Un artefatto nei biosegnali è una componente indesiderata che compare nella misura ma non rappresenta il fenomeno fisiologico di interesse. A differenza del rumore puramente casuale, un artefatto ha spesso una causa riconoscibile: movimento dell’elettrodo, contrazione muscolare, battito di ciglia, deriva del contatto pelle-elettrodo, interferenza di rete o saturazione dello stadio di acquisizione.
La distinzione è importante perché non tutti gli artefatti si eliminano bene con un filtro. Se l’artefatto si sovrappone in frequenza al segnale utile, un filtraggio aggressivo può peggiorare la qualità diagnostica o alterare i parametri estratti.
| Artefatto | Origine tipica | Effetto sul segnale | Intervento preferibile |
|---|---|---|---|
| deriva della linea di base | impedenza elettrodo-pelle, respiro, movimento lento | spostamento lento del tracciato | elettrodi stabili, passa-alto prudente |
| interferenza di rete | accoppiamento a 50 Hz o 60 Hz | sinusoidale sovrapposta | CMRR, schermatura, notch stretto se necessario |
| artefatto muscolare | attività EMG non desiderata | componenti ad alta frequenza | posizionamento, rilassamento, filtraggio contestuale |
| artefatto oculare | blink e movimenti oculari | grandi onde lente in EEG | canali di riferimento, regressione o rimozione componenti |
| saturazione | guadagno eccessivo o offset elevato | clipping e perdita informativa | riduzione guadagno, controllo offset, range ADC adeguato |
Valutazione spettrale
Un modo operativo per studiare un artefatto è confrontare la sua banda con quella del biosegnale utile. Se x(t) è il segnale misurato:
dove s(t) è il contributo fisiologico utile, a(t) l’artefatto e n(t) il rumore residuo. Il filtraggio dei biosegnali è efficace quando le bande di s(t) e a(t) sono sufficientemente separate.
Se invece le bande si sovrappongono, occorrono strategie più selettive: canali di riferimento, rimozione di componenti, medie sincronizzate, algoritmi adattativi o scarto controllato dei tratti contaminati.
Criteri di progetto
La prima difesa è sempre la qualità dell’acquisizione: elettrodi puliti e stabili, basso rumore, alto rapporto di reiezione di modo comune, cavi corretti, schermatura e protezione del paziente. Il filtro corregge il residuo, ma non deve mascherare un front-end progettato male.
Nel caso dell’elettroencefalografia, per esempio, un blink può essere molto più grande dell’attività corticale e occupare frequenze basse; eliminarlo con un semplice passa-alto può rimuovere anche informazione fisiologica. Nell’elettrocardiogramma, invece, un passa-alto troppo alto può deformare il tratto ST. Nell’elettromiografia un notch largo a 50 Hz può cancellare parte del contenuto utile.
Errori comuni: chiamare “rumore” qualunque anomalia del tracciato, filtrare senza guardare la banda del segnale utile, applicare lo stesso preset a ECG, EEG ed EMG, oppure eliminare campioni saturi come se fossero solo disturbi reversibili. Quando il segnale è saturato, l’informazione è persa e non può essere recuperata con un filtro digitale.
Vedi anche: Interferenza di rete, Filtro notch, Aliasing.