Как сделать ээг своими руками

Источник

Простейший энцефалограф ЭЭГ – EasyEEG

В головном мозгу человека находится огромное количество информации в миллиардах нейронных связях. Передача информации ведется с выработкой электрического импульса, а значит существует принципиальная возможность получить к ней доступ. Для этого существует метод, называемый электроэнцефалография (ЭЭГ).

Назначение ЭЭГ системы Easy EEG

Применение полученной информации может быть различным:
– диагностика нарушений в головном мозгу определение функционального состояния человека (сон, бодрствование, наркоз и т.п.)
– “чтение мыслей” или нейрокомпьютерный интерфейс для управления техникой силой мысли
– воздействие на мозг при помощи биологической обратной связи (человек получает информацию о состоянии его мозга в реальном времени через визуальные или аудио образы, поэтому может научиться его корректировать)
Но есть одно “но”: приборы ЭЭГ стоят очень дорого и не доступны обычному человеку. Поэтому есть один вариант – сделать такой прибор самому. Благо, что это вполне реально!

Анализ известных решений

Посмотрев в интернет, можно наткнуться на целый ряд проектов энцефалографов ЭЭГ для самостоятельной сборки. Их условно можно поделить на такие подходы:
– взять готовый гаджет типа “кошачьи ушки” с чипом NeuroSky и подключиться к его сигналу через компьютер. Получится довольно качественная и удобная система, но по цене очень дорогая и цена ошибки высока.
– взять готовую отладочную плату на интегральном чипе типа ADS1299 и на её основе собрать ЭЭГ. Быстро, качественно, но очень дорого.
– собрать свой усилитель ЭЭГ на дискретных элементах, подключить некий интерфейс к ПК (даже есть вариант с аудио интерфейсом). Например, есть целая группа вариантов на проекте OpenEEG. Здесь придется паять и отлаживать довольно сложные схемы вручную. Стоимость будет чуть ниже, качество и удобство тоже. Порог вхождения тут самый высокий.
В итоге реально для того, чтобы широкому кругу энтузиастов попробовать исследовать мозг решений практически нет.

Концепция разработки ЭЭГ системы

Целью данного проекта является создание концепции такой системы, которая обладает минимально необходимой аппаратной частью и способная получить сигнал ЭЭГ для последующего использования.
Конечно тут не идет речь о сигнале клинического качества,
главным критерием является наличие в нем информации об активности головного мозга.

Сигнал ЭЭГ является одним из самых сложных биоэлектрических сигналов человека для регистрации. Чтобы достичь поставленной цели нужно учесть все факторы, влияющие на качество этого сигнала:

1. Малая амплитуда сигнала требует больших усилений, а в этом случае характеристики схемы ухудшаются. Чтобы не делать каскады усилителей нужно понизить опорное напряжение АЦП и тем самым снизить требуемый коэффициент усиления.
2. Для выделения сигнала необходимо сбалансировать дифференциальный усилитель. Для создания сбалансированного дифференциального каскада требуется качественная сборка и подобранные элементы. С этим у многих могут быть проблемы, поэтому тут лучше всего использовать готовый модуль инструментального усилителя AD620, который рекомендован для медицинской электроники. Модуль собирается на китайских заводах и имеет вполне достойное качество (скорее всего лучше, чем собранный вручную). Стоит не дорого. Ранее в статье о возможности регистрации ЭЭГ на модуле AD620 было показано, что он способен получить информацию о мозговой активности даже без дополнительных аппаратных фильтров!
3. Высокочастотные помехи сильно искажают сигнал. Если отбросить частоты выше 30 Гц, которые не изучены и поэтому малоинформативны, то удастся убрать большинство мешающих помех (в том числе 50 Гц). Для этой цели можно использовать простейший пассивный фильтр низких частот на RC цепочке.
4. Гармонические помехи могут попасть по цепи питания, если ПК питается от сети и прибор с ним гальванически соединен проводом. Кроме того, в этом случае существует риск поражения мозга электрическим током! Выходов тут может быть два: использовать изолятор USB в качестве отдельного модуля или подключать к ноутбуку или планшету, питаемому от батареи. Третьим вариантом является передача по Bluetooth. Использование Bluetooth пока не рассматриваю, т.к. радиочастотные помехи тут будут лишними.
5. В качестве цифровой части можно использовать плату Ардуино. Там на контроллере ATMEGA328 находится 10 битный АЦП. Это не много, т.к. если сигнал будет слабым, то он его амплитуда плохо передастся. Поэтому нужно настроить модуль усилителя так, чтобы сигнал покрывал как можно больше диапазона АЦП. Как это сделать описано в статье о настройке модуля AD620 для сигнала ЭКГ.
6. Без хороших аппаратных фильтров сигнал будет все же искажен, поэтому большое внимание нужно уделить цифровой фильтрации.
7. Еще одним звеном в концепции ЭЭГ системы будет выделение частотных диапазонов не по абсолютным, а по относительным значениям. Т.е. амплитуду той или иной частоты нужно делить на сумму всех амплитуд. Это даст не чувствительность к разным уровням сигнала.

Электроды и электродная система ЭЭГ

Электроды должны обладать минимальным переходным сопротивлением и отсутствием явления поляризации. Для этого принято использовать серебро или хлорид серебра (AgGl). Из этого материала изготавливают электроды для холтеровского ЭКГ и специализированные ЭЭГ электроды.

Для повышения уровня сигнала применена униполярная система электродов ЭЭГ.

Принципиальная схема ЭЭГ EasyEEG

Для реализации системы доступно две версии: с проводным и беспроводным соединением (Bluetooth).

Здесь показаны принципиальные схемы соединения всех модулей.

