BME 305 EEG: 4 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Un electroencefalograma (EEG) és un dispositiu que s’utilitza per mesurar l’activitat cerebral elèctrica d’un subjecte. Aquestes proves poden ser molt útils per diagnosticar diferents trastorns cerebrals. Quan s’intenta fer un EEG, hi ha diferents paràmetres que cal tenir en compte abans de crear un circuit de treball. Una cosa d’intentar llegir l’activitat cerebral des del cuir cabellut és que hi ha un voltatge molt petit que realment es pot llegir. Un interval normal per a una ona cerebral adulta és d’uns 10 uV a 100 uV. A causa d’un voltatge d’entrada tan petit, haurà d’haver una amplificació gran a la sortida total del circuit, preferiblement superior a 10.000 vegades l’entrada. Una altra cosa que cal tenir en compte en crear un EEG és que les ones típiques que produeixen oscil·len entre 1 Hz i 60 Hz. Sabent això, haurà d’haver-hi diferents filtres que atenuin qualsevol freqüència no desitjada fora de l’amplada de banda.

Subministraments

-Amplificador operatiu LM741 (4)

Resistència de -8,2 kOhm (3)

Resistència de -820 Ohm (3)

-Resistència de 100 ohms (3)

Resistència de -15 kOhm (3)

Resistència de -27 kOhm (4)

-0,1 condensador uF (3)

Condensador de 100 uF (1)

-Paula de pa (1)

-Microcontrolador Arduino (1)

-Bateries de 9V (2)

Pas 1: amplificador d'instrumentació

El primer pas per crear un EEG és crear el vostre propi amplificador d’instrumentació (INA) que es pugui utilitzar per prendre dos senyals diferents i generar un senyal amplificat. La inspiració d’aquest INA va venir del LT1101, que és un amplificador d’instrumentació comú que s’utilitza per diferenciar els senyals. Utilitzant 2 dels vostres amplificadors operatius LM741, podeu crear l’INA mitjançant les diferents relacions donades al diagrama de circuits anterior. Tanmateix, podeu utilitzar una variació d’aquestes relacions i, tot i així, obtenir la mateixa producció si la proporció és similar. Per a aquest circuit, us suggerim que utilitzeu una resistència de 100 ohmis per a R, una resistència de 820 ohm per a 9R i una resistència de 8,2 kOhm per a 90R. Amb les vostres bateries de 9V podreu alimentar els amplificadors operatius. Configurant una bateria de 9V per alimentar el pin V + i l’altra bateria de 9V perquè ingressi -9V al pin V. Aquest amplificador d’instrumentació us hauria de proporcionar un guany de 100.

Pas 2: filtratge

Quan es registren senyals biològics, és important tenir en compte l’abast que us interessa i les possibles fonts de soroll. Els filtres poden ajudar a solucionar-ho. Per a aquest disseny de circuits, s’utilitza un filtre de pas de banda seguit d’un filtre d’escot activat. La primera part d'aquesta etapa consisteix en un filtre de pas alt i després un filtre de pas baix. Els valors d’aquest filtre són per a un interval de freqüència de 0,1 Hz a 55 Hz, que conté l’interval de freqüència del senyal EEG d’interès. Això serveix per filtrar els senyals que provenen de fora del rang de desitjos. Un seguidor de tensió s'asseu després de passar la banda abans del filtre de graella per assegurar que la tensió de sortida al filtre de graella té una impedància baixa. El filtre de tacs està configurat per filtrar el soroll a 60Hz amb una reducció del senyal d’almenys -20dB a causa d’una gran distorsió del soroll a la seva freqüència. Finalment, un altre seguidor de tensió per completar aquesta etapa.

Pas 3: amplificador operacional sense inversió

L'etapa final d'aquest circuit està formada per un amplificador sense inversió per augmentar el senyal filtrat al rang de 1-2V amb un guany d'aproximadament 99. A causa de la força del senyal d'entrada molt petita de les ones cerebrals, aquesta etapa final és necessària per generar una forma d'ona de sortida fàcil de visualitzar i entendre en comparació amb el potencial soroll ambiental. També cal tenir en compte que un desplaçament de CC dels amplificadors no inversors és normal i s’ha de tenir en compte a l’hora d’analitzar i mostrar la sortida final.

Pas 4: conversió analògica a digital

Un cop acabat tot el circuit, cal digitalitzar el senyal analògic que hem amplificat al llarg del circuit. Afortunadament, si utilitzeu un microcontrolador arduino, ja hi ha un convertidor analògic a digital (ADC) incorporat. En poder enviar el circuit a qualsevol dels sis pins analògics integrats a l’arduino, podeu codificar un oscil·loscopi al microcontrolador. Al codi que es mostra anteriorment, fem servir el pin analògic A0 per llegir la forma d'ona analògica i convertir-la en una sortida digital. A més, per facilitar la lectura, haureu de convertir el voltatge d'un interval de 0-1023 a un interval de 0V a 5V.