Прибор для измерения биоритмов, Самодельный электроэнцефалограф Опции

[Palvitkab]

Для восстановления сил и и ликвидации тонкотелесных повреждений, полезно применять медитацию с помощью медитативных бинауральных звуков, прослушиваемых через бытовые наушники. На данный момент это наиболее просто, доступно, дешево. Однако, в зависимости от изначального состояния, меняется эффективность тренинга, при одинаковом затраченном времени, в том числе времени на предварительное расслабление. Как правило, время - есть ресурс невозобновляемый и очень ценный. Появилась задача объективного контроля качества достижения медитативного состояния.
С другой стороны, способности у каждого человека разные. От способностей зависит результат, от результата - вера, от веры - опять же результат. И прежде всего - это вера в себя, без нее никуда. А если ты новичок, то имеют место сомнения.
Для контроля вхождения в альфа-состояние, я решил сделать прибор – регистратор альфа-ритма. Он позволяет уделенно контролировать себя и других людей. Проверка правильности вхождения в медитативное состояние особенно необходима для тех, кто ни разу не медитировал, и имеет слабые способности к релаксации и самовнушению.
Прибор построен по схеме инструментального усилителя и подойдет также и для измерения малых сигналов (микровольты) постоянного тока (если закоротить развязывающие кондеры) и переменного низкой частоты, с подавлением синфазной составляющей и усилением противофазной. Неоценимую помощь в подборе схемы, программного обеспечения и тестировании готового прибора мне оказал Анатолий (kifot1). Большое ему спасибо.
За основу взята схема с англоязычного сайта http://openeeg.sourceforge.net. Учитывая ограниченность своего бюджета, и следуя принципу "делай только самое необходимое и путем минимальных усилий и затрат", я подогнал ее под имеющуюся элементную базу.

Сообщение отредактировал Palvitkab - 13.3.2011, 16:51

[Palvitkab]

Это аналоговая часть схемы. Построена на отечественных К140УД1208. У нас они продаются по 18 руб за штуку. Первые 3 каскада (сверху слева направо) - это аналог инструментального усилителя INA. Номиналы резисторов R11, R15, R14, R18, R19, R20, R21, R22 подобраны очень тщательно до 3х знаков, что избавило от необходимости приобретать прецизионные или дорогостоящий INA. В дальнейшем, в процессе усовершенствования, я добавил каскад сумматора, регулятор выходного напряжения и ограничитель на стабилитроне, для сопряжения биполярного сигнала (+-12в) с АЦП (0...5в).

Это активные электроды. У меня они тоже на К140УД1208. Буферизация необходима для исключения наводок и потерь в кабеле.

Это интерфейсная часть схемы, собственной разработки. Кварц 8МГц. Пикконтроллер взял PIC16F84A, так как имею опыт его программирования. 04-й тянет и удвоенную тактовую частоту. Его роль - преобразование кода SPI в код RS-232 и формирование пачек по протоколу P2. АЦП ADS7816 - недорогая и доступная.

Это первоначальный вариант активных электродов. Плата обертывается изолентой, затем фольгой (экран), и снова изолентой. Его минус - вся масса проводов, электродов, прищепок приходится на уши.

Это внешний вид устройства. Корпус взял от вышедшего из строя ДиВиДи. Переменный резистор регулирует коэффициент усиления усилителя.

Это вид сзади. Видны разъем RS-232 и разъем для подключения активных электродов, такого же типа.

Прибор со снятым верхним кожухом.

Конструкция из наушников и активных электродов. 2 клипсы надеваются на уши, а общий электрод, в виде алюминиевой скобки, надевается на уголок рта (алюминий безвреден, из него ложки делают). Способы подключения (уши и рот) мне подсказал kifot1. Конструкция проверена – весьма удобно, вес и давление электродов практически не ощущается, что весьма важно для полного расслабления.

А это программа BrainBay. Наличие альфа-составляющей в общем био-сигнале показывает 2-я осциллограмма. Пики графика дополнительно озвучивает МИДИ-сигнал. Верхний график – входной сигнал. Слева вверху – виртуальная блок-схема с изменяемыми параметрами блоков. Внизу – график спектра во времени. Программу можно скачать с указанного выше сайта.


