BME 305 EEG: 4 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:27

Et elektroencefalogram (EEG) er en enhed, der bruges til at måle den subjektive elektriske hjerneaktivitet. Disse tests kan være meget nyttige til at diagnosticere forskellige hjernesygdomme. Når du prøver at lave en EEG, er der forskellige parametre, der skal huskes på, før du opretter et arbejdskredsløb. En ting ved at prøve at aflæse hjerneaktivitet fra hovedbunden er, at der er en meget lille spænding, der faktisk kan aflæses. Et normalt område for en voksen hjernebølge er fra ca. 10 uV til 100 uV. På grund af en så lille indgangsspænding skal der være en stor forstærkning ved kredsløbets samlede output, fortrinsvis større end 10.000 gange input. En anden ting, der skal huskes på, når du opretter et EEG, er, at de typiske bølger, som vores udsendte spænder fra 1 Hz til 60 Hz. Når man kender dette, skal der være forskellige filtre, der dæmper enhver uønsket frekvens uden for båndbredden.

Forbrugsvarer

-LM741 operationsforstærker (4)

-8,2 kOhm modstand (3)

-820 Ohm modstand (3)

-100 Ohm modstand (3)

-15 kOhm modstand (3)

-27 kOhm modstand (4)

-0,1 uF kondensator (3)

-100 uF kondensator (1)

-Breadboard (1)

-Arduino mikrokontroller (1)

-9V batterier (2)

Trin 1: Instrumentforstærker

Det første trin i oprettelsen af et EEG er at oprette din egen instrumenteringsforstærker (INA), der kan bruges til at optage to forskellige signaler og udsende et forstærket signal. Inspirationen til denne INA kom fra LT1101, som er en almindelig instrumentforstærker, der bruges til at differentiere signaler. Ved hjælp af 2 af dine LM741 operationsforstærkere kan du oprette INA ved hjælp af de forskellige forhold, der er angivet i kredsløbsdiagrammet ovenfor. Du kan dog bruge en variation af disse nøgletal og stadig få det samme output, hvis forholdet er ens. Til dette kredsløb foreslår vi, at du bruger en 100 ohm modstand til R, 820 ohm modstand til 9R og 8,2 kOhm modstand til 90R. Ved hjælp af dine 9V batterier vil du være i stand til at drive driftsforstærkere. Ved at opsætte et 9V batteri til strømforsyning til V+ pin og det andet 9V batteri, så det indsætter -9V i V -pin. Denne instrumenteringsforstærker skal give dig en gevinst på 100.

Trin 2: Filtrering

Når du registrerer biologiske signaler, er det vigtigt at huske på det område, du er interesseret i, og potentielle støjkilder. Filtre kan hjælpe med at løse dette. Til dette kredsløbsdesign bruges et båndpasfilter efterfulgt af et aktivt hakfilter for at opnå dette. Den første del af dette trin består af et højpasfilter og derefter et lavpasfilter. Værdierne for dette filter er for et frekvensområde fra 0,1Hz til 55Hz, som indeholder EEG -signalfrekvensområdet af interesse. Dette tjener til at filtrere ud signaler, der kommer uden for ønsket område. En spændingsfølger sidder derefter efter båndpasningen før hakfilteret for at sikre, at udgangsspændingen til hakfilteret har lav impedans. Hakfilteret er indstillet til at filtrere støj ved 60Hz med mindst en -20dB reduktion i signalet på grund af stor støjforvrængning ved hans frekvens. Endelig en anden spændingsfølger for at fuldføre dette trin.

Trin 3: Ikke-omvendt operationsforstærker

Det sidste trin i dette kredsløb består af en ikke-inverterende forstærker for at øge det filtrerede signal til 1-2V-området med en forstærkning på ca. 99. På grund af den meget lille indgangssignalstyrke fra hjernebølgerne er dette sidste trin nødvendig for at give en outputbølgeform, der er let at vise og forstå i forhold til potentiel omgivende støj. Det skal også bemærkes, at en DC-forskydning fra ikke-inverterende forstærkere er normal og bør tages i betragtning ved analyse og visning af det endelige output.

Trin 4: Analog til digital konvertering

Når hele kredsløbet er færdigt, skal det analoge signal, som vi forstærkede i hele kredsløbet, digitaliseres. Heldigvis, hvis du bruger en arduino mikrokontroller, er der allerede en indbygget analog til digital konverter (ADC). Når du kan sende dit kredsløb til en af de seks analoge stifter, der er indbygget i arduinoen, kan du kode et oscilloskop på mikrokontrolleren. I koden vist ovenfor bruger vi den analoge A0 -pin til at læse den analoge bølgeform og konvertere den til en digital udgang. For at gøre tingene lettere at læse, skal du også konvertere spændingen fra et område på 0 - 1023 til et område på 0V til 5V.