le risposte del sistema visivo a radiazioni di diversa lunghezza d'onda siano diverse non solo per intensità, ma anche qualitativamente, occorrono almeno due tipi di recettori con sensibilità diversa in diverse zone dello spettro. In visione notturna non si vedono colori perché a livelli scotopici sono attivi solo i bastoncelli, che contengono tutti uno stesso pigmento (la rodopsina) e quindi hanno tutti la stessa sensibilità spettrale. La capacità di vedere colori è invece una proprietà della visione diurna, affidata ai coni. Vi sono infatti per i coni tre tipi diversi di pigmenti che assorbono in percentuali diverse le varie radiazioni dello spettro e ogni cono contiene uno solo di questi pigmenti.

La fototrasduzione consiste essenzialmente in una successione di eventi biochimici, scatenati dall’esposizione alla radiazione luminosa, che modificano la molecola del particolare pigmento. Ciò provoca la variazione della conducibilità della membrana cellulare agli ioni disciolti nella regione extracellulare e nel reticolo endoplasmatico, in particolar modo il sodio: tale variazione induce la nascita di un potenziale di azione, espressione della variazione di tensione transmembranica e della vera e propria conversione della luce in energia elettrica.

Figura 1.10: Sensibilità spettrale relativa dei tre tipi di coni (λ in nm) [3].

Le funzioni che descrivono come varia l'assorbimento dei pigmenti al variare della lunghezza d'onda coprono regioni dello spettro

4 C. Oleari, Misurare il colore, Spettrometria, fotometria e colorimetria, Fisiologia e percezione, HOEPLI (1998) [3].

(16)

parzialmente distinte, con massimo di assorbimento diverso per i tre tipi di coni (Figura 1.10a). I cosiddetti coni L (dall'inglese long) hanno una curva di assorbimento che copre una regione di lunghezze d'onda medie e lunghe nello spettro visibile, con un massimo di assorbimento a circa 560 nm. Per i coni M (medium) la curva di assorbimento si estende in una regione di lunghezze d'onda intermedie, con massimo a circa 530 nm. Infine i coni S (short) hanno curva di assorbimento spostata nella regione di lunghezze d'onda più corte, con massimo a circa 420 nm. Si noti che le curve di assorbimento dei coni L e M sono parzialmente sovrapposte, mentre quella dei coni S è largamente separata dalle altre due. I tre tipi di coni vengono anche impropriamente chiamati coni rossi (L), coni verdi (M) e coni blu (S).

Per ogni cono, al cambiare della lunghezza d'onda della radiazione incidente, cambia la probabilità che i fotoni vengano assorbiti, come risulta dalla funzione di assorbimento del pigmento. La risposta elettrica di ogni cono ha una ampiezza che dipende dal numero di fotoni assorbito, ma a parità di numero di fotoni, non dipende dalla lunghezza d'onda associata ai fotoni stessi. II fotorecettore, quindi, non può dare alcuna informazione sulla qualità spettrale della radiazione assorbita:

può solo rispondere con un segnale di maggiore o minore ampiezza a seconda del numero di fotoni assorbito. È questo il Principio di Univarianza di Rushton. In un certo senso si può dire che il singolo fotorecettore è "cieco al colore". La curva di sensibilità fotopica V( ) risulta dalla somma delle risposte di tutti i coni..

1.4 Elettroretinogramma (ERG) 1.4.1 Caratteristiche generali

L'elettroretinogramma classico rappresenta la risposta elettrica totale della retina ad una stimolazione fotopica ed è una prova usata universalmente per valutare la condizione della retina nelle malattie dell'occhio nell’uomo e negli animali da laboratorio usati come modelli di malattie retiniche.

Come vedremo approfonditamente nel prossimo capitolo, il metodo di

base è costituito dalla registrazione della tensione elettrica oculare in

risposta ad una stimolazione dell'occhio con opportuna fonte luminosa.

(17)

Tale fonte luminosa è rappresentata da un flash intenso, di opportuna durata, intensità luminosa e temperatura colore, che produce una tensione registrabile alla cornea, dall’andamento qualitativo illustrato in Figura 1.11:

Figura 1.11: Forma d’onda base del segnale ERG [2].

