WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные материалы
 

«Радиоэлектроника –   едицине м Дляцитирования:БашировА.С.,СоловьевВ.Ю.,БаловневД.А.Генераторсигналовсверхмалогонапряжениядляимитации ...»

Радиоэлектроника –   едицине

м

Дляцитирования:БашировА.С.,СоловьевВ.Ю.,БаловневД.А.Генераторсигналовсверхмалогонапряжениядляимитации

электроэнцефалограммычеловека//Вопросырадиоэлектроники.2017.№3.С.116–123.

УДК.621.3.027.21

А. С. Баширов1, В. Ю. Соловьев1, Д. А. Баловнев1

1 ПАО «ИНЭУМ им. И. С. Брука»

ГЕНЕРАТОР СИГНАЛОВ СВЕРХМАЛОГО

НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ИМИТАЦИИ

ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАММЫ ЧЕЛОВЕКА

Описангенератордифференциальныхсигналовпроизвольнойформысамплитудойот500нВ.Приводятсярасчетыисхемы.Проанализированырезультатыэкспериментовнаизготовленноммакетеисделанаоценкаполученныхрезультатов,наоснованиикоторойсхемагенераторапризнанаприменимойдляимитацииэлектроэнцефалограммы(ЭЭГ)человека.

Ключевые слова: ИМК,генератор,биологическиесигналы,имитатор,фантом,ЭЭГ.

Вследствие этого обычные лабораторные генеВведение При разработке аналоговых входных схем для раторынемогутбытьиспользованыдляпоставленсистем «интерфейс мозг-компьютер» (ИМК) суще- нойцели,поэтомунеобходимгенератордифференствует проблема экспериментального подтверж- циального сигнала с амплитудой порядка единиц дения эффективности принятых схемотехнических микровольт,сконтролируемымвыходнымимпеданрешенийпопричинеотсутствияповторяемостисиг- сомивозможностьювоспроизводитьсигналыпронала, т.. спонтанная активность головного мозга к извольнойформы.



делает невозможным снятие одной и той же элек- В [2, 3] описаны имитаторы ЭЭГ, частично мотроэнцефалограммыдважды.Всвязисэтимвозни- делирующиеэлектрическуюактивностьголовного кает необходимость создания фантома-имитатора мозгачеловека.Необходимыйуровеньамплитуды (ФА)электрическойактивностиголовногомозгаче- сигналадостигаетсяпутемуглубленияэлектродов ловека, способного периодически воспроизводить внутрьслоевтокопроводящегополимераидругих свысокойточностьюзаранеезаписаннуюэлектро- веществ.Данныйспособплохоподходитдляцелей энцефалограмму.Однакосуществуетрядпроблем: анализа аналоговых цепей, поскольку в нем сделанупорнамеханическиеигеометрическиехаракВызванныепотенциалыголовногомозгаимеют теристики, а контроль электрических параметров крайненизкуюамплитуду– 5–100разменьше в (входной импеданс, амплитуда, возможность наобычной спонтанной активности головного кладывать синфазные помехи) существенноограмозга(ЭЭГ,порядка1–5мкВ[1]). ничен.

• ВэлектроэнцефалографахисистемахИМКдля В связи с отсутствием на рынке готовых решеподавления существенной синфазной помехи ний, пригодных для анализа входных аналоговых по всем отведениям в большинстве случаев цепей систем ИМК и электроэнцефалографов, суиспользуются дифференциальные усилители, ществуетпотребностьвпроектированиипринципипоэтому сигнал ФА должен быть дифференци- альноиногоустройства.

альным.

• Для оценки уровня подавления существенной Методика и материалы синфазной помехи по всем отведениям не- Выбор метода получения сверхмалых напряобходимо в ФА иметь возможность добавлять жений всигналысинфазныепомехи(например,50Гц), Самым очевидным способом является примечтобыможнобылоанализироватьсхемы,пода- нение резисторного делителя, однако этот метод вляющиеданныепомехи. не позволяет произвольно задавать выходной имЭффективность работы ИМК существенно за- педанс,ипоэтомудляцелейанализавходныханависит от величины импеданса пограничного логовыхцепейсистемИМКиэлектроэнцефалограконтакта«кожа–электрод»,поэтомунеобходимо фовнеприменим.





иметьвозможностьизначальнозадаватьикон- В данной работе используется схема, основантролироватьвыходнойимпедансФА. наянаисточникетока,управляемомнапряжением

–  –  –

Рисунок 4. Внешний вид экранированного Рисунок 5.

Внешний вид макета генератора аналогового блока специализированныйдляЭЭГаналого-цифровой На рис. 7 изображен график измеренного дифпреобразователь (АЦП). Основные характери- ференциального сигнала с расчетной амплитудой стикиADS1299: 160мкВ.Несмотрянанекотороесмещениеотносительнонуля,амплитудасигналасоответствуетрасШум,приведенныйквходу,–1мкВ. четной(480–320=160мкВ).

