¿Hay alguna ventaja en procesar datos de EEG como señales analógicas (frente a señales digitalizadas)?

Tenga en cuenta : aunque esta pregunta menciona un circuito electrónico que representa un EEG , creo que esta es una pregunta puramente bioeléctrica que es apropiada para este sitio, y debe ser respondida por cualquier ingeniero biomédico cansado de la batalla que haya tenido experiencia con EEG.


Me topé con este Instructable DIY EEG , que es interesante y novedoso, pero que tiene una serie de inconvenientes (desde la perspectiva de EE).

Lo que más me sorprende de este circuito es la cantidad constante de corrección/filtrado que el autor realiza en cada paso:

  • Dos filtros de muesca de 60 Hz, uno en cada "extremo" del circuito, para reducir el ruido a una frecuencia particular (¿realmente necesitamos dos ?)
  • Filtro de paso alto para eludir la respuesta galvánica de la piel
  • Filtro paso bajo para ondas > 30Hz
  • Otro filtro de paso alto
  • amplificador operacional

Para mí, tiene sentido digitalizar el circuito por adelantado (haciendo pasar las ondas cerebrales analógicas a través de un convertidor de analógico a digital, o ADC ).

Esto me deja con la sensación de que tal vez haya algún valor intrínseco/inherente a la evaluación EEG de ondas analógicas (en oposición a las digitales). Así que pregunto: ¿ existe una razón de peso para sintonizar/corregir/filtrar ondas cerebrales analógicas sin procesar/señales analógicas para EEG, o está perfectamente bien digitalizar las ondas y luego procesarlas?

Has preguntado esto antes, y tu respuesta es la misma. DEBE realizar un procesamiento analógico para que la señal sea adecuada para el muestreo por parte de un ADC. Haz las matematicas. ¿Qué sucede cuando tienes un ADC de 16 bits que cubre 3 voltios? ¿Hay suficiente resolución para manejar señales de 0,1 mv?
Esta es realmente una pregunta
Matlab no puede "eliminar por arte de magia" el alias de frecuencia o el error de cuantización de los datos digitalizados. Y las señales de interés son muchos, muchos órdenes de magnitud más bajas que el ruido de línea de 50/60 Hz inducido por los cables (cables) del monitor del paciente... Estoy bajo NDA, así que no puedo decir mucho más, pero los circuitos de aplicaciones médicas reales use placas de circuito impreso cuidadosamente diseñadas (¡no placas de prueba sin soldadura!), varias etapas de procesamiento frontal analógico antes del ADC, seguidas de algoritmos de procesamiento de señales digitales (prototipados en Matlab).

Respuestas (2)

DEBE realizar un procesamiento analógico para que la señal sea adecuada para el muestreo por parte de un ADC. Haz las matematicas. ¿Qué sucede cuando tienes un ADC de 12 bits que cubre 3 voltios? ¿Hay suficiente resolución para manejar señales de 0,1 mv? – No. El LSB en tal caso es de aproximadamente 0,7 mV. Con 16 bits, su señal abarcaría un poco más de 2 LSB. Debe haber algo de amplificación, probablemente por un factor de aproximadamente 500, para brindarle suficientes LSB para muestrear de manera efectiva, y debe acondicionar la señal para eliminar las compensaciones para poder obtener una ganancia tan alta.

Por lo tanto, intentar muestrear sin preacondicionamiento analógico probablemente sea un error aquí.

Se puede argumentar que el muestreo no condicionado con ADC de 24 bits o más está bien, pero creo que una etapa de entrada del amplificador de instrumentación con ganancia modesta, que está bien optimizada para una alta relación de rechazo de modo común, es una buena cosa.

Como respuesta breve y algo basada en la opinión, lo siguiente;

1) ¿Existe una ventaja bioeléctrica en el procesamiento de EEG como señales analógicas (vs digitalizadas)?

No, no lo hay; en la actualidad todo está digitalizado, así que ese es el camino a seguir.

2) Dos filtros de muesca de 60 Hz, ¿realmente necesitamos dos?

Un circuito sería útil aquí; el enlace es una especie de ciencia popular. Pero por lo que puedo ver, uno es más que suficiente. Los filtros de muesca se utilizan normalmente para filtrar el ruido de la red eléctrica. En Europa y Australia, la red eléctrica tiene una frecuencia de 50 Hz. En los EE. UU., los filtros de muesca a 60 Hz se usan comúnmente por la misma razón.

Filtro de paso alto

A menudo se utiliza para eliminar las distorsiones de la línea de base (deriva) y los efectos de CC. Muy común.

Filtro paso bajo para ondas > 30Hz

A menudo se usa para deshacerse de cualquier cosa que no sea interesante; un corte de 30 Hz está bien para las grabaciones de EEG estándar, pero si está interesado en las bandas beta (16 - 31 Hz) o gamma (>30 Hz), es posible que desee utilizar un corte más alto.

Otro filtro de paso alto

Por favor publique el circuito. No sé por qué otro más.

amplificador operacional

Sin ella, no hay señal. La amplificación es primordial.

¿Existe una razón de peso para sintonizar/corregir/filtrar ondas cerebrales analógicas sin procesar/señales analógicas para EEG, o está perfectamente bien digitalizar las ondas y luego procesarlas?

Mi preferencia es registrar y almacenar datos sin procesar (sin filtrar) digitalizados. Software como Matlab son perfectamente adecuados para realizar el filtrado fuera de línea. Filtrar significa datos más limpios, pero también pérdida de datos. Para evitar tirar al bebé con el agua del baño, recomendaría filtrar fuera de línea.

+1 Para que conste (sé que lo sabe), la advertencia obvia para el comentario final es que necesita algún tipo de filtros anti-aliasing (paso bajo) de hardware frente al ADC para evitar señales de interferencia / ruido fuera de banda de plegarse en su flujo de datos digitales. No solo muestree la señal sin procesar de ancho de banda completo a menos que su amplificador u otro componente garantice un corte de paso bajo dentro del ancho de banda de la señal muestreada (al menos <1/2 frecuencia de muestreo).
@DrFriedParts: gracias por el voto a favor (¡y eso en Physics! wow, estoy orgulloso ^__^). Es un buen punto. Los filtros anti-aliasing es definitivamente donde termina mi conocimiento. Le echaré un vistazo y estoy feliz de que esta pregunta haya terminado aquí.
He revertido la última edición de esta respuesta, ya que fue correcta la primera vez: Europa/Australia = 50 Hz, EE. UU. = 60 Hz.