RnD pada EEG, Bantuan diperlukan, op-amp apa?

14

ini adalah posting pertama saya, dan saya butuh bantuan / saran menemukan sirkuit terpadu yang tepat. Saya akan mulai dengan menjelaskan latar belakang proyek sedikit. Saya telah menerima beasiswa untuk mengembangkan electroencephalograph open source, perangkat keras yang sudah jadi akan menyediakan platform bagi orang untuk mengembangkan berbagai penggunaan kreatif dan terapeutik untuk sistem EEG yaitu pengontrol musik, pengontrol permainan atau program pelatihan otak. Saya ingin menggunakan Atmel MCU untuk konversi analog ke digital, saya ingin terhubung ke komputer melalui USB dan saya juga ingin unit ini ditenagai oleh koneksi USB. Saya perlu bantuan menemukan op-amp IC yang cocok untuk memperkuat sinyal dari elektroda sebelum MCU. Perangkat yang sudah selesai akan menjadi 16 saluran, jadi saya ingin mencari IC dengan banyak op-amp. Aktivitas listrik yang diambil oleh elektroda akan berada di wilayah 200mV dan kurang, jadi saya akan membutuhkan banyak keuntungan. Apakah mungkin untuk mengatur penguatan rangkaian op-amp dengan MCU dengan menggunakan program resistor digital? Alangkah baiknya jika perangkat keras dapat diprogram ulang untuk bekerja dengan berbagai input audio dan sensor. Setiap bantuan atau saran akan sangat luar biasa.

Jim.

usb operational-amplifier atmel biopotential Jim
sumber
3
Apa yang salah dengan OpenEEG? Ini open source dan melakukan semua hal ini.
endolith
@endolith - Mahal
Connor Wolf
Ada banyak diskusi tentang elektronik EEG di Sirkuit Terbuka: Programmable Chip EEG
davidcary
1
terkait: electronics.stackexchange.com/questions/25198/…
davidcary

Jawaban:

9

Amp instrumentasi rata-rata Anda dapat dengan mudah melakukan bandwidth 1MHz; dan EEG Anda harus tidak lebih dari 2kSPS. Jadi multiplexer / Sampel dan Tahan amp instrumentasi harus menyelamatkan Anda di sana.

Tetapi pertimbangkan bahwa amp harus hanya beberapa dolar. Apakah ini layak untuk multiplexing? Jika Anda melakukan Surface Mount, ukurannya akan sangat minim.

Arduino tidak dapat mendigitalkan lebih cepat dari sekitar 10kSPS, sehingga Anda memerlukan A / D yang lebih cepat untuk melakukan 16 saluran. Sesuatu yang dapat melakukan 12 bit pada 100kSPS akan menyenangkan. Mereka juga cukup murah.

Perhatikan bahwa untuk keselamatan pasien Anda memerlukan isolasi optik pada sinyal, dan pasokan terisolasi yang baik (baterai atau serupa). Jangan main-main dengan keamanan di area ini - jika Anda perlu mengeluarkan data berkecepatan tinggi, bangun isolator Anda sendiri atau gunakan fibreoptik untuk mengirimkan sinyal.

Tony Barry
sumber
Ceria, itu kedengarannya seperti pendekatan terbaik, saya pikir saya mungkin akan melihat merancang dan klon arduino yang memiliki ampli instrumentasi built-in dan chip Atmel yang besar. Jika saya menyalakan unit melalui USB, apakah saya benar-benar perlu menggunakan isolator opto? Saya pikir sirkuit pelindung pada sebagian besar orang USB akan lebih dari cukup
Jim
Saya melihat menggunakan chip Atmel ini -> search.digikey.com/scripts/DkSearch/... Tidak sepenuhnya yakin, tapi saya pikir itu akan melakukan pekerjaan, dan sepertinya itu tidak memerlukan chip terpisah untuk berkomunikasi dengan USB
Jim
2
Tidak ada "sirkuit pelindung" pada port USB. Saat Anda menyentuh port USB, Anda menyentuh bumi. Tidak ada isolasi. Satu-satunya waktu untuk menjalankan tanpa isolasi di sirkuit EEG adalah ok jika mengambang (jika Anda terhubung ke laptop dan laptop tidak terhubung ke hal lain). Hanya membangun dalam isolasi nyata sehingga Anda tidak perlu khawatir tentang hal itu.
endolith
6
Halo Jim, Seperti komentar endolith, USB tidak memiliki perlindungan. Bumi yang dirujuk mungkin merupakan potensi "tanah" lokal, atau mungkin juga tidak. Jika laptop Anda dicolokkan ke adaptor 2-pin, maka ground untuk laptop akan sekitar 120VAC (di Australia), memberi Anda setidaknya banyak suara mode umum untuk bersaing, kemungkinan kemungkinan pasien Anda mendapatkan "tingles "dari lead Anda yang terhubung ke kepalanya (!) atau dalam kasus terburuk (dari kesalahan pada power supply), mayat dan biaya pembunuhan.
Tony Barry
Untuk amp instrumentasi Anda, INA129 dari Burr Brown (Texas) mungkin bagus. Mereka tersedia di permukaan mount (SMT, kecil, SOIC) serta melalui lubang (TH, besar, DIL). Anda mungkin akhirnya hanya menempatkan 16 dari mereka di papan untuk bersaing dengan polarisasi lokal di sekitar elektroda Anda (yang akan memberi Anda offset DC terbesar untuk ditangani). 16 amp memungkinkan setiap amp untuk menyelesaikan dan Anda kemudian dapat memperoleh melalui multiplexer dan A / D. A / D Anda mungkin sebuah AD7940 yang dijual Farnell hanya 12 dolar-tidak 100kSPS pada 14 bit, single berakhir 0-5V. Bagus.
Tony Barry
6

