RnD su un EEG, aiuto richiesto, quale op-amp?

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questo è il mio primo post e ho bisogno di aiuto / consigli per trovare i giusti circuiti integrati. Inizierò descrivendo un po 'lo sfondo del progetto. Ho ricevuto una borsa di studio per sviluppare un elettroencefalografo open source, l'hardware finito fornirà una piattaforma per le persone a sviluppare vari usi creativi e terapeutici per un sistema EEG, ad esempio controller musicali, controller di gioco o programmi di allenamento del cervello. Voglio usare un MCU Atmel per la conversione da analogico a digitale, mi piacerebbe che si collegasse a un computer tramite USB e vorrei che l'unità fosse alimentata dalla connessione USB. Ho bisogno di aiuto per trovare un IC op-amp adatto per amplificare i segnali dagli elettrodi prima dell'MCU. Il dispositivo finito avrà 16 canali, quindi mi piacerebbe trovare un circuito integrato con più amplificatori operazionali. L'attività elettrica raccolta dagli elettrodi sarà nella regione di 200 mV e meno, quindi avrò bisogno di molto guadagno. È possibile regolare il guadagno di un circuito operazionale con un MCU usando un programma di resistenza digitale? Sarebbe bello se l'hardware potesse essere riprogrammato per funzionare con vari ingressi audio e sensori. Qualsiasi aiuto o consiglio sarebbe fantastico.

Jim.

— Jim
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Cosa c'è che non va in OpenEEG? È open source e fa tutto questo.

— endolith,

@endolith - È costoso

— Connor Wolf il

Ci sono molte discussioni sull'elettronica EEG in Open Circuits: Programmable Chip EEG

— davidcary,

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collegati: electronics.stackexchange.com/questions/25198/…

— davidcary

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L'amplificatore di strumentazione medio può facilmente eseguire una larghezza di banda di 1 MHz; e il tuo EEG non dovrebbe essere superiore a 2kSPS. Quindi un multiplexer / Sample and Hold davanti all'amplificatore di strumentazione dovrebbe salvarti lì.

Ma considera che l'amplificatore dovrebbe essere solo di pochi dollari. Vale la pena il multiplexing? Se esegui Surface Mount, le dimensioni saranno piuttosto minime.

Arduino non è in grado di digitalizzare più velocemente di circa 10kSPS, quindi sarebbe necessario un A / D più veloce per fare 16 canali. Qualcosa che può fare 12 bit a 100kSPS sarebbe bello. Sono anche abbastanza economici.

Si noti che per la sicurezza del paziente è necessario un isolamento ottico dei segnali e una buona alimentazione isolata (batteria o simile). Non fare confusione con la sicurezza in quest'area - se hai bisogno di ottenere un flusso di dati ad alta velocità, costruisci i tuoi isolatori o usa fibre ottiche per trasmettere il segnale.

— Tony Barry
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Saluti, sembra l'approccio migliore, penso che probabilmente guarderò alla progettazione e al clone arduino che ha un amplificatore di strumentazione incorporato e un pesante chip Atmel. Se accendo l'unità tramite USB, dovrei davvero utilizzare gli optoisolatori? Ho pensato che i circuiti di protezione sulla maggior parte delle persone USB sarebbero stati più che sufficienti

— Jim,

Sto cercando di utilizzare questo chip Atmel -> search.digikey.com/scripts/DkSearch/… Non sono del tutto sicuro, ma penso che farà il lavoro e sembra che non avrà bisogno di un chip separato per comunicare con USB

— Jim,

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Non ci sono "circuiti di protezione" sulle porte USB. Quando tocchi una porta USB, tocchi la terra. C'è zero isolamento. L'unica volta che va bene funzionare senza isolamento nel circuito EEG è se è mobile (se sei connesso a un laptop e il laptop non è collegato a nient'altro). Costruisci un vero isolamento in modo da non doverti preoccupare.

— endolith,

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Ciao Jim, come ha commentato endolith, USB non ha protezione. La terra a cui viene fatto riferimento potrebbe essere il potenziale "terreno" locale, oppure no. Se il laptop è collegato a un adattatore a 2 pin, la messa a terra del laptop sarà di circa 120 V CA (in Australia), offrendoti almeno un sacco di rumore di modalità comune da affrontare, la probabile possibilità che il tuo paziente abbia "formicolio" "dai tuoi cavi collegati alla sua testa (!) o nel peggiore dei casi (di un guasto nell'alimentazione elettrica), un cadavere e una carica di omicidio colposo.

