在PC上接收ECG信号并在EEG上触摸

在我的论文工作中，我的任务是获取脑电信号。这是来自大脑皮层表面的非常弱的电信号，会穿透骨骼组织和表皮层。与EEG相比，电信号更强-ECG。在本文中，我将向您介绍读取ECG信号所用的硬件和软件，并对硬件进行分析。这篇文章对同样朝着这个方向努力的人们可能会很有用。

ECG阅读板的核心是一个仪器运算放大器。市场上有许多这样的IC。一些基于CMOS技术（例如INA321〜170卢布），其他基于双极晶体管（例如AD620-450卢布）。
在比较运算放大器参数对输入信号的灵敏度方面，双极型胜出，而场极则在价格和电流消耗上胜出。选择INA321进行ECG读取。
INA321 IOW的主要技术特征：
1.电源电压为单极性Vcc + 5V。2 .
电流消耗为45μA （最大值）。
3.微电路是根据CMOS技术制成的。
4.共模干扰抑制值：95dB。
5.由外部电阻分压器确定的5至500倍差分信号的增益。
6.本征噪声电平：10 uV。

在IC的技术说明中，给出了ECG的示意图。为了数字化信号，我们将使用PC主板ALC662（或类似产品）中的声音芯片。结合这两个概念的设备是这样一个电路：

图1示意图
由于ECG信号不是高频信号，因此声音设备的采样频率已足够。在测量诸如EEG和ECG之类的低电压时，将运算放大器设置为将信号放大数千倍。但是这种放大不是在一个运放上进行的，而是在级联上进行的。因此，设备板基于INA321和通用运算放大器LM358。

图2测得电压
的位置根据计算，评估板的总可调增益是1200至3300倍（通过调整电阻进行调整）。电路板的设计应使其增益变化范围大，且最小值为1200倍，与从人体接收ECG信号的电路板相对应。该板使用LUT技术制成。 USB仅用于供电，信号通过3.5颈口传输。

图3 ECG委员会。顶视图
放大后，来自板的信号被发送到PC主板的声音芯片，被数字化，由驱动程序处理，然后传输到最终程序进行处理。

图4个电极连接点
根据连接用于读取ECG的电极的标准方案，两个电极放置在手腕上并固定在手腕上，第三个电极位于腿上以向其施加参考电压。电极由泡沫橡胶制成，其箔覆盖层面积约为2 cm2，并用盐水润湿，以降低表皮角质层的电阻。

图5个电极对ECG信号
使用声音锻造Pro程序11要录制的信号（声音）的第一测试记录结果后，如下：

图6第一个心电图根本不是心电图，
经过硬件修改，程序和驱动程序设置以及其他手鼓舞后，我们仍然设法获得了稳定的心电图。

图7.获得的ECG图的示例。
上方是时间轴，可让您计算每分钟的心跳频率。获得的计数结果证实观察到的图表为ECG-记录每分钟75次搏动，相邻搏动之间的间隔清晰，为0.8秒。图形以分辨率-8位，采样频率-8kHz数字化。尽管对于75 Hz的频率，以8 kHz的采样率还是有点高。
Sound Forge程序可以使用XFX插件处理录制的曲目。通过在程序中进行特定设置，可以抑制50Hz倾斜，此后该图变得与在医院记录ECG时获得的图更加相似。
例如，初始图：

将均衡器效果应用于图后：

由于我们的信号已被数字化到音轨中，因此可以保存并收听。听到的信号非常像一个人在通过听诊器听脉冲时（例如在测量压力时）听到的声音。
读取信号时，必须始终确保所有电极与身体接触。盐溶液不适合此。失去接触的信号以及相应的电极与皮肤之间电阻增加的迹象是图形上的干扰增加50-55 Hz，并失去节律。

图8信号丢失和噪声放大。
电路也很好地捕获了电源电压的波动。电源电压中的噪声会更改参考电压的值，该参考电压应尽可能稳定，因为它会被提供给人体，并且会相对于人体接收信号。参考电压的振荡会叠加在已记录的信号上，并由运算放大器放大，并印在结果图上。当电路板切换为电池供电时，电源电压的噪声明显变弱。

图9由市电和电池供电时电源电压中的噪声（一张图）。
还应考虑到自身产生的IC噪声。例如，根据对INA321，其自身噪声的进度，技术文档，但它是比ECG信号弱得多：

图。 10 INA321电压噪声图
问题在于如何区分未来计划的EEG计划不是其自身的IC噪声还是其他噪声？原来是心电图，但我们知道它的外观。脑电信号应该是什么样？接收到EEG信号时，可能会完全收到错误的信号，并花费大量时间。

结论
最终需要创建一个脑电接口来接收EEG信号。这是一项艰巨的任务，全世界许多机构都参与其中。我不知道他们的研究过程是如何组织的，但是我必须按照自己的原则进行工作，并从字面上“屈膝”制作电路板，这使我更加坚强，然后在实验室中，这一切似乎都非常容易做到。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN388011/