RnD en un EEG, se requiere ayuda, ¿qué op-amp?

14

Esta es mi primera publicación, y necesito ayuda / consejo para encontrar los circuitos integrados correctos. Comenzaré describiendo un poco los antecedentes del proyecto. Recibí una beca para desarrollar un electroencefalograma de código abierto, el hardware terminado proporcionará una plataforma para que las personas desarrollen varios usos creativos y terapéuticos para un sistema EEG, es decir, controladores de música, controladores de juegos o programas de entrenamiento cerebral. Quiero usar un Atmel MCU para la conversión de analógico a digital, me gustaría que se conecte a una computadora a través de USB y también me gustaría que la unidad se alimente mediante la conexión USB. Necesito ayuda para encontrar un IC de amplificador operacional adecuado para amplificar las señales de los electrodos antes de la MCU. El dispositivo terminado tendrá 16 canales, por lo que me gustaría encontrar un IC con múltiples amplificadores operacionales. La actividad eléctrica captada por los electrodos estará en la región de 200mV y menos, por lo que necesitaré mucha ganancia. ¿Es posible ajustar la ganancia de un circuito de amplificador operacional con un MCU utilizando un programa de resistencia digital? Sería bueno si el hardware pudiera reprogramarse para que funcione con varias entradas de audio y sensor. Cualquier ayuda o consejo sería fantástico.

Jim

— Jim
fuente

3

¿Qué hay de malo con OpenEEG? Es de código abierto y hace todo esto.

— endolith

@endolith - Es caro

— Connor Wolf

Se discute mucho sobre la electrónica de EEG en circuitos abiertos: EEG de chip programable

— davidcary

1

relacionado: electrónica.stackexchange.com

— questions

9

Su amplificador de instrumentación promedio puede hacer fácilmente un ancho de banda de 1MHz; y su EEG no debe ser más de 2kSPS. Por lo tanto, un multiplexor / Sample and Hold por delante del amplificador de instrumentación debería salvarlo allí.

Pero considere que el amplificador debería ser solo unos pocos dólares. ¿Vale la pena la multiplexación? Si haces Surface Mount, el tamaño será bastante mínimo.

El Arduino no puede digitalizar más rápido que aproximadamente 10kSPS, por lo que necesitaría un A / D más rápido para hacer 16 canales. Algo que pueda hacer 12 bits a 100kSPS sería bueno. También son bastante baratos.

Tenga en cuenta que para la seguridad del paciente necesita aislamiento óptico en las señales y un buen suministro aislado (batería o similar). No se meta con la seguridad en esta área: si necesita obtener un flujo de datos de alta velocidad, cree sus propios aisladores o use fibreópticos para transmitir la señal.

— Tony Barry
fuente

Saludos, eso suena como el mejor enfoque, creo que probablemente miraré el diseño y el clon Arduino que tiene amplificadores de instrumentación incorporados y un chip Atmel fuerte. Si alimento la unidad a través de USB, ¿realmente necesitaría usar optoaisladores? Pensé que los circuitos de protección en la mayoría de los pueblos del USB sería más que suficiente

— Jim

Estoy mirando el uso de este chip Atmel -> search.digikey.com/scripts/DkSearch/… No estoy totalmente seguro, pero creo que hará el trabajo, y parece que no necesitará un chip separado para comunicarse con USB

— Jim

2

No hay "circuitos de protección" en los puertos USB. Cuando tocas un puerto USB, estás tocando tierra. Hay cero aislamiento. El único momento en que está bien ejecutar sin aislamiento en el circuito EEG es si está flotando (si está conectado a una computadora portátil y la computadora portátil no está conectada a otra cosa). Simplemente construya un aislamiento real para que no tenga que preocuparse por eso.

— endolith

66

Hola Jim, como ha comentado endolith, USB no tiene protección. La tierra a la que se hace referencia podría ser el potencial "terrestre" local, o podría no serlo. Si su computadora portátil está conectada a un adaptador de 2 pines, entonces la conexión a tierra para la computadora portátil será de alrededor de 120 VCA (en Australia), lo que le brindará al menos mucho ruido de modo común con el que lidiar, la posibilidad de que su paciente tenga "hormigueo" "de sus cables conectados a su cabeza (!) o en el peor de los casos (de una falla en la fuente de alimentación), un cadáver y una carga de homicidio involuntario.