Untuk situasi seperti itu saya pikir Anda umumnya ingin menggunakan jenis amplifier instrumentasi op-amp. Mereka dibuat untuk sinyal diferensial, sehingga Anda dapat dengan mudah mengurangi kebisingan, mereka memiliki gain yang sangat tinggi, sehingga Anda dapat memperkuat sinyal yang lemah, dan mereka memiliki impedansi yang sangat tinggi, sehingga mereka dapat merasakan sinyal yang halus.

Dari teliti cepat dari OpenEEG situs sebagai davr menyarankan, sepertinya mereka menggunakan TI INA114AP instrumentasi amp sebagai amp utama.

todbot
sumber
Ceria Bung, mereka terdengar seperti amp kecil yang sempurna, apakah ada IC setara yang dapat menangani beberapa saluran? Saya ingin membuat 16 Channel EEG, tetapi saya tidak ingin memiliki 16 IC terpisah untuk pekerjaan itu.
Jim
Saya baru saja melihat elektroda saya, mereka koneksi tunggal DIN mini 1pin. Jika saya menggunakan amp instrumentasi dengan + dan - input, apakah itu berarti akan menghasilkan diferensial antara dua elektroda? Saya sedikit bingung bagaimana elektroda terhubung. Saya telah meneliti array elektroda yang disebut montreal 10/20, di mana input dari semua elektroda dijumlahkan dan digunakan untuk membatalkan kebisingan, bagaimana ini cocok dengan rangkaian amp instrumentasi? Cheers again Todbot
Jim.
Ya tidak ada petunjuk. Saya belum pernah bermain dengan amp instrumentasi dalam 15 tahun, dan belum pernah melakukan hal-hal EEG. Saya akan menuangkan OpenEEG. Sepertinya ada beberapa sistem elektroda yang berbeda dijelaskan di sana, mungkin Anda dapat menemukan beberapa rangkaian bit yang melakukan apa yang Anda inginkan.
todbot
Cheers for the help todbot
Jim
Ya, ini memang membuat perbedaan antara dua elektroda, dengan sinyal mode-umum dibatalkan oleh amplifier DRL.
endolith
5

Alasan apa pun yang tidak Anda gunakan OpenEEG , sistem EEG berbiaya rendah & open source? Mereka sudah ada untuk sementara waktu, dan memiliki banyak informasi berguna di situs web mereka.

davr
sumber
Saya sudah melihat itu ok, tapi itu pengaturan yang cukup mendasar, kedalaman bit rendah dan saluran terbatas, juga perangkat keras yang cukup besar. Saya ingin sistem yang jauh lebih ringkas dan komprehensif. Saluran dengan kedalaman 10 bit seperti minimum untuk mendapatkan representasi sinyal otak yang layak, saya pasti akan menginginkan lebih dari itu
Jim
5

TI memiliki ADS1298 untuk ujung depan EEG dan EKG. Ini digambarkan sebagai 8-Channel, konverter analog-ke-digital 24-bit dengan ujung depan EKG terintegrasi.

Leon Heller
sumber
Cheers Bung - saya mendapat email promo minggu lalu dari TI dan chip ini ada di halaman depan - gila!
Jim
Saya belum bisa mendapatkan chip ini - sial, kata mereka akan tersedia beberapa waktu dari Mei hingga pertengahan musim panas! - Bicara tentang menghidupkan minat
Jim
Daripada menggunakan chip mentah secara langsung, Anda mungkin mempertimbangkan untuk menggunakan Platform Sensor Biopotensial Sensor ADS1298 berbasis -perangkat keras yang didasarkan pada chip tersebut dalam prototipe pertama Anda.
davidcary
4

Op amp AD620 memiliki skema dalam lembar data untuk rangkaian EKG. Di sini Anda juga dapat menemukan lembar kelas yang menggunakan AD620 untuk membuat EKG ( 1 , 2 , 3 , 4 ). Mirip dengan skema dalam lembar data hanya lebih banyak bertele-tele. Hanya satu saluran. Tidak dapat dengan cepat menjawab sisa pertanyaan Anda tetapi harapan itu membantu.

