BME 305 EEG: 4 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

คลื่นไฟฟ้าสมอง (EEG) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดการทำงานของสมองด้วยไฟฟ้าของวัตถุ การทดสอบเหล่านี้มีประโยชน์มากในการวินิจฉัยความผิดปกติของสมองต่างๆ เมื่อพยายามสร้าง EEG มีพารามิเตอร์ต่างๆ ที่ต้องคำนึงถึงก่อนสร้างวงจรการทำงาน สิ่งหนึ่งที่เกี่ยวกับการพยายามอ่านกิจกรรมของสมองจากหนังศีรษะคือมีแรงดันไฟฟ้าที่น้อยมากที่สามารถอ่านได้จริง ช่วงปกติสำหรับคลื่นสมองของผู้ใหญ่คือตั้งแต่ 10 uV ถึง 100 uV เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าอินพุตขนาดเล็กดังกล่าว จะต้องมีการขยายสัญญาณขนาดใหญ่ที่เอาต์พุตทั้งหมดของวงจร โดยควรมากกว่า 10, 000 เท่าของอินพุต อีกสิ่งหนึ่งที่ต้องคำนึงถึงในขณะที่สร้าง EEG คือคลื่นทั่วไปที่เราส่งออกมีช่วงตั้งแต่ 1 Hz ถึง 60 Hz เมื่อทราบสิ่งนี้แล้ว จะต้องมีตัวกรองต่างๆ ที่จะลดความถี่ที่ไม่ต้องการภายนอกแบนด์วิดท์

เสบียง

-LM741 เครื่องขยายเสียงปฏิบัติการ (4)

ตัวต้านทาน -8.2 kOhm (3)

ตัวต้านทาน -820 โอห์ม (3)

ตัวต้านทาน -100 โอห์ม (3)

-15 kOhm ตัวต้านทาน (3)

ตัวต้านทาน -27 kOhm (4)

ตัวเก็บประจุ -0.1 ยูเอฟ (3)

ตัวเก็บประจุ -100 ยูเอฟ (1)

-เขียงหั่นขนม (1)

-Arduino ไมโครคอนโทรลเลอร์ (1)

แบตเตอรี่ -9V (2)

ขั้นตอนที่ 1: เครื่องมือขยายสัญญาณ

ขั้นตอนแรกในการสร้าง EEG คือการสร้างเครื่องขยายสัญญาณเครื่องมือวัด (INA) ของคุณเอง ซึ่งสามารถใช้เพื่อรับสัญญาณสองแบบที่แตกต่างกัน และส่งสัญญาณที่ขยายออกมา แรงบันดาลใจสำหรับ INA นี้มาจาก LT1101 ซึ่งเป็นแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดทั่วไปที่ใช้ในการแยกสัญญาณ คุณสามารถสร้าง INA โดยใช้อัตราส่วนต่างๆ ที่ระบุในแผนภาพวงจรด้านบนโดยใช้แอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงาน LM741 จำนวน 2 ตัว อย่างไรก็ตาม คุณสามารถใช้รูปแบบต่างๆ ของอัตราส่วนเหล่านี้ และยังคงได้ผลลัพธ์เหมือนเดิมหากอัตราส่วนนั้นใกล้เคียงกัน สำหรับวงจรนี้ เราขอแนะนำให้คุณใช้ตัวต้านทาน 100 โอห์มสำหรับตัวต้านทาน R ตัวต้านทาน 820 โอห์มสำหรับ 9R และตัวต้านทาน 8.2 kOhm สำหรับ 90R การใช้แบตเตอรี่ 9V ของคุณ คุณจะสามารถจ่ายไฟให้กับแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานได้ โดยการตั้งค่าแบตเตอรี่ 9V หนึ่งก้อนเพื่อจ่ายไฟให้กับพิน V+ และแบตเตอรี่ 9V อีกก้อนเพื่อให้ป้อน -9V ลงในพิน V แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดนี้ควรให้คุณได้ 100

