BME 305 EEG: 4 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Elektroensefalogram (EEG), bir deneğin elektriksel beyin aktivitesini ölçmek için kullanılan bir cihazdır. Bu testler, farklı beyin bozukluklarının teşhisinde çok faydalı olabilir. EEG yapmaya çalışırken, çalışan bir devre oluşturmadan önce akılda tutulması gereken farklı parametreler vardır. Kafa derisinden beyin aktivitesini okumaya çalışmakla ilgili bir şey, gerçekten okunabilen çok küçük bir voltajın olmasıdır. Yetişkin bir beyin dalgası için normal bir aralık yaklaşık 10 uV ila 100 uV'dir. Bu kadar küçük bir giriş voltajı nedeniyle, devrenin toplam çıkışında, tercihen girişin 10.000 katından fazla olmak üzere, büyük bir amplifikasyon olması gerekecektir. Bir EEG oluştururken akılda tutulması gereken bir diğer şey, çıkışımızın tipik dalgalarının 1 Hz ila 60 Hz aralığında olmasıdır. Bunu bilerek, bant genişliği dışındaki herhangi bir istenmeyen frekansı azaltacak farklı filtreler olması gerekecektir.

Gereçler

-LM741 işlemsel yükseltici (4)

-8.2 kOhm direnç (3)

-820 Ohm direnç (3)

-100 Ohm direnç (3)

-15 kOhm direnç (3)

-27 kOhm direnç (4)

-0.1 uF kapasitör (3)

-100 uF kapasitör (1)

-Breadboard (1)

-Arduino mikrodenetleyici (1)

-9V piller (2)

Adım 1: Enstrümantasyon Amplifikatörü

Bir EEG oluşturmanın ilk adımı, iki farklı sinyali almak ve güçlendirilmiş bir sinyal vermek için kullanılabilecek kendi enstrümantasyon amplifikatörünüzü (INA) oluşturmaktır. Bu INA için ilham, sinyalleri ayırt etmek için kullanılan yaygın bir enstrümantasyon amplifikatörü olan LT1101'den geldi. LM741 işlemsel yükselteçlerinizden 2 tanesini kullanarak yukarıdaki devre şemasında verilen çeşitli oranları kullanarak INA'yı oluşturabilirsiniz. Bununla birlikte, bu oranların bir varyasyonunu kullanabilir ve oran benzerse yine de aynı çıktıyı alabilirsiniz. Bu devre için R için 100 ohm direnç, 9R için 820 ohm direnç ve 90R için 8,2 kOhm direnç kullanmanızı öneririz. 9V pillerinizi kullanarak işlemsel yükselteçlere güç sağlayabileceksiniz. V+ pinine güç sağlamak için bir 9V pil ve V-pin'e -9V giriş yapacak şekilde diğer 9V pil ayarlayarak. Bu enstrümantasyon amplifikatörü size 100 kazanç sağlamalıdır.

2. Adım: Filtreleme

Biyolojik sinyalleri kaydederken ilgilendiğiniz aralığı ve potansiyel gürültü kaynaklarını akılda tutmak önemlidir. Filtreler bunu çözmeye yardımcı olabilir. Bu devre tasarımı için, bunu başarmak için bir bant geçiren filtre ve ardından aktif bir çentik filtresi kullanılır. Bu aşamanın ilk kısmı bir yüksek geçiren filtre ve ardından bir alçak geçiren filtreden oluşur. Bu filtrenin değerleri, ilgilenilen EEG sinyal frekans aralığını içeren 0,1 Hz ile 55 Hz arasındaki bir frekans aralığı içindir. Bu, arzu aralığının dışından gelen sinyalleri filtrelemeye yarar. Daha sonra, çentik filtresine çıkış voltajının düşük empedansa sahip olmasını sağlamak için bant geçişinden sonra bir voltaj takipçisi çentik filtresinden önce oturur. Çentik filtresi, frekansındaki büyük gürültü bozulması nedeniyle sinyalde en az -20dB azalma ile 60 Hz'de gürültüyü filtrelemek üzere ayarlanmıştır. Son olarak bu aşamayı tamamlamak için başka bir voltaj takipçisi.

Adım 3: Tersine Çevirmeyen İşlemsel Yükselteç

Bu devrenin son aşaması, filtrelenmiş sinyali yaklaşık 99 kazançla 1-2V aralığına çıkarmak için ters çevirmeyen bir yükselticiden oluşur. Beyin dalgalarından gelen çok küçük giriş sinyal gücü nedeniyle, bu son aşama, potansiyel ortam gürültüsüne kıyasla, görüntülenmesi ve anlaşılması kolay bir çıkış dalga biçimi elde etmek için gereklidir. Ayrıca, evirmeyen yükselticilerden bir DC kaymasının normal olduğu ve nihai çıkışı analiz ederken ve görüntülerken dikkate alınması gerektiği de belirtilmelidir.

Adım 4: Analogdan Dijitale Dönüştürme

Tüm devre bittiğinde, devre boyunca büyüttüğümüz analog sinyalin sayısallaştırılması gerekiyor. Neyse ki, bir arduino mikro denetleyici kullanıyorsanız, yerleşik bir analogdan dijitale dönüştürücü (ADC) zaten vardır. Devrenizi arduino'da yerleşik altı analog pinden herhangi birine göndererek, mikrodenetleyiciye bir osiloskop kodlayabilirsiniz. Yukarıda gösterilen kodda, analog dalga formunu okumak ve dijital çıkışa dönüştürmek için A0 analog pinini kullanıyoruz. Ayrıca, okumayı kolaylaştırmak için voltajı 0 - 1023 aralığından 0V - 5V aralığına dönüştürmelisiniz.