BME 305 EEG: 4 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (ΗΕΓ) είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ηλεκτρικής δραστηριότητας του εγκεφάλου ενός ατόμου. Αυτές οι δοκιμές μπορούν να είναι πολύ χρήσιμες στη διάγνωση διαφόρων διαταραχών του εγκεφάλου. Όταν προσπαθείτε να κάνετε ένα ΗΕΓ, υπάρχουν διαφορετικές παράμετροι που πρέπει να λάβετε υπόψη πριν δημιουργήσετε ένα κύκλωμα εργασίας. Ένα πράγμα στην προσπάθεια ανάγνωσης της εγκεφαλικής δραστηριότητας από το τριχωτό της κεφαλής είναι ότι υπάρχει μια πολύ μικρή τάση που μπορεί πραγματικά να διαβαστεί. Ένα φυσιολογικό εύρος για ένα εγκεφαλικό κύμα ενηλίκων είναι από περίπου 10 uV έως 100 uV. Λόγω μιας τόσο μικρής τάσης εισόδου, θα πρέπει να υπάρχει μεγάλη ενίσχυση στη συνολική έξοδο του κυκλώματος, κατά προτίμηση μεγαλύτερη από 10.000 φορές της εισόδου. Ένα άλλο πράγμα που πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά τη δημιουργία ενός ΗΕΓ είναι ότι τα τυπικά κύματα που εκπέμπουμε κυμαίνονται από 1 Hz έως 60 Hz. Γνωρίζοντας αυτό, θα πρέπει να υπάρχουν διαφορετικά φίλτρα που θα εξασθενήσουν οποιαδήποτε ανεπιθύμητη συχνότητα εκτός του εύρους ζώνης.

Προμήθειες

-LM741 λειτουργικός ενισχυτής (4)

-8,2 kOhm αντίσταση (3)

-820 Ohm αντίσταση (3)

-100 Ohm αντίσταση (3)

-Αντίσταση 15 kOhm (3)

Αντίσταση -27 kOhm (4)

-0,1 πυκνωτής uF (3)

-100 uF πυκνωτής (1)

-Breadboard (1)

Μικροελεγκτής Arduino (1)

-Μπαταρίες 9V (2)

Βήμα 1: Ενισχυτής οργάνων

Το πρώτο βήμα για τη δημιουργία ενός ΗΕΓ είναι η δημιουργία του δικού σας ενισχυτή οργάνων (INA) που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη δύο διαφορετικών σημάτων και την έξοδο ενός ενισχυμένου σήματος. Η έμπνευση για αυτό το INA προήλθε από το LT1101 που είναι ένας κοινός ενισχυτής οργάνων που χρησιμοποιείται για τη διαφοροποίηση σημάτων. Χρησιμοποιώντας 2 από τους λειτουργικούς ενισχυτές LM741, μπορείτε να δημιουργήσετε το INA χρησιμοποιώντας τις διάφορες αναλογίες που δίνονται στο παραπάνω διάγραμμα κυκλώματος. Μπορείτε, ωστόσο, να χρησιμοποιήσετε μια παραλλαγή αυτών των αναλογιών και να έχετε την ίδια έξοδο εάν ο λόγος είναι παρόμοιος. Για αυτό το κύκλωμα, σας προτείνουμε να χρησιμοποιήσετε αντίσταση 100 ohm για R, αντίσταση 820 ohm για 9R και αντίσταση 8,2 kOhm για 90R. Χρησιμοποιώντας τις μπαταρίες 9V, θα μπορείτε να τροφοδοτείτε τους ενισχυτές λειτουργίας. Ρυθμίζοντας τη μία μπαταρία 9V για τροφοδοσία του ακροδέκτη V+ και την άλλη μπαταρία 9V, έτσι ώστε να εισάγει -9V στον πείρο V. Αυτός ο ενισχυτής οργάνων θα σας δώσει κέρδος 100.