— Tony Barry,

Per il tuo amplificatore di strumentazione, un INA129 di Burr Brown (Texas) potrebbe essere buono. Sono disponibili con montaggio superficiale (SMT, piccolo, SOIC) e con foro passante (TH, grande, DIL). Potresti finire per metterne 16 sul tavolo per combattere la polarizzazione locale intorno agli elettrodi (che ti darà i tuoi più grandi offset CC da affrontare). 16 ampere consentono a ciascun amplificatore di stabilizzarsi e quindi è possibile acquisire tramite un multiplexer e A / D. Il tuo A / D potrebbe essere un AD7940 che Farnell vende per soli 12 dollari, fa 100kSPS a 14 bit, single-ended 0-5V. Bello.

— Tony Barry,

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Per tali situazioni penso che in genere si desideri utilizzare un tipo di amplificatore operazionale di tipo op-amp. Sono fatti per segnali differenziali, quindi puoi facilmente sottrarre il rumore, hanno un guadagno davvero alto, quindi puoi amplificare i segnali deboli e hanno impedenze molto alte, quindi possono percepire segnali delicati.

Da una rapida lettura del OpenEEG sito come suggerisce Davr, sembra che usano un TI INA114AP strumentazione amp come l'amplificatore principale.

— todbot
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Saluti amico, suonano come il piccolo amplificatore perfetto, c'è un equivalente IC in grado di gestire più canali? Mi piacerebbe realizzare un EEG a 16 canali, ma non voglio avere 16 circuiti integrati separati per il lavoro.

— Jim,

Ho appena guardato i miei elettrodi, sono mini DIN 1 pin a connessione singola. Se utilizzo un amplificatore per strumentazione con ingressi + e -, significa che emetterà il differenziale tra due elettrodi? Sono un po 'confuso su come si collegano gli elettrodi. Ho studiato un array di elettrodi chiamato montreal 10/20, in cui viene sommato l'ingresso di tutti gli elettrodi e utilizzato per annullare il rumore, come si adatterebbe al circuito di amplificazione della strumentazione? Saluti ancora Todbot

— Jim

Sì, nessun indizio. Non suono con gli amplificatori di strumentazione da 15 anni e non ho mai fatto cose EEG. Vorrei versare su OpenEEG. Sembra che ci siano diversi sistemi di elettrodi descritti qui, forse puoi trovare alcuni bit di circuito che fanno quello che vuoi.

— todbot

Saluti per l'aiuto todbot

— Jim

Sì, fa la differenza tra due elettrodi, con segnali di modo comune annullati dall'amplificatore DRL.

— endolith,

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Qual è il motivo per cui non stai usando OpenEEG , un sistema EEG a basso costo e open source? Sono in giro da un po 'e hanno molte informazioni utili sul loro sito web.

— Davr
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Ho visto che è ok, ma è una configurazione abbastanza semplice, bassa profondità di bit e canali limitati, è anche un hardware abbastanza grande. Voglio un sistema molto più compatto e completo. Un canale con una profondità di 10 bit è come un minimo indispensabile per ottenere una rappresentazione decente di un segnale cerebrale, ne vorrò sicuramente di più

— Jim

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TI ha ADS1298 per front-end EEG ed ECG. Viene descritto come convertitore analogico-digitale a 8 canali, 24 bit con front-end ECG integrato.

— Leon Heller
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ciao amico - Ho ricevuto un'email promozionale la scorsa settimana da TI e questo chip era in prima pagina - pazzo!

— Jim

Non riesco ancora a ottenere questo chip - dannazione, hanno detto che sarebbe stato disponibile da maggio a metà estate! - parla di come suscitare interesse

— Jim

Anziché utilizzare direttamente il chip non elaborato , è possibile prendere in considerazione l'utilizzo della piattaforma di sensore biopotenziale basata su hardware ADS1298 basata su quel chip nel primo prototipo.

— davidcary,

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L'amplificatore operazionale AD620 ha uno schema nel foglio dati per un circuito ECG. Qui puoi anche trovare i fogli di classe che usano AD620 per costruire un ECG ( 1 , 2 , 3 , 4 ). Simile allo schema nel foglio dati molto più dettagliato. È solo un canale. Non posso rispondere rapidamente al resto della tua domanda, ma spero che ti aiuti.

— cyphunk
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Sfortunatamente i segnali che un ECG gestisce sono considerevolmente più forti dei segnali gestiti da un elettroencefalogramma, grazie comunque ma immagino che sarebbero troppo deboli per captare un segnale attraverso il cranio.

