RnD en un EEG, se requiere ayuda, ¿qué amplificador operacional?

Esta es mi primera publicación y necesito ayuda/consejos para encontrar los circuitos integrados correctos. Comenzaré describiendo un poco los antecedentes del proyecto. Recibí una beca para desarrollar un electroencefalógrafo 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 MCU Atmel para la conversión de analógico a digital, me gustaría conectarlo a una computadora a través de USB y también me gustaría que la unidad sea alimentada por 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 200 mV y menos, por lo que necesitaré mucha ganancia. ¿Es posible ajustar la ganancia de un circuito de amplificador operacional con una MCU usando 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.

¿Qué tiene de malo el OpenEEG? Es de código abierto y hace todas estas cosas.
@endolith - Es caro
Hay mucha discusión sobre la electrónica EEG en Open Circuits: Programmable Chip EEG

Respuestas (8)

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

Pero considere que el amplificador debe costar solo unos pocos dólares. ¿Vale la pena multiplexar? Si haces montaje en superficie, 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 estaría bien. 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 juegue con la seguridad en esta área: si necesita obtener un flujo de datos de alta velocidad, construya sus propios aisladores o use fibra óptica para transmitir la señal.

Saludos, suena como el mejor enfoque, creo que probablemente miraré el diseño y un clon de arduino que tenga amplificadores de instrumentación incorporados y un chip Atmel fuerte. Si enciendo la unidad a través de USB, ¿realmente necesitaría usar optoaisladores? Pensé que los circuitos de protección en la mayoría de los USB de la gente serían más que suficientes
Estoy considerando usar este chip Atmel -> search.digikey.com/scripts/DkSearch/… No estoy totalmente seguro, pero creo que funcionará, y parece que no necesitará un chip separado para comunicarse con USB
No hay "circuitos de protección" en los puertos USB. Cuando toca un puerto USB, está tocando tierra. Hay cero aislamiento. La única vez que está bien funcionar 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 nada más). Solo construye un aislamiento real para que no tengas que preocuparte por eso.
Hola Jim, como ha comentado endolith, el USB no tiene protección. La tierra a la que se hace referencia podría ser el potencial de "tierra" local, o podría no serlo. Si su computadora portátil está enchufada a un adaptador de 2 pines, la conexión a tierra de la computadora portátil será de alrededor de 120 V CA (en Australia), lo que le dará al menos mucho ruido de modo común con el que lidiar, la posibilidad probable de que su paciente sienta "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 un cargo de homicidio involuntario.
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 en orificio pasante (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 las mayores compensaciones de CC con las que lidiar). 16 amperios permite que cada amperio se asiente y luego puede adquirir 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, un solo extremo 0-5V. Bonito.
Genial, gracias por toda la ayuda. Seguí su consejo y obtuve algunos INA129 para experimentar. Por lo que parece, usaré un optoaislador, ¡no quiero freír los cerebros de las personas!
AD7940, vaya que se ve el negocio, ¿cómo envía los datos digitales? es en serie? ¿Necesitaría usar algo como un chip FTDI para conectarlo con USB? ¿También este chip ADC estaría en lugar de usar una MCU? Gracias por adelantado.
@Jim: parece que estás un poco por encima de tu cabeza. Por lo general, un ADC está conectado y, en gran medida, lo ejecuta una MCU separada. No funcionan solos. Todo está en la hoja de datos. Tampoco es necesario usar un ADC tan pequeño, algo con entradas diferenciales le brindará un rechazo de ruido mucho mejor.
@TonyBarry: eliminé tu firma, ya que el software del foro firma automáticamente todas tus publicaciones. Consulte las preguntas frecuentes para obtener más información.

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

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

Saludos amigo, 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.
Acabo de mirar mis electrodos, son mini DIN de 1 pin de conexión única. Si uso un amplificador de instrumentación con entradas + y -, ¿eso significa que generará el diferencial entre dos electrodos? Estoy un poco confundido en cuanto a cómo se conectan los electrodos. He estado investigando una matriz de electrodos llamada Montreal 10/20, donde la entrada de todos los electrodos se suma y se usa para cancelar el ruido, ¿cómo encajaría esto con el circuito del amplificador de instrumentación? Saludos de nuevo Todbot
Sí, ni idea. No he tocado con amplificadores de instrumentación en 15 años y nunca he hecho cosas de EEG. Vertiría sobre OpenEEG. Parece que hay varios sistemas de electrodos diferentes descritos allí, tal vez puedas encontrar algunos bits de circuito que hagan lo que quieras.
Saludos por la ayuda todbot
Sí, hace la diferencia entre dos electrodos, con señales de modo común canceladas por el amplificador DRL.