Le due misure principali della forma d'onda ERG sono considerate (Figura 1.12):

Figura 1.12: Misurazione dell’ampiezza e degli implicit time .

- Le ampiezze (a, b), dalla linea di base alla depressione negativa dell’onda-a e l'ampiezza dell’ onda-b misurata dalla depressione dell’ onda-a al seguente picco dell’onda-b;

- i periodi di tempo (t

_a

e t

_b

) che intercorre dall’istante del flash al picco negativo dell’onda-a e dall’istante del flash al picco positivo dell’onda-b (Figura 1.14). Questi tempi, espressioni della latenza di picco, nel gergo dell'elettroretinografia si definiscono come implicit time.

La rilevanza medico-diagnostica dell’ERG risiede nel fatto che le

precedenti grandezze numeriche hanno un riscontro fisiologico, in

(18)

particolar modo l’onda-a, denominata late receptor potential, riflette l’integrità dei fotorecettori nella retina esterna. Al contrario, l’onda-b è strettamente legata allo stato degli strati interni della retina, come ad esempio le cellule-ON bipolari

⁵

.

Esistono altre forme d'onda che a volte vengono prese in considerazione nelle analisi cliniche, anche se di importanza secondaria in campo diagnostico: l’onda-c legata alla funzionalità dell’epitelio pigmentato, l’onda-d relativa all'attività delle cellule-OFF bipolari e i cosiddetti potenziali oscillatori (OP), che si presentano sulla fase saliente dell’onda-b e che si ritiene riflettere l'attività delle cellule amacrine (Figura 1.13)

⁶

.

Figura 1.13: Principali componenti dell' ERG [2].

Oltre all’elettroretinogramma classico, ottenuto con una stimolazione luminosa in adattamento fotopico, ne esistono altre varianti, ognuna delle quali è utile ad indagare una particolare patologia. Esiste ad esempio la variante di ERG misurato in condizioni di adattamento scotopico di 30 min (di valenza clinica per le patologia relative ai bastoncelli) oppure il cosiddetto ERG-30 Hz, che viene eseguito con uno stimolo impulsato alla frequenza di 30 Hz. La maggior parte delle tipologie di ERG prevedono un’unica sorgente luminosa e sono, per questo, realizzabili con un sistema elettronico che abbia uno stimolo

5 Miller and Dowling, Intracellular responses of the Müller (glial) cells of mudpuppy retina: their relation to b-wave of the electroretinogram, J Neurophysiol (1970) [7].

6 Granit Ragnar, The components of the retinal action potential in mammals and their relation to the discharge in the optic nerve, J. Physiol. (1933) [8].

(19)

luminoso di forma d’onda regolabile in ampiezza e frequenza e capace di fornire un’eventuale illuminazione di background per l’ottenimento dell’adattamento fotopico.

1.4.2 Modello elettrico oculare

Negli elettroretinografi esistenti, l’elettrodo di misura, generalmente posizionato a contatto con la cornea, va a misurare gli effetti dell’attività elettrica extracellulare dei tessuti viventi costituenti l’occhio. È possibile utilizzare un modello equivalente dei tessuti oculari ed analizzare la generazione del segnale ERG come risultante delle differenti correnti elettriche che attraversano i vari tessuti. In questo lavoro è stato adottato il modello proposto da R.W. Rodieck

⁷

, comunemente preso a riferimento in letteratura. Tale modello parte dalla constatazione che i fotorecettori retinali dei vertebrati siano sistemati tutti in parallelo e che perciò la corrente elettrica totale prodotta sia diretta radialmente (dalla parte interna dell’occhio verso l’epitelio pigmentato) ed individuabile come somma delle correnti generate da ogni singola cellula fotosensibile. In maniera del tutto analoga, anche nella regione extracellulare si genera una corrente radiale ad opera di tutte le rimanenti componenti cellulari retinali. Eventuali correnti dirette non radialmente infatti si annullano reciprocamente, a causa della sistemazione retinale laterale del tutto simmetrica.

