BME 305 EEG: 4 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Elektroencefalogram (EEG) je zariadenie, ktoré sa používa na meranie elektrickej mozgovej aktivity subjektu. Tieto testy môžu byť veľmi užitočné pri diagnostike rôznych mozgových porúch. Pri pokuse o vytvorenie EEG existujú rôzne parametre, ktoré je potrebné mať na pamäti pred vytvorením pracovného obvodu. Jedna vec pri pokuse odčítať mozgovú aktivitu z pokožky hlavy je, že je tam veľmi malé napätie, ktoré sa dá skutočne prečítať. Normálny rozsah pre dospelú mozgovú vlnu je od asi 10 uV do 100 uV. Vzhľadom na také malé vstupné napätie bude potrebné veľké zosilnenie na celkovom výstupe obvodu, výhodne viac ako 10 000 -násobok vstupu. Ďalšou vecou, ktorú je potrebné mať na pamäti pri vytváraní EEG, je to, že typické vlny, ktoré náš výstup má, sa pohybujú od 1 Hz do 60 Hz. Aby sme to vedeli, budú musieť existovať rôzne filtre, ktoré budú zoslabovať akúkoľvek nechcenú frekvenciu mimo šírky pásma.

Zásoby

-LM741 operačný zosilňovač (4)

Odpor 8,2 kOhm (3)

-820 Ohm odpor (3)

-100 ohm odpor (3)

-15 kOhm odpor (3)

Odpor -27 kOhm (4)

-0,1 uF kondenzátor (3)

-100 uF kondenzátor (1)

-Breadboard (1)

-Arduino mikrokontrolér (1)

-9V batérie (2)

Krok 1: Zosilňovač prístrojov

Prvým krokom pri vytváraní EEG je vytvorenie vlastného prístrojového zosilňovača (INA), ktorý možno použiť na zachytenie dvoch rôznych signálov a na výstup zosilneného signálu. Inšpiráciou pre tento INA bol LT1101, ktorý je bežným prístrojovým zosilňovačom používaným na diferenciáciu signálov. Pomocou 2 svojich operačných zosilňovačov LM741 môžete vytvoriť INA pomocou rôznych pomerov uvedených v schéme zapojenia vyššie. Môžete však použiť variácie týchto pomerov a dosiahnuť rovnaký výkon, ak je pomer podobný. Pre tento obvod odporúčame použiť odpor 100 ohmov pre R, odpor 820 ohmov pre 9R a odpor 8,2 kOhm pre 90R. Pomocou 9V batérií budete môcť napájať operačné zosilňovače. Nastavením jednej 9V batérie na napájanie kolíka V+ a druhej 9V batérie na vstup 9 V do kolíka V. Tento prístrojový zosilňovač by vám mal poskytnúť zisk 100.

Krok 2: Filtrovanie

Pri zaznamenávaní biologických signálov je dôležité mať na pamäti rozsah, ktorý vás zaujíma, a potenciálne zdroje hluku. Vyriešiť to môžu filtre. Na tento účel sa na tento účel používa pásmový filter, za ktorým nasleduje aktívny zárezový filter. Prvá časť tejto fázy pozostáva z horného priepustného filtra a potom z dolného priepustného filtra. Hodnoty pre tento filter platia pre frekvenčný rozsah od 0,1 Hz do 55 Hz, ktorý obsahuje požadovaný frekvenčný rozsah signálu EEG. Slúži na odfiltrovanie signálov prichádzajúcich mimo rozsah požadovaných hodnôt. Po prechode pásma pred zárezový filter potom sedí sledovač napätia, aby sa zabezpečilo, že výstupné napätie do zárezového filtra má nízku impedanciu. Zárezový filter je nastavený tak, aby filtroval šum pri 60 Hz s redukciou signálu najmenej o -20 dB v dôsledku veľkého skreslenia šumu na jeho frekvencii. Nakoniec ďalší sledovateľ napätia na dokončenie tejto fázy.

Krok 3: Neinvertujúci operačný zosilňovač

Konečný stupeň tohto obvodu je tvorený neinvertujúcim zosilňovačom na zvýšenie filtrovaného signálu na rozsah 1-2 V so ziskom asi 99. Vzhľadom na veľmi malú silu vstupného signálu z mozgových vĺn je tento konečný stupeň potrebné na získanie výstupného tvaru vlny, ktorý je ľahko zobraziteľný a zrozumiteľný v porovnaní s potenciálnym okolitým hlukom. Je tiež potrebné poznamenať, že DC offset od neinvertujúcich zosilňovačov je normálny a mal by sa vziať do úvahy pri analýze a zobrazovaní konečného výstupu.

Krok 4: Analógovo -digitálna konverzia

Akonáhle je celý obvod hotový, analógový signál, ktorý sme zosilnili v celom obvode, je potrebné digitalizovať. Našťastie, ak používate mikrokontrolér arduino, už je v ňom zabudovaný analógovo -digitálny prevodník (ADC). Aby ste mohli svoj obvod reprodukovať na ktorýkoľvek zo šiestich analógových pinov zabudovaných v arduine, môžete na mikrokontrolér nakódovať osciloskop. V kóde uvedenom vyššie používame analógový kolík A0 na čítanie analógového tvaru vlny a jeho konverziu na digitálny výstup. Aby ste to mali aj lepšie čitateľné, mali by ste napätie previesť z rozsahu 0 - 1023, na rozsah 0V až 5V.