— Jim,

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In realtà Jim, l'hardware che Cyphunk ha suggerito dovrebbe essere giusto per i tuoi scopi. I potenziali cutanei rilevati da un elettrocardiogramma sono paragonabili a quelli di un elettroencefalogramma (entrambi misurano l'impulso nervoso). AD620, AD624 o AD625 dovrebbero adattarsi perfettamente ai tuoi scopi, a seconda della funzionalità e delle caratteristiche di configurazione del circuito che preferisci.

— Sketchy Fletchy,

Saluti Sketchy, speravo di fare qualcosa con 16 canali, quindi ho cercato un chip con più amplificatori di strumentazione. Ne conosci qualcuno, puoi consigliarlo?

— Jim,

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C'è una ragione per cui hanno messo un solo amplificatore di strumentazione in un pacchetto. Il layout elettrico è molto meglio con un singolo amplificatore per pacchetto e non c'è interazione tra i canali.

— Connor Wolf,

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Negli anni '70 abbiamo sviluppato unità di telemetria a 8 e 16 canali per ospedali. È necessario mantenere i cavi di ingresso attorcigliati, schermati e lontani dall'antenna del trasmettitore. Per sicurezza, abbiamo usato le primissime celle al litio per fornire energia isolata. Usato op11 L113 micro-potenza, flat-pack per l'amplificazione del segnale. Le uscite sono state multiplexate all'ingresso del trasmettitore. La parte divertente di questo design era il metodo di de-multiplexing richiesto per separare i segnali eeg 8/16. Buon divertimento - questo è un progetto pulito!

— steve
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Ho costruito un amplificatore EMG come tesi del mio maestro. Utilizza principalmente componenti standard (non costosi INA) e presenta le caratteristiche di sicurezza richieste per l'elettronica medica. I requisiti sono simili agli amplificatori EEG, immagino. Il filtro passa-basso e lo stadio di guadagno possono essere programmati tramite interfacce a 2 bit (00,01,10,11), il che è interessante se si desidera collegarlo a un microcontrollore.

Con un ADC, potrebbe essere meglio fare l'isolamento dal lato digitale, ma potresti comunque essere in grado di usare alcune idee dall'amplificatore. Una caratteristica interessante è la schermatura attiva sui fili di ingresso differenziale che consente lunghezze di filo <<3 m (10 piedi) tra gli elettrodi e il preamplificatore, ovvero nessuna scatola di preamplificazione all'esterno dell'alloggiamento principale dell'amplificatore.

La tesi stessa non è disponibile online, ma puoi trovare il capitolo chiave in una tesi di dottorato che si basa in parte sul mio lavoro. Sentiti libero di controllare qui (vedi capitolo 8) . Mi dispiace che la documentazione sia in tedesco, ma gli schemi elettrici sono piuttosto internazionali, immagino.

Inoltre, non sono a conoscenza degli InAmps multicanale.

Correlati: strategie di riduzione del rumore in elettrofisiologia

— zebonaut
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Fantastico - grazie per il PDF .... Adesso lo sto leggendo bene, sembra davvero vasto! Sto usando l'ASD1298 di Texas Instruments (ha 8 ampli per strumenti) sembra il miglior candidato per il mio progetto. Proprio così impegnato con altri progetti in questo momento! Dovrà presto rompersi con l'EEG. Grazie per le informazioni e l'aiuto :)

— Jim

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ModularEEG utilizza INA114 .

La scheda audio EEG utilizza l' amplificatore di strumentazione AD8221 . Sì, puoi regolare il guadagno con un piatto digitale, ma perché dovresti farlo?

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

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

— endolith
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Voglio creare una scheda multiuso, che può essere riprogrammata per funzionare con vari ingressi audio e sensori. È un po 'come un Arduino ma per le persone che vogliono fare DSP più seri. Saluti per l'aiuto

— Jim,

Sono andato a comprare alcuni di quegli amplificatori per strumentazione per strumenti in Texas. Sembrano gli affari, sto solo cercando di trovare un modo per fare multicanale. Sarebbe bello se tutti i segnali potessero passare attraverso gli ADC MCU e potessi incrociarli successivamente con il computer. Stavo pensando che sarebbe bello se l'utente potesse semplicemente selezionare (nell'interfaccia utente del software) un canale arbitrario che il computer avrebbe quindi trattato come la modalità comune, ad esempio

— Jim

L'estremità del software dovrebbe essere abbastanza facile da capire, probabilmente ci vorrà molto più tempo per capire come andrà l'hardware!

— Jim,