• Коэффициентослаблениясинфазногосигнала– При уменьшении амплитуды до 20 мкВ стаминус110дБ. новится видна сильная высокочастотная помеха

• Настраиваемыйкоэффициентусиления–,2,4, 1 (рис. 8). После цифровой фильтрации появляется 6,8,12,24. возможность определить измеренную амплитуду, онасоответствует20мкВ(рис.9).

Производитель предоставляет демонстраци- Дальнейшее уменьшение амплитуды приводит онный набор микросхемы ADS1299EEG-FE с дан- к тому, что нефильтрованный сигнал становится нымАЦПисигнальнымпроцессором,длякоторой неразличим на фоне помехи 50 Гц, поэтому притакже доступна программная оболочка с воз- ведены графики полученных сигналов после цифможностями гибкой настройки АЦП, съема, ана- ровойфильтрации.Нарис.10показанграфиксиглиза и цифровой фильтрации полученных сигна- наласрасчетнойамплитудой2,68мкВ.Измеренная лов [8]. В соответствии с рекомендациями Texas амплитудаприблизительносоответствует2,7мкВ.

Instruments для уменьшения наводки 50 Гц было Сигнал с минимально возможной амплитудой обеспечено питание ADS1299EEG-FE от четы- 0,6686 мкВ изображен на рис. 11. Точно измерить рех батареек ААА. Дифференциальный выход макета генератора был подключен коаксиальными кабелями к одному из входных каналов ADS1299EEG-FE(рис.6).

Условия экспериментов ADS1299 был настроен на частоту съема 250 сэмплов/с, длительность сигнала во всех экспериментахсоставляла1000сэмплов.

Генератор был настроен на выдачу двух синусоидсчастотой10Гц,противоположныхпофазе.

Частота сэмплирования ЦАП была установлена равной1кГц.Расчетнаяамплитудадифференциальногосигналаизменяласьот0,6686до160мкВ.

Производилась регистрация сигнала, после чего применяласьцифроваяфильтрацияФНЧ3-гопорядка с частотой среза 20 Гц и фильтром высокойчастоты(ФВЧ)3-гопорядкасчастотойсреза 1 Гц. Результаты представлены на графиках Рисунок 6. Внешний вид экспериментального (рис.7–12). стенда

–  –  –

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. екутьевГ.А. Нейрофизиологические исследования в клинике. НИИ Нейрохирургии им. акад. Н.Н.Бурденко.

Щ М.:Антидор,2001.

2. ollierT.J.etal.Creationofahumanheadphantomfortestingofelectroencephalographyequipmentandtechniques.IEEE C Trans.Biomed.Eng.2012,vol.59,no.9,pp.2628–2634.

3. liveiraA.S.etal.InductionandseparationofmotionartifactsinEEGdatausingamobilephantomheaddevice.J.Neural O Eng,2016,vol.13,no.3,p.36014.

4. nalogDevices.2.7Vto5.5V,250µA,Rail-to-RailOutput,Dual16-BitnanoDAC®AD5663:Datasheet[ЭлектронныйреA сурс].2006.URL:http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD5663.pdf

5. urr-Brown Corporation. INA121 FET-Input, Low Power INSTRUMENTATION AMPLIFIER: Datasheet [Электронный реB сурс].1998.URL:http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina121.pdf

6. exas Instruments. TPS7A470x RF LDO Voltage Regulator: Datasheet [Электронный ресурс]. 2014. URL: http://www.

T ti.com/lit/ds/sbvs204f/sbvs204f.pdf

7. exasInstruments.ADS1299-xLow-Noise,4-,6-,8-Channel,24-Bit,Analog-to-DigitalConverterforEEGandBiopotential T Measurements:Datasheet[Электронныйресурс].2012.URL:http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1299.pdf

8. exasInstruments.EEGFront-EndPerformanceDemonstrationKit:Datasheet[Электронныйресурс].2012.URL:http:// T www.ti.com/lit/ug/slau443b/slau443b.pdf

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Баширов Антон Сергеевич, старшийинженер,аспирант,ПАО«ИНЭУМим.И.С.Брука»,119334,Москва,ул.Вавилова,д.24,тел.:8(909)930-17-39,e-mail:bashirov_a@ineum.ru.

Соловьев Владимир Юрьевич, ведущийинженер,ПАО«ИНЭУМим.И.С.Брука»,119334,Москва,ул.Вавилова,д.24, тел.:8(906)096-22-00,e-mail:ultrasound_03@mail.ru.

Баловнев Дмитрий Андреевич, начальникотдела,ПАО«ИНЭУМим.И.С.Брука»,119334,Москва,ул.Вавилова,д.24, тел.:8(916)534-09-31,e-mail:balovnev_d@ineum.ru.

–  –  –

A. S. Bashirov, V. Yu. Solovev, D. A. Balovnev

PRECISION ULTRA-LOW-VOLTAGE SIGNAL GENERATOR FOR SIMULATING HUMAN EEG

Thispaperdescribesageneratorofarbitraryformofdifferentialsignalswithamplitudeof500nanovolts.Providedcalculations and schemes. Experiments are performed on the evaluation circuit. Generator circuit acknowledged as applicable for simulatinghumanEEG.

