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A meshless method for solving the EEG forward problem.

Laboratorio de Electrónica Industrial, Control e Instrumentación, Departamento de Electrotecnia, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de La Plata, CC 91, 1900 La Plata, Argentina.
IEEE Transactions on Biomedical Engineering (Impact Factor: 2.35). 03/2005; 52(2):249-57. DOI: 10.1109/TBME.2004.840499
Source: IEEE Xplore

ABSTRACT We present a numerical method to solve the quasistatic Maxwell equations and compute the electroencephalography (EEG) forward problem solution. More generally, we develop a computationally efficient method to obtain the electric potential distribution generated by a source of electric activity inside a three-dimensional body of arbitrary shape and layers of different electric conductivities. The method needs only a set of nodes on the surface and inside the head, but not a mesh connecting the nodes. This represents an advantage over traditional methods like boundary elements or finite elements since the generation of the mesh is typically computationally intensive. The performance of the proposed method is compared with the boundary element method (BEM) by numerically solving some EEG forward problems examples. For a large number of nodes and the same precision, our method has lower computational load than BEM due to a faster convergence rate and to the sparsity of the linear system to be solved.

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    ABSTRACT: 1 DIEET, 2 DICGIM Università degli Studi di Palermo, viale delle Scienze, 90128 Palermo guido.ala@unipa.it, p.buccheri@unipa.it, diblasi@dinfo.unipa.it, e.francomano@unipa.it, a.tortorici@unipa.it ET2011, Università di Bologna, 15-17 giugno 2011 Quando il cervello elabora una informazione, una piccola quantità di carica attraversa i neuroni; le debolissime correnti associate a tale attività generano campi elettrici e magnetici normalmente rappresentabili attraverso l'approssimazione quasi stazionaria. I suddetti campi possono essere opportunamente misurati e utilizzati per una comprensione più accurata dei processi di funzionamento del cervello. Inoltre, i dati raccolti in modo non invasivo, in presenza di opportune stimolazioni esterne possono essere utilizzati per tracciare un'immagine dell'encefalo a scopo radiologico. Tra le tecniche non invasive utilizzate nella neurologia diagnostica si distinguono la MagnetoEncefaloGrafia (MEG) e l'ElettroEncefaloGrafia (EEG): esse si basano sulla misurazione dell'induzione magnetica e del campo elettrico prodotti dalla normale attività dell'encefalo. Le due tecniche citate consentono una ricostruzione approssimata delle correnti cerebrali: a partire da tali dati si possono poi ottenere informazioni sulla fisiologia cerebrale e su alcune patologie, rilevanti per la loro gravità e per la diffusione epidemiologica che le caratterizza. L'idea di base della MEG è quella di utilizzare i dati raccolti per mezzo di una schiera di SQUID (Superconducting QUantum Interference Device), per ottenere informazioni sulla fisiologia cerebrale e su alcune patologie. A tal fine, è necessario poter ricostruire la posizione e l'intensità delle correnti neuronali che hanno prodotto la distribuzione di induzione misurata. Si tratta quindi di un tipico problema inverso, ancora largamente dibattuto nella letteratura scientifica internazionale.
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    Atti del II Convegno Nazionale ICEMB - Interazioni tra campi elettromagnetici e biosistemi; 01/2012
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    ABSTRACT: Volume integral equations (VIEs) are indispensable for solving inhomogeneous or anisotropic electromagnetic (EM) problems by integral equation approach. The solution of VIEs strongly relies on the discretization of volume integral domains, and tetrahedral elements in discretization are usually preferred for arbitrary geometric shapes. Unlike discretizing a surface domain, discretizing a volume domain is very inconvenient in practice, and special commercial software is needed in general even for a simple and regular geometry. To release the burden of descretizing volume domains, especially to remove the constraint of mesh conformity in the traditional method of moments (MoM), we propose a novel meshfree scheme for solving VIEs in this paper. The scheme is based on the transformation of volume integrals into boundary integrals through the Green-Gauss theorem when integral kernels are regularized by excluding a small cylinder enclosing the observation node. The original integral domain represented by the object is also expanded to a cylindrical domain circumscribing the object to facilitate the evaluation of boundary integrals. The singular integrals over the small cylinder are specially handled with singularity subtraction techniques. Numerical examples for EM scattering by inhomogeneous or anisotropic objects are presented to illustrate the scheme, and good results are observed.
    IEEE Transactions on Antennas and Propagation 09/2012; 60(9):4249-4258. · 2.33 Impact Factor

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May 20, 2014