Ээг система 10 20

Методика регистрации ЭЭГ — Электроэнцефалограмма и функциональные состояния человека

Технические средства, предназначенные для регистрации ЭЭГ.

Электроэнцефалограф

Низкая величина полезного сигнала (порядка единиц и десятков микровольт — мкВ) и его слабая помехозащищенность определяют методические сложности, возникающие при регистрации ЭЭГ.

Оглавление:

Для их преодоления используются высокочувствительные низкошумящие усилители переменного тока, являющиеся основными элементами электроэнцефалографов, и помехозащищенные схемы отведения.

  1. — голова обследуемого с отводящими электродами (вид сверху),
  2. — коммутационная панель,
  3. — соединительные кабели,
  4. — селекторный блок с переключателями для каждого канала.
  5. — блок усиления с регуляторами фильтров высокой и низкой частоты (Ф) и грубой и плавной регулировкой усиления (У),
  6. — блок регистрации.

Цит. по Л. Р. Зенкову и МА.Ронкину, 1991.

Блок-схема электрофизиологического стенда, предназначенного для регистрации ЭЭГ у человека, приведена на РИСУНКЕ 1. Его основными элементами являются коммутационная панель и электроэнцефалограф. Коммутационная панель предназначена для подключения электродов, размещаемых на голове человека, ко входам усилителей, являющихся основными элементами электроэнцефалографа. Наряду с усилителями, обеспечивающими усиление входных сигналов, как правило, враз и более, основными элементами энцефалографов всех типов являются частотные фильтры, позволяющие ограничить область регистрируемых сигналов по частоте сверху и снизу. Наличие частотных фильтров несколько искажает форму прямоугольных калибровочных сигналов (РИСУНОК 2), используемых для оценки реальной величины сигналов на входах усилителей. Серийно выпускаемые электроэнцефалографы имеют ступенчатые и плавные регулировки, позволяющие настраивать их на регистрацию ЭЭГ в диапазоне от 0.5 до 30 и более кол/сек. Стандартными средствами визуализации регистрируемых сигналов являются чернильнопишущие гальванометры, также входящие в состав электроэнцефалографов.

Используемые в настоящее время дифференциальные усилители критичны к величине входного сопротивления под электродами. В связи с этим измерение входного сопротивления является обязательной процедурой при регистрации ЭЭГ. Для обеспечения приемлемого (как правило, от единиц до нескольких десятков кОм) входного сопротивления места установки электродов на поверхности кожи предварительно обрабатываются обезжиривающими растворами (в частности, спиртом или эфиром), после чего на них наносится токопроводящая паста. Зачастую в тех же целях используются специальные прокладки, пропитанные пастой. Некоторые типы электродов (РИСУНОК 3) конструктивно содержат эти прокладки.

Регистрация прямоугольного калибровочного сигнала при разных значениях фильтров высоких и низких частот. Верхние три канала имеют одинаковую полосу пропускания низких частот при постоянной времени 0,3 с. Нижние три канала имеют одинаковую верхнюю полосу пропускания, ограниченную 75 Гц. Каналысоответствуют нормальному режиму регистрации ЭЭГ.

Цит. по Л. Р. Зенкову и М. А. Ронкину, 1991.

Установка некоторых типов электродов предполагает использование специальных шлемов, позволяющих осуществлять их фиксацию над заданными точками. В некоторых случаях, в частности, при длительной регистрации ЭЭГ, электроды приклеиваются к коже специальным клеем (медицинским коллодием).

Типы электродов и способы их крепления на голове, а — мостиковый электрод, б — игольчатый электрод, в — чашечкообразный электрод (1 — металл, 2 — липкая лента, 3 — электродная паста), г — крепление электродов на голове с помощью шапочки из резиновых жгутов.

Цит. по Л.Р.Зенкову и М.А.Ронкину, 1991.

Схема современной установки, предназначенной для регистрации ЭЭГ у человека. 1 — обследуемый, 2 — коммутационная панель, 3 — соединительные кабели, 4 — усилители (электроэнцефалограф), 5 — монитор, 6 — аналогово-цифровой преобразователь, 7 — цифро-аналоговый преобразователь, 8 — пульт обследуемого, 9 — ЭВМ.

Структура современного электроэнцефалографического стенда (также, впрочем, как и стенда, предназначенного для регистрации любых биоэлектрических сигналов) несколько отличается от описанной выше (РИСУНОК 4). Как правило, наряду с биоусилителями (узко- или широкополосными) он включает многоканальный аналоговоцифровой преобразователь и персональный компьютер типа IBM PC/AT. Обладая значительным быстродействием, обширной памятью (как оперативной, так и на специальных носителях) и средствами визуализации современный персональный компьютер практически вытеснил из состава электроэнцефалографического стенда аналоговые носители информации и специальные (механические — типа чернильнопишущих гальванометров или электронные — типа электроннолучевых индикаторов) устройства визуализации.

Схемы расположения электродов и схемы отведения ЭЭГ.

При регистрации ЭЭГ у человека наиболее широко применяется схема расположения электродов, предложенная RR Jasper (1958). Она известна как система “10×20” и рекомендована Международной федерацией обществ электроэнцефалографии и клинической нейрофизиологии (РИСУНОК 5).

Точки расположения активных электродов в системе “10×20” определяются следующим образом. Измеряется расстояние по сагиттальной линии от inion до nasion, которое принимается за 100%. Вторая основная линия проходит между двумя слуховыми проходами через vertex. Ее длина также принимается за 100%. На каждой из этих линий сначала на расстоянии, равном 10% от соответствующих полюсов (inion, nasion, оба ушных прохода), устанавливают, соответственно, нижний лобный (Fp), затылочный (О) и нижние височные (ТЗ и Т4) электроды. Затем на обеих линиях откладывают расстояния, равные 20%, и по сагитальной линии устанавливают электроды Fz, Cz и Pz, а по биуральной линии — СЗ, Cz и С4. Через точки ТЗ, СЗ, С4 и Т4 от inion и nasion проводят линии и по ним располагают остальные электроды (РЗ, Р4, Т5, Тб, F3, F4, F7, F8, Fp и Fpz). На мочки ушей (или над мастоидальными костями черепа) помещают референтные (индифферентные) электроды, обозначаемые, соответственно, А1 и А2. Буквенные символы обозначают основные области мозга и ориентиры на голове; О — occipitalis, С — centralis, F — frontalis, А — auricularis. Нечетные цифровые индексы соответствуют электродам над левым, а четные — правым полушарием мозга.

Существуют и иные системы расположения электродов, используемые при регистрации ЭЭГ, например, система Юнга, а также различные модификации системы “10×20”.

В зависимости от решаемых задач в настоящее время используются различные методы отведения ЭЭГ (РИСУНКИ 6 и 7). При биполярном отведении оба электрода являются активными и располагаются на поверхности головы. При монополярной регистрации ЭЭГ активным является лишь один из электродов, тогда как второй либо помещается в электрически относительно нейтральной точке (например, на мочке уха, на сосцевидном отростке и т.д.), либо в качестве него используется электрод, представляющий собой объединение всех активных электродов. Последнее допустимо при значительном числе активных электродов, поскольку процессы под каждым из них протекают лишь относительно независимо во времени. Вследствие этого в большинстве случаев сегодня используются биполярные отведения или отведения относительно изоэлектрической точки. К достоинствам биполярной схемы следует отнести достаточно высокую помехозащищенность, а монополярной — четкую локализацию процесса под активным электродом.

