تلقي إشارة ECG على جهاز كمبيوتر ولمس EEG

في عملي على الأطروحة ، مهمتي هي الحصول على إشارة EEG. هذه إشارة كهربائية ضعيفة جدًا من سطح القشرة الدماغية ، والتي تخترق الأنسجة العظمية وطبقات البشرة. مقارنة مع EEG ، هناك إشارة كهربائية أقوى - ECG. في هذه المقالة سأخبرك عن الأجهزة والبرامج التي تمت قراءة إشارة ECG بها وسأحلل الأجهزة. قد تكون المقالة مفيدة للأشخاص الذين يعملون أيضًا في هذا الاتجاه.

في قلب لوحة قراءة ECG يوجد مضخم عملي. هناك العديد من هذه الدوائر المتكاملة في السوق. يعتمد بعضها على تقنية CMOS (على سبيل المثال ، INA321 ~ 170 روبل) ، والبعض الآخر على الترانزستورات ثنائية القطب (على سبيل المثال ، AD620 - 450 روبل).
عند مقارنة معلمات opamp من حيث الحساسية لإشارة الإدخال ، تفوز المعلمات ثنائية القطب ، بينما تفوز المعلمات الميدانية في السعر والاستهلاك الحالي. تم اختيار INA321 لقراءة تخطيط القلب.
الخصائص التقنية الرئيسية لـ INA321 IOW:
1. جهد الإمداد هو أحادي القطب Vcc +5 V.
2. الاستهلاك الحالي هو 45 μA (كحد أقصى).
3. يتم تصنيع الدوائر المصغرة وفقا لتقنية CMOS.
4. قيمة رفض تدخل الوضع المشترك: 95dB.
5. كسب الإشارة التفاضلية من 5 إلى 500 مرة ، ويحددها مقسم مقاوم خارجي.
6. مستوى الضجيج الداخلي: 10 الأشعة فوق البنفسجية.

في الوصف الفني على IC ، يتم إعطاء رسم تخطيطي لتخطيط القلب. لرقمنة الإشارة ، سنستخدم شريحة الصوت من اللوحة الأم للكمبيوتر الشخصي ALC662 (أو ما شابه). من خلال الجمع بين مخططات الدوائر للجهازين ، حصلنا على الدائرة التالية:

الشكل. 1 مخطط تخطيطي
لأن إشارة ECG ليست عالية التردد ، فإن تردد أخذ العينات لجهاز الصوت أكثر من كافٍ. عند قياس الفولتية المنخفضة مثل EEG و ECG ، يتم تعيين opamps لتضخيم الإشارة آلاف المرات. لكن هذا التضخيم لا يتم على مضخم صوتي واحد ، ولكن في سلسلة. وفقًا لذلك ، تعتمد لوحة الجهاز على INA321 ومضخم التشغيل العام LM358.

التين. 2 موقع الفولتية المقاسة
إجمالي الكسب القابل للتعديل للوحة وفقًا للحسابات من 1200 إلى 3300 مرة (التعديل بواسطة مقاومات الضبط). تم تصميم اللوحة بطريقة تحتوي على مجموعة واسعة من التغييرات في الكسب وبقيمة لا تقل عن 1200 مرة تتوافق مع الألواح التي يتم استقبال إشارة ECG معها من جسم الإنسان. اللوحة مصنوعة باستخدام تقنية LUT. يستخدم USB فقط للطاقة ، يتم نقل الإشارة من خلال 3.5 jeck.

التين. 3 مجلس لتخطيط القلب. عرض
علوي يتم إرسال الإشارة من اللوحة ، بعد التضخيم ، إلى شريحة الصوت في اللوحة الأم للكمبيوتر الشخصي ، ورقمنتها ومعالجتها بواسطة برنامج التشغيل ، ثم إرسالها إلى البرنامج النهائي للمعالجة.

التين. 4 نقاط اتصال القطب
وفقًا للمخطط القياسي لتوصيل الأقطاب الكهربائية لقراءة تخطيط كهربية القلب ، يتم وضع قطبين كهربائيين على الرسغ وثبتهما هناك ، ويقع القطب الثالث على الساق لتطبيق الجهد المرجعي عليه. كانت الأقطاب الكهربائية مصنوعة من المطاط الرغوي مع الكسوة الرقيقة بمساحة ~ 2 سم 2 وتم ترطيبها بالمحلول الملحي لتقليل مقاومة الطبقة القرنية للبشرة.

