Validation of a wearable device for EOG and EEG

Wearable sensorized devices can be used as a support to healthcare, addressing its renovation and decentralization. In collaboration with L.I.F.E. Italia S.r.l., a setup of dry electrodes to be included in a sensorized head garment, namely a balaclava, able to acquire electrooculographic (EOG) and electroencephalographic (EEG) signals, was developed and validated; the final aim of the garment is to be used together with the other components of the company’s medical platform to perform polysomnographic (PSG) tests. The definition of the electrodes setup and the validation of the device were conducted in collaboration with the Department of Neuroscience, Rehabilitation, Ophthalmology, Genetics, Maternal and Child Sciences (DINOGMI) of the University of Genoa, as well as the Ospedale Policlinico San Martino of Genoa. The validation method involved the confrontation of the signals recorded by the prototype and the signals recorded by a gold standard electroencephalographer, property of the hospital. Nine adult, healthy, voluntary subjects were tested wearing both the devices at the same time, following a protocol that comprised EOG and EEG exercises. EOG and EEG data was analysed employing, respectively, a blink detection algorithm, optimized using data from a secondary dataset collected on 14 adult, healthy, voluntary subjects, and a confront of the relative powers of the alpha and theta waves of EEG. The resulting analysis offered a globally positive outcome: the EOG validation determined positive results, with sensitivity and positive predictivity values of 79.49% and 88.35%, results comparable to statistics found in literature; EEG validation resulted to be positive but at a preliminary stage, offering a better concordance when considering data from longer acquisitions, the occipital channel and related to alpha rhythm, especially in the subjects that reported to have fully relaxed. An ad hoc design for the garment and increasing the length of the acquisitions would improve the signal-to-noise ratio of the setup, and moreover longer acquisitions would increase the possibility for the subjects to relax adequately and to fall asleep.

I dispositivi indossabili sensorizzati possono essere utilizzati a supporto del settore sanitario, indirizzandone il rinnovamento e la decentralizzazione. In collaborazione con L.I.F.E. Italia S.r.l., è stato sviluppato e validato un setup di elettrodi dry da includere in un dispositivo sensorizzato da indossare sulla testa, nello specifico una balaclava, atto ad acquisire segnali elettrooculografici (EOG) ed elettroencefalografici (EEG); lo scopo finale dell’indumento è di essere utilizzato assieme agli altri componenti della piattaforma medicale dell’azienda per svolgere test polisonnografici (PSG). La definizione del setup di elettrodi e la validazione del dispositivo sono state condotte in collaborazione con il Dipartimento di Neuroscienze, Riabilitazione, Oftalmologia, Genetica e Scienze Materno-infantili (DINOGMI) dell’Università di Genova e all’Ospedale Policlinico San Martino di Genova. Il metodo di validazione comprende il confronto tra i segnali registrati dal prototipo e quelli registrati da un elettroencefalografo di riferimento, proprietà dell’ospedale. Nove soggetti adulti, sani e volontari sono stati testati indossando entrambi i dispositivi in contemporanea, seguendo un protocollo che comprendeva esercizi per l’EOG e l’EEG. I dati elettrooculografici ed elettroencefalografici sono stati analizzati impiegando, rispettivamente, un algoritmo di detezione dei blink, ottimizzato utilizzando dati raccolti su un dataset secondario di 14 soggetti adulti, sani e volontari, e il confronto tra le potenze relative delle onde cerebrali alfa e teta. L’analisi risultante ha offerto risultati globalmente positivi: la validazione EOG ha determinato risultati positivi, con valori di sensitività e predittività positiva del 79.49% e 88.35%, valori comparabili a statistiche di letteratura; la validazione EEG è risultata positiva in stadio preliminare, offrendo maggior concordanza quando sono stati considerati dati relativi ad acquisizioni più lunghe, al canale occipitale e relative al ritmo alfa, specialmente nei soggetti che hanno riferito di essersi rilassati totalmente. Un design ad-hoc del dispositivo e un aumento nella durata delle acquisizioni porterebbe ad un aumento del rapporto segnale-rumore del setup; inoltre acquisizioni più lunghe aumenterebbero la possibilità per i soggetti di rilassarsi adeguatamente e addormentarsi.