Международная схема расположения электродов, предложенная Н.Н. Jasper, 1957.

Информация, получаемая при использовании моно- или биполярного способа отведения, существенно различается (РИСУНОК 7), что необходимо иметь в виду при интерпретации результатов обследования. В первом случае результирующей является разность потенциалов под двумя активными электродами, а во втором — реальные изменения электрических потенциалов мозга под активным электродом.

Схемы различных методов отведения ЭЭГ. 1 — моно(уни)полярное, 2 — биполярное парное,

3 — биполярное цепочкой, 4 — биполярное триангуляционное.

Источник: http://lekmed.ru/info/arhivy/elektroencefalogramma-i-funkcionalnye-sostoyaniya-cheloveka-2.html

Электроэнцефалография. Технические нюансы

Электроэнцефалография (ЭЭГ) — метод исследования головного мозга, основанный на регистрации его биоэлектрических потенциалов. Конкретно, в каждом канале измеряется разность потенциалов между активным и референциальным электродами – т.е. между этими электродами течет слабый переменный электрический ток, производимый пациентом. Поскольку ток слабый, между электродами должно быть минимальное сопротивление! (импеданс).

С помощью ЭЭГ можно объективно исследовать функциональное состояние головного мозга и выявить степень и локализацию его поражения. Метод наиболее информативен при диагностике эпилепсии. Данные ЭЭГ помогают дифференцировать различные формы припадков, установить локализацию эпилептического очага, а так же осуществлять контроль эффективности лекарственной терапии.

Следует помнить, что ЭЭГ регистрирует суммарную электрическую активность с относительно больших участков поверхности головы. При этом, помимо активности коры головного мозга, могут быть зарегистрированы миографическая активность мышц скальпа и жевательных мышц, мышц глазных яблок и век, реограмма и ЭКГ-артефакт при нахождении ЭЭГ-электрода над кровеносными сосудами.

Итак, для регистрации ЭЭГ нужно некоторое количество электродов на голове, установленных в определенных точках, а также референциальный электрод(ы) и электрод заземления.

Референтные электроды, классически, располагаются на мочках ушей, обозначаются Ref (R), но могут быть установлены и в другом месте, например на сосцевидных отростках за ушами, по средней линии, между Fz и Cz электродами (электроды, расположенные по средней линии, обозначаются индексом — «z», от «zero», т. е. Нулевой). Электроды, которые расположенные в левом полушарии, принято обозначать нечетными цифрами, а в правом полушарии — четными. Обязательно наличие электрода заземления, который может располагаться в любом месте на голове (чаще всего устанавливают между Fp1 и Fp2 электродами на лбу, в точке Fpz).

Полная стандартная схемапредусматривает установку 21 электрода (считая 1 электрод заземления и 1 референт).

Места отведений электрической активности мозга имеют буквенные обозначения, в соответствии с областями, над которыми располагаются электроды:

Затылочное отведение — О (occipitalis)

Теменное — P (parietalis)

Центральное — C (centralis)

Лобное — F (frontalis)

Височное — T (temporalis)

Международная схема расположения электродов.

Международная схема 10-20%, или просто схемабыла разработана Jasper H. в 1958 г, для стандартизации терминологии и описания локализации скальповых электродов, чтобы ЭЭГ записи могли быть сравнимыми, вне зависимости от лаборатории и врача, анализировавшего исследование. В настоящее время является международным стандартом установки электродов. Используется при наклейке коллодиевых электродов, а также в ЭЭГ шапочках, которые появились гораздо позднее.

Данная схема предусматривает измерение расстояния от костных ориентиров черепа, с последующим расчетом интервалов между электродами в процентах, для определения мест установки электродов. Принцип следующий:

1) Измеряется расстояние между точками Nasion (переносица) и Inion (выступ затылочного бугра).

На 10% от полученного расстояния, выше затылочного бугра, располагается точка Oz и линия затылочных электродов (О1, О2). Кпереди от этой линии, на расстоянии 20% находится точка Pz и линия теменных электродов (Р3, Р4), еще через 20% — точка Cz и линия центральных электродов (С3, С4), и еще через 20% — точка Fz и линия лобных электродов (F3, F4). Лобные полюсные электроды (Fp1 и Fp2) располагаются на линии, находящейся в 10% выше точки Nasion, и в 20% от линии лобных электродов. В точке пересечения этой линии с продольной, находится точка Fpz.

2) Второе основное расстояние измеряется между околоушными точками (за ориентир принимается углубление сразу над козелком), по линии, которая проходит через середину первого расстояния. Оно также делится на отрезки в процентах: в 10% кверху от слуховых проходов, с каждой стороны, располагаются височные электроды (Т3 и Т4), в 20% выше от височных электродов находятся вышеупомянутые центральные электроды (С3, С4).

3) Третье расстояние измеряется как окружность головы, однако лента прокладывается строго через уже найденные точки Fpz, T3, Oz и T4 (по окружности). За 100% принимается половина полученного расстояния и, исходя из этого, высчитываются по 10% влево и вправо от Fpz для определения полюсных лобных электродов (Fp1 и Fp2, соответственно) и по 10% от Oz, для определения затылочных электродов (О1 и О2). Также на этой линии лежат:

— нижнелобные электроды (F7 и F8), на расстоянии 20% от Fp1 (кзади) и Т3 (кпереди) и аналогичным образом с другой стороны.

— задневисочные электроды (Т5 и Т6), на расстоянии 20% от T3 (кзади) и O1 (кпереди) и аналогично с другой стороны.

Как уже было сказано, по средней линии устанавливаются сагиттальные электроды — лобные (Fz), центральные (Cz), теменные (Pz). Точки Fpz и Oz не используются для установки активных электродов в системе 10-20.

По величине отрезков в 10 и 20% эта схема и получила свое название.

Разметка головы для установки коллодиевых электродов:

1. Прокладывая измерительную ленту от Nasion до Inion строго по средней линии, измеряем первое расстояние, и на его половине, справа и слева от ленты, ставим промежуточные метки.

2. Измеряем расстояние между околоушными точками, прокладывая край ленты через вышеказанные промежуточные метки.

На середине этого расстояния будет подтвержденная точка Cz. Не отпуская ленту, можно отметить точки Т3, Т4, С3 и С4,

Пример : Получили 35 см. 10% от 35 = 3,5 см.

От каждой околушной точки, по этой же линии, отмеряем вверх по 3,5 см справа и слева — находим точки Т3 и Т4.

Делим расстояние от Т3 до Cz пополам, находим С3

Делим расстояние от Т4 до Cz пополам, находим С4

3. Снова прокладываем ленту между точками Nasion и Inion, но в этот раз прокладывая край ленты через уже подтвержденную

Пример : 40 см указанное расстояние. 10% от 40 = 4 см. Значит, от Nasion и Inion отмеряем по 4 см вверх по средней линии и отмечаем условные точки Fpz и Oz.

Делим пополам расстояние от точки Cz и точкой Oz, получаем точку Pz. Аналогично, делим пополам расстояние от точки Cz до точки Fpz и находим точку Fz.

4. Как было сказано выше, измеряем окружность головы строго через уже найденные точки Fpz, T3, Oz и T4 (по окружности). За 100% принимается половина полученного расстояния. Исходя из этого, высчитываются по 10% влево и вправо от Fpz (по этой окружности) для определения полюсных лобных электродов (Fp1 и Fp2, соответственно) и по 10% от Oz, для определения затылочных электродов (О1 и О2).