Сообщение отредактировал Palvitkab - 13.3.2011, 16:55

[Palvitkab]

Наладка и настройка сводится к совмещению уровня двухполярного сигнала аналоговой платы с однополярным сигналом на входе АЦП (регулировка уровня сигнала и постоянного смещения по схеме классического сумматора на ОУ).
В приборе нет гальванической развязки по RS-232, было лень делать, хотелось скорее получить результат, но она бы не помешала. В моем случае приходится подавать питание на прибор только после того, как кабель RS-232 подключен. По земляному проводу кабеля идет выравнивание статических потенциалов.
Прибор необходимо заземлять! Я использую контур отопления.

[kifot1]

Неоценимую помощь в подборе схемы, программного обеспечения и тестировании готового прибора мне оказал Анатолий (kifot1). Большое ему спасибо.

Спасибо А. за упоминание моей скромной особы, мой вклад в эту задумку гораздо меньше, чем это можно предположить со слов автора.
От себя могу добавить в "догонку" опубликованному девайсу, что на моё ИМХО, схема немного "сыровата" и требуется качественное тестирование ус-ва. Плюс к сказанному, считаю немаловажным добавить, что для некоторых компов, где отсутствует СОМ порт, где возникнут возможные проблемки с подключением этого девайса в цепь, можно воспользоваться переходником USB-COM, фото которого приложил к топику...
Стоит около 350 р.
С ув.
P.S. Но требуется, естественно, драйвер к нему...

Прикрепленные файлы

 переходник.jpg ( 57,88 килобайт ) Кол-во скачиваний: 29

 

[Радомир]

Большое спасибо Андрею (Palvitkab) и Анатолию (kifot1) за эту очень полезную разработку. Теперь большая просьба к нашим искателям-электронщикам помочь в доводке схемы ( если разработчики так посчитали).

[Palvitkab]

Забыл сказать, что прототипом схемы является эта:
http://openeeg.sourceforge.net/doc/modeeg/modEEGamp-v1.0.png
В аналоговой части после последнего усилителя и перед сумматором стоит фильтр Баттерворта, как по указанной выше ссылке, в нем регулируется переменником уровень входного сигнала.
В цифровой части, между DOUT АЦП и А3 ПИК стоит защитный резистор 1кОм.

[Palvitkab]

Тема никого не заинтересовала. Наверно в задаче много неизвестных.
Тестирование завершено. Результаты показали, что прибор способен регистрировать сигналы частотой 10 Гц и амплитудой 30 мкВ.

Прикрепленные файлы

 Отчет_по_калибровке_1.zip ( 1,64 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 21

 

[Palvitkab]

На окончательный вариант электродов повлияла прочитанная литература – Л.Р. Зенков «Клиническая электроэнцефалография» и лекция «Электроды для МБИ», которые взял на просторах инета.
Вот цитаты из лекций:
«Комбинация электрод - гель - ткань тела создает электрохимический (гальванический) элемент, который вырабатывает разность потенциалов между электродами и тканями тела, составляющую как правило, меньше 1В.
Серебряный электрод не соответствует реальным условиям. Потенциал такого электрода не может достигать устойчивой известной величины, потому что отсутствие ионов серебра в тканях тела нарушает протекание реакции. Потенциал электрода зависит от степени концентрации солей в организме, а также других веществ, оказавшихся между электродом и кожей. Чтобы исключить воздействие окиси серебра на поверхности электрода, ее покрывают хлористым серебром.»

Прикрепленные файлы

 electrod1.pdf ( 361,84 килобайт ) Кол-во скачиваний: 27

 

[Palvitkab]

От крепления рабочих электродов к ушам пришлось отказаться, взамен я решил использовать крепление рабочих электродов к затылку. Такая схема более стабильна в регистрации альфа-ритма. За основу взял серебряные чашечковые электроды, широко распространенные в медицинской практике. Использование материала удерживающего воду (токопроводящий слой), между серебряным электродом и кожей, позволяет обеспечить «долгоиграющий» стабильный контакт. Благодаря стенкам чашечки жидкость долго не испаряется.
Конструкция выполнена на основе пластикового тюбика, из которого взят колпачок и резьбовая часть тюбика. Между резьбовой частью и колпачком зажимается серебряный электрод. Это позволяет полностью разбирать и собирать электрод для обслуживания. Электроды сверху зажимаются вязанной или любой другой шапочкой.

