RnD na EEG, wymagana pomoc, jaki wzmacniacz operacyjny?

14

to jest mój pierwszy post i potrzebuję pomocy / porady w znalezieniu odpowiednich układów scalonych. Zacznę od krótkiego opisu tła projektu. Otrzymałem stypendium do opracowania elektroencefalografu typu open source, gotowy sprzęt zapewni platformę do opracowywania różnych kreatywnych i terapeutycznych zastosowań dla systemu EEG, tj. Kontrolerów muzyki, kontrolerów gier lub programów treningu mózgu. Chcę użyć MCU Atmel do konwersji analogowo-cyfrowej, chciałbym, aby łączył się z komputerem przez USB, a także chciałbym, aby urządzenie było zasilane przez złącze USB. Potrzebuję pomocy w znalezieniu odpowiedniego układu scalonego wzmacniacza operacyjnego do wzmocnienia sygnałów z elektrod przed MCU. Gotowe urządzenie będzie miało 16 kanałów, więc chciałbym znaleźć układ scalony z wieloma wzmacniaczami operacyjnymi. Aktywność elektryczna wychwytywana przez elektrody będzie wynosić około 200 mV i mniej, więc będę potrzebować dużego wzmocnienia. Czy możliwe jest dostosowanie wzmocnienia obwodu wzmacniacza operacyjnego za pomocą MCU za pomocą programu cyfrowego rezystora? Byłoby miło, gdyby sprzęt mógł zostać przeprogramowany do pracy z różnymi wejściami audio i czujników. Każda pomoc lub rada byłyby fantastyczne.

Jim.

usb operational-amplifier atmel biopotential Jim
źródło
3
Co jest nie tak z OpenEEG? Jest open source i robi to wszystko.
endolith,
@endolith - To drogie
Connor Wolf
Wiele się dyskutuje o elektronice EEG na Open Circuits: Programowalny układ EEG
Davidcary
1
powiązane: electronics.stackexchange.com/questions/25198/…
Davidcary

Odpowiedzi:

9

Przeciętny wzmacniacz instrumentalny może z łatwością osiągnąć szerokość pasma 1 MHz; a Twój EEG nie powinien przekraczać 2kSPS. Więc multiplekser / Sample and Hold przed wzmacniaczem instrumentalnym powinien cię tam uratować.

Ale weź pod uwagę, że wzmacniacz powinien wynosić tylko kilka dolarów. Czy warto multipleksować? W przypadku montażu powierzchniowego rozmiar będzie dość minimalny.

Arduino nie może digitalizować szybciej niż około 10kSPS, więc potrzebujesz szybszego A / D do 16 kanałów. Byłoby coś, co może zrobić 12 bitów przy 100kSPS. Są również dość tanie.

Należy pamiętać, że dla bezpieczeństwa pacjenta potrzebna jest izolacja optyczna sygnałów oraz dobre izolowane źródło zasilania (bateria lub podobne). Nie zadzieraj z bezpieczeństwem w tym obszarze - jeśli potrzebujesz wydostać się szybki strumień danych, zbuduj własne izolatory lub użyj światłowodów do przesłania sygnału.

Tony Barry
źródło
Pozdrawiam, to brzmi jak najlepsze podejście, myślę, że prawdopodobnie przyjrzę się projektowaniu i klonowi arduino, który ma wbudowane wzmacniacze instrumentacyjne i potężny układ Atmel. Gdybym zasilał urządzenie przez USB, czy naprawdę musiałbym używać izolatorów optycznych? Myślałem, że obwody ochronne w większości ludzi USB będą więcej niż wystarczające
Jim
Patrzę na użycie tego układu Atmel -> search.digikey.com/scripts/DkSearch/... Nie jestem do końca pewien, ale myślę, że wykona zadanie i wygląda na to, że nie będzie potrzebował osobnego układu do komunikacji z USB
Jim
2
Na portach USB nie ma „obwodów ochronnych”. Po dotknięciu portu USB dotykasz uziemienia. Brak izolacji. Jedynym momentem, w którym można uruchomić bez izolacji w obwodzie EEG, jest pływanie (jeśli jesteś podłączony do laptopa, a laptop nie jest podłączony do niczego innego). Po prostu wbuduj się w prawdziwą izolację, abyś nie musiał się tym martwić.
endolith,
6
Witaj Jim, jak skomentował Endolith, USB nie ma ochrony. Ziemia, do której się ją odnosi, może być lokalnym potencjałem „ziemi” lub nie. Jeśli twój laptop jest podłączony do 2-pinowego adaptera, wówczas uziemienie dla laptopa będzie wynosić około 120 VAC (w Australii), co da ci co najmniej dużo szumów w trybie wspólnym, z którymi musisz się zmagać, prawdopodobnie możliwe, że twój pacjent dostanie „mrowienia” „z twoich przewodów podłączonych do jego głowy (!) lub, w najgorszym przypadku (z powodu awarii zasilania), martwego ciała i nieumyślnego spowodowania śmierci.
Tony Barry,
Dla twojego wzmacniacza instrumentacyjnego INA129 z Burr Brown (Teksas) może być dobry. Są one dostępne w wersji do montażu powierzchniowego (SMT, mały, SOIC) oraz przelotowego (TH, duży, DIL). Możesz po prostu położyć 16 z nich na planszy, aby zmagać się z lokalną polaryzacją wokół elektrod (co da ci największe przesunięcia prądu stałego do czynienia). 16 wzmacniaczy pozwala na ustalenie każdego wzmacniacza, a następnie można go nabyć za pomocą multipleksera i A / D. Twój A / D może być AD7940, który Farnell sprzedaje za jedyne 12 dolców za 100kSPS przy 14 bitach, pojedynczy koniec 0-5 V. Ładny.
Tony Barry,
6