Пример : окружность головы 60 см — это 200%. Половина от этого = 30 см. 10% от 30 = 3 см.

Расстояние от Fр1 до Т3 делим пополам, находим F7

Расстояние от Fр2 до Т4 делим пополам, находим F8

Расстояние от Т3 до О1 делим пополам, находим Т5

Расстояние от Т4 до О2делим пополам, находим Т6

Проверьте себя: вышеперечисленные точки должны лежать на измеренной вами окружности головы.

Если дугообразно проложить измерительную ленту через точки Fp1-C3-O1, получится «параллель» (см. рис.1), которая пересекается с «меридианом», идущим через точки F7-Fz-F8 (см. рис. 2) в точке F3.

Аналогично, «параллель» Fp2-C4-O2 пересекается с этим же «мередианом» в точке F4.

Таким же образом, проложив «мередиан» через точки Т5-Pz-T6 (см. рис. 3) можно вычислить точки P3 и Р4.

Другими словами, точка F3 находится на середине расстояния между точками Fp1-С3 и Fz-F7.

Аналогично, точка F4 находится на середине расстояния между точками Fp2-С4 и Fz-F8.

То же самое с электродами Р3 и Р4.

В практике, помимо электродов, установленных по системе 10-20, используются дополнительные электроды, для определения местонаходения которых используется тот же принцип. Речь идет об электродах скуловой дуги (F9, F10, T9, T10, P9 и P10). Как определить их местонахождение?

Вспомните расстояние, измереное от околоушных точек через Cz. Каждый из перечисленных электродов находится на 10% ниже от соответсвующих электродов, лежащих на окружности головы:

— F9 и F10 на 10% ниже электродов F7 и F8, соответственно. То есть, лежат на скуловой кости.

— T9 и Т10 на 10% ниже электродов Т3 и Т4, соответственно. Фактически, лежат на околоушных точках.

— Р9 и Р10 на 10% ниже электродов Т5 и Т6, соответственно. Лежат на сосцевидных отростках черепа (mastoideus).

Использование этих электродов может помочь локализовать интериктальную эпилептиформную активность и зону начала приступа по ЭЭГ. В частности, передние скуловые электроды, по мнению некоторых авторов, являются неинвазивными аналогами сфеноидальных электродов.

Записанные ЭЭГ данные можно представить по-разному. Для этого существуют различные монтажные схемы.

Чаще всего для наблюдения за записью используются референциальный монтаж – в таком виде усилитель воспринимает данные.

Все другие монтажи являются реконструкцией, полученной в результате математических вычислений разности потенциалов на основе данных референциального монтажа.

Особенности монтажных схем (с точки зрения техника):

— в референциальном монтаже удобно контролировать качество наложения электродов, судя по помехам в том или ином отведении.

— в биполярном монтаже (продольная цепочка) хорошо видны т.н. «залитые электроды» — т.е. электроды, между которыми образовалась дорожка из электропроводного геля, следовательно, они стали единым электродом, внутри которого нет разности потенциалов, как нет разницы потенциалов между разными концами гвоздя. На ЭЭГ, в таком случае, в отведении, состоящем из пары «залитых» электродов (например F3-C3) регистрируется изолиния.

— поперечный монтаж. По сути – тот же биполярный монтаж, только цепочки отведений идут в поперечном направлении. Аналогично, в залитой паре электродов (например F7-F3) будет регистрироваться изолиния. Особенность в том, что если у вас залиты F7-F3, то в биполярном (предыдущем) монтаже все будет нормально! (но ЭЭГ данные при этом некорректны).

Подготовили: ЭЭГ-ассистент Козлова М.А. и зав. лабораторией видео-ЭЭГ мониторинга Троицкий А.А.

Источник: http://epilab.ru/pubs/eeg-tech

Система наложения электродов при снятие ЭЭГ по принципу «10-20»

Для стандартизации режима работы электроэнцефалографа применяют калибровочное устройство.

Структурная схема цифрового электроэнцефалографа

Международная схема расположения электродов «10-20». ®2 ВИД

представлена типовая структурная схема цифрового электроэнцефалографа. Чаще всего такие системы строятся на основе персонального компьютера, реже – на основе встроенного процессорного блока

Международная схема расположения электродов «10-20».

Точки расположения электродов в системе «10-20» определяют следующим образом. Измеряют расстояние по сагиттальной линии от inion до nasion и принимают его за 100%. В 10% этого расстояния от inion и nasion устанавливают соответственно нижний лобный (Fp) и затылочный (О) сагиттальные электроды. Остальные сагиттальные электроды (Fz, Cz и Рz) располагают между этими двумя на равных расстояниях, составляющих 20% от расстояния inion-nasion. Вторая основная линия проходит между двумя слуховыми проходами через vertex (макушку). Нижние височные электроды (ТЗ, Т4) располагают соответственно в 10% этого расстояния над слуховыми проходами, а остальные электроды этой линии (СЗ, Cz, С4) – на равных расстояниях, составляющих 20% длины биаурикулярной линии. Через точки ТЗ, СЗ, С4, Т4 от inion к nasion проводят линии и по ним располагают остальные электроды (РЗ, Р4, Т5, Т6, F3, F4, F7, F8, Fpl, Fp2). На мочки ушей помещают электроды, обозначаемые соответственно А1 и А2. Буквенные символы обозначают основные области мозга и ориентиры на голове: О — occipitalis, Р — parietalis, С — centralis, F — frontalis, А — auricularis. Нечетные цифровые индексы соответствуют электродам над левым, а четные — над правым полушарием мозга (рис. 1.8).

ЭЭГ взрослого бодрствующего человека. Регулярный α — ритм, модулированный в веретена, лучше всего выраженный в теменно-затылочных отделах. Реакция активации на вспышку света (отметка раздражения показана маркером).

Источник: http://studopedia.org/.html

Прибор для регистрации ЭЭГ сигнала по системедля выявления альфа-ритма с каналом общей ЭЭ

Из большого числа существующих в технике типов осциллографов в электроэнцефалографии применяются лишь некоторые. В настоящее время имеются самопишущие приборы, специально разработанные для записи электроэнцефалограмм и объединяющие в одном комплексе усилители и осциллографы. Такие приборы называются электроэнцефалографами [1,2].

В современной медицине ЭЭГ исследование весьма применяемо и распространено, но приборы не приносят высокой точности, поэтому, модернизируя устройство за счет нововведений, разрабатываем портативный электроэнцефалограф, что и является основной целью данного курсового проекта.

2. Технико – экономическое обоснование.

Современные электроэнцефалографы представляют собой многоканальные регистрирующие устройства, в зависимости от количества каналов, что, в свою очередь влияет на размер, а так же дополнительных параметров, варьируется их стоимость.

В медицинских учреждениях существует проблема следующего характера: за рубежом аппаратура более новая, подходит под современные стандарты, а так же более удобная, но очень дорогая. Отечественная аппаратура более прочная, но не современная.

