BME 305 EEG: 4 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Un elettroencefalogramma (EEG) è un dispositivo che viene utilizzato per misurare l'attività elettrica cerebrale di un soggetto. Questi test possono essere molto utili nella diagnosi di diversi disturbi cerebrali. Quando si cerca di fare un EEG, ci sono diversi parametri che devono essere tenuti a mente prima di creare un circuito funzionante. Una cosa sul tentativo di leggere l'attività cerebrale dal cuoio capelluto è che c'è una tensione molto piccola che può essere effettivamente letta. Un intervallo normale per un'onda cerebrale adulta va da circa 10 uV a 100 uV. A causa di una tensione di ingresso così piccola, sarà necessaria una grande amplificazione all'uscita totale del circuito, preferibilmente maggiore di 10.000 volte l'ingresso. Un'altra cosa che deve essere tenuta a mente durante la creazione di un EEG è che le onde tipiche emesse dalla nostra gamma vanno da 1 Hz a 60 Hz. Sapendo questo, dovranno esserci diversi filtri che attenueranno qualsiasi frequenza indesiderata al di fuori della larghezza di banda.

Forniture

-LM741 amplificatore operazionale (4)

Resistenza da -8,2 kOhm (3)

-820 Ohm resistenza (3)

-100 Ohm resistenza (3)

-15 kOhm resistenza (3)

-27 kOhm resistenza (4)

Condensatore -0,1 uF (3)

-100 uF condensatore (1)

-tagliere (1)

-Microcontrollore Arduino (1)

-9V batterie (2)

Passaggio 1: amplificatore per strumentazione

Il primo passo nella creazione di un EEG è creare il proprio amplificatore per strumentazione (INA) che può essere utilizzato per ricevere due segnali diversi ed emettere un segnale amplificato. L'ispirazione per questo INA è venuta dall'LT1101 che è un amplificatore di strumentazione comune utilizzato per differenziare i segnali. Usando 2 dei tuoi amplificatori operazionali LM741, puoi creare l'INA usando i vari rapporti indicati nello schema elettrico sopra. Tuttavia, è possibile utilizzare una variazione di questi rapporti e ottenere comunque lo stesso output se il rapporto è simile. Per questo circuito, suggeriamo di utilizzare un resistore da 100 ohm per R, un resistore da 820 ohm per 9R e un resistore da 8,2 kOhm per 90R. Usando le tue batterie da 9V sarai in grado di alimentare gli amplificatori operazionali. Impostando una batteria da 9V per alimentare il pin V+ e l'altra batteria da 9V in modo che immetta -9V nel pin V-. Questo amplificatore per strumentazione dovrebbe darti un guadagno di 100.

Passaggio 2: filtraggio

Quando si registrano segnali biologici, è importante tenere a mente la gamma a cui si è interessati e le potenziali fonti di rumore. I filtri possono aiutare a risolvere questo problema. Per questo progetto di circuito, viene utilizzato un filtro passa banda seguito da un filtro notch attivo per ottenere ciò. La prima parte di questa fase consiste in un filtro passa alto e poi un filtro passa basso. I valori per questo filtro sono per un intervallo di frequenza da 0,1Hz a 55Hz, che contiene l'intervallo di frequenza del segnale EEG di interesse. Questo serve a filtrare i segnali provenienti da fuori l'intervallo del desiderio. Un inseguitore di tensione si trova quindi dopo il passaggio di banda prima del filtro notch per garantire che la tensione di uscita al filtro notch abbia una bassa impedenza. Il filtro notch è impostato per filtrare il rumore a 60Hz con una riduzione del segnale di almeno -20dB a causa della grande distorsione del rumore alla sua frequenza. Finalmente un altro inseguitore di tensione per completare questa fase.

Passaggio 3: amplificatore operazionale non invertente

Lo stadio finale di questo circuito è costituito da un amplificatore non invertente per aumentare il segnale filtrato nell'intervallo 1-2V con un guadagno di circa 99. A causa della potenza del segnale di ingresso molto piccola dalle onde cerebrali, questo stadio finale è necessario per ottenere una forma d'onda in uscita facile da visualizzare e comprendere rispetto al potenziale rumore ambientale. Va inoltre notato che un offset DC da amplificatori non invertenti è normale e dovrebbe essere preso in considerazione durante l'analisi e la visualizzazione dell'uscita finale.

Passaggio 4: conversione da analogico a digitale

Una volta terminato l'intero circuito, il segnale analogico che abbiamo amplificato in tutto il circuito deve essere digitalizzato. Per fortuna, se usi un microcontrollore arduino, c'è già un convertitore analogico-digitale (ADC) integrato. Essendo in grado di inviare il tuo circuito a uno qualsiasi dei sei pin analogici integrati nell'arduino, puoi codificare un oscilloscopio sul microcontrollore. Nel codice mostrato sopra, utilizziamo il pin analogico A0 per leggere la forma d'onda analogica e convertirla in un'uscita digitale. Inoltre, per rendere le cose più facili da leggere, dovresti convertire la tensione da un intervallo di 0 - 1023, a un intervallo di 0V a 5V.