W takich sytuacjach myślę, że ogólnie chcesz użyć wzmacniacza instrumentacyjnego typu wzmacniacza operacyjnego. Są przeznaczone do sygnałów różnicowych, dzięki czemu można łatwo odjąć szum, mają naprawdę wysoki zysk, dzięki czemu można wzmocnić słabe sygnały i mają naprawdę wysoką impedancję, dzięki czemu mogą wyczuwać delikatne sygnały.

Z szybkiego wglądu w OpenEEG miejscu jak sugeruje davr, wygląda na to, że stosowanie TI INA114AP oprzyrządowanie wzmacniacza jako głównego wzmacniacza.

todbot
źródło
Na zdrowie, kolesiu, brzmią jak idealny mały wzmacniacz, czy istnieje odpowiednik układu scalonego, który może obsługiwać wiele kanałów? Chciałbym stworzyć 16-kanałowy EEG, ale nie chcę mieć 16 osobnych układów scalonych do tego zadania.
Jim
Właśnie patrzyłem na moje elektrody, są one pojedynczym złączem 1pin mini DIN. Jeśli użyję wzmacniacza instrumentacyjnego z wejściami + i -, czy to oznacza, że ​​wyprowadzi różnicę między dwiema elektrodami? Jestem trochę zdezorientowany, jak elektrody się łączą. Badałem układ elektrod zwany montreal 10/20, w którym suma wszystkich elektrod jest sumowana i wykorzystywana do eliminacji szumu. Jak by to pasowało do obwodu wzmacniacza oprzyrządowania? Pozdrawiam ponownie Todbot
Jim
Tak, nie mam pojęcia. Nie grałem ze wzmacniaczami instrumentalnymi od 15 lat i nigdy nie robiłem EEG. Przelałbym OpenEEG. Wygląda na to, że opisano tam wiele różnych systemów elektrod, być może uda Ci się znaleźć bity obwodu, które robią, co chcesz.
todbot,
Pozdrowienia dla pomocy todbot
Jim
Tak, robi różnicę między dwiema elektrodami, z sygnałami trybu wspólnego anulowanymi przez wzmacniacz DRL.
endolith,
5

Czy jest jakiś powód, dla którego nie korzystasz z OpenEEG , taniego i otwartego systemu EEG? Są już od jakiegoś czasu i mają wiele przydatnych informacji na swojej stronie internetowej.

davr
źródło
Wyglądałem dobrze, ale jest to dość podstawowa konfiguracja, mała głębia bitowa i ograniczone kanały, to także dość duży sprzęt. Chcę znacznie bardziej kompaktowego i kompleksowego systemu. Kanał o głębokości 10 bitów jest jak absolutne minimum, aby uzyskać przyzwoitą reprezentację sygnału mózgowego, zdecydowanie będę chciał więcej
Jim
5

TI ma ADS1298 dla interfejsów EEG i EKG. Jest opisywany jako 8-kanałowy, 24-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy ze zintegrowanym interfejsem EKG.

Leon Heller
źródło
na zdrowie koleś - w zeszłym tygodniu dostałem e-mail promocyjny od TI, a ten chip był na pierwszej stronie - szalony!
Jim
Nie mogę jeszcze zdobyć tego chipa - do diabła, powiedzieli, że będzie dostępny od maja do połowy lata! - rozmowa o zwiększaniu zainteresowania
Jim
Zamiast bezpośredniego korzystania z surowego układu scalonego, możesz rozważyć użycie otwartego sprzętu opartego na ADS1298 Biopotential Sensor Platform opartego na tym układzie w pierwszym prototypie.
davidcary
4

Wzmacniacz operacyjny AD620 ma schemat w arkuszu danych dla obwodu EKG. Tutaj można również znaleźć arkusze klas, które wykorzystują AD620 do budowy EKG ( 1 , 2 , 3 , 4 ). Podobnie do schematu w arkuszu danych tylko bardziej szczegółowe. To tylko jeden kanał. Nie mogę szybko odpowiedzieć na resztę pytania, ale mam nadzieję, że to pomoże.