В зависимости от того, в каком виде регистрируется и представляется для ана­лиза электроэнцефалографисту ЭЭГ, электроэнцефалографы подразделяются на традиционные «бумажные» (перьевые) и более современные — «безбумажные». В первых ЭЭГ после усиления подается на катушки электромагнитных или термо­пишущих гальванометров и пишется непосредственно на бумажную ленту. Элек­троэнцефалографы второго типа преобразуют ЭЭГ в цифровую форму и вводят ее в компьютер, на экране которого и отображается непрерывный процесс регистра­ции ЭЭГ, одновременно записываемой в память компьютера.

Бумажнопишущие электроэнцефалографы обладают преимуществом просто­ты эксплуатации и несколько дешевле при приобретении. Безбумажные обладают преимуществом цифровой регистрации со всеми вытекающими отсюда удобства­ми записи, архивирования, вторичной компьютерной обработки.

Для разработки нашего прибора будем использовать полную схему регистрации ЭЭГ – сигналов по системе «10-20» с использованием 16 активных отведений, для более точного определения очагов патологической активности. Такая система используется при подозрении на наличие у пациента фокальных нарушений. Несмотря на увеличение стоимости из-за выбора использования полной системы отведений, мы получим более качественный и точный прибор, который позволит обнаружить малейшую патологию.

Записывать потенциалы мозга будем в компьютер и на бумажный носитель с помощью аналогового регистратора. При этом открываются большие возможности по автоматизации анализа электроэнцефалограмм.

Разработка качественного и недорогого отечественного оборудования является необходимостью и основной задачей технико – экономической части данного курсового проекта. За счет использования элементов преимущественно отечественного производства, стоимость значительно понижается.

3. Анализ существующих решений.

Метод электроэнцефалографии (ЭЭГ) основан на регистрации биопотенциалов мозга. Излагая сущность метода простыми словами, можно сказать, что энцефалограф – это, по сути, обычный вольтметр, который измеряет разности потенциалов между различными точками кожи головы. Поскольку, как и все процессы в живой природе, потенциалы мозга меняются во времени, запись ЭЭГ традиционно представляется в виде кривой потенциал/время.

В настоящий момент технический прогресс позволил отказаться от устаревших аппаратов с лентой и самописцами и воспользоваться регистрацией ЭЭГ на цифровых носителях – появился метод компьютерной ЭЭГ (КЭЭГ). Компьютерные записи затем распечатываются и анализируются врачом совершенно так же как и больше полувека назад на заре эпохи ЭЭГ. Несмотря на то, что в настоящее время создано значительное число алгоритмов компьютерного анализа данных, визуальный анализ остается одним из самых значимых.

Среди методов регистрации ЭЭГ наиболее распространены:

— Видео ЭЭГ мониторинг.

Обычный (рутинный) метод записи ЭЭГ предполагает не более 15 минут записи, и используется для массовых исследований. К сожалению, в ряде ситуаций он оказался не слишком информативен – слишком короткий период записи не всегда позволяет разглядеть патологическую активность. Однако очень часто встречаются ситуации, когда даже в случае тяжелой болезни изменения на ЭЭГ проявляются лишь на незначительный период времени – например в связи с засыпанием пробуждением пациента. С появлением компьютерных технологий (КЭЭГ) закономерно появилась возможность выполнять более длительные записи — мониторинг ЭЭГ (от слова monitor – наблюдать).

ЭЭГ мониторинг предполагает длительную от 1 до 12 часов и более непрерывной записи. Активность мозга регистрируется в разных функциональных состояниях – как при повседневной активности в бодрствовании так и во сне. Причем, по мнению большинства исследователей, в большинстве случаев именно запись сна обладает наибольшей информативностью.

Видео ЭЭГ мониторинг (ВЭМ) предполагает также запись видео сигнала параллельно с записью потока ЭЭГ. К сожалению запись ЭЭГ подвержена очень большим искажениям со стороны электрической активности близлежащих к электродам мышц. Иногда эти помехи (т.н. двигательные артефакты) столь похожи на патологическую активность мозга, что без визуального наблюдения за пациентом их почти невозможно различить. В настоящий момент именно видео ЭЭГ мониторинг является самым точным и информативным из всех методов регистрации ЭЭГ [2].

Основные виды активности электроэнцефалограммы:

Альфа-активность. Выявляется при проведении электроэнцефалограммы в состоянии пассивного бодрствования и представляет собой синусоидальные колебания частотой 8-13 Гц и амплитудоймкВ. Альфа-активность зрелого мозга обычно модулирована в веретена и преобладает преимущественно в затылочных областях (связана с функционированием зрительного анализатора)

Бета активность. Представляет собой колебания частотойГц и амплитудой домкВ. Выявляется преимущественно в передних отделах головного мозга во время активного бодрствования. В структуре бета-активности выделяют низкочастотную (с частотой доГц) и высокочастотную (с частотой болееГц) активность. Некоторые авторы в структуре бета-активности выделяют гамма-активность, или высокочастотные бета-активность с частотойГц и амплитудой до 5-7 мкв.

Мю-активность. Выявляется в центральных областях головного мозга с преобладанием в области роландической борозды (связана с проприоцептивной чувствительностью). По частоте и амплитуде соответствует альфа-активности, но имеет характерную аркоподобную форму.

Тета-активность. Медленноволновая активность частотой 4-7 Гц различной амплитуды, усиливающаяся при эмоциональном возбуждении и во в время сна. Появление активности на ЭЭГ в другие промежутки времени свидетельствует о снижении уровня функциональной активности коры и всего мозга в целом

Дельта-активность. Медленноволновая активность частотой 1-3 Гц различной амплитуды, наиболее выраженная во время сна. Появление активности на ЭЭГ в другие промежутки времени свидетельствует о снижении уровня функциональной активности коры и всего мозга в целом

Обзор методов для измерения потенциалов мозга:

Для измерения потенциалов мозга существует много методов. Различия методов состоят лишь в постановке задачи и получении требуемого результата измерения.

Количество электродов, наложенных на поверхность черепа должно быть не менее 8. Кроме того, для монополярной регистрации необходимо накладывать ушной электрод для заземления. Расположение электродов на голове осуществляют по схеме «десять-двадцать».

Применяют 6 видов электродов, которые различаются как по форме, так и по способу их фиксации на голове:

1) контактные накладные неприклеивающися электроды (рис.1.а), которые прилегают к голове при помощи тяжей шлема-сетки (рис.1.г);

2) игольчатые электроды (рис.1.б);

3) приклеивающиеся электроды (рис.1.в(1-металл, 2-липкая лента, 3-электродная паста, 4-кожа));

4) базальные электроды;

5) пиальные электроды;

6) многоэлектродные иглы.

Рис.1. Типы электродов и способы их крепления на голове.

Электроды не должны иметь собственного потенциала. Электроэнцефалографическая установка состоит из электродов, соединительных проводов, электродной распределительной коробки с пронумерованными гнездами, коммутационного устройства и некоторого количества каналов регистрации, позволяющих определенное количество независимых друг от друга процессов. При этом необходимо иметь в виду, что 4-канальные электроэнцефалографы непригодны для диагностических целей, так как позволяют выявить только грубые изменения, генерализованные по всей конвекситальной поверхности, 8-12-канальные пригодны только для общих диагностических целей – оценки общего функционального состояния и выявления грубой очаговой патологии. Только наличие 16 и более каналов позволяет регистрировать биоэлектрическую активность всей поверхности мозга одновременно, что дает возможность проводить самые тонкие исследования.