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

He mirado que está bien, pero es una configuración bastante básica, baja 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 el mínimo indispensable para obtener una representación decente de una señal cerebral, definitivamente querré más que eso.

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

saludos amigo - Recibí un correo electrónico promocional la semana pasada de TI y este chip estaba en la página principal - ¡loco!
Todavía no puedo obtener este chip. ¡Maldita sea, dijeron que estaría disponible en algún momento desde mayo hasta mediados del verano! - Hablar de aumentar el interés.
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.

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, solo que mucho más detallado. Es un solo canal. No puedo responder rápidamente el resto de su pregunta, pero espero que ayude.

Desafortunadamente, las señales que maneja un ECG son considerablemente más fuertes que las señales que maneja un EEG, gracias de todos modos, pero me imagino que serían demasiado débiles para captar una señal a través del cráneo.
En realidad, Jim, el hardware que Cyphunk ha sugerido debería ser el adecuado para sus propósitos. Los potenciales de la piel que capta un ECG son comparables a los de un EEG (ambos miden el impulso nervioso). El AD620, AD624 o AD625 debería adaptarse admirablemente a sus propósitos, según la funcionalidad y las características de configuración del circuito que prefiera.
Saludos Sketchy, esperaba hacer algo con 16 canales, así que he estado buscando un chip que tenga múltiples amplificadores de instrumentación. ¿Conoces alguno que me puedas recomendar?
Hay una razón por la que solo ponen un amplificador de instrumentación en un paquete. El diseño eléctrico es mucho mejor con un solo amperio por paquete y no hay interacción entre los canales.

Construí un amplificador EMG como tesis de maestría. Utiliza principalmente piezas estándar (sin INA costosos) 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, podría ser mejor hacer el aislamiento en el lado digital, pero de todos modos podrías 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 (cf. capítulo 8) . Lo siento, la documentación está en alemán, pero supongo que los diagramas de circuito son bastante internacionales.

Además, no estoy al tanto de InAmps multicanal.

Relacionado: Estrategias de reducción de ruido en electrofisiología

Genial, gracias por el PDF... Lo estoy leyendo bien ahora, ¡parece realmente extenso! He estado usando el ASD1298 de Texas Instruments (tiene 8 amplificadores de instrumentos), parece el mejor candidato para mi proyecto. ¡Estoy tan ocupado con otros proyectos ahora mismo! Tendrá que ponerse manos a la obra con el EEG pronto. Gracias por la información y ayuda :)

En los años 70 desarrollamos unidades de telemetría eeg de 8 y 16 canales para hospitales. Debe mantener los cables de entrada trenzados, protegidos y alejados de la antena del transmisor. Por seguridad, utilizamos las primeras celdas de litio para suministrar energía aislada. Se utilizaron amplificadores operacionales de paquete plano de micropotencia L113 para amplificación de señal. Las salidas fueron multiplexadas a la entrada del transmisor. La parte divertida de este diseño fue el método de demultiplexación requerido para separar las señales de 8/16 eeg. Diviértete, ¡este es un proyecto genial!

Quiero hacer una placa multipropósito, que se pueda reprogramar para que funcione con varias entradas de audio y sensor. Es un poco como un Arduino pero para las personas que quieren hacer DSP más serio. Saludos por la ayuda
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 multicanal. Sería bueno si todas las señales pudieran pasar a través de los ADC de MCU y luego pudiera cruzarlas con la computadora. Estaba pensando que sería bueno si el usuario pudiera simplemente seleccionar (en la interfaz de usuario del software) un canal arbitrario que la computadora trataría como el modo común, por ejemplo
El final del software debería ser lo suficientemente fácil para mí, ¡probablemente me llevará mucho más tiempo averiguar cómo funcionará el hardware!
RnD en un EEG, se requiere ayuda, ¿qué amplificador operacional?
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