Modifica di Elettromiografia (sezione)

===Amplificazione Differenziale e CMRR===
[[File:Opamppinouts.png|thumb|'''Figura 2:''' Simbolo dell'amplificatore operazionale. Gli ingressi invertente e non invertente sono distinti da "−" e "+" posti nel triangolo dell'amplificatore. V<sub>s+</sub> e V<sub>s−</sub> sono le tensioni di alimentazione; spesso sono omesse dal diagramma per semplicità ma devono essere presenti nel circuito reale.]]

Come accennato in precedenza, il problema del rumore a 50 Hz è potenzialmente un inconveniente piuttosto difficile da eliminare. La tecnica universalmente adottata per affrontare questo problema parte dal concetto che tale rumore dovrebbe essere lo stesso in tutti i punti del corpo, mentre il segnale bioelettrico da acquisire negli stessi punti deve essere diverso. Pertanto, viene utilizzato un amplificatore differenziale. Questo può essere pensato come costituito da due amplificatori identici i cui segnali di uscita vengono sottratti l'uno dall'altro da un modulo di sottrazione appropriato. Se il segnale disturbante è lo stesso in entrambi gli ingressi, verrà annullato all'uscita dal sottrattore, mentre il segnale utile, che è diverso in entrambi gli ingressi, verrà amplificato in modo cosiddetto differenziale. Il segnale disturbante che è lo stesso in entrambi gli ingressi è anche chiamato segnale "in modalità comune". Qualsiasi segnale generato lontano dal corpo ha un'alta probabilità di essere visto come un segnale in modalità comune.

segnale, mentre tutti i segnali generati vicino o all'interno del corpo saranno segnali "differenziali". Pertanto, il rumore generato dall'induzione elettromagnetica dalle linee elettriche a 50 Hz sarà attivamente cancellato dalla registrazione finale del segnale sEMG. Chiaramente, questa spiegazione richiede la disponibilità di sottrattori altamente accurati, poiché il segnale in modalità comune può essere migliaia di volte più grande del segnale differenziale. In pratica, una sottrazione perfetta non può mai essere raggiunta, solo approssimata a vari gradi di qualità. L'accuratezza con cui il sottrattore esegue la differenza dei segnali dai due ingressi può essere espressa numericamente dal parametro CMRR dell'amplificatore. Il CMRR è il "rapporto di reiezione in modalità comune" e rappresenta il rapporto tra l'amplificazione del segnale differenziale e l'amplificazione del segnale in modalità comune (che è molto bassa e tende a zero a causa del sottrattore). Pertanto, un sottrattore perfetto e ideale avrà un CMRR pari a infinito. In pratica, i valori di CMRR variano da 90 a 120 dB (la misura è espressa in dB come 20 volte il logaritmo in base 10 del rapporto sopra indicato).<ref>Wang Yang. [https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/1846/1/012034/pdf A New Type of Right-leg-drive Circuit ECG Amplifier Using New Operational Amplifier.] Journal of Physics: Conference Series '''1846''' (2021) 012034 doi:10.1088/1742-6596/1846/1/012034</ref><ref>Bruce B. Winter; John G. Webster. [https://ieeexplore.ieee.org/document/4121504/authors#authors Driven-right-leg circuit design]. Journals & Magazines IEEE Transactions on Biomedic..Volume: BME-30 Issue: 1</ref>

Per quanto possa sembrare strano, ci sono almeno tre ragioni per cui non è pratico avere un CMRR molto alto: la prima è che gli amplificatori con CMRR estremamente alto tendono ad essere eccessivamente costosi; la seconda è che tali amplificatori sono sempre meno stabili e affidabili a lungo termine man mano che il valore del CMRR aumenta; e la terza è che i segnali in modalità comune non sono necessariamente in modalità comune in senso assoluto, poiché possono avere piccole variazioni di fase o ampiezza che compromettono il miglior CMRR. Inoltre, alterazioni o asimmetrie negli elettrodi possono avere effetti drammatici nel ridurre il CMRR complessivo di un amplificatore che altrimenti sarebbe di buona qualità. (Fig. 2)

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====Impedenza di Ingresso====
L'impedenza di un circuito in cui fluiscono correnti alternate (cioè correnti che non hanno sempre la stessa direzione e intensità nel tempo) è l'equivalente della resistenza per i circuiti a corrente continua. La differenza è che l'impedenza varia con la frequenza delle correnti, e quindi si ottiene generalmente un effetto di filtraggio, per cui certi segnali a una particolare frequenza possono essere registrati con maggiore o minore intensità a seconda dell'impedenza dei circuiti (tipicamente elettrodi e cavi) attraverso cui passano.