Отведение биопотенциалов обязательно осуществляют двумя электродами, так как для их регистрации необходима замкнутая электрическая цепь: первый электрод→усилитель→регистрирующий прибор→усилитель→второй электрод. Источником колебаний потенциала является участок мозговой ткани, лежащий между этими двумя электродами. В зависимости от способа расположения этих двух электродов различают биполярное и монополярное отведения. С целью экономии времени (так как набор этих комбинаций на селекторе является очень трудоемким процессом) в современных электроэнцефалографах используют заранее фиксированные схемы отведений (монтажные схемы, рутинные программы и т. п.). Наиболее рациональным для осуществления топического анализа с использованием электроэнцефалографии являются следующие принципы построения монтажных схем: первая монтажная схема — биполярные отведения с большими межэлектродными расстояниями, соединения электродов в пары по сагиттальным и фронтальным линиям; вторая — биполярные отведения с малыми межэлектродными расстояниями с соединением электродов в пары по сагиттальным линиям; третья — биполярные отведения с малыми межэлектродными расстояниями с соединением электродов в пары по фронтальным линиям; четвертая — монополярные отведения с индифферентными электродами на ухе и по методу Гольдмана; пятая — биполярные отведения с малыми межэлектродными расстояниями с соединением электродов в пары по сагиттальным линиям и регистрации движений глаз, ЭКГ или кожно-гальванической реакции при проведении нагрузок.

Канал электроэнцефалографа включает в себя усилитель биопотенциалов с большим коэффициентом усиления, позволяющим усиливать биоэлектрическую активность от единицы микровольт до десятков вольт. В настоящее время чаще применяют электромагнитные вибраторы с различными методами регистрации (чернильная, штифтовая, струйная, игольчатая), которые позволяют регистрировать колебания в зависимости от параметров регистрирующего устройства до 300Гц.

В настоящее время в ЭЭГ используются компьютеры, которые выполняют рутинные измерения, при этом врач сохраняет полный контроль над всеми этапами анализа энцефалограммы. Анализ может быть выполнен прямо на экране компьютера без необходимой предварительной распечатки энцефалограммы, что, безусловно, очень удобно.

С помощью всего лишь нескольких щелчков мышью врач получает размеченную электроэнцефалограмму и таблицу всех стандартных численных параметров, которые необходимо указать в диагностическом заключении. Далее программа переходит к генерации диагностического заключения.

Составление заключения сразу в электронной форме – без необходимости набора на клавиатуре значительных объемов текста – позволяет проводить законченный анализ большого числа электроэнцефалограмм прямо на экране компьютера без их распечатки.[2]

Так как в ЭЭГ покоя не всегда выявляются признаки патологии, то, как и при других методах функциональной диагностики, в клинической электроэнцефалографии применяются физические нагрузки, некоторые из которых являются обязательными: нагрузка для оценки ориентировочной реакции, нагрузка для оценки устойчивости к внешним ритмам (ритмическая фотостимуляция). Обязательной также является нагрузка, эффективная для выявления латентной (компенсированной) патологии, триггерная фотостимуляция — стимуляция в ритмах биоэлектрической активности самого мозга с помощью триггера-преобразователя волновых компонентов электроэнцефалограммы во вспышке света. С целью возбуждения основных ритмов мозга (альфа, дельта, тета и т. д.) используется метод «задержки» светового стимула.

И сходя из всех рассмотренных методов регистрации и особенностей приборов, будем основываться на 16ти канальном электроэнцефалографе, метод регистрации по системе «10-20» – наиболее широко используемый метод расположения электродов на скальпе. Система основана на отношениях между

Рис.2. Расположение электродов по системе «10-20».

расположением электродов и основными областями коры мозга. Каждый участок имеет символ и номер, чтобы идентифицировать местоположение полушария. Используемые символы: «F» — Лобный лепесток, «T» — Временный лепесток, «C» — Центральный лепесток, «P» — Теменной лепесток, «O» — Затылочный лепесток. (Примечание: нет никакого центрального лепестка в мозговой коре, «C» используется только для идентификации). Четные числа (2, 4, 6, 8) относятся к правому полушарию, и нечетные числа (1, 3, 5, 7) относятся к левому полушарию. «Z» относится к электроду, помещенному в середину. Чем меньший номер, тем ближе позиция к середине. «Fp» замещает полярную Переднюю сторону. «Nasion» — точка между лбом и носом. «Inion» — точка в задней части черепа.»10″ и «20» (Система 10-20) относятся к 10 %, и 20 % расстоянию между электродами.

Выбираем альфа-ритм, полоса частот 8-13 Гц, средняя амплитудамкВ.

В качестве электродов применяем контактные накладные неприклеивающися электроды, которые прилегают к голове при помощи тяжелого шлема-сетки. Записывать потенциалы мозга будем в компьютер через шину USB, выводить результаты – на ЖК-дисплей. При этом открываются большие возможности по автоматизации анализа электроэнцефалограмм.

Кроме того, компьютер выполняет все рутинные измерения, при этом врач сохраняет полный контроль над всеми этапами анализа энцефалограммы. Анализ может быть выполнен прямо на экране компьютера без необходимой предварительной распечатки энцефалограммы.

4. Разработка и описание структурной схемы.

Рис. 3. Структурная схема.

Структурная схема устройства представлена на рис. 3. Она состоит из следующих основных блоков:

Прибор содержит 16 электродов, необходимых для полного описания нервной активности. Электроды крепятся на голове пациента. Каждый электрод снимает потенциалы на определенном участке. Далее ставим гальваническую развязку для защиты человека от опасных напряжений, а так же для исключения возникновения паразитных токов в силовых цепях и цепях управления. Сигнал с электродов проходит через усилитель, фильтры и мультиплексор на АЦП микроконтроллера.

АЦП, встроенный в микроконтроллер, разбивает сигнал на цифровые отсчеты. Эти отсчеты заносятся в память вместе с информацией о пациенте, введенной с клавиатуры. МК управляет работой энцефалографа в целом.

Передача информации с МК на ЭВМ и с ЭВМ на МК происходит с помощью последовательного интерфейса USB, который аппаратно встроен в микроконтроллер. Интерфейс USB 2.0 содержит интегрированный приемопередатчик, соответствующий спецификации шины USB 2.0 full-speed, буфер FIFO объемом 328 Байт, а так же поддерживает организацию четырех каналов передачи данных.

Аппарат снабжен ЖК – дисплеем, на который выводится буквенно – цифровая информация. ЖК – дисплей поддерживает русские шрифты.

После блока усилителей и фильтров ставят аналоговый регистратор, который предназначен для регистрации сигналов на бумажный носитель.

5. Разработка и описание функциональной схемы.

Рис. 4. Функциональная схема.

На рис. 4 представлена функциональная схема устройства, подробнее рассмотрим каждый блок схемы в отдельности для более наглядного представления о приборе в целом.

1) В качестве электродов применяем контактные накладные неприклеивающися электроды, которые прилегают к голове при помощи тяжей шлема-сетки.

Качество регистрации высокочастотных колебаний потенциалов электрического поля мозга во многом зависит от используемых электродов. Так как вольтаж потенциалов поверхности тела очень низкий, потери на преодоление сопротивления между кожей и электродом должны быть сведены к минимуму. В связи с этим: 1 — 1,5 см 2 – площадь поверхности электродов. Электроды выбираем из серебра или посеребренного металла исходя из принципа их наилучшей электропроводимости.