— Tony Barry

Para su amplificador de instrumentación, un INA129 de Burr Brown (Texas) podría ser bueno. Están disponibles en montaje en superficie (SMT, pequeño, SOIC), así como a través del orificio (TH, grande, DIL). Puede terminar colocando 16 de ellos en el tablero para lidiar con la polarización local alrededor de sus electrodos (lo que le dará sus mayores compensaciones de CC para tratar). 16 amplificadores permiten que cada amplificador se estabilice y luego puede adquirirlos a través de un multiplexor y A / D. Su A / D podría ser un AD7940 que Farnell vende por solo 12 dólares, hace 100kSPS a 14 bits, terminación simple 0-5V. Agradable.

— Tony Barry

6

Para tales situaciones, creo que generalmente desea utilizar un amplificador operacional tipo amplificador operacional. Están hechos para señales diferenciales, por lo que puede restar fácilmente el ruido, tienen una ganancia realmente alta, por lo que puede amplificar las señales débiles y tienen impedancias realmente altas, para que puedan sentir señales delicadas.

Desde una lectura rápida del sitio OpenEEG como sugiere davr, parece que usan un amplificador de instrumentación TI INA114AP como el amplificador principal.

— todbot
fuente

Cheers dude, suenan como el pequeño amplificador perfecto, ¿hay un IC equivalente que pueda manejar múltiples canales? Me gustaría hacer un EEG de 16 canales, pero no quiero tener 16 circuitos integrados separados para el trabajo.

— Jim

Acabo de mirar mis electrodos, son de conexión simple de 1 pin mini DIN. Si uso un amplificador de instrumentación con entradas + y -, ¿eso significa que emitirá el diferencial entre dos electrodos? Estoy un poco confundido sobre cómo se conectan los electrodos. He estado investigando una matriz de electrodos llamada montreal 10/20, donde se suma la entrada de todos los electrodos y se utiliza para cancelar el ruido, ¿cómo encajaría esto con el circuito del amplificador de instrumentación? Saludos de nuevo Todbot

— Jim

Sí, no tengo idea. No he jugado con amplificadores de instrumentación en 15 años, y nunca he hecho cosas de EEG. Me echaría sobre OpenEEG. Parece que hay varios sistemas de electrodos diferentes descritos allí, tal vez pueda encontrar algunos bits de circuito que hagan lo que desee.

— todbot

Saludos por la ayuda todbot

— Jim

Sí, hace la diferencia entre dos electrodos, con señales de modo común canceladas por el amplificador DRL.

— endolito

5

¿Alguna razón por la que no está utilizando OpenEEG , un sistema EEG de bajo costo y código abierto? Han existido por un tiempo y tienen mucha información útil en su sitio web.

— davr
fuente

He visto que está bien, pero es una configuración bastante básica, poca profundidad de bits y canales limitados, también es una pieza de hardware bastante grande. Quiero un sistema mucho más compacto y completo. Un canal con una profundidad de bits de 10 es como un mínimo para conseguir una representación digna de una señal cerebral, definitivamente quiero más que eso

— Jim

5

TI tiene el ADS1298 para EEG y ECG. Se describe como un convertidor de analógico a digital de 8 canales y 24 bits con interfaz integrada de ECG.

— Leon Heller
fuente

salud, amigo - Recibí un correo electrónico promocional la semana pasada de TI y este chip estaba en la portada, ¡loco!

— Jim

Todavía no puedo obtener este chip, ¡carajo, dijeron que estaría disponible en algún momento de mayo a mediados de verano! - Hablar sobre interés de tambores

— Jim

En lugar de usar el chip sin procesar directamente, podría considerar usar la plataforma de sensor de biopotencial basada en ADS1298 de hardware abierto basada en ese chip en su primer prototipo.

— davidcary

4

El amplificador operacional AD620 tiene un esquema en la hoja de datos para un circuito de ECG. Aquí también puede encontrar hojas de clase que usan el AD620 para construir un ECG ( 1 , 2 , 3 , 4 ). Similar al esquema en la hoja de datos, mucho más detallado. Es solo un canal. No puedo responder rápidamente el resto de su pregunta, pero espero que eso ayude.

— cyphunk
fuente

Desafortunadamente, las señales que maneja un ECG son considerablemente más fuertes que las señales manejadas por un EEG, gracias de todos modos, pero me imagino que serían demasiado débiles para captar una señal a través del cráneo.

