BME 305 EEG: 4 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:42

Ett elektroencefalogram (EEG) är en apparat som används för att mäta ett ämnes elektriska hjärnaktivitet. Dessa tester kan vara mycket användbara för att diagnostisera olika hjärnstörningar. När man försöker göra en EEG finns det olika parametrar som måste beaktas innan man skapar en arbetskrets. En sak med att försöka läsa hjärnaktivitet från hårbotten är att det finns en mycket liten spänning som faktiskt kan avläsas. Ett normalt intervall för en vuxen hjärnvåg är från cirka 10 uV till 100 uV. På grund av en så liten ingångsspänning måste det finnas en stor förstärkning vid kretsens totala utgång, företrädesvis större än 10 000 gånger av ingången. En annan sak som måste beaktas när man skapar ett EEG är att de typiska vågorna som våra utmatningar sträcker sig från 1 Hz till 60 Hz. Genom att veta detta måste det finnas olika filter som dämpar oönskad frekvens utanför bandbredden.

Tillbehör

-LM741 operationsförstärkare (4)

-8.2 kOhm motstånd (3)

-820 Ohm motstånd (3)

-100 Ohm motstånd (3)

-15 kOhm motstånd (3)

-27 kOhm motstånd (4)

-0,1 uF kondensator (3)

-100 uF kondensator (1)

-Brödbräda (1)

-Arduino mikrokontroller (1)

-9V batterier (2)

Steg 1: Instrumentförstärkare

Det första steget i att skapa ett EEG är att skapa din egen instrumentationsförstärkare (INA) som kan användas för att ta in två olika signaler och mata ut en förstärkt signal. Inspirationen för denna INA kom från LT1101 som är en vanlig instrumentförstärkare som används för att skilja signaler. Med hjälp av två av dina LM741 operationsförstärkare kan du skapa INA med hjälp av de olika förhållanden som anges i kretsschemat ovan. Du kan dock använda en variation av dessa förhållanden och ändå få samma utmatning om förhållandet är liknande. För denna krets föreslår vi att du använder ett 100 ohm motstånd för R, 820 ohm motstånd för 9R och 8,2 kOhm motstånd för 90R. Med dina 9V -batterier kommer du att kunna driva driftförstärkarna. Genom att sätta in ett 9V -batteri för att driva V+ -stiftet och det andra 9V -batteriet så att det matar in -9V i V -stiftet. Denna instrumentförstärkare bör ge dig en vinst på 100.

Steg 2: Filtrering

När du registrerar biologiska signaler är det viktigt att tänka på det intervall du är intresserad av och potentiella bullerkällor. Filter kan hjälpa till att lösa detta. För denna kretsdesign används ett bandpassfilter följt av ett aktivt hackfilter för att uppnå detta. Den första delen av detta steg består av ett högpassfilter och sedan ett lågpassfilter. Värdena för detta filter är för ett frekvensområde från 0,1 Hz till 55 Hz, som innehåller EEG -signalfrekvensintervallet av intresse. Detta tjänar till att filtrera bort signaler som kommer från utanför önskningsområdet. En spänningsföljare sitter sedan efter bandpasset före hackfiltret för att säkerställa att utspänningen till hackfilteret har låg impedans. Notfiltret är inställt för att filtrera brus vid 60Hz med minst en -20dB minskning av signalen på grund av stor brusförvrängning vid hans frekvens. Äntligen en annan spänningsföljare för att slutföra detta steg.

Steg 3: Icke-inverterande operationsförstärkare

Det sista steget i denna krets består av en icke-inverterande förstärkare för att öka den filtrerade signalen till 1-2V-intervallet med en förstärkning på cirka 99. På grund av den mycket små insignalstyrkan från hjärnvågorna är detta sista steg behövs för att ge en utgångsvågform som är lätt att visa och förstå jämfört med potentiellt omgivande brus. Det bör också noteras att en DC-förskjutning från icke-inverterande förstärkare är normal och bör beaktas vid analys och visning av den slutliga utgången.

Steg 4: Analog till digital konvertering

När hela kretsen är klar måste den analoga signalen som vi förstärkte genom kretsen digitaliseras. Tack och lov, om du använder en arduino -mikrokontroller finns det redan en inbyggd analog till digital omvandlare (ADC). Genom att kunna mata ut din krets till någon av de sex analoga stiften inbyggda i arduino kan du koda ett oscilloskop på mikrokontrollen. I koden som visas ovan använder vi den analoga stiftet A0 för att läsa den analoga vågformen och konvertera den till en digital utgång. För att göra det lättare att läsa bör du också konvertera spänningen från ett intervall från 0 - 1023 till ett intervall från 0V till 5V.