ขั้นตอนที่ 2: การกรอง

เมื่อบันทึกสัญญาณทางชีวภาพ สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงช่วงที่คุณสนใจและแหล่งที่มาของสัญญาณรบกวนที่อาจเกิดขึ้น ตัวกรองสามารถช่วยแก้ปัญหานี้ได้ สำหรับการออกแบบวงจรนี้ จะใช้ตัวกรองแบนด์พาสตามด้วยตัวกรองรอยบากแบบแอ็คทีฟเพื่อให้ได้สิ่งนี้ ส่วนแรกของขั้นตอนนี้ประกอบด้วยตัวกรองความถี่สูงและตัวกรองความถี่ต่ำ ค่าสำหรับตัวกรองนี้ใช้สำหรับช่วงความถี่ตั้งแต่ 0.1Hz ถึง 55Hz ซึ่งมีช่วงความถี่สัญญาณ EEG ที่น่าสนใจ ทำหน้าที่กรองสัญญาณที่มาจากนอกช่วงความต้องการ จากนั้นผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้าจะนั่งหลังจากวงดนตรีผ่านก่อนตัวกรองรอยเพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันเอาต์พุตไปยังตัวกรองรอยบากมีอิมพีแดนซ์ต่ำ ตัวกรองรอยถูกตั้งค่าให้กรองสัญญาณรบกวนที่ 60Hz โดยมีสัญญาณลดลงอย่างน้อย -20dB เนื่องจากการบิดเบือนของสัญญาณรบกวนขนาดใหญ่ที่ความถี่ ในที่สุดก็มีผู้ติดตามแรงดันไฟฟ้าอีกตัวหนึ่งเพื่อทำให้ขั้นตอนนี้สมบูรณ์

ขั้นตอนที่ 3: แอมพลิฟายเออร์การดำเนินงานที่ไม่กลับด้าน

ขั้นตอนสุดท้ายของวงจรนี้ประกอบด้วยแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านเพื่อเพิ่มสัญญาณกรองไปยังช่วง 1-2V โดยมีอัตราขยายประมาณ 99 เนื่องจากความแรงของสัญญาณอินพุตที่น้อยมากจากคลื่นสมอง ระยะสุดท้ายนี้คือ จำเป็นเพื่อให้ได้รูปคลื่นสัญญาณเอาท์พุตที่ง่ายต่อการแสดงและทำความเข้าใจเมื่อเปรียบเทียบกับเสียงรบกวนรอบข้างที่อาจเกิดขึ้น นอกจากนี้ ควรสังเกตด้วยว่า DC offset จากแอมพลิฟายเออร์ที่ไม่กลับด้านเป็นเรื่องปกติ และควรพิจารณาเมื่อวิเคราะห์และแสดงเอาต์พุตสุดท้าย

ขั้นตอนที่ 4: การแปลงอนาล็อกเป็นดิจิทัล

เมื่อวงจรทั้งหมดเสร็จสิ้น สัญญาณแอนะล็อกที่เราขยายทั่วทั้งวงจรจะต้องถูกแปลงเป็นดิจิทัล โชคดีที่ถ้าคุณใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino มีตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC) อยู่แล้ว ความสามารถในการส่งออกวงจรของคุณไปยังพินอะนาล็อกทั้งหกตัวที่สร้างไว้ใน Arduino คุณสามารถเข้ารหัสออสซิลโลสโคปบนไมโครคอนโทรลเลอร์ได้ ในโค้ดที่แสดงด้านบน เราใช้พินอะนาล็อก A0 เพื่ออ่านรูปคลื่นแอนะล็อกและแปลงเป็นเอาต์พุตดิจิทัล นอกจากนี้ เพื่อให้อ่านง่ายขึ้น คุณควรแปลงแรงดันไฟฟ้าจากช่วง 0 - 1023 เป็นช่วง 0V ถึง 5V