Keywords: BCI,generator,bio-signals,phantom,EEG.

REFERENCES

1. hchekutevG.A.Nejrofiziologicheskieissledovanijavklinike[Neurophysiologicalresearchintheclinic].NIINeirokhirurgiiim.

S akad.N.N.Burdenko.Moscow,AntidorPubl.,2001(InRussian).

2. ollierT.J.etal.Creationofahumanheadphantomfortestingofelectroencephalographyequipmentandtechniques.IEEE C Trans.Biomed.Eng.2012,vol.9,no.9,pp.2628–2634.

3. liveiraA.S.etal.InductionandseparationofmotionartifactsinEEGdatausingamobilephantomheaddevice.J.Neural O Eng,2016,vol.3,no.3,p.36014.

4. nalogDevices.2.7Vto5.5V,250µA,Rail-to-RailOutput,Dual16-BitnanoDAC®AD5663:Datasheet.2006.Availableat:

A http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD5663.pdf

5. urr-Brown Corporation. INA121 FET-Input, Low Power INSTRUMENTATION AMPLIFIER: Datasheet. 1998. Available at:

B http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina121.pdf

–  –  –

6. exasInstruments.TPS7A470xRFLDOVoltageRegulator:Datasheet.2014.Availableat:http://www.ti.com/lit/ds/sbvs204f/ T sbvs204f.pdf

7. exasInstruments.ADS1299-xLow-Noise,4-,6-,8-Channel,24-Bit,Analog-to-DigitalConverterforEEGandBiopotential T Measurements:Datasheet.2012.Availableat:http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1299.pdf

8. exasInstruments.EEGFront-EndPerformanceDemonstrationKit:Datasheet.2012.Availableat:http://www.ti.com/lit/ug/ T slau443b/slau443b.pdf AUTHORS Bashirov Anton, graduate student, senior engineer, PJSC «Brook INEUM», 24, Vavilova st., Moscow, 119334, Russian Federation,tel.:+7(909)930-17-39,e-mail:bashirov_a@ineum.ru.

Solovev Vladimir, lead engineer, PJSC «Brook INEUM», 24, Vavilova st., Moscow, 119334, Russian Federation, tel.:+7(906)096-22-00,e-mail:ultrasound_03@mail.ru.

Balovnev Dmitriy, head of department, PJSC «Brook INEUM», 24, Vavilova st., Moscow, 119334, Russian Federation, tel.:+7(916)534-09-31,e-mail:balovnev_d@ineum.ru.

Похожие работы:

«Е П А Р П М Ь Н Ы Я ВЕДОМОСТИ. Выюдат]. два р м 18‘ ? = = '= s ; = 5 = ЦЪна rojoi^y К З jeS сереброкъ ( нересыдвою. •* "te#, "ра ТоасвоВ Свмнвир1н ].5 сентября 1892 года, го д ъ XIII. О ТД Ъ Л Ъ ОФ ФИЩ АЛЬНЫ И. Преподан1е благосло8ек1я Св. Синода. Каинскоиу купеческому сыну Коистантпву Мясникову и крестьян...»

«Технологическая карта HEMPADUR 45080/ HEMPADUR 45083 Средние и высокие температуры 45080: ОСНОВА 45089 с ОТВЕРДИТЕЛЕМ 95010 Низкие и средние температуры 45083: ОСНОВА 45089 с ОТВЕРДИТЕЛЕМ 97480 Описание: HEMPADU...»

«which are implicit and are revealed through the context. An example of such implicit seme can be a seme of the person’s social status. In a negative nomination of a person, emotional and evaluative characterization is determined through the social component. Negat...»

«Васин А.А., Гусев А.Г. Теоретико-игровые модели организации рынка мощности и электроэнергии Аннотация. В работе описываются варианты развития рынка мощности в России. Анализируются некоторые модели поведения производителей, учитывающие обе части рынка: продажа электроэнергии и прод...»

«рок-поэзии одухотворена мироощущением человека нашего времени, поколения 70-80-х гг. Поэтический смысл многих рок-текстов удивительно богат, хотя и не лежит на поверхности. Судьба лирического субъекта тесно переплетена с судьбой поколе...»

«УДК 821.111 Вестник СПбГУ. Сер. 9. 2014. Вып. 1 И. И. Бурова ВИТРУВИАНСКИЕ ПРИНЦИПЫ ЭСТЕТИКИ КОМПОЗИЦИИ В ТВОРЧЕСТВЕ ЭДМУНДА СПЕНСЕРА Санкт-Петербургский государственный университет,...»

«Негосударственное образовательное учреждение высшего образования Московский технологический институт УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебнометодической работе к.ф.н. Яблоновская Т.В. 22 декабря 2015 г. РАБОЧАЯ ПРОГ...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.