Perciò, quando una stimolazione luminosa omogenea è diretta alla retina intera, si formano soltanto correnti radiali. Queste correnti seguono due diverse percorsi: intraretinico (A) ed extraretinico (B):

Figura 1.14: Rappresentazione schematica del bulbo oculare e delle correnti extracellulari che si

a causa di uno stimolo luminoso:c cale intraretinica IA (A) e corrente extraretinica

IB (B) [9].

formano orrente

lo

7 Rodieck R.W., The Vertebrate Retina: Principles of Structure and Function. San Francisco, W.H. Freeman (1973) [9].

(20)

La corrente I

_A

segue un percorso locale che rimane completamente all’interno della retina, mentre la corrente I

_B

esce dalla retina, attraversa il vitreo, il cristallino, la cornea e ritorna alla retina attraverso la sclera, la coroide e lo strato dell’epitelio pigmentato. La corrente indotta dalla stimolo luminoso che segue la via extraretinica può essere registrata esternamente con elettrodi extraoculari, come illustrato nella Figura 1.14. Il modello di Rodieck è di tipo prettamente resistivo, perciò ogni tessuto attraversato è assimilato ad una resistenza equivalente che tiene conto del potenziale elettrico tra le sue estremità interna ed esterna. Il modello e le resistenze equivalenti di tutti i tessuti possono essere osservati nella Figura 1.15:

Figura 1.15: Modello elettrico retinale [9].

Uguagliando la caduta di tensione indotta da I

_A

sulla resistenza equivalente della retina R

₁

a quella indotta da I

_B

sulla serie di resistenze equivalenti dei tessuti attraversati nel percorso esterno, possiamo ottenere la relazion e ch lega e du e l e correnti, intra ed extracellulare:

Quando viene registrato l’ERG da esseri umani o anche da animali da

laboratorio, gli elettrodi non possono essere inseriti nella retina e si va

per questo misurare la caduta di tensione lungo una parte del percorso

extraoculare. Più precisamente l’ERG corrisponde alla misura della

tensione ai capi della resistenza R

₄

, resistenza che modella

elettricamente i tessuti tra l’elettrodo di misura e quello di riferimento:

(21)

In generale, quando la funzione retinica si deteriora, l’attività elettrica indotta dalla luce si riduce, le correnti I

_A

ed I

_B

risultano più piccole e quindi anche l’ ERG sarà ridotto in ampiezza, indicando una patologia retinica. Anche patologie che provocano una variazione di resistenza equivalente relativa ad un particolare tessuto andranno a modificare l’ERG, come avviene ad esempio in caso di malattia dell’epitelio pigmentato che provoca la variazione della resistenza più rilevante R

₆

.

1.5 Fattori di influenza dell’ERG

Come si vedrà nel capitolo successivo riguardo alle specifiche di progetto ed alla normativa vigente, nella progettazione di un sistema di acquisizione ERG occorre conoscere i principali fattori che vanno ad influenzare la risposta del paziente allo stimolo luminoso. Tali fattori, infatti, costituiscono spesso la caratteristica distintiva di una particolare tipologia di ERG rispetto ad un’altra, ad esempio lo stato di adattamento alla luce del paziente è determinante per distinguere l’ERG operato in condizioni fotopiche da quello in condizioni scotopiche.

1.5.1 Stato d’adattamento luminoso

Come già discusso nel paragrafo 1.2, la retina presenta due sistemi di recettori, bastoncelli e coni, indipendenti l’uno dall’altro: quello più sensibile alle particolari condizioni di luce in cui si trova la persona è quello che determina la visione. La visione mediata dai bastoncelli è molto sensibile a stimoli luminosi deboli nell’occhio adattato al buio, mentre, sotto illuminazione, satura e non risponde all’incremento o al decremento di intensità

⁸

. Al contrario, il sistema dei coni non è così sensibile, ma è caratterizzato dalla capacità di adattarsi alle grandi luminosità: è possibile perciò isolare la risposta dei coni andando a modificare le condizioni di adattamento, ossia fornendo un'illuminazione di background tale da far saturare il sistema di bastoncelli.

