BME 305 EEG: 4 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Elektroencefalogram (EEG) to urządzenie, które służy do pomiaru elektrycznej aktywności mózgu podmiotu. Testy te mogą być bardzo przydatne w diagnozowaniu różnych zaburzeń mózgu. Próbując wykonać EEG, przed utworzeniem działającego obwodu należy pamiętać o różnych parametrach. Jedną z rzeczy związanych z odczytywaniem aktywności mózgu ze skóry głowy jest to, że istnieje bardzo małe napięcie, które można odczytać. Normalny zakres dla fali mózgowej osoby dorosłej wynosi od około 10 uV do 100 uV. Z powodu tak małego napięcia wejściowego konieczne będzie duże wzmocnienie na całkowitym wyjściu układu, korzystnie większe niż 10 000 razy na wejściu. Inną rzeczą, o której należy pamiętać podczas tworzenia EEG, jest to, że typowe fale, które wytwarzamy, wahają się od 1 Hz do 60 Hz. Wiedząc o tym, potrzebne będą różne filtry, które wytłumią wszelkie niepożądane częstotliwości poza pasmem.

Kieszonkowe dzieci

-wzmacniacz operacyjny LM741 (4)

Rezystor -8,2 kΩ (3)

-820 omów rezystor (3)

Rezystor -100 Ohm (3)

opornik -15 kOhm (3)

Rezystor -27 kOhm (4)

-0,1 uF kondensator (3)

-100 uF kondensator (1)

-Płytka do krojenia chleba (1)

-Mikrokontroler Arduino (1)

-9V baterie (2)

Krok 1: Wzmacniacz oprzyrządowania

Pierwszym krokiem w tworzeniu EEG jest stworzenie własnego wzmacniacza oprzyrządowania (INA), który może być używany do przyjmowania dwóch różnych sygnałów i wyprowadzania wzmocnionego sygnału. Inspiracją dla tej INA był LT1101, który jest powszechnym wzmacniaczem instrumentacyjnym używanym do różnicowania sygnałów. Używając 2 wzmacniaczy operacyjnych LM741, możesz stworzyć INA przy użyciu różnych współczynników podanych na schemacie powyżej. Możesz jednak użyć odmiany tych proporcji i nadal uzyskać ten sam wynik, jeśli stosunek jest podobny. W przypadku tego obwodu sugerujemy użycie rezystora 100 omów dla R, 820 omów dla 9R i 8,2 kOhm dla 90R. Używając baterii 9V będziesz mógł zasilać wzmacniacze operacyjne. Konfigurując jedną baterię 9V do zasilania pinu V+, a drugą baterię 9V tak, aby wprowadzała -9V do pinu V-. Ten wzmacniacz oprzyrządowania powinien dawać wzmocnienie 100.

Krok 2: Filtrowanie

Podczas rejestrowania sygnałów biologicznych należy pamiętać o interesującym nas zakresie i potencjalnych źródłach hałasu. Filtry mogą pomóc w rozwiązaniu tego problemu. W przypadku tego projektu obwodu, aby to osiągnąć, stosuje się filtr pasmowy, po którym następuje aktywny filtr wycinający. Pierwsza część tego etapu składa się z filtra górnoprzepustowego, a następnie filtra dolnoprzepustowego. Wartości dla tego filtra dotyczą zakresu częstotliwości od 0,1 Hz do 55 Hz, który zawiera interesujący zakres częstotliwości sygnału EEG. Służy to odfiltrowaniu sygnałów pochodzących spoza zakresu pożądania. Wtórnik napięcia znajduje się następnie po przejściu pasmowym przed filtrem wycinającym, aby zapewnić, że napięcie wyjściowe do filtru wycinającego ma niską impedancję. Filtr wycinający jest ustawiony na filtrowanie szumu przy 60 Hz z co najmniej -20dB redukcją sygnału z powodu dużego zniekształcenia szumu na jego częstotliwości. Wreszcie kolejny wtórnik napięciowy, aby zakończyć ten etap.

Krok 3: Nieodwracający wzmacniacz operacyjny

Ostatni etap tego obwodu składa się z nieodwracającego wzmacniacza, który zwiększa filtrowany sygnał do zakresu 1-2 V ze wzmocnieniem około 99. Ze względu na bardzo małą siłę sygnału wejściowego z fal mózgowych, ten ostatni etap jest potrzebne do uzyskania kształtu fali wyjściowej, który jest łatwy do wyświetlenia i zrozumienia w porównaniu z potencjalnym hałasem otoczenia. Należy również zauważyć, że przesunięcie DC ze wzmacniaczy nieodwracających jest normalne i powinno być brane pod uwagę podczas analizy i wyświetlania końcowego sygnału wyjściowego.

Krok 4: Konwersja analogowo-cyfrowa

Po zakończeniu całego obwodu sygnał analogowy, który wzmocniliśmy w całym obwodzie, musi zostać zdigitalizowany. Na szczęście, jeśli używasz mikrokontrolera arduino, jest już wbudowany przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC). Będąc w stanie wyprowadzić obwód do dowolnego z sześciu analogowych pinów wbudowanych w arduino, możesz zakodować oscyloskop na mikrokontrolerze. W powyższym kodzie używamy pinu analogowego A0 do odczytania przebiegu analogowego i przekształcenia go na wyjście cyfrowe. Ponadto, aby ułatwić odczytywanie, należy przekonwertować napięcie z zakresu 0-1023 na zakres od 0V do 5V.