2) Для защиты человека от опасных напряжений, а так же для исключения возникновения паразитных токов в силовых цепях и цепях управления ставим перед аналоговым блоком гальваническую развязку — это, соответственно, такая организация взаимодействия участков электрических цепей, при которой непосредственный контакт отсутствует. В качестве гальванической развязки выбираем устройство FDD03-15D4A DC-DC.

3) Предусилитель осуществляет начальное усиление сигнала ЭЭГ. Предусилитель должен удовлетворять определенным требованиям: высокое входное сопротивление, чтобы не нагружать источник сигнала; входные цепи предусилителя должны также обеспечивать защиту пациента; частотный диапазон должен соответствовать спектру исследуемого сигнала. Поскольку эти сигналы имеют низкую амплитуду, важно чтобы полоса пропускания была не меньше, но и не больше, чем требуется.

Исходя из вышесказанного, предусилитель строим на 3-х ОУ. Такая схема имеет более высокий входной импеданс и обеспечивает большое усиление и лучший КОСС по сравнению со схемами на одном ОУ. Кроме того, величина КОСС менее чувствительна к точности подбора резисторов.

В качестве операционных усилителей выбираем К140УД1701А.

4) Фильтр низких частот. Низкочастотные помехи, содержащиеся в полезном сигнале устраняем с помощью ФНЧ, используем ФНЧ Баттерворта 2-го порядка, который имеет максимально плоскую АЧХ, умеренную фазовую нелинейность, приемлемую переходную характеристику и достаточно крутой спад АЧХ вне полосы пропускания.

5) Сигнал, снимаемый с пациента содержит высокочастотные помехи. Для их устранения ставим ФВЧ (фильтр высоких частот). В качестве ФВЧ используем ФВЧ Баттерворта 2-го порядка. Фильтр Баттерворта характеризуется высокой скоростью затухания и эффективно подавляет частоты, большие частоты среза.

6) Для усиления отфильтрованного сигнала ставим внешний усилитель (ВУ) в инвертирующем включении перед АЦП. Это обеспечит нам необходимый для АЦП коэффициент усиления.

7) Для записи потенциалов мозга на бумажный носитель после блока усилителей и фильтров реализуем выход на аналоговый регистратор. Выбираем в качестве регистратора прибор типа Н338, предназначенный для регистрации в аналоговой форме быстро протекающих процессов, изменяющихся в диапазонах от 0 до 150 Гц, преобразованных в соответствующее значение электрического напряжения. Запись показаний прибора осуществляется на теплочувствительной бумаге в прямоугольной системе координат. [13]

8) После ВУ ставим мультиплексор, в данном случае две микросхемы, содержащие по 4 мультиплексора «2 в 1», так как у нас в микроконтроллере 8 – разрядное АЦП. Необходимо обработать информацию (сигнал), поступившую от нескольких датчиков с разделением времени. Выбираем микросхему К4519. Она обеспечивает коммутацию 16 каналов, позволяет проводить как адресную, так и последовательную выборки каналов.

9) Микроконтроллер представляет собой AT91SAM7S – семейство Atmel микроконтроллеров со встроенной флэш-памятью с малым числом внешних выводов, в основу которых заложено высокопроизводительное 32-битное ядро ARM7TDMI. Отличительными особенностями этих контроллеров является наличие встроенной высокоскоростной флэш-памяти (FLASH) и статической памяти (SRAM), большой набор периферийных узлов и модулей, включая порт USB2.0.

Микроконтроллеры AT91SAM7S содержат 8-канальный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), который позволяет работать в двух режимах разрешающей способности — 8 и 10 бит. Максимальная частота дискретизации, обеспечиваемая АЦП, достигает 384 тыс. отсчетов в секунду.

Микроконтроллеры семейства AT91SAM7S являются контроллерами общего назначения. Встроенный в них USB порт позволяет сделать на их основе приложения, требующие наличие связи с компьютером или сотовым телефоном. Отличная ценовая политика и соответствие требованиям по высокой степени интеграции позволяют заниматься созданием дешевых устройств с крупным или массовым их производством. [11]

Для реализации сигнализации превышения критических порогов входных сигналов напряжения и частоты используем программу микроконтроллер, оповещение о превышении будет выводиться на ЖК – дисплей в виде букв. Выбираем модель MT-12864A-2FLA со встроенным контроллером КБ145ВГ4.

10) С микроконтроллера идет выход на ЖК — дисплей: активную матрицу, в которой используются микротранзисторы TFT, открывающие и закрывающие индивидуальную ячейку. Выбираем модель WG12232A-YGH-VN – графический дисплей с ЖК матрицей 122х32.

11) Интерфейс USB соединяет наш прибор с ПК, содержит интегрированный приемопередатчик, он имеет буфер FIFO объемом 328 Байт. Для работы интерфейса USB используется единая (с ядром) схема генерации и распределения тактового сигнала, что позволяет использовать один кварц для ядра и USB.

12) После этого сигнал передаётся на ЭВМ, где происходит дальнейшая обработка сигнала.

6. Разработка и расчет принципиальной схемы.

1. Расчет предварительного усилителя на операционном усилителе.

Рис.4. Предварительный усилитель

На рис приведена схема двухкаскадного предварительного усилителя на базе операционного усилителя. Первый каскад, состоящий из усилителей DA1 и DA2, усиливает дифференциальный сигнал в раз, и коэффициент передачи для синфазного напряжения равен 1. Следовательно дифференциальный сигнал увеличивается на выходах DA1 и DA2 без увеличения синфазного сигнала. Второй каскад, выполненный на ОУ DА3, в дифференциальном включении усиливает дифференциальный сигнал в раз.

Пределы измерения величины ЭЭГ 10 – 70 мкВ;

Поэтому возьмем Uвх=70×10 -6 В, входной ток Iвх=4×10 -9 А, рассчитаем первый резистор:

Для первого каскада Ку1=714, а для второго каскада Ку2=10.

Исходя из коэффициента усиления Ку1, рассчитаем остальные элементы первого каскада:

Исходя из коэффициента усиления Ку2, рассчитаем остальные элементы второго каскада:

Пользуясь справочником выбираем резисторы серии С2-33И номиналом:

2. Расчет ФНЧ Баттерворта.

Рис.5. ФНЧ 2 порядка Баттерворта

В качестве фильтра используем фильтр второго порядка Баттерворта без обратной связи — коэффициент усиления равен 1.

Частота среза по заданию Fср=100 Гц;

Значения сопротивлений получаются из передаточной функции НЧ фильтра:

Где а, b –коэффициенты полинома;

а=1,4142; b=1,0000 (табличное значение)

Чтобы сопротивления резисторов были действительными должно выполняться условие:

Возьмем согласно ряду номинальных значений конденсаторов:

3. Расчет ФВЧ Баттерворта.

Рис.6. ФВЧ 2 порядка Баттерворта

В качестве фильтра используем фильтр 2 порядка Баттерворта. Коэффициент усиления равен 1. По заданию Fср =1 Гц.

Где а, b –коэффициенты полинома;

а=1,4142; b=1,0000 (табличное значение)

4. Расчет выходного усилителя.

Рис.7. Инвертирующий выходной усилитель

Необходимый сигнал на ходе АЦП равен порядка 5 В. Так же мы имеем Ку2=10: =10

5. Расчет канала нормализации.