8 Hood, D. C. & Finkelstein, M. A., Handbook of perception and human performance, John Wiley and Sons (1986) [10].

(22)

Figura 1.16: Risposte ERG registrate con lo stesso stimolo luminoso durante adattamento alla luce (A) e dopo 30min di adattamento al buio (B) [2].

Nella figura 1.16 si può notare come l’ERG in condizione di adattamento alla luce è di piccola ampiezza, ma con cinetica molto veloce (tempo di picco di circa 30-32 ms). Lo stesso stimolo luminoso, applicato dopo che il soggetto è stato mantenuto al buio per circa 30 min, induce un ERG di ampiezza considerevolmente più grande (circa 4 volte) ma il tempo di picco dell’onda-b si alza fino a circa 60 ms. Questa risposta è comunque una risposta mista bastoncelli-coni, ma principalmente riflette l’attività dei bastoncelli poiché il contributo dei coni è considerevolmente più piccolo.

1.5.2 Intensità luminosa dello stimolo

Nella figura 1.17 sono indicate le risposte ERG, in adattamento scotopico, a stimoli luminosi che coprono una gamma di 5 unità logaritmiche di intensità.

Figura 1.17: Risposte ERG di un soggetto adattato al buio [2].

Con uno stimolo luminoso debole, l’ERG mostra solamente un’onda-b

positiva lenta e di piccola ampiezza, mentre, aumentando l’intensità,

oltre all’onda-b, di ampiezza superiore e più veloce, insorge anche

(23)

l’onda-a. Ad aumenti ulteriori di intensità, si riscontrano aumenti di ampiezza e cinetiche più veloci per entrambi i tipi di onde. Risulta chiaro come l’intensità dello stimolo luminoso sia determinante nella misura ERG ed è per questo che viene precisata nelle norme ISCEV

⁹

. 1.5.3 Temperatura colore dello stimolo luminoso

La Figura 1.18 mostra le curve spettrali di sensibilità della visione cono- mediata e della visione bastoncello-mediata nell’ uomo, evidenziando la maggior sensibilità dei bastoncelli rispetto ai coni:

Figura 1.18: Sensibilità spettrale della visione dei bastoncelli e dei coni [2].

Nella figura 1.19 successiva sono state riportate le risposte ERG di un paziente, adattato al buio, a stimoli blu e rossi.

Figura 1.19: Effetti del colore su risposte ERG nell’uomo. Risposte a stimoli luminosi di colore blu (A) e rosso (B) e loro comparazione [2].

9 ISCEV - International Society for Clinical Electrophisiology of Vision [11].

(24)

Lo stimolo blu induce solamente un ERG positivo lento del sistema dei bastoncelli (Figura 1.19 A), mentre lo stimolo rosso induce una risposta composta di due parti: un’onda veloce con picco a 30ms e un’onda lenta con picco a 100 ms (Figura 1.19 B). Questo risultato mette in evidenza ancora una volta le differenti curve di sensibilità dei coni e dei bastoncelli e la possibilità di distinguerli agendo sul colore dello stimolo, codificato dal CIE attraverso la temperatura colore

¹⁰

.

1.5.4 Frequenza dello stimolo luminoso

Un ulteriore metodo sperimentale per poter separare la visione bastoncello-mediata dalla visione cono-mediata è basato sulle differenze nelle proprietà temporali fra questi due sistemi visivi. Le misure della Frequenza Critica di Fusione (CFF), cioè la frequenza massima di stimolo che può essere percepita come intermittente, mostrano una CFF bassa nell’illuminazione debole, che aumenta con l’intensità dello stimolo fino a raggiungere una fase di plateau a circa 15 Hz. In caso di visione modulata dai coni invece, gli stimoli ad alta intensità possono essere percepiti fino alla frequenza di 50 Hz

^[2]

. Il rapporto fra il CFF-ERG e l’intensità dello stimolo mostra perciò una discontinuità, che contrassegna la transizione dalla visione dei bastoncelli alla visione dei coni. Per questo esiste il cosiddetto ERG-30 Hz, operato a diverse frequenze e volto ad evidenziare eventuali anomalie patologiche nei coni e nei bastoncelli.