In particolare, per evitare attenuazioni e distorsioni indesiderate, l'impedenza della pelle e dell'elettrodo deve essere il più bassa possibile.

 possibile, mentre l'impedenza di ingresso dell'amplificatore deve essere il più alta possibile, in modo che la corrente prelevata dal generatore biologico che scorre attraverso i circuiti esterni sia minimizzata. I circuiti elettronici moderni permettono la creazione di amplificatori con impedenze di ingresso che raggiungono fino a 10<sup>15</sup> ohm, con una capacità di ingresso dell'ordine di pochi picofarad. Considerando che la tensione del segnale sEMG di superficie è dell'ordine di 10 mV, con un'impedenza di 10<sup>15</sup> ohm, la corrente negli elettrodi e nell'amplificatore è minuscola, ammontando a solo poche migliaia di elettroni (!) al secondo. Tuttavia, non è solo il valore assoluto della corrente di ingresso nell'amplificatore che conta: anche l'equilibrio delle correnti in tutti i circuiti degli elettrodi è altamente importante. Questo richiede non solo un'attenta progettazione dell'amplificatore, ma anche tecniche di misurazione precise.

====Progettazione e Uso degli "Elettrodi Attivi"====
La necessità di un'impedenza di ingresso molto alta degli amplificatori introduce un problema noto come accoppiamento capacitivo agli ingressi.

Infatti, con un'impedenza di ingresso molto alta, anche la piccola capacità tra i cavi degli elettrodi e i fili di distribuzione elettrica della rete di alimentazione non può più essere ignorata. La soluzione a questo problema comporta la riduzione della lunghezza dei cavi degli elettrodi o lo spostamento dell'amplificatore il più vicino possibile agli elettrodi. Così vicino, infatti, che viene incorporato nell'elettrodo stesso, creando così un "elettrodo attivo." Il segnale già pre-amplificato viene quindi inviato allo strumento attraverso cavi a bassa impedenza, completamente immuni al problema sopra menzionato.

====Filtraggio====
Anche con le considerazioni sopra menzionate e i metodi più scrupolosi, il segnale sEMG può ancora essere contaminato da segnali indesiderati che possono essere eliminati utilizzando varie tecniche di filtraggio. Queste tecniche si basano su circuiti (o programmi software nel caso di filtri digitali) che permettono ai segnali utili di passare quasi inalterati mentre attenuano fortemente il rumore o altri segnali indesiderati. Per il segnale sEMG, i filtri possono far passare segnali nella banda da 20 a 500 Hz, con un'attenuazione fuori banda che diminuisce di 12 dB/ottava, significando una riduzione di 12 dB per ogni raddoppio o dimezzamento della frequenza oltre i limiti minimo e massimo.

''Stabilità degli Elettrodi''

La stabilità degli elettrodi si riferisce alla stabilità meccanica, elettrica ed elettrochimica. La stabilità meccanica è già stata discussa. La stabilità elettrica ed elettrochimica sono legate al progresso della reazione redox che avviene al contatto dell'elettrodo con la pelle e alle caratteristiche elettriche della pelle. I problemi possono solitamente sorgere da cambiamenti anomali nello stato di idratazione dell'elettrodo, come l'essiccazione o l'umidità eccessiva dovuta al sudore, per esempio.<ref>J.V. Basmajian and C.J. De Luca, ''Muscles Alive. Their Functions Revealed by Electromyography'', quinta edizione (Williams and Wilkins, Baltimore, 1985).</ref>