2) n = 8 — разряд АЦП, N = 2 8 ηвых.ф = 5·10 5

4) ηвых.пу ≥ 100 – необходимо выполнить

Примем для определенности kдиф1 ≈ kдиф2

6. Работа микроконтроллера.

Микроконтроллер AT91SAM7S, главным образом предназначен для того, что бы принятую информацию преобразовать и при помощи USB-порта передать на компьютер. Полноскоростная USB-связь позволяет установить соединение между хостом и присоединённым USB – устройством. Программное обеспечение хоста связывается с USB-устройством через коммуникационный поток. Этот поток переносится с помощью одной из типов передач, определяемых USB-устройством. Сначала микроконтроллер записывает данные в предпорт USB, ждёт, когда поступит сигнал о возможности передачи, если да, то передаёт, нет – ждёт. [11]

Рис.8. Алгоритм программы на микроконтроллере

1. Выбор ОУ.

В качестве операционного усилителя выберем ОУ К140УД1701А (ОРА77).

Интегральная схема К140УД1701А представляет собой монолитный прецизионный операционный усилитель. Он характеризуется низким напряжением смещения, высоким коэффициентом подавления синфазного сигнала, низким уровнем шума и температурного дрейфа.

Применяются для усиления слабых сигналов от датчиков, сопровождаемых значительным уровнем синфазных помех и наводок, в устройствах точных измерительных систем, систем автоматического регулирования и обработки информации.

Напряжение смещения не более ………………………………..75мкВ

Коэффициент подавления синфазного сигнала ………………..106дБ

Внутренняя частотная коррекция

Широкий диапазон напряжений питания ……………………. ± 15 В

Коэффициент усиления напряжения………………………….….2*10 5

Скорость нарастания выходного напряжения ………….0,1 В/мкс. [8]

2. Выбор резисторов.

Выберем резисторы с металлоэлектрическим проводящим слоем, предназначенных для работы в цепях постоянного, переменного и импульсного тока в качестве элементов навесного монтажа.

В качестве резисторов выберем С2-33И: Табл.1.

Диапазон номинальных сопротивлений, Ом

Масса, г, не более

Табл.2. Температурный коэффициент сопротивления

Номинальная мощность, Вт

Диапазон номинальных сопротивлений, Ом

ТКС,/ о С, в интервале температур

от — 60 до + 20 о С

от + 20 до + 155 о С

Уровень собственных шумов 1; 5 мкВ/В.

Промежуточные значения номинальных сопротивлений соответствуют ряду Е96 с допусками ±0,5, ± 1, ± 2 %.

Предельные эксплутационные данные

Температура окружающей среды: при номинальной электрической нагрузке…………. ….от –55 до+70 0 С при снижении электрической нагрузки до нуля…………… от –55 до+155 0 С

Относительная влажность воздуха при температуре +40 0 С……до 95%. [6]

Конденсаторы К71-4 предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и пульсирующего тока.

Номинальная емкость, мкФ

Номинальное напряжение, В

Масса, г, не более

Предельные эксплутационные данные

Температура окружающей среды:……………..………………….от –60 до +85 0 С Относительная влажность воздуха при температуре +35 0 С…до 98%. [7]

Рис.9. Мультиплексор К4519

Широкое применение микропроцессорных схем, ЦАП и АЦП, обрабатывающих информацию, поступающую от нескольких датчиков с разделением времени, обусловили развитие аналоговых мультиплексоров. Схема К4519 состоит из четырех двухвходовых мультиплексоров с входами А1,В 1-А4,В4 и выходами Q0-Q3 соответственно.

5. Выбор микроконтроллера.

Микроконтроллер представляет собой AT91SAM7S – это семейство Atmel микроконтроллеров со встроенной флэш-памятью с малым числом внешних выводов, в основу которых заложено 32-битное RISC ядро ARM7TDMI. Отличительными особенностями этих контроллеров является наличие встроенной высокоскоростной флэш-памяти (FLASH) и статической памяти (SRAM), большой набор периферийных узлов и модулей, включая порт USB2.0. Микроконтроллеры семейства AT91SAM7S являются контроллерами общего назначения. Встроенный вних USB порт позволяет сделать на их основе приложения, требующие наличие связи с компьютером или сотовым телефоном. Отличная ценовая политика и соответствие требованиям по высокой степени интеграции позволяют заниматься созданием дешевых устройств с крупным или массовым их

производством. Схема микроконтроллера показана на рис.

— высокопроизводительная 32-битная архитектура

— внутренняя высокоскоростная флеш-память

— частота работы до 30МГц

— 8-канальный 10-битный АЦП

— напряжение питания мин.1,65 В

— ток питания 60мкА

6. Выбор ЖК — дисплея.

Выбираем модель WG12232A-YGH-VN с ЖК – матрицей 122х32 фирмы NEWTEC. Светодиодная подсветка, цвет подсветки – желто – зеленый, встроенный контроллер S1D15200, габариты размеры модуля – 84.0×4.0 мм, размеры видимой области 60×18.0 мм, диагональ видимой области – 2.5 см, расширенный температурный диапазон, тип кристаллов – STN. [12]

#define MSG_SIZE 1000

extern void Usart_init ( void );

extern void AT91F_US_Put( char *buffer); // \arg pointer to a string ending by \0

extern void Trace_Toggel_LED( unsigned int led) ;

struct _AT91S_CDC pCDC;

//* \brief This function Open the USB device

// Set the PLL USB Divider

// Specific Chip USB Initialisation

// Enables the 48MHz USB clock UDPCK and System Peripheral USB Clock

AT91C_BASE_PMC->PMC_PCER = (1 RSTC_RMR = AT91C_RSTC_URSTEN | (0x4 3 ; входные токи ± 4 нА; разность входных токов ≥ 3,8 нА; смещение нуля 0,075 мВ; средний температурный дрейф разности входных токов в интервале температур – 10 0 до + 70 0 С не более 120 пА/ 0 С, средний температурный дрейф напряжения смещения в том же интервале температур не более 3 мкВ/ 0 С.

В качестве элементов схемы выбраны резисторы С2-33И с номинальной мощностью 0,250 Вт и 0.7 Вт, погрешность 1%. Температурный коэффициент в интервале температур от — 55 до + 20 0 С не превышает ± / 0 С, а в интервале от + 20 до +155 0 С не превышает ± / 0 С для 0.250 Вт и от — 55 до + 20 0 С не превышает ± / 0 С, а в интервале от + 20 до +350 0 С не превышает ± / 0 С для 0.7 Вт. Положим, что выходное сопротивление источника сигнала ri не превышает 3 Ом.

В связи с тем, что первый каскад предварительного усилителя симметричен, то погрешности ОУ одинаковы. Так как на втором каскаде сигнал подается на оба входа ОУ, то погрешности вычитаются, следовательно, погрешность первого каскада равна нулю.

Рассчитаем погрешность второго каскада предварительного усилителя.