Figura 1.20: Risposte ERG-30 Hz. La traccia bassa è stata ottenuta all’adattamento al buio, mentre le altre dopo adattamento di 30 min a luce bianca di intensità luminosa

indicata a destra [2].

10 Vedi Appendice A per la definizione.

(25)

Capitoolo 1 — Sistemma visivo ed elettroretinoografia

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(26)

Figura 1.22: Parametri ERG, mediati su 20 pazienti, per un range normale (N=20) in adattamento scotopico. Sono rappresentate la relazione delle ampiezze (A) e dei time-to-peak (B) dell’onda-a e dell’onda-b. (con l’intensità logaritmica dello stimolo)

(onda-a punti neri, onda-b punti rossi) [2].

Per stimoli luminosi deboli, l’ERG presenta soltanto l’onda-b (Figura 1.22 A), che aumenta di ampiezza con l’aumentare dell’intensità fino a raggiungere un plateau dopo circa 2 unità logaritmiche, intensità questa, a cui si manifesta anche l’onda-a. Entrambe le onde continuano ad aumentare successivamente.

Nella Figura 1.22 B è possibile osservare invece l’effetto dell’intensità dello stimolo sulla cinetica della risposta ERG: più luminoso è lo stimolo più veloce è la risposta ERG con time-to-peak di entrambe le onde inferiori.

Il rapporto tra ampiezza delle onde ERG ed intensità dello stimolo luminoso è stato studiato da Fulton e Rushton

¹²

che hanno ottenuto la relazione seguente.

12 Fulton, A. B. & Rushton, W. A. H. The human rod ERG: correlation with psychophysical responses in light and dark adaptation. Vision Research 18, 793-800 (1978) [12].

(27)

Dove V e V

_max

sono le ampiezze misurate con stimolo luminoso di intensità generica I e con stimolo massimo di saturazione rispettivamente. Il parametro s è la costante di semi-saturazione e rappresenta l’intensità dello stimolo necessaria per avere una risposta di ampiezza uguale alla metà dell’ampiezza massima.

Per stimoli molto deboli (I<<s), la precedente equazione si approssima in:

· Vale a dire, la relazione tra l’ampiezza V e l’intensità I diventa lineare con costante tramite la relazione V

_max

/s e quindi la costante di semi- saturazione s viene usata come misura della sensibilità agli stimoli luminosi.

I valori di V

_max

e s sono stati calcolati per soggetti sani in differenti condizioni per studiare i meccanismi retinici durante l’adattamento o lo sviluppo

^[12]

e, nei pazienti, forniscono sia una valutazione quantitativa della funzione retinica durante il progredire delle malattie retiniche e gli eventuali trattamenti medici, sia la natura progressiva o stazionaria della malattia.

1.6.2 Relazione onda-b/onda-a

L’analisi ERG, basata soltanto sulle misure di ampiezza, può portare a delle conclusioni errate se la pupilla non è dilatata al massimo, tant’è che lo scambio di informazioni tra laboratori in condizioni differenti di registrazione rappresenta una seria difficoltà nella comparazione dei risultati sperimentali. Una maniera per ovviare a questo tipo di inconveniente è stata suggerita da Perlman

¹³

: andando a valutare la relazione tra due ampiezze, in particolare tra l’onda-a e l’onda-b, si compie una misura relativa tra due grandezze rilevate nelle stesso laboratorio ed il risultato di misurazioni in condizioni differenti può essere perciò comparato. Questo tipo di misura assume una valenza diagnostica grazie alla conoscenza acquisita della fisiologia retinica e dell’origine delle onde ERG: ricordando infatti che l’onda-a riflette l’attività nei fotorecettori e che l’onda-b proviene dai neuroni

13 Perlman, Relationship between the amplitudes of the b-wave and the a-wave as a useful index for evaluating the electroretinogram. British Journal of Ophthalmology 67, 443-448, (1983) [13].

