BME 305 EEG: 4 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Et elektroencefalogram (EEG) er en enhet som brukes til å måle den elektriske hjerneaktiviteten til et motiv. Disse testene kan være svært nyttige for å diagnostisere forskjellige hjernesykdommer. Når du prøver å lage en EEG, er det forskjellige parametere du må huske på før du oppretter en arbeidskrets. En ting med å prøve å lese hjerneaktivitet fra hodebunnen er at det er en veldig liten spenning som faktisk kan leses. Et normalt område for en voksen hjernebølge er fra omtrent 10 uV til 100 uV. På grunn av en så liten inngangsspenning, må det være en stor forsterkning ved den totale utgangen til kretsen, fortrinnsvis større enn 10 000 ganger inngangen. En annen ting du må huske på når du lager et EEG, er at de typiske bølgene som vi sendte, varierer fra 1 Hz til 60 Hz. Når man vet dette, må det være forskjellige filtre som demper uønsket frekvens utenfor båndbredden.

Rekvisita

-LM741 operasjonsforsterker (4)

-8,2 kOhm motstand (3)

-820 Ohm motstand (3)

-100 Ohm motstand (3)

-15 kOhm motstand (3)

-27 kOhm motstand (4)

-0,1 uF kondensator (3)

-100 uF kondensator (1)

-Brettbrett (1)

-Arduino mikrokontroller (1)

-9V batterier (2)

Trinn 1: Instrumentasjonsforsterker

Det første trinnet i å lage et EEG er å lage din egen instrumenteringsforsterker (INA) som kan brukes til å ta inn to forskjellige signaler og sende ut et forsterket signal. Inspirasjonen for denne INA kom fra LT1101, som er en vanlig instrumenteringsforsterker som brukes til å differensiere signaler. Ved å bruke 2 av dine LM741 operasjonsforsterkere kan du lage INA ved hjelp av de forskjellige forholdene gitt i kretsdiagrammet ovenfor. Du kan imidlertid bruke en variasjon av disse forholdene, og fremdeles få samme utgang hvis forholdet er likt. For denne kretsen foreslår vi at du bruker en 100 ohm motstand for R, 820 ohm motstand for 9R og 8,2 kOhm motstand for 90R. Ved å bruke 9V -batteriene dine vil du kunne drive de operative forsterkerne. Ved å sette opp ett 9V -batteri for å drive V+ -pinnen, og det andre 9V -batteriet slik at det legger inn -9V i V -pinnen. Denne instrumenteringsforsterkeren bør gi deg en gevinst på 100.

Trinn 2: Filtrering

Når du registrerer biologiske signaler, er det viktig å huske på området du er interessert i og potensielle støykilder. Filtre kan hjelpe deg med å løse dette. For denne kretsutformingen brukes et båndpassfilter etterfulgt av et aktivt hakkfilter for å oppnå dette. Den første delen av dette stadiet består av et høypassfilter og deretter et lavpassfilter. Verdiene for dette filteret er for et frekvensområde fra 0,1 Hz til 55 Hz, som inneholder EEG -signalfrekvensområdet av interesse. Dette tjener til å filtrere ut signaler som kommer fra utenfor ønsket rekkevidde. En spenningsfølger sitter deretter etter båndpasset før hakkfilteret for å sikre at utgangsspenningen til hakkfilteret har lav impedans. Hakkfilteret er konfigurert til å filtrere støy ved 60Hz med minst en -20dB reduksjon i signalet på grunn av stor støyforvrengning ved frekvensen. Endelig en annen spenningsfølger for å fullføre dette stadiet.

Trinn 3: Ikke-inverterende operasjonsforsterker

Det siste trinnet i denne kretsen består av en ikke-inverterende forsterker for å øke det filtrerte signalet til 1-2V-området med en forsterkning på omtrent 99. På grunn av den svært lille inngangssignalstyrken fra hjernebølgene, er dette siste trinnet nødvendig for å gi en utgangsbølgeform som er lett å vise og forstå i forhold til potensiell omgivelsesstøy. Det bør også bemerkes at en DC-forskyvning fra ikke-inverterende forsterkere er normal og bør tas i betraktning når du analyserer og viser den endelige utgangen.

Trinn 4: Analog til digital konvertering

Når hele kretsen er ferdig, må det analoge signalet som vi forsterket gjennom kretsen digitaliseres. Heldigvis, hvis du bruker en arduino mikrokontroller, er det allerede en innebygd analog til digital omformer (ADC). Når du kan sende ut kretsen til en av de seks analoge pinnene som er innebygd i arduinoen, kan du kode et oscilloskop på mikrokontrolleren. I koden vist ovenfor bruker vi den analoge A0 -pinnen til å lese den analoge bølgeformen og konvertere den til en digital utgang. For å gjøre det lettere å lese, bør du også konvertere spenningen fra et område på 0 - 1023 til et område på 0V til 5V.