BME 305 EEG: 4 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:46

Elektroencefalograma (EEG) yra prietaisas, naudojamas tiriamojo elektrinei smegenų veiklai matuoti. Šie tyrimai gali būti labai naudingi diagnozuojant įvairius smegenų sutrikimus. Bandant padaryti EEG, prieš sukuriant darbo grandinę reikia atsižvelgti į įvairius parametrus. Vienas dalykas bandant skaityti smegenų veiklą iš galvos odos yra tai, kad yra labai maža įtampa, kurią iš tikrųjų galima nuskaityti. Normalus suaugusiųjų smegenų bangų diapazonas yra nuo maždaug 10 uV iki 100 uV. Dėl tokios mažos įėjimo įtampos visos grandinės išvestyje turi būti didelis stiprinimas, pageidautina daugiau nei 10 000 kartų įvesties. Kitas dalykas, kurį reikia turėti omenyje kuriant EEG, yra tai, kad tipiškos mūsų išvestos bangos svyruoja nuo 1 Hz iki 60 Hz. Žinant tai, reikės skirtingų filtrų, kurie sumažins bet kokį nepageidaujamą dažnį už pralaidumo ribų.

Prekės

-LM741 operacinis stiprintuvas (4)

-8,2 kOhm rezistorius (3)

-820 omų rezistorius (3)

-100 omų rezistorius (3)

-15 kOhm rezistorius (3)

-27 kOhm rezistorius (4)

-0,1 uF kondensatorius (3)

-100 uF kondensatorius (1)

-Duonos lenta (1)

-Arduino mikrovaldiklis (1)

-9 V baterijos (2)

1 žingsnis: prietaisų stiprintuvas

Pirmasis žingsnis kuriant EEG yra sukurti savo prietaisų stiprintuvą (INA), kuris gali būti naudojamas priimti du skirtingus signalus ir išvesti sustiprintą signalą. Šio INA įkvėpimo šaltinis buvo LT1101, kuris yra bendras prietaisų stiprintuvas, naudojamas signalams atskirti. Naudodami 2 iš savo LM741 operacinių stiprintuvų, galite sukurti INA naudodami įvairius santykius, pateiktus aukščiau esančioje schemoje. Tačiau galite naudoti šių santykių variantą ir vis tiek gauti tą pačią išvestį, jei santykis yra panašus. Šiai grandinei siūlome naudoti 100 omų rezistorių R, 820 omų rezistorių 9R ir 8,2 kOhm rezistorių 90R. Naudodami 9 V baterijas galėsite maitinti operacinius stiprintuvus. Nustatydami vieną 9 V bateriją maitinti V+ kaištį, o kitą 9 V bateriją taip, kad ji įvestų -9 V į V kaištį. Šis prietaisų stiprintuvas turėtų padidinti 100.

2 žingsnis: filtravimas

Įrašant biologinius signalus, svarbu nepamiršti jus dominančio diapazono ir galimų triukšmo šaltinių. Filtrai gali padėti išspręsti šią problemą. Šiam grandinės dizainui pasiekti naudojamas juostos pralaidumo filtras, po kurio yra aktyvus išpjovos filtras. Pirmąją šio etapo dalį sudaro aukšto dažnio filtras, o po to - žemo dažnio filtras. Šio filtro reikšmės yra dažnių diapazonui nuo 0,1 Hz iki 55 Hz, kuriame yra dominantis EEG signalo dažnių diapazonas. Tai padeda filtruoti signalus, gaunamus iš norų ribų. Tada įtampos sekėjas sėdi po juostos praėjimo prieš įpjovos filtrą, kad užtikrintų, kad įpjovos filtro išėjimo įtampa yra maža. Įpjovos filtras yra nustatytas taip, kad filtruotų triukšmą 60 Hz dažniu, o signalas sumažėtų bent -20 dB, dėl didelio jo dažnio triukšmo iškraipymo. Pagaliau kitas įtampos sekėjas užbaigs šį etapą.

3 žingsnis: neinvertuojantis operacinis stiprintuvas

Paskutinį šios grandinės etapą sudaro neinvertuojantis stiprintuvas, kuris padidina filtruotą signalą iki 1–2 V diapazono ir padidina apie 99. Dėl labai mažo smegenų bangų įvesties signalo stiprumo šis paskutinis etapas yra reikalingas norint gauti išvesties bangos formą, kurią būtų lengva parodyti ir suprasti, palyginti su galimu aplinkos triukšmu. Taip pat reikėtų pažymėti, kad nuolatinės srovės poslinkis iš neinvertuojančių stiprintuvų yra normalus ir į tai reikia atsižvelgti analizuojant ir rodant galutinę išvestį.

4 žingsnis: analoginis skaitmeninis konvertavimas

Kai visa grandinė bus baigta, analoginį signalą, kurį sustiprinome visoje grandinėje, reikia skaitmeninti. Laimei, jei naudojate „arduino“mikrovaldiklį, jau yra įmontuotas analoginis -skaitmeninis keitiklis (ADC). Galėdami išvesti savo grandinę į bet kurį iš šešių analoginių kaiščių, integruotų į arduino, galite į mikrokontrolerį koduoti osciloskopą. Aukščiau pateiktame kode mes naudojame A0 analoginį kaištį, kad nuskaitytume analoginę bangos formą ir konvertuotume ją į skaitmeninę išvestį. Be to, kad būtų lengviau skaityti, turėtumėte konvertuoti įtampą nuo 0 iki 1023 diapazono į diapazoną nuo 0 V iki 5 V.