BME 305 EEG: 4 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Un electroencefalograma (EEG) es un dispositivo que se utiliza para medir la actividad eléctrica cerebral de un sujeto. Estas pruebas pueden resultar muy útiles para diagnosticar diferentes trastornos cerebrales. Al intentar hacer un EEG, hay diferentes parámetros que deben tenerse en cuenta antes de crear un circuito de trabajo. Una cosa acerca de intentar leer la actividad cerebral del cuero cabelludo es que hay un voltaje muy pequeño que realmente se puede leer. Un rango normal para las ondas cerebrales de un adulto es de aproximadamente 10 uV a 100 uV. Debido a un voltaje de entrada tan pequeño, será necesario que haya una gran amplificación en la salida total del circuito, preferiblemente superior a 10, 000 veces la entrada. Otra cosa que debe tenerse en cuenta al crear un EEG es que las ondas típicas que produce nuestro rango de salida de 1 Hz a 60 Hz. Sabiendo esto, será necesario que haya diferentes filtros que atenúen cualquier frecuencia no deseada fuera del ancho de banda.

Suministros

-Amplificador operacional LM741 (4)

-Resistencia de 8,2 kOhmios (3)

-Resistencia de 820 ohmios (3)

-Resistencia de 100 ohmios (3)

-15 kOhm resistor (3)

-27 kOhm resistor (4)

Condensador de -0,1 uF (3)

-Condensador de 100 uF (1)

-Plataforma (1)

-Microcontrolador Arduino (1)

-Baterías de 9V (2)

Paso 1: Amplificador de instrumentación

El primer paso para crear un EEG es crear su propio amplificador de instrumentación (INA) que se puede usar para recibir dos señales diferentes y generar una señal amplificada. La inspiración para este INA provino del LT1101, que es un amplificador de instrumentación común que se usa para diferenciar señales. Usando 2 de sus amplificadores operacionales LM741, puede crear el INA usando las diversas relaciones dadas en el diagrama de circuito anterior. Sin embargo, puede utilizar una variación de estas proporciones y seguir obteniendo el mismo resultado si la proporción es similar. Para este circuito, le sugerimos que utilice una resistencia de 100 ohmios para R, una resistencia de 820 ohmios para 9R y una resistencia de 8,2 kOhm para 90R. Usando sus baterías de 9V podrá alimentar los amplificadores operacionales. Configurando una batería de 9V para alimentar el pin V + y la otra batería de 9V para que ingrese -9V en el pin V. Este amplificador de instrumentación debería darte una ganancia de 100.

Paso 2: filtrado

Al registrar señales biológicas, es importante tener en cuenta el rango que le interesa y las posibles fuentes de ruido. Los filtros pueden ayudar a resolver esto. Para este diseño de circuito, se utiliza un filtro de paso de banda seguido de un filtro de muesca activo para lograr esto. La primera parte de esta etapa consiste en un filtro de paso alto y luego un filtro de paso bajo. Los valores de este filtro son para un rango de frecuencia de 0,1 Hz a 55 Hz, que contiene el rango de frecuencia de la señal de EEG de interés. Esto sirve para filtrar las señales que provienen de fuera del rango deseado. Luego, un seguidor de voltaje se coloca después del paso de banda antes del filtro de muesca para garantizar que el voltaje de salida al filtro de muesca tenga baja impedancia. El filtro de muesca está configurado para filtrar el ruido a 60Hz con al menos una reducción de -20dB en la señal debido a una gran distorsión de ruido en su frecuencia. Finalmente otro seguidor de voltaje para completar esta etapa.

Paso 3: Amplificador operacional no inversor

La etapa final de este circuito se compone de un amplificador no inversor para aumentar la señal filtrada al rango de 1-2 V con una ganancia de aproximadamente 99. Debido a la muy pequeña fuerza de la señal de entrada de las ondas cerebrales, esta etapa final es necesario para producir una forma de onda de salida que sea fácil de mostrar y comprender en comparación con el posible ruido ambiental. También debe tenerse en cuenta que una compensación de CC de los amplificadores no inversores es normal y debe tenerse en cuenta al analizar y mostrar la salida final.

Paso 4: conversación analógica a digital

Una vez terminado todo el circuito, es necesario digitalizar la señal analógica que amplificamos en todo el circuito. Afortunadamente, si usa un microcontrolador arduino, ya hay un convertidor analógico a digital (ADC) integrado. Al poder enviar su circuito a cualquiera de los seis pines analógicos integrados en el arduino, puede codificar un osciloscopio en el microcontrolador. En el código que se muestra arriba, usamos el pin analógico A0 para leer la forma de onda analógica y convertirla en una salida digital. Además, para facilitar la lectura, debe convertir el voltaje de un rango de 0 a 1023 a un rango de 0 V a 5 V.