Прикрепленные файлы

 Чертеж.jpg ( 22,55 килобайт ) Кол-во скачиваний: 54

 

[Palvitkab]

По поводу токопроводящего геля. Во-первых, его трудно достать. Поэтому от него мне пришлось отказаться. Ватные тампоны, смоченные раствором хлорида натрия (поваренной соли), хороший заменитель геля, но неизвестно как это сказывается на волосах, а лысеть раньше времени мне не хочется. В качестве заменителя токопроводящего геля я использую обычную воду. Сопротивление ватного тампона, смоченного насыщенным раствором поваренной соли 450 Ом, обычной водой из крана – 2,5 кОм. Шампунь или гель для душа имеют аналогичные с водой резистивные показатели, но их использование позволяет хорошо смачивать волосы, и глубоко проникать внутрь до самого скальпа.

В итоге получился прибор, выполняющий свою рабочую функцию, но за гораздо меньшую стоимость, чем предлагают на рынке промышленных электроэнцефалографов, цены на которые варьируются от 15 тысяч до 140 тысяч рублей.
С учетом стоимости серебряных электродов, себестоимость моего прибора составила около 1500 руб.

Прикрепленные файлы

 Э2.jpg ( 38,11 килобайт ) Кол-во скачиваний: 41

 

[Palvitkab]

А вот так выглядит Альфа-ритм на мониторе. Он появляется всякий раз, когда я закрою глаза и расслаблюсь. Как только открою глаза – эти «холмики» пропадают. Опыт проводил на 2х пациентах, в обоих случаях были зафиксированы наличие и отсутствие альфа-ритма, в зависимости от состояния психики.

Несколько слов о недостатках. Так как электроды имеют большие размеры, их неудобно использовать в положении лежа. В этом случае надо поглядывать в сторону мини-наушников, вставляемых в уши, и подобрать такую конструкцию, чтобы поместить в них серебряный электрод, а сверху положить ватный тампон.

Прикрепленные файлы

 Так_выглядит_Альфа.jpg ( 227,87 килобайт ) Кол-во скачиваний: 57

 

[Роман К.]

Тема никого не заинтересовала. Наверно в задаче много неизвестных.

Заинтересовала тема, но пока нет технической возможности заняться...

Тестирование завершено. Результаты показали, что прибор способен регистрировать сигналы частотой 10 Гц и амплитудой 30 мкВ.

То есть, альфаритм регистрирует. Уже отличный результат.

[Гость DrMax *]

Разработка интересная, и очень даже заинтересовала.. Только вижу эту тему ВПЕРВЫЕ!
Уже много раз обращал внимание на не очень неудачную структуризацию материалов и тем, где материалы по практике.... Разделы, Радомир, повторяют друг друга.. Мне например совершенно непонятно каковы критерии отличия Лаборатория и прктический??

Вот сейчас искал раздел где датчики - ВСЕ перерыл - ненашел, зато нашел эту богом забытую тему !

Сообщение отредактировал DrMax - 20.3.2012, 0:31

[Johnny-PSY]

Круто блин! Очень интересно. Хотелось бы повторить, но не потяну... Пока всё понятно не станет... Просто платы разводить и паять то умею хорошо. А вот как что работает - не представляю. Поэтому и с отладками проблемы... PIC ни разу не шил. Шил AVR только Детали вот все доступные, хоть завтра же закупаться... Поделитесь печатными платами?

Вопрос. Прибор регистрирует только альфа-ритм?

Что порекоменуете почитать для введения в тему практической реализации ЭЭГ "для чайников"?

С вашей помощью, может и получится. Итак, если собирать, так с цифровой части.
Допустим, соберу я схему, прошью PIC. Дальше по идее я могу её подрубить к компу и проверить, подав какой-то сигнал на АЦП?
Аналоговая часть схемы включая электроды - только усилитель перед АЦП?

Сообщение отредактировал Johnny-PSY - 20.3.2012, 1:50

[Гость DrMax *]

Ребята, помогите найти ветку, где обсуждалось насчет этих биоритмов головы, и о том какие параметры нужны для предварительных усилителей.. Честно говоря мне видится что кардиограф от энцефалографа не очень то отличается, ну уровни сигнала меньше, но не по всем видам ритмов, и полоса частот так же несильно различается..