التين. 5 أقطاب لECG إشارة
استخدام صياغة سليمة برو برنامج 11. لتسجيل إشارة (صوت) بعد أول نتيجة تسجيل الاختبار كما يلي:

الشكل. 6 الرسم البياني الأول لمخطط كهربية القلب ليس تخطيط كهربية القلب على الإطلاق ،
فبعد تعديلات الأجهزة وإعدادات البرامج وبرامج التشغيل والرقصات الأخرى باستخدام الدف ، ما زلنا نتمكن من الحصول على تخطيط كهربية القلب مستقرًا.

الشكل 7. أمثلة على الرسوم البيانية لتخطيط القلب التي تم الحصول عليها.
أعلاه هو محور الوقت ، والذي يسمح لك بحساب تكرار الضربات في الدقيقة. تؤكد نتائج العد التي تم الحصول عليها أن الرسم البياني الذي تمت ملاحظته هو تخطيط القلب - 75 نبضة في الدقيقة يتم تسجيلها بتواتر واضح بين الضربات المجاورة 0.8 ثانية. تم رقمنة الرسم البياني بدقة - 8 بت ، تردد أخذ العينات - 8 كيلو هرتز. على الرغم من أنه بتردد 75 هرتز ، فإن أخذ العينات عند 8 كيلو هرتز يكون قليلاً إلى حد ما.
برنامج Sound Forge لديه القدرة على معالجة المسار المسجل باستخدام ملحقات XFX. من خلال إعداد معين في البرنامج ، من الممكن منع تلميح 50 هرتز ، وبعد ذلك يصبح الرسم البياني أكثر تشابهًا مع الرسم الذي تم الحصول عليه عند تسجيل تخطيط كهربية القلب في المستشفى.
على سبيل المثال ، الرسم البياني الأولي:

بعد تطبيق تأثير المعادل على الرسم البياني:

بما أن إشارتنا يتم ترقيمها في الموسيقى التصويرية ، فمن الممكن حفظها والاستماع إليها. تشبه الإشارة المسموعة إلى حد كبير الصوت الذي يسمعه الشخص عندما يستمع إلى نبض من خلال سماعة الطبيب ، على سبيل المثال ، عند قياس الضغط.
عند قراءة إشارة ، من الضروري التأكد باستمرار من اتصال جميع الأقطاب الكهربائية بالجسم. المحلول الملحي غير مناسب لذلك. علامة على فقدان الاتصال ، وبالتالي زيادة المقاومة بين القطب الكهربائي والجلد هي زيادة 50-55 هرتز من التداخل على الرسم البياني وفقدان الإيقاع.

التين. 8 فقدان الإشارة وتضخيم الضوضاء.
يتم أيضًا التقاط التقلبات في جهد الإمداد جيدًا بواسطة الدائرة. تعمل الضوضاء في جهد الإمداد على تغيير قيمة الجهد المرجعي ، الذي يجب أن يكون مستقرًا قدر الإمكان ، لأنه يتم توفيره للجسم ويتم استقبال إشارة نسبة إليه. يتم فرض تذبذبات الجهد المرجعي على الإشارة المسجلة وتضخيمها بواسطة opamp ، مطبوعًا على الرسم البياني الناتج. عندما يتحول المجلس إلى طاقة البطارية ، فإن ضوضاء جهد الإمداد تكون أضعف بشكل ملحوظ.

التين. 9 ضوضاء في جهد الإمداد عند تشغيله بالتيار الكهربائي والبطارية (رسم بياني واحد).
ضع في اعتبارك أيضًا أن هناك ضوضاء IC تم إنشاؤها. على سبيل المثال ، وفقًا للتوثيق الفني على INA321 ، الرسم البياني للضوضاء الخاصة به ، على الرغم من أنه أضعف بكثير من إشارة ECG:

الشكل. 10 INA321 الرسم البياني للضوضاء الجهد
تكمن المشكلة في كيفية التمييز بين أن جدول EEG المخطط له في المستقبل ليس ضوضاء IC الخاصة به أو أي ضوضاء أخرى؟ تحول الرسم البياني ECG ، لكننا نعرف كيف يجب أن يبدو. وكيف يجب أن تبدو إشارة EEG؟ عند تلقي إشارة EEG ، هناك خطر من الحصول على إشارة خاطئة على الإطلاق وقضاء الكثير من الوقت عليها.

الخلاصة
يعد تلقي إشارة EEG ضروريًا في نهاية المطاف لإنشاء واجهة كمبيوتر دماغية. هذه مهمة صعبة وتشارك فيها العديد من المؤسسات حول العالم. لا أعرف كيف يتم تنظيم عملية البحث الخاصة بهم ، ولكن يجب أن أعمل وفقًا لمبادئي الخاصة وأن أصنع لوحات بشكل حرفي "على ركبتي" ، الأمر الذي يجعلني أصعب ، ثم في المختبر سيبدو كل شيء سهلاً.

Source: https://habr.com/ru/post/ar388011/