BME 305 EEG: 4 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Um eletroencefalograma (EEG) é um dispositivo usado para medir a atividade elétrica do cérebro de um sujeito. Esses testes podem ser muito úteis no diagnóstico de diferentes distúrbios cerebrais. Ao tentar fazer um EEG, existem diferentes parâmetros que precisam ser mantidos em mente antes de criar um circuito de trabalho. Uma coisa sobre tentar ler a atividade cerebral no couro cabeludo é que existe uma voltagem muito pequena que pode realmente ser lida. Uma faixa normal para ondas cerebrais em adultos é de cerca de 10 uV a 100 uV. Devido a uma tensão de entrada tão pequena, será necessária uma grande amplificação na saída total do circuito, de preferência superior a 10.000 vezes da entrada. Outra coisa que precisa ser mantida em mente ao criar um EEG é que as ondas típicas que emitimos variam de 1 Hz a 60 Hz. Sabendo disso, será necessário que haja filtros diferentes que irão atenuar qualquer frequência indesejada fora da largura de banda.

Suprimentos

- amplificador operacional LM741 (4)

-8,2 kOhm resistor (3)

-820 Ohm resistor (3)

-100 Ohm resistor (3)

Resistor -15 kOhm (3)

Resistor -27 kOhm (4)

-0,1 uF capacitor (3)

-100 uF capacitor (1)

-Breadboard (1)

- Microcontrolador Arduino (1)

Baterias de -9V (2)

Etapa 1: amplificador de instrumentação

A primeira etapa na criação de um EEG é criar seu próprio amplificador de instrumentação (INA), que pode ser usado para receber dois sinais diferentes e emitir um sinal amplificado. A inspiração para este INA veio do LT1101, que é um amplificador de instrumentação comum usado para diferenciar sinais. Usando 2 de seus amplificadores operacionais LM741, você pode criar o INA usando as várias relações fornecidas no diagrama de circuito acima. Você pode usar uma variação dessas proporções, no entanto, e ainda obter o mesmo resultado se a proporção for semelhante. Para este circuito, sugerimos que você use um resistor de 100 ohm para R, um resistor de 820 ohm para 9R e um resistor de 8,2 kOhm para 90R. Usando suas baterias de 9V você será capaz de alimentar os amplificadores operacionais. Configurando uma bateria de 9 V para alimentar o pino V +, e a outra bateria de 9 V para que entre -9V no pino V-. Este amplificador de instrumentação deve fornecer um ganho de 100.

Etapa 2: Filtragem

Ao gravar sinais biológicos, é importante ter em mente o alcance no qual você está interessado e as fontes potenciais de ruído. Os filtros podem ajudar a resolver isso. Para este projeto de circuito, um filtro passa-banda seguido por um filtro de entalhe ativo são usados para conseguir isso. A primeira parte deste estágio consiste em um filtro passa-alta e, em seguida, um filtro passa-baixa. Os valores para este filtro são para uma faixa de frequência de 0,1 Hz a 55 Hz, que contém a faixa de frequência do sinal EEG de interesse. Isso serve para filtrar os sinais vindos de fora da faixa desejada. Um seguidor de tensão então se posiciona após a passagem de banda antes do filtro de entalhe para garantir que a tensão de saída para o filtro de entalhe tenha baixa impedância. O filtro notch é configurado para filtrar ruído em 60 Hz com pelo menos uma redução de -20dB no sinal devido à grande distorção de ruído em sua frequência. Finalmente, outro seguidor de tensão para completar este estágio.

Etapa 3: Amplificador operacional não inversor

O estágio final deste circuito é composto de um amplificador não inversor para aumentar o sinal filtrado para a faixa de 1-2V com um ganho de cerca de 99. Devido à força do sinal de entrada muito pequena das ondas cerebrais, este estágio final é necessário para produzir uma forma de onda de saída que seja fácil de exibir e entender em comparação com o ruído ambiente potencial. Também deve ser notado que um deslocamento DC de amplificadores não inversores é normal e deve ser levado em consideração ao analisar e exibir a saída final.

Etapa 4: Conversão analógica para digital

Assim que todo o circuito estiver concluído, o sinal analógico que amplificamos em todo o circuito precisa ser digitalizado. Felizmente, se você usar um microcontrolador Arduino, já existe um conversor analógico para digital (ADC) embutido. Sendo capaz de enviar seu circuito para qualquer um dos seis pinos analógicos embutidos no arduino, você é capaz de codificar um osciloscópio no microcontrolador. No código mostrado acima, usamos o pino analógico A0 para ler a forma de onda analógica e convertê-la em uma saída digital. Além disso, para facilitar a leitura, você deve converter a tensão de uma faixa de 0 a 1023 para uma faixa de 0V a 5V.