(28)

post-sinaptici, si può dedurre che una trasmissione tipica del segnale di una retina sana sarà espressa da un’altrettanto tipica relazione tra onda-b e onda-a. Se tracciamo un grafico dell’onda-b in funzione dell’onda-a otterremo una regione di funzionalità retinale normale:

Figura 1.23: Relazione tra ampiezza

dell’onda-a e dell’onda-b. Sono rappresentate la media (linea continua) e il range (linee tratteggiate). I punti di riferimenti (punti rossi e triangoli blu) rappresentano i dati registrati in soggetti normali in due laboratori diversi [2].

La Figura 1.23 rappresenta i dati raccolti con una sperimentazione su 20 soggetti sani, esaminati in condizioni scotopiche, con stimoli luminosi di varia intensità. Mostra la relazione tra onda-b ed onda-a, ricavato per ogni soggetto, la sua media (linea continua) ed il range di variazione, compreso tra le linee tratteggiate. I punti di riferimenti (cerchi rossi e triangoli blu) rappresentano i dati raccolti da due laboratori con elettrodi corneali differenti: tali punti si trovano all’interno del range di normalità e ciò indica una funzionalità retinica corretta.

Un’ ulteriore informazione diagnostica che questo tipo di analisi offre, se correlato alla misura delle ampiezze, è anche l’individuazione della sede dell’alterazione: se è localizzata solamente a livello dei fotorecettori, il rapporto tra le onde sarà espresso da un’anormale ampiezza dell’onda-a correlata ad una normale relazione onda-b/onda-a. Al contrario, un difetto nella trasmissione del segnale nello strato esterno retinale mostrerà un’anormale relazione onda-b/onda-a, ma le ampiezze delle

singole onde potrebbero persino essere aumentate.

(29)

1.7 Apparecchiature per ERG: stato dell’arte

Prima di passare alla fase di definizione delle specifiche di progetto, è stata compiuta una ricerca sulle apparecchiature biomedicali per ERG presenti sul mercato, volta ad approfondire sia le scelte tecnologiche che i vari produttori hanno adottato per la realizzazione dei loro elettroretinografi, sia le diverse funzionalità implementate di volta in volta.

In generale, si sono riscontrate due diverse direzioni di sviluppo:

- minimizzare le dimensioni dell’apparecchiatura riducendo il numero di funzionalità diagnostiche, ma raggiungendo la caratteristica di portabilità dell’intero sistema di misura.

- massimizzare il numero delle funzionalità diagnostiche offerte dall’apparecchiatura, senza considerare come specifica stringente le dimensioni dell’intero sistema di misura;

La scelta operata nello sviluppo del progetto è stata quella di ottenere un elettroretinografo portatile e quindi di inserirsi nella prima categoria di sviluppo, ma con un’importante caratteristica distintiva: la portabilità, offerta dagli elettroretinografi in commercio, in realtà non offre un vantaggio competitivo determinante rispetto a quelli di dimensioni superiori. Infatti, il sistema di acquisizione del segnale ERG risulta comunque costituito, nel suo front-end analogico, da elettrodi a contatto ed obbliga per questo all’utilizzo in anestesia locale all’interno di strutture ospedaliere ed ad opera di personale medico altamente specializzato.

Come vedremo in dettaglio nel prossimo capitolo, il sistema sviluppato si avvarrà invece di un elettrodo di misura non a contatto e ciò può rappresentare un effettivo vantaggio competitivo se abbinato alla portabilità.

A titolo esplicativo vengono qui riportati due esempi di eccellenza, uno

per ognuna delle precedenti due categorie, entrambi suddivisi in una

parte di acquisizione ed un’altra di stimolazione luminosa. Il primo

elettroretinografo è prodotto dalla Diagnosys di Lowell MA (USA),

mentre il secondo dalla LKC Technologies di Gaithersburg MD (USA).

(30)

Capitoolo 1 — Sistem

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(31)

1.7.2 EPIC-4000 (LKC Technologies)

¹⁵

Questa apparecchiatura, concepita per essere utilizzata in ambienti clinici ed in laboratori di sperimentazione, offre diverse unità, tutte dialoganti con un sistema di controllo centrale costituito da un PC.

Figura 1.25: Sistema completo EPIC-4000 [15].