cyphunk
sumber
Sayangnya sinyal yang ditangani ECG jauh lebih kuat daripada sinyal yang ditangani oleh EEG, terima kasih, tetapi saya membayangkan mereka akan terlalu lemah untuk mengambil sinyal melalui tengkorak.
Jim
1
Sebenarnya Jim, perangkat keras yang disarankan Cyphunk seharusnya tepat untuk keperluan Anda. Potensi kulit yang diambil EKG sebanding dengan EEG (keduanya mengukur impuls saraf). AD620, AD624 atau AD625 harus sesuai dengan tujuan Anda secara mengagumkan, tergantung pada fungsionalitas dan fitur pengaturan rangkaian apa yang Anda inginkan.
Sketchy Fletchy
Ceria Sketchy, saya berharap untuk membuat sesuatu dengan 16 saluran, jadi saya sudah mencari chip yang memiliki beberapa amplifier instrumentasi. Apakah Anda tahu, Anda dapat merekomendasikan?
Jim
1
Ada alasan mereka hanya memasukkan satu amp instrumentasi ke dalam satu paket. Tata letak listrik jauh lebih baik dengan satu amp per paket, dan tidak ada interaksi antara saluran.
Connor Wolf
2

Pada tahun 70-an kami mengembangkan unit telemetri 8 dan 16 chan eeg untuk rumah sakit. Perlu menjaga kabel input terpilin, terlindung dan jauh dari antena pemancar. Untuk keamanan, Kami menggunakan sel litium pertama untuk memasok daya yang terisolasi. L113 mikro-daya, opamp pak datar untuk amplifikasi sinyal. Outputnya adalah multiplexed ke input pemancar. Bagian yang menyenangkan dari desain ini adalah metode de-multiplexing yang diperlukan untuk memisahkan sinyal 8/16 eeg. Selamat bersenang-senang - ini adalah proyek yang rapi!

steve
sumber
2

Saya membangun amp EMG sebagai tesis master saya. Sebagian besar menggunakan suku cadang standar (tidak ada INA mahal) dan memiliki fitur keselamatan yang diperlukan untuk elektronik medis. Persyaratannya mirip dengan amp EEG, saya kira. Filter low-pass dan tahap penguatan dapat diprogram melalui antarmuka 2-bit (00,01,10,11), yang keren jika Anda ingin menghubungkannya ke mikrokontroler.

Dengan ADC, mungkin lebih baik melakukan isolasi di sisi digital, tetapi Anda mungkin dapat menggunakan beberapa ide dari amp. Salah satu fitur yang bagus adalah pelindung aktif pada kabel input diferensial yang memungkinkan panjang kawat <10 kaki (<3 m) antara elektroda dan preamp, yaitu tidak ada kotak preamp kecil di luar rumah utama amp.

Tesis itu sendiri tidak tersedia online, tetapi Anda dapat menemukan bab kunci dalam tesis PhD yang sebagian didasarkan pada pekerjaan saya. Silakan cek di sini (lih. Bab 8) . Maaf dokumentasinya dalam bahasa Jerman, tetapi diagram rangkaiannya cukup internasional, kurasa.

Juga, saya tidak mengetahui InAmps multi-channel.

Terkait: Strategi pengurangan kebisingan dalam elektrofisiologi

zebonaut
sumber
Keren - terima kasih untuk PDF .... Saya senang membacanya sekarang, ini terlihat sangat luas! Saya telah menggunakan ASD1298 oleh instrumen Texas (memiliki 8 instrumen amp) sepertinya kandidat terbaik untuk proyek saya. Sangat sibuk dengan proyek lain sekarang! Harus segera mendapatkan crack dengan EEG. Terima kasih atas info dan bantuannya :)
Jim
1

ModularEEG menggunakan INA114 .

Soundcard EEG menggunakan amp instrumentasi AD8221 . Ya, Anda bisa menyesuaikan gain dengan pot digital, tetapi mengapa Anda mau?

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

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

endolit
sumber
Saya ingin membuat papan serba guna, yang dapat diprogram ulang untuk bekerja dengan berbagai input audio dan sensor. Ini agak seperti Arduino tetapi untuk orang yang ingin melakukan DSP yang lebih serius. Cheers untuk bantuan
Jim
Saya telah pergi dan membeli beberapa amp instrumen instrumentasi texas tersebut. Mereka terlihat seperti bisnis, saya hanya mencoba mencari cara untuk melakukan multi channel. Akan lebih baik jika semua sinyal bisa melewati MCU ADC dan saya bisa referensi silang setelahnya dengan komputer. Saya berpikir akan lebih baik jika pengguna hanya dapat memilih (dalam antarmuka pengguna perangkat lunak) saluran sewenang-wenang yang kemudian akan diperlakukan oleh komputer sebagai mode umum, misalnya
Jim
Akhir perangkat lunak seharusnya cukup mudah bagi saya untuk bekerja, mungkin akan memakan waktu lebih lama bagi saya untuk mengetahui bagaimana perangkat keras akan pergi!
Jim