Βήμα 2: Φιλτράρισμα

Κατά την καταγραφή βιολογικών σημάτων, είναι σημαντικό να έχετε κατά νου το εύρος που σας ενδιαφέρει και τις πιθανές πηγές θορύβου. Τα φίλτρα μπορούν να βοηθήσουν στην επίλυση αυτού του προβλήματος. Για αυτό το σχέδιο κυκλώματος, χρησιμοποιείται ένα φίλτρο διέλευσης ζωνών ακολουθούμενο από ένα ενεργό φίλτρο εγκοπών για να επιτευχθεί αυτό. Το πρώτο μέρος αυτού του σταδίου αποτελείται από ένα φίλτρο υψηλής διέλευσης και στη συνέχεια ένα φίλτρο χαμηλής διέλευσης. Οι τιμές για αυτό το φίλτρο αφορούν μια περιοχή συχνοτήτων από 0,1Hz έως 55Hz, η οποία περιέχει το εύρος συχνοτήτων του σήματος EEG που μας ενδιαφέρει. Αυτό χρησιμεύει για το φιλτράρισμα των σημάτων που προέρχονται από το εύρος επιθυμιών. Στη συνέχεια, ένας ακόλουθος τάσης κάθεται αφού περάσει η ζώνη πριν από το φίλτρο εγκοπών για να διασφαλιστεί ότι η τάση εξόδου στο φίλτρο εγκοπής έχει χαμηλή σύνθετη αντίσταση. Το φίλτρο εγκοπής έχει ρυθμιστεί για να φιλτράρει θόρυβο στα 60Hz με τουλάχιστον -20dB μείωση του σήματος λόγω μεγάλης παραμόρφωσης θορύβου στη συχνότητά του. Τέλος ένας άλλος οπαδός τάσης για να ολοκληρώσει αυτό το στάδιο.

Βήμα 3: Μη αναστρέψιμος ενισχυτής λειτουργίας

Το τελικό στάδιο αυτού του κυκλώματος αποτελείται από έναν μη αναστρέψιμο ενισχυτή για την αύξηση του φιλτραρισμένου σήματος στην περιοχή 1-2V με κέρδος περίπου 99. Λόγω της πολύ μικρής ισχύος σήματος εισόδου από τα εγκεφαλικά κύματα, αυτό το τελικό στάδιο είναι απαιτείται για να αποδώσει μια κυματομορφή εξόδου που είναι εύκολο να εμφανιστεί και να κατανοηθεί σε σύγκριση με τον πιθανό θόρυβο του περιβάλλοντος. Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι η μετατόπιση DC από μη αναστρέψιμους ενισχυτές είναι φυσιολογική και πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την ανάλυση και την εμφάνιση της τελικής εξόδου.

Βήμα 4: Αναλογική προς ψηφιακή μετατροπή

Μόλις ολοκληρωθεί ολόκληρο το κύκλωμα, το αναλογικό σήμα που ενισχύσαμε σε όλο το κύκλωμα πρέπει να ψηφιοποιηθεί. Ευτυχώς, εάν χρησιμοποιείτε μικροελεγκτή arduino, υπάρχει ήδη ενσωματωμένος μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό (ADC). Έχοντας τη δυνατότητα να εξάγετε το κύκλωμά σας σε οποιαδήποτε από τις έξι αναλογικές ακίδες που είναι ενσωματωμένες στο arduino, μπορείτε να κωδικοποιήσετε έναν παλμογράφο στον μικροελεγκτή. Στον κωδικό που φαίνεται παραπάνω, χρησιμοποιούμε τον αναλογικό πείρο A0 για να διαβάσουμε την αναλογική κυματομορφή και να τη μετατρέψουμε σε ψηφιακή έξοδο. Επίσης, για να διευκολύνετε την ανάγνωση των πραγμάτων, θα πρέπει να μετατρέψετε την τάση από εύρος 0 - 1023, σε εύρος 0V σε 5V.