Le caratteristiche principali sono:

- Due canali differenziali di registrazione, per l’acquisizione contemporanea del segnale ERG di entrambi gli occhi;

- Guadagno di amplificazione regolabile;

- Banda del filtraggio del segnale in ingresso regolabile;

- Compatibilità norme ISCEV;

- CMRR maggiore di 120 dB;

- Flash di stimolazione luminosa regolabile da 2.5 a 700 cd·s/m

²

; - Illuminazione di background regolabile da 30 a 500 cd/m

²

;

- Esecuzione di tutte le tipologie di esami elettrofisiologici normati ISCEV: ERG totale, EOG, VEP, PERG (grazie alla generazione di pattern di stimolazione visualizzabile da monitor) ecc.

Anche questo sistema di misura utilizza un modulo esterno di acquisizione analogico/digitale con elettrodi metallici a contatto di tipo commerciale e grado elettromedicale.

15 LKC Technologies [15].

(32)

Capitolo 2

DEFINIZIONE DEL PROGETTO

In questo capitolo verranno esposte le linee guida per il progetto da realizzare, partendo dall’illustrazione del nuovo sistema di misura con elettrodo non a contatto. Si prenderanno successivamente in considerazione i vincoli imposti dalla normativa ISCEV di riferimento per la realizzazione di apparecchiature ERG e si arriverà infine alla definizione dei requisiti di sistema sia della sezione di stimolazione luminosa, sia per la sezione di acquisizione A/D del segnale.

2.1 Misura non invasiva con elettrodo non a contatto

^[1]

Come accennato nel capitolo introduttivo, la metodologia classica di misura può essere sintetizzata come segue:

Figura 2.1: Metodologia classica di misura dell’ERG [1].

(33)

Capitoolo 2 — Definnizione del prrogetto

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(34)

Capitolo 2 — Definizione del progetto

superiore però, come per gli elettrodi corneali, si utilizzano generalmente gel speciali a bassa viscosità anti-allergici e anti-irritanti, associati ad una anestesia locale.

La nuova metodologia diminuisce notevolmente il grado di invasività, perché ricorre ad una camera stagna contente un liquido conduttore e l’elettrodo non risulta più a contatto diretto con i tessuti del paziente:

Figura 2.3: Metodologia di misura non invasiva dell’ERG[1].

L’elettrodo di misura non rileva il potenziale ERG direttamente sulla cornea, ma quello condotto dal liquido interposto tra l’occhio e l’elettrodo stesso. Per ottenere nella pratica un sistema capace di implementare questo metodo, la precedente ricerca [1] ha previsto l’utilizzo dei seguenti componenti principali:

- un paio di occhiali a tenuta stagna in plastica, con lenti ottiche frontali trasparenti e struttura anatomica flessibile, atta a contenere il liquido;

- un liquido conduttore elettrico ed otticamente trasparente, come una soluzione fisiologica salina ad esempio, da inserire nel volume delimitato dagli occhi e dalla superficie interna degli occhiali;

- un elettrodo di misura da immergere nel liquido conduttore,

evitando qualsiasi tipo di contatto con i tessuti oculari.

(35)

Capitoolo 2 — Definnizione del prrogetto

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(36)

Figura 2.5: Andamento del segnale ERG con elettrodo classico (A) e con elettrodo CT (B).

2.2 Obiettivi

Con il presente lavoro ci si è posti l’obiettivo di studiare una possibile implementazione di un intero sistema elettronico per elettroretinografia ad elettrodo CT, che fornisca una stimolazione luminosa controllata (per effettuare le varie tipologie di ERG) e che acquisisca il potenziale di risposta del paziente:

Figura 2.6: Sistema elettronico per elettroretinografia.

In rispetto alle modalità di misura illustrate nel paragrafo 2.1, i

sottosistemi di acquisizione e di stimolazione devono essere sincronizzati,

ovvero il sistema di acquisizione deve operare nel periodo di tempo in

cui avviene la stimolazione luminosa. Si rende necessaria perciò una

(37)

sezione che si occupi del controllo della sezione di acquisizione e della sezione di stimolazione luminosa.

