BME 305 EEG: 4 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Elektroencefalogram (EEG) je zařízení, které se používá k měření elektrické mozkové aktivity subjektu. Tyto testy mohou být velmi užitečné při diagnostice různých mozkových poruch. Při pokusu o vytvoření EEG existují různé parametry, které je třeba mít na paměti před vytvořením pracovního obvodu. Jedna věc při pokusu o čtení mozkové aktivity z pokožky hlavy je, že existuje velmi malé napětí, které lze skutečně přečíst. Normální rozsah pro dospělou mozkovou vlnu je od asi 10 uV do 100 uV. Vzhledem k tak malému vstupnímu napětí bude muset být na celkovém výstupu obvodu velké zesílení, s výhodou větší než 10 000krát větší než vstup. Další věc, kterou je třeba mít na paměti při vytváření EEG, je, že typické vlny, které naše výstupy se pohybují od 1 Hz do 60 Hz. S vědomím toho budou muset existovat různé filtry, které budou tlumit nežádoucí frekvenci mimo šířku pásma.

Zásoby

-LM741 operační zesilovač (4)

-8,2 kOhm odpor (3)

-820 Ohm rezistor (3)

-100 ohmový odpor (3)

-15 kOhm odpor (3)

-27 kOhm odpor (4)

-0,1 uF kondenzátor (3)

-100 uF kondenzátor (1)

-prkénko (1)

-Arduino mikrokontrolér (1)

-9V baterie (2)

Krok 1: Zesilovač instrumentace

Prvním krokem při vytváření EEG je vytvoření vlastního zesilovače instrumentace (INA), který lze použít k zachycení dvou různých signálů a výstupu zesíleného signálu. Inspirací pro tento INA byl LT1101, což je běžný přístrojový zesilovač používaný k diferenciaci signálů. Pomocí 2 vašich operačních zesilovačů LM741 můžete vytvořit INA pomocí různých poměrů uvedených ve schématu zapojení výše. Můžete však použít obměnu těchto poměrů a stále získat stejný výkon, pokud je poměr podobný. Pro tento obvod doporučujeme použít odpor 100 ohmů pro R, odpor 820 ohmů pro 9R a odpor 8,2 kOhm pro 90R. Pomocí 9V baterií budete moci napájet operační zesilovače. Nastavením jedné 9V baterie pro napájení kolíku V+ a druhé 9V baterie tak, aby vstupovala -9V do V -kolíku. Tento přístrojový zesilovač by vám měl poskytnout zisk 100.

Krok 2: Filtrování

Při záznamu biologických signálů je důležité mít na paměti rozsah, který vás zajímá, a potenciální zdroje hluku. Vyřešit to mohou filtry. Pro tento návrh obvodu se k tomu používá pásmový filtr následovaný aktivním zářezovým filtrem. První část této fáze se skládá z horního a dolního filtru. Hodnoty pro tento filtr platí pro frekvenční rozsah od 0,1 Hz do 55 Hz, který obsahuje požadovaný frekvenční rozsah signálu EEG. Slouží k odfiltrování signálů přicházejících mimo rozsah přání. Po průchodu pásma před zářezovým filtrem pak sedí sledovač napětí, aby bylo zajištěno, že výstupní napětí do zářezového filtru má nízkou impedanci. Zářezový filtr je nastaven tak, aby filtroval šum na 60 Hz s alespoň -20 dB snížením signálu kvůli velkému zkreslení šumu na jeho frekvenci. Konečně další sledovač napětí k dokončení této fáze.

Krok 3: Neinvertující operační zesilovač

Konečný stupeň tohoto obvodu je tvořen neinvertujícím zesilovačem, který zvyšuje filtrovaný signál na rozsah 1–2 V se ziskem přibližně 99. Vzhledem k velmi malé síle vstupního signálu z mozkových vln je tento konečný stupeň potřebné k získání výstupní křivky, kterou lze snadno zobrazit a pochopit ve srovnání s potenciálním okolním hlukem. Je třeba také poznamenat, že DC offset od neinvertujících zesilovačů je normální a měl by být vzat v úvahu při analýze a zobrazení konečného výstupu.

Krok 4: Analogově digitální převod

Jakmile je celý obvod hotový, je třeba digitalizovat analogový signál, který jsme v celém obvodu zesílili. Naštěstí, pokud používáte mikrokontrolér arduino, již existuje vestavěný převodník analogového signálu na digitální (ADC). Díky možnosti výstupu vašeho obvodu na jakýkoli ze šesti analogových pinů zabudovaných v arduinu můžete kódovat osciloskop na mikrokontrolér. Ve výše uvedeném kódu používáme analogový pin A0 ke čtení analogového průběhu a jeho převodu na digitální výstup. Aby se věci lépe četly, měli byste také převést napětí z rozsahu 0 - 1023 na rozsah 0V až 5V.