Elektroensefalografi ölçümleri için gümüş (AG) aktif kuru tip pinli elektrot tasarımı

Abstract

Elektroensefalografi (EEG),kafatasına yerleştirilen elektrotlar aracılığıyla alınan, beynin sinirsel faaliyetleri sonucu elde edilen biyoelektriksel sinyallerin izlenmesini sağlayan ölçüm yöntemidir. Diğer tüm biyomedikal sinyallerde olduğu gibi EEG sinyalinde de vücuttan alınan sinyal kuvvetlendirici yardımıyla kuvvetlendirilir ve gürültü bileşenlerinin yok edilmesi için filtreleme işleminden geçirilir. Buradaki amaç, ölçülen sinyalin belirli bir frekans aralığında gürültüden arındırılmış ve işlenebilecek genlik bilgisine sahip hale getirilmesidir. EEG sinyalleri ±500µV genlik seviyelerinde ve 0-100 Hz frekans aralığında salınım yapan sinyaller olduğundan doğru ölçülmesi ve kaydedilmesi oldukça zordur. Literatürde başta EEG olmak üzere EKG, EOG, EMG gibi sinyallerin hasta üzerinden alınıp ölçüm sistemine aktarılması amacıyla kullanılan elektrot sistemlerinin geliştirilmesi ve iyileştirilmesi için birçok çalışma yapılmaktadır. Elektrot sistemindeki iyileşme hem hasta konforunu artırmakta hem de düşük genlikli vücut sinyallerini kayba uğramadan ölçüm sistemine aktarmayı amaçlamaktadır.Bu çalışmada, EEG devresine sinyali taşıyacak olan kuru tip (jelsiz) elektrot sistemleri tasarlanmış ve jelli elektrot sistemiyle karşılaştırılmıştır. Tasarlanan ` Ag (gümüş) aktif pinli kuru tip elektrot sistemi` ile hasta konforunu artırmak ve hastayı hazırlama süresindeki kaybı en aza indirmek amaçlanmıştır. Pinli yapıya sahip bir geometri kullanılarak EEG ölçümlerinde özellikle saçlı deriden alınan sinyallerde, deri elektrot arası empedans azaltılmıştır. Kuru tip elektrot kullanılması sebebiyle artan empedans farkından kaynaklanan sinyaldeki genlik düşümünü en aza indirmek için, enstrümantasyon kuvvetlendirici devre bloğu elektrotun hemen üzerine alınmıştır. Böylece elektrot bağlantı kayıpları azaltılmış ve sistemin kazancı artırılarak genlik değerindeki azalmalar bertaraf edilmiştir. Ayrıca EEG ölçümlerinde yaygın olarak kullanılan geleneksel Ag-AgCl elektrotlar ile karşılaştırmalı analizleri yapılarak tasarlanan elektrot sisteminin özelikleri ortaya konmuştur.Yapılan karşılaştırmalar sonucu, tasarlanan Ag aktif pinli kuru tip elektrot sisteminin jelli tip Ag-AgCl elektrot sistemine alternatif bir elektrot sistemi olabileceği sonucuna varılmıştır.

Electroencephalography (EEG) is a method of measuring bioelectrical signals through electrodes placed in the skull, resulting from the neural activities of the brain. As in all other biomedical signals, EEG signal are taken from the body is amplified with the aid of amplifier, and filtered to remove the noise components, too. In this purpose, to make measured signal cleaned from noise in certain frequency range and amplitude data can be processed. Since EEG signals are oscillating at ± 500μV amplitude levels and 0-100 Hz frequency range, accurate measurement and recording is difficult. In the literature, there are many studies have been carried out to develop and improve the electrode systems to take primarily EEG, such as ECG, EOG, EMG signals, from the patient and transfer it to the measurement system. The improvement in the electrode system both improves patient comfort and aims to transfer low amplitude body signals to the measurement system lossless.In this study, dry type (gel-free) electrode systems to carry the EEG signal are designed and compared with the electrode system. It is aimed to increase the patient comfort with the designed `Ag (silver) active dry with pin electrode system ` and to minimize the loss during the preparation period of the patient. Using geometry with a pinned structure, the impedance between the skin and electrode is reduced in the EEG measurements; especially signals are taken from the hairy skin. In order to compensate for the increased impedance due to th euse of the dry-type electrode, the instrumentation amplifier circuit block was placed close above the electrode design. Thus, the electrode connection losses are reduced and the gain of the system is increased to eliminate the decrease in the amplitude value. Additionly, the characteristics of the electrode system designed by comparative analysis with conventional Ag-AgCl electrodes commonly used in EEG measurements have been demonstrated.The result of the comparison is that the designed Ag active dry with pin electrode system could be an alternative electrode system to the wet Ag-AgCl electrode system.