Come già precisato nell’introduzione, per poter sfruttare appieno i vantaggi della nuova metodologia di misura, l’intero sistema dovrà essere portatile, per poter essere trasportato in una sede d’esame qualsiasi e dovrà avere capacità di comunicazione con PC, per offrire un’interfaccia user-friendly, eventualmente adattabile a richieste di modifiche da parte del personale medico. La scelta di utilizzare il PC per la visualizzazione e la memorizzazione dei dati acquisiti, oltre ad abbassare i costi rispetto ad una soluzione stand-alone, conferisce al sistema due ulteriori caratteristiche di rilievo:

- potenza di calcolo: una volta acquisito e convertito in digitale il segnale ERG, si rende possibile, semplicemente attraverso lo sviluppo del software di gestione su PC, un’alta capacità di elaborazione che va ben oltre alla sola valutazione delle ampiezze e degli implicit time citati nel capitolo 1;

- espandibilità: grazie alle possibilità di aggiornamento del firmware via PC, si possono sia ottimizzare le procedure di misurazione esistenti, ma anche aggiungerne di nuove variando la forma d’onda di stimolazione luminosa per eseguire qualsiasi tipologia di ERG a flash singolo.

2.3 Normativa per elettroretinografi

Prima di operare scelte progettuali, si è presa in considerazione la normativa vigente in campo di elettroretinografia. Per quanto riguarda gli standard specifici di realizzazione di sistemi elettronici per ERG si è fatto riferimento alle norme ISCEV [11], mentre, per quanto riguarda la sicurezza, alle norme CEI

¹⁷

per apparecchi elettromedicali.

2.3.1 Norme ISCEV

L’ISCEV rappresenta l’organo internazionale di maggior rilievo in campo di elettrofisiologia della visione. Si occupa di coordinare tutte le ricerche internazionali, pubblicando gli standard di riferimento ed i

17 CEI — Comitato Elettrotecnico Italiano [17].

(38)

protocolli clinici di ogni esame, in particolar modo, quello preso in considerazione con questo lavoro è stato il documento “Standard for clinical electroretinography” del 2004”

¹⁸

.

Tale documento è suddiviso in tre sezioni distinte:

- Tecnologie di base: standard sulla diffusione dello stimolo luminoso, sugli elettrodi, sulla sorgente luminosa e sulla calibrazione degli strumenti di stimolazione e misura.

- Protocolli clinici: standard di preparazione del paziente e modalità operative di esame.

- ERG specifici: standard riferiti a varianti specifiche dell’ERG, come l’ERG dei soli bastoncelli, l’ERG-30Hz ecc.

La misura ad elettrodo CT recepiva già gli standard riguardo le modalità di misura, perciò ci si è concentrati sui requisiti dei sistemi di stimolazione e di acquisizione.

Nel seguito vengono specificate le grandezze di interesse nel dimensionamento del sistema di stimolazione luminosa facendo riferimento ad una sorgente del tipo a Cupola Ganzfeld

¹⁹

. In Appendice A è possibile avere una descrizione geometrica di tale tipologia di stimolatore, così come approfondimenti sulla corrispondenza tra le grandezze radiometriche e quelle fotometriche presenti nella normativa.

Durata dello stimolo luminoso di 5 ms: il sistema visivo percepisce uno stimolo luminoso di durata “non istantanea” producendo una risposta elettrica proporzionale all’integrale nel tempo delle grandezze che caratterizzano l’intensità dello stimolo stesso. Con l’obiettivo quindi di operare un Standard-Flash ERG la durata deve essere molto inferiore alle costanti di integrazione dell’occhio, dipendenti dal percorso neuronale e in assoluto mai superiore ai 5 ms.

Spettro dello stimolo luminoso con temperatura colore equivalente di 7000°K: per avere una risposta massimizzata è conveniente utilizzare uno stimolo luminoso il più “bianco” possibile in modo da sollecitare tutte e tre le tipologie di coni con il loro contributo elettrico.

18 Marmor MF, Holder GE, Seeliger MW, Yamamoto S., Standard for clinical electroretinography (2004 update). Doc Ophthalmol (2004);108:107—114 [18].

19 Dal Tedesco “campo totale”. Vedi Appendice A.