cyphunk
źródło
Niestety sygnały obsługiwane przez EKG są znacznie silniejsze niż sygnały obsługiwane przez EEG, dzięki i tak, ale wyobrażam sobie, że byłyby o wiele za słabe, aby odebrać sygnał przez czaszkę.
Jim
1
W rzeczywistości Jim, sprzęt zaproponowany przez Cyphunk powinien być odpowiedni do twoich celów. Potencjały skórne pobrane przez EKG są porównywalne do potencjałów EEG (oba mierzą impuls nerwowy). AD620, AD624 lub AD625 powinny doskonale pasować do twoich celów, w zależności od preferowanej funkcjonalności i konfiguracji obwodu.
Sketchy Fletchy,
Na zdrowie Sketchy, miałem nadzieję stworzyć coś z 16 kanałami, więc szukałem układu, który ma wiele wzmacniaczy instrumentacyjnych. Czy znasz jakieś, możesz polecić?
Jim
1
Jest powód, dla którego umieścili tylko jeden wzmacniacz instrumentalny w pakiecie. Układ elektryczny jest znacznie lepszy z jednym wzmacniaczem na pakiet i nie ma interakcji między kanałami.
Connor Wolf,
2

W latach 70. opracowaliśmy 8 i 16 urządzeń telemetrycznych dla szpitali. Konieczność trzymania przewodów wejściowych skręconych, ekranowanych i oddalonych od anteny nadajnika. Dla bezpieczeństwa, wykorzystaliśmy pierwsze ogniwa litowe do zasilania izolowanej energii. Wykorzystano płaskie wzmacniacze mocy L113 do wzmacniaczy sygnałów. Wyjścia zostały zmultipleksowane do wejścia nadajnika. Zabawną częścią tego projektu była metoda demultipleksowania wymagana do oddzielenia sygnałów 8/16 eeg. Baw się dobrze - to fajny projekt!

Steve
źródło
2

Zbudowałem wzmacniacz EMG jako pracę magisterską. Wykorzystuje głównie standardowe części (bez drogich INA) i ma funkcje bezpieczeństwa wymagane w elektronice medycznej. Sądzę, że wymagania są podobne do wzmacniaczy EEG. Filtr dolnoprzepustowy i stopień wzmocnienia można zaprogramować za pomocą 2-bitowych interfejsów (00,01,10,11), co jest fajne, jeśli chcesz podłączyć je do mikrokontrolera.

W przypadku przetwornika ADC lepszym rozwiązaniem może być izolacja od strony cyfrowej, ale i tak możesz wykorzystać pewne pomysły ze wzmacniacza. Jedną fajną cechą jest aktywna osłona na różnicowych przewodach wejściowych, która pozwala na odcinki <10 stóp (<3 m) między elektrodami i przedwzmacniaczem, tj. Nie ma małej skrzynki przedwzmacniacza na zewnątrz głównej obudowy wzmacniacza.

Sama praca nie jest dostępna online, ale kluczowy rozdział można znaleźć w pracy doktorskiej częściowo opartej na mojej pracy. Zapraszam do sprawdzenia tutaj (por. Rozdział 8) . Niestety dokumentacja jest w języku niemieckim, ale chyba schematy są dość międzynarodowe.

Nie znam też wielokanałowego InAmps.

Powiązane: Strategie redukcji hałasu w elektrofizjologii

zebonaut
źródło
Fajnie - dziękuję za plik PDF ... Teraz dobrze go czytam, wygląda naprawdę obszernie! Korzystałem z ASD1298 Texas Instruments (ma 8 wzmacniaczy instrumentalnych), wygląda na najlepszego kandydata do mojego projektu. Jestem teraz tak zajęty innymi projektami! Niedługo będę musiał złamać EEG. Dzięki za informacje i pomoc :)
Jim
1

ModularEEG wykorzystuje INA114 .

Karta dźwiękowa EEG wykorzystuje wzmacniacz instrumentalny AD8221 . Tak, możesz regulować wzmocnienie za pomocą cyfrowej puli, ale dlaczego miałbyś tego chcieć?

alt text http://www.analog.com/static/imported-files/images/verified_circuits/CN0114_00_0415.gif

Ponadto wyszukiwanie: http://www.google.com/search?q=site%3Ati.com+PHYSIOLOGICAL+AMPLIFIERS%3A+EEG

endolit
źródło
Chcę stworzyć tablicę uniwersalną, którą można przeprogramować do pracy z różnymi wejściami audio i czujników. To trochę jak Arduino, ale dla ludzi, którzy chcą robić poważniejsze DSP. Pozdrawiam za pomoc
Jim
Poszedłem i kupiłem niektóre z tych wzmacniaczy instrumentalnych w Teksasie. Wyglądają jak biznes, ja tylko próbuję znaleźć sposób na wielokanałowość. Byłoby dobrze, gdyby wszystkie sygnały mogły przejść przez przetworniki ADC MCU, a następnie mogłem je powiązać z komputerem. Pomyślałem, że dobrze byłoby, gdyby użytkownik mógł po prostu wybrać (w interfejsie oprogramowania) dowolny kanał, który komputer traktuje jako tryb wspólny, na przykład
Jim
Koniec z oprogramowaniem powinien być dla mnie łatwy, więc prawdopodobnie zajmie mi to znacznie więcej czasu, zanim pójdzie sprzęt!
Jim