— Jim

1

En realidad, Jim, el hardware que Cyphunk ha sugerido debería ser el adecuado para sus propósitos. Los potenciales de la piel que recoge un ECG son comparables a los de un EEG (ambos miden el impulso nervioso). El AD620, AD624 o AD625 debe adaptarse admirablemente a sus propósitos, dependiendo de la funcionalidad y las características de configuración de circuito que prefiera.

— Sketchy Fletchy

Cheers Sketchy, esperaba hacer algo con 16 canales, así que he estado buscando un chip que tenga múltiples amplificadores de instrumentación. ¿Conoces alguno que puedas recomendar?

— Jim

1

Hay una razón por la que solo ponen un amplificador de instrumentación en un paquete. El diseño eléctrico es mucho mejor con un solo amplificador por paquete, y no hay interacción entre los canales.

— Connor Wolf

2

En los años 70 desarrollamos unidades de telemetría de 8 y 16 canales para hospitales. Es necesario mantener los cables de entrada trenzados, apantallados y alejados de la antena del transmisor. Para mayor seguridad, utilizamos las primeras celdas de litio para suministrar energía aislada. Ompamps L113 de microenergía de paquete plano usados para amplificación de señal. Las salidas se multiplexaron a la entrada del transmisor. La parte divertida de este diseño fue el método de desmultiplexación requerido para separar las señales 8/16 eeg. Diviértete, ¡este es un proyecto genial!

— Steve
fuente

2

Construí un amplificador EMG como mi tesis de maestría. Utiliza principalmente piezas estándar (no costosos INA) y tiene las características de seguridad requeridas para la electrónica médica. Los requisitos son similares a los amplificadores EEG, supongo. El filtro de paso bajo y la etapa de ganancia se pueden programar a través de interfaces de 2 bits (00,01,10,11), lo cual es genial si desea conectarlo a un microcontrolador.

Con un ADC, puede ser mejor hacer el aislamiento en el lado digital, pero de todos modos puede usar algunas ideas del amplificador. Una buena característica es el blindaje activo en los cables de entrada diferencial que permite longitudes de cable de <10 pies (<3 m) entre los electrodos y el preamplificador, es decir, no hay una pequeña caja de preamplificador fuera de la carcasa principal del amplificador.

La tesis en sí no está disponible en línea, pero puede encontrar el capítulo clave en una tesis doctoral que se basa en parte en mi trabajo. No dude en consultar aquí (véase el capítulo 8) . Lo siento, la documentación está en alemán, pero los diagramas de circuito son bastante internacionales, supongo.

Además, no conozco los InAmps multicanal.

Relacionado: Estrategias de reducción de ruido en electrofisiología

— zebonaut
fuente

Genial, gracias por el PDF ... Estoy leyendo bien ahora, ¡parece muy extenso! He estado usando el ASD1298 de Texas Instruments (tiene 8 amplificadores de instrumento), parece el mejor candidato para mi proyecto. ¡Tan ocupado con otros proyectos ahora mismo! Tendrá que agrietarse con el EEG pronto. Gracias por la información y ayuda :)

— Jim

1

ModularEEG utiliza INA114 .

Soundcard EEG utiliza el amplificador de instrumentación AD8221 . Sí, puedes ajustar la ganancia con un bote digital, pero ¿por qué quieres hacerlo?

texto alternativo http://www.analog.com/static/imported-files/images/verified_circuits/CN0114_00_0415.gif

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

— endolito
fuente

Quiero hacer una placa multipropósito, que pueda reprogramarse para que funcione con varias entradas de audio y sensor. Es un poco como un Arduino, pero para las personas que quieren hacer un DSP más serio. Saludos por la ayuda

— Jim

Fui y compré algunos de esos amplificadores de instrumentación de instrumentos de Texas. Se ven como el negocio, solo estoy tratando de encontrar una manera de hacer canales múltiples. Sería bueno si todas las señales pudieran pasar a través de los ADC de MCU y luego pudiera hacer una referencia cruzada con la computadora. Estaba pensando que sería bueno si el usuario pudiera seleccionar (en la interfaz de usuario del software) un canal arbitrario que la computadora trataría como el modo común, por ejemplo

— Jim

El final del software debería ser lo suficientemente fácil para mí, probablemente me tomará mucho más tiempo averiguar cómo funcionará el hardware.

— Jim