Вот хорошая статья по этому поводу. http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/04_06/stat_104.htm

Я работал на военном заводе некоторое время, и видел как подбираются транзисторы, которые потом идут в определенные схемы.. Из тысячи закупленных оказываются годными примерно 150, а то и меньше.. Не проще ли купить пару импортных операционников за 5у.е. и не гемороиться? тем более оперы подбирать - схему тестовую городить, колодку и пр..

[Palvitkab]

А у меня сразу пошло, без закупки 1000 микросхем, обычным ширпотребом. Попробуйте схемку, и прогу. Не понимаю я, в чем тут проблемы. Ну, можно поставить INA114p на входе, для увеличения коэффициента ослабления синфазных сигналов и количества ИМС.
Если нужна будет прошивка, выложу.
http://pic16f84.narod.ru/progr.htm
Здесь программатор, его схема и печатка. Печатку я делал эту:
http://pic16f84.narod.ru/pechat5.htm
Пик-контроллер можно ставить /04 то есть на 4МГц, а кварц к нему на 8МГц, работает.
Насчет теоретической части, где то у меня валялись статьи, и целые книги на русском. Если надо, поищу, выложу.
Общая информация есть на википедии:
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BB%...%B8%D1%82%D0%BC

Мой прибор регистрирует только альфу. Бету и другие я не ставил целью измерять, хотя кто знает, может и измеряет. Тогда наверно надо пик-контроллер ставить на 20 МГц, так как на данный момент вывод данных на ПК происходит с частотой 56 пачек в секунду.
Прибор собирается и настраивается так:

1. Собираем цифровую часть, и в проге BrainBay смотрим как он изменяется, например, при подаче на вхолд АЦП с потенциометра сигнала, не превышающего предельно допустимый для АЦП.

2. Собираем аналоговую часть, с активными электродами. Подаем с калибратора сигнал. Смотрим его форму и амплитуду осциллографом. Подстраиваем потенциометрами уровень постоянки и переменки, чтобы вывести в пределы 0...4в, для подачи на АЦП. На схеме не указан каскад сумматора на ОУ, делитель. Это я тоже могу выложить. Это делалось уже в процессе отладки...
3. Вставляем в панельку АЦП, и смотрим то же самое но в проге.
4. Запускаем плагин, соответствующий измерению Альфа-ритма (см. руководство пользователя по Brain Bay на английском).
5. Подсоединяем заземление (обязательно).
6. Мочим серебряные электроды в электролите (я использовал ватные тампоны смоченные в шампуне, от бедности, естественно).
7. Плотным шерстяным "обручом" зажимаем электроды на затылке. На первых порах нужные точки придется тщательно поискать, а затем кожа головы "запоминает" ощущения в нужном месте, и найти уже легче.

Аналоговая часть - активные электроды, дифференциальный усилитель, усилитель на "ногу", предусилитель с фильтром промышленных частот, сумматор (выводит из двухполярного однополярный сигнал).

[mikar]

Лет 40 назад в Пущино делали для биофизиков кое-какую аппаратуру - они там смотрели биопотенциалы растений.

Похожие схемки после появились и в забугорных журналах. Вот отыскал недавно один такой в сети.
Ни о каких микроконтроллерах и речи не было, но за счет грамотной схемотехникой получали нужные результаты на том, что было под рукой, и на подобной аппаратуре были выполнены ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ исследования.

Прикрепленные файлы

 Схемки_для_измерения_биопотенциалов.pdf ( 1,34 мегабайт ) Кол-во скачиваний: 88

 

[Andy1744]

но за счет грамотной схемотехникой получали нужные результаты на том, что было под рукой, и на подобной аппаратуре были выполнены ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ исследования.

я думаю, недостаток собственной грамотности вполне допустимо частично компенсировать более совершенной элементной базой и компьютером.
статья полезная.

[Johnny-PSY]

Palvitkab, DrMax, а что, в данную схему не каждая К140УД1208 подойдёт, нужно выбирать?

[Palvitkab]

Palvitkab, DrMax, а что, в данную схему не каждая К140УД1208 подойдёт, нужно выбирать?

Думаю подойдут и любые другие. Вот у меня просто эти были под рукой. Главный параметр КОСС.