Номинальное значение напряжения на выходе усилителя Uвыхн·U, где Кн=10 – номинальный коэффициент усиления. Реальная функция преобразования Uвыхн·U+∆Uсм. Полагаем, что не предусмотрены регулировки коэффициента усиления, а предусмотрена лишь установка нуля усилителя перед началом измерения. Коэффициент усиления замкнутого операционного усилителя К=К0/(1+β·К0). Здесь К0=120·10 3 – среднее значение коэффициент усиления разомкнутого операционного усилителя К140УД1701А, разброс коэффициента усиления от экземпляра к экземпляру не более ∆К=30·10 3 . Коэффициент обратной связи β=R3/R4=10 3 /10 4 =0,1. Смещение на входе усилителя складывается из следующих составляющих:

смещение нуля операционного усилителя ∆U1 75·10 -6 В;

смещение нуля на выходе, обусловленное разностью входных токов, ∆U2=±∆Iвх ·R3·Кн =3,8·10 -9 ·1000·10=38·10 -6 В;

смещение нуля на выходе, вызванное различием сопротивлений во входных цепях: к неинвертирующему входу rвх1= R3R4/(R3+R4)=10 3 ·10 4 /(10 3 +10 4 )=909.09 Ом; к инвертирующему входу rвх2=R3R4/(R3+R4)=10 3 ·10 4 /(10 3 +10 4 )=909.09 Ом; разность сопротивлений входных цепей ∆rвх =909.09–909.09=0 Ом; смещение на выходе ∆U3=∆Iвх·∆rвх ·Кн=0 В;

температурный дрейф смещения ∆U4=±∆UТ·∆t=3·10 -6 ·50=150·10 -6 В;

смещение нуля под действием температурного дрейфа разностью входных токов ∆U5 = ±∆IТ · ∆t · R3·Кн = 120 ··50·10 3 ·10=60·10 -6 В.

Первые три составляющие смещение нуля остаются постоянными в пределах рабочих условий и образуют погрешность установки нуля перед началом измерений ∆Uуст=∆U1+∆U2+∆U3=113·10 -6 В.

Тогда смещение нуля в процессе измерения не превышает

Составим уравнение погрешности усилителя, приведенной к выходу .

Так как знаки погрешностей элементов схемы неизвестны, все частные производные принимаем положительными. Находим погрешность коэффициента обратной связи , .

Переходим к относительной погрешности .

Первое слагаемое – относительное значение аддитивной составляющей погрешности.

Второе и третье слагаемые – погрешность крутизны преобразования (коэффициента усиления):

Приведенная погрешность в конце шкалы (U=Uмах)

Расчет погрешности выходного усилителя.

Кн=10 – номинальный коэффициент усиления. Коэффициент обратной связи β=R9/R10=10 3 /10 4 =0,1. Смещение на входе усилителя складывается из следующих составляющих:

смещение нуля операционного усилителя ∆U1 75·10 -6 В;

смещение нуля на выходе, обусловленное разностью входных токов, ∆U2=±∆Iвх ·R9 ·Кн=3,8·10 -9 ·10 4 =38·10 -6 В;

смещение нуля на выходе, вызванное различием сопротивлений во входных цепях: к неинвертирующему входу rвх1=909 Ом; к инвертирующему входу rвх2=R3R4/(R3+R4)=10 3 ·10 4 /(10 3 +10 4 )=909.09 Ом; разность сопротивлений входных цепей ∆rвх =0.09 Ом; смещение на выходе ∆U3=∆Iвх·∆rвх·Кн=3,8·10 -9 ·0.09·10=3,6·10 -9 В;

температурный дрейф смещения ∆U4=±∆UТ·∆t=3·10 -6 ·45=135·10 -6 В;

смещение нуля под действием температурного дрейфа разностью входных токов ∆U5 = ±∆IТ · ∆t · R9· Kн =120 ··45·10·10 3 =54·10 -6 В.

Первые три составляющие смещение нуля остаются постоянными в пределах рабочих условий и образуют погрешность установки нуля перед началом измерений . ∆Uуст=∆U1+∆U2+∆U3=113·10 -6 В

Тогда смещение нуля в процессе измерения не превышает ∆Uсм=±(∆Uуст+∆U4+∆U5) ≈± 304·10 -6 В.

Составим уравнение погрешности усилителя, приведенной к выходу .

Так как знаки погрешностей элементов схемы неизвестны, все частные производные принимаем положительными. Находим погрешность коэффициента обратной связи , .

Переходим к относительной погрешности .

Первое слагаемое – относительное значение аддитивной составляющей погрешности.

Второе и третье слагаемые – погрешность крутизны преобразования (коэффициента усиления) :

Приведенная погрешность в конце шкалы (U=Uмах) [5]

Основная часть погрешности измерительного прибора определяется погрешностью предварительного усилителя, которая рассчитана выше. Погрешность фильтров примем равной 0,1 %. Погрешность в микроконтроллере можно не учитывать, т.к. она очень мала. Таким образом, общая погрешность прибора равна:

9. Разработка конструкции устройства.

Расчет площади печатной платы начинаем с расчета установочной площади элементов. Установочная площадь представляет собой прямоугольник, описанный вокруг элемента с учетом его максимальных установочных размеров, требований по монтажу, обеспечивающих нормальную работу электроээнцефалографа.

где S — суммарная площадь;

Ky – коэффициент увеличения площади, зависящий от назначения радиоэлектронного средства и условий эксплуатации и равный 1…5;

Установочная площадь отдельных элементов:

Резисторы 238 штук Sуст=3708,72 мм 2

Конденсаторы 68 штук Sуст=76896 мм 2

Операционные усилители КР140УДштук Sуст=8032,5 мм 2

Микроконтроллер Sуст=148,84 мм 2

Микросхема К591КН3 Sуст=240 мм 2

Гальваническая развязка Sуст= 5000 мм 2

Итого, суммарная площадь печатной платы устройства равна

S=93810.06 мм 2 . Исходя из этого печатная плата должна иметь размеры 470×400 мм.

Исходя из размеров печатной платы корпус прибора должен иметь следующие размеры: боковая панель 550 × 240 × 75 . Чертеж корпуса прибора представлен в приложении. На передней панели расположено кнопка для включения канала измерения, кнопка сеть, вертикально расположены разъёмы для включения электродов. На задней панели расположен разъём для питания, для подключения ЭВМ.

В данном курсовом проекте был разработан портативный электроэнцефалограф. Были разработаны структурная, функциональная и принципиальная схемы устройства. Одним из путей усовершенствования разработанного прибора является увеличение количества электродов (для белее точного обследования), добавление блока воздействия на биологический объект (свет, звук).

В результате данного курсового проекта разработано устройство, удовлетворяющее всем требованиям технического задания.

11. Список литературы.

Ю.Г. Кратин, В.И. Гусельников. Техника и методики электроэнцефалографии. Ленингр.: Наука, 1971.-319с.

И.В.Камышко. Медицинские приборы. Разработка и применение. – М.: Медицинская книга, 2004. – 720 с.

Г. А. Садовский. Основы теории погрешностей измерительных устройств: Учебное пособие. Рязань: РРТИ, 1981. – 84с.

П. Гарет. Аналоговые устройства для микропроцессоров и мини ЭВМ. – М.: Мир, 1981. – 260 с.

Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник. М.: Радио и связь, 1989. -496 с.

И.И. Четвертков, В.М. Терехов. Резисторы. Справочник. -2-е изд. М.: Радио и связь, 1991. — 528с.

И.И. Четвертков, М.Н. Дьяко­нов. Конденсаторы. Справочник. — М.: Радио и связь, 1993. — 392с.

Операционные усилители и компараторы. Справочник. Том 12. М.: Додека-XXI, 2001. – 560с.

Справочник по электро — измерительным приборам. Ленинград: Энергия, 1977. – 832 с.

Источник: http://works.doklad.ru/view/0oA0LZwLAzw/all.html

Published by admin