8 kanallı taşınabilir eeg ölçüm cihazı

Abstract

Elektroensefalografi (EEG) beyin dalgalarının, kafatası ya da beyin yüzeyindeoluşturduğu elektrik akımları yardımıyla ölçülmesini sağlayan yöntemdir. 1929yılında Alman hekim Hans Berger tarafından önerilmiştir. EEG ölçümleri epilepsi gibihastalıkların tanısında, epilepsi nöbetlerinin, beyin tümörünün tespitinde, uykubozukluklarında, bazı psikiyatrik değerlendirmelerin yapılmasında, anesteziderinliğinin ölçülmesinde, beyin ölümünün ve bazı beyin anormalliklerinin tespitindekullanılır. Ayrıca EEG sinyalleri kullanılarak gerçekleştirilen insan makine arayüzüuygulamaları son yıllarda giderek artmaktadır. Bu uygulamalarla birlikte taşınabilir vegiyilebilir EEG ölçümlerine duyulan ihtiyaç artmıştır.EEG işaretleri durağan olmayan, bir boyutlu, çok düşük genliklere sahip, gürültükaynaklarından yüksek oranda etkilenen işaretlerdir. Bu nedenle düşük gürültülü,yüksek çözünürlüklü, yüksek ortak mod bastırma oranına sahip ölçüm sistemleri ileölçülebilmektedir.Bu yüksek lisans tezi kapsamında uzun süreli EEG ölçümleri, taşınabilir EEG ölçümcihazının gerekli olduğu uygulamalar, insan makine arayüzü uygulamaları, anesteziderinliği tespiti gibi uygulamalarda kullanılabilecek EEG sinyalleri ve diğerbiyoelektrik işaretleri dalga formunu bozmadan ölçebilecek, küçük boyutlu (54,5 x29,0 mm2), yüksek hassasiyet (11 nV – 24 bit), düşük giriş gürültüsü (1 µV) ve düşükgüç tüketimine (195 mW) sahip 8 kanallı, kablosuz olarak haberleşebilen taşınabilirölçüm sistemi tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir.Ölçüm sistemi tasarımında kuvvetlendirici ve analog sayısal dönüştürücü olarakbiyopotansiyel işaretler için özelleştirilmiş ADS1299 analog ön-uç (Analog Front-End(AFE)) tümdevresi, haberleşme birimi olarak Microchip RN4020 bluetooth modülü,kayıt birimi olarak hafıza kartı, kontrol birimi olarak Atmel Atmega328pmikrodenetleyici kullanılmıştır. Sistemin uzun süre (28 saat) çalışabilmesi için 1400mAh'lik Li-po batarya ile beslenmiştir.Sistemden alınan ölçümler bluetooth haberleşme üzerinden bir merkezi birime (kişiselbilgisayar) gönderilmekte, alınan veriler bir bilgisayar yazılımı ile kaydedilerek işaretişleme yazılımları ile analiz edilebilmektedir. Bluetooth bağlantısının olmadığıdurumlarda ise veriler hafıza kartına kaydedilerek veri kaybı önlenmektedir.Çalışmanın ilk aşamasında ADS1299 tümdevresinin performansı incelenmiştir. Eldeedilen bilgiler ışığında devre tasarımları yapılmış ve testleri gerçekleştirilmiş dahasonra kontrol ve bilgisayar yazılımları yazılmış, son olarak sistemden test işareti vealınan EEG işareti ölçümleri EEG ölçüm sistemin farklı senaryolar için kabul edilebilirdoğrulukta çalışabileceği göstermiştir. Önerilen geliştirmeye açık cihaz tasarımı hacimolarak küçük, düşük güç tüketimine sahip ve yüksek doğrulukta olduğundan EEGişareti kullanılan birçok mühendislik sisteminde modüler olarak kullanılabilecektir.

Electroencephalography (EEG) is a method by which brain waves can be measured byelectric currents generated on the skull or brain surface. It was proposed by the Germanphysician Hans Berger in 1929. EEG measurements are used in the diagnosis ofepilepsy, in detecting epileptic seizures, brain tumors, brain death and certain brainabnormalities in sleep disorders, in measurement of anesthesia depth and in makingsome psychiatric evaluations. Besides, Brain-Machine Interface applications usingEEG signals have become increasingly popular in recent years. With theseapplications, the need for portable and wearable EEG measurements has increased.EEG signals are non-stationary, one-dimensional, very low-amplitude, high-frequencysignals that are affected by noise sources. For this reason, it can be measured with lownoise, high resolution, high common mode suppression ratio measurement systems.In this master thesis A portable 8 channel EEG measurement system is designed andimplemented which can be used in applications such as long-term EEG measurements,applications where portable EEG measurement equipment is needed, human machineinterface applications, anesthesia depth detection. The system have small size (54,5 x29,0 mm2), high sensitivity (11 nV – 24 bit), low input noise (1 µV) and low powerconsumption (195 mW).In this measurement system design; ADS1299 Analog Front-End (AFE) integratedcircuit customized for biopotential signals as amplifier and analog-digital converter,Microchip RN4020 bluetooth module as communication unit and Atmel Atmega328pmicrocontroller as control unit are used. The system is powered by 1400 mAh Li-pobattery for long time (28 hours) operation.The measurements taken from the system are sent to a central computer (personalcomputer) via bluetooth communication, and the received data can be recorded with acomputer software and analyzed with signal processing software. In the absence of abluetooth connection, data is stored on the memory card to prevent data loss.During the first phase of the study, the performance of the ADS1299 integrated circuitwas examined. Circuit designs were made in the light of the obtained information, testswere performed. Then control and computer software were written. Test and EEGsignal measurements from the system have shown that the EEG measurement systemcan operate at acceptable accuracy for different scenarios. The proposed device designis open to development can be used as a modular in many engineering systems usingEEG signals since small in volume, low power consumption and high accuracy