Схема EasyEEG версии 1.0 Схема EasyEEG BT версии 1.0

Номиналы RC фильтра рассчитаны под частоту 32 Гц (R=3.3 кОм, С = 1.5 мкФ). Если есть желание расширить диапазон регистрации, то можно подобрать другой резистор согласно формуле: R = 1/(2*3.14*f*C), где С = 1.5 мкФ, f – максимальная частота пропускания сигнала, Гц.
К слову, для полной частоты ЭЭГ 150 Гц резистор нужно взять в районе 700 Ом.

Программа для микроконтроллера Ардуино

Была выбрана частота дискретизации 200 Гц и скорость передачи на ПК 115200 бит/сек.
Для тестирования и настройки сигнала в мониторе порта, выбирайте protocol 0, а для работы с прилагаемой программой на ПК protocol 1.

Программа обработки и анализа ЭЭГ на ЭВМ

Для работы с сигналом ЭЭГ можно воспользоваться демо программой здесь или создать свою на любом языке программирования. Об особенностях соединения Ардуино и ПК можно посмотреть обучающую статью на сайте.

Скачать

Добавлена функция БОС-тренинга, добавлены частотные диапазоны ЭЭГ

Поддержка платформ: EasyEEG v.1 и EasyEEG BT v.1

Поддержка платформ: EasyEEG v.1 и EasyEEG BT v.1

Видео презентации

Версия 0

Версия 1

Функция биологической обратной связи по ЭЭГ

Проект будет развиваться, поэтому следите за обновлениями в группе ВК и на канале YouTube.

Источник

ЭЭГ головного мозга у детей: что нужно знать родителям о процедуре энцефалографии

Суть метода ЭЭГ головного мозга у детей – это вид исследования активности коры головного мозга, который основывается на фиксации электрических потенциалов. Данный метод считается оптимальным способом получения информации о работе мозга у малышей в любом возрасте.

Нервная система человека состоит из миллиардов клеток под названием нейроны. Все они обладают способностью создавать и передавать электрические импульсы. Общая активность нейронов формирует биоэлектрическую активность головного мозга. Именно она регистрируется и записывается графическим способом при ЭЭГ.

В результате получается электроэнцефалограмма. Этот документ с множеством кривых линий информирует врача о том, как протекают процессы в мозге ребенка: в нормальном режиме или же они подверглись патологическим изменениям.

ЭЭГ у малышей.

Показания к проведению процедуры

Получив направление на энцефалографию , мама и папа начинают думать о том, а зачем эта процедура нужна их ребенку.

ЭЭГ рекомендуется не только при подозрении на наличие того или иного заболевания, но и для стандартной оценки работы мозга малыша. Энцефалографию ребенку может предписать психиатр, невролог или нейрофизиатр.

Стандартные показания к проведению процедуры следующие: судороги и припадки мозгового происхождения; травмы головного мозга; опухоли и другие заболевания головного мозга; оценка адекватности развития детей первого года жизни; частые головные боли, головокружение, потеря сознания; нарушение сна, в том числе лунатизм; раздражительность, вспыльчивость; необъяснимый регулярный плач; неустойчивое артериальное давление.

Как видно, данное исследование назначается при очень многих проблемах, связанных с работой нервной системы. А все потому, что ЭЭГ головного мозга выявляет основные нарушения в его функционировании. Энцефалография позволяет не только диагностировать такие заболевания, как ДЦП, минимальная мозговая дисфункция, энцефалопатия, синдром вегетативной дистонии, эпилепсия и прочие, но и подобрать препараты для их лечения, а также оценить эффективность терапии.

Кроме того, даже если у малыша не наблюдается серьезных заболеваний, но есть трудности в поведении и развитии, ему показана ЭЭГ. Эта процедура способна помочь доктору определить причины и степень выраженности патологий при отставании в речевом и моторном развитии, проблемах с памятью и вниманием, гиперактивности и пр.

Также ЭЭГ рекомендуется детям школьного возраста в том случае, если они слишком сильно утомляются или перенапрягаются.

Подготовка ребенка

Перед тем как сделать ЭЭГ головного мозга, малыша необходимо подготовить. Поскольку процедура энцефалографии предполагает установку на голову ребенка электрических датчиков, накануне дня обследования рекомендуется вымыть ему волосы детским шампунем. Дальнейшие особенности подготовки зависят от возраста чада.

Младенцам делают ЭЭГ только в состоянии сна, как правило, это происходит днем. Чтобы малыш наверняка уснул, при назначении времени процедуры желательно учитывать его привычный график сна и бодрствования. Также врачи советуют покормить кроху непосредственно перед сеансом из бутылочки. Если же он находится на естественном вскармливании, то маме стоит сцедить молоко.

Детям после года энцефалография проводится в период бодрствования. При этом очень важно, чтобы ребенок вел себя спокойно и четко выполнял указания врача. Особенно сложно реализовать это условие с двух-трехлетними непоседами. А значит, родителям стоит уделить особое внимание психологической подготовке сына или дочки.

Рекомендации психологов

Во-первых, с чадом нужно поговорить, описав будущее обследование как веселую и безопасную игру. Например, можно сказать, что ему предстоит стать космонавтом или супергероем.

Во-вторых, лучше всего взять с собой в клинику игрушки и книжки, которые смогут отвлечь и утихомирить кроху. Это могут быть хорошо знакомые и любимые забавы или, наоборот, новые и захватывающие.

В-третьих, чтобы малыш не капризничал, его необходимо покормить незадолго до ЭЭГ. Кроме того, следует постараться спланировать режим дня так, чтобы на момент сеанса ребенок еще не хотел спать.

В-четвертых, в некоторых случаях во время процедуры от крохи требуется выполнение определенных действий (открывание глаз, дыхание в заданном темпе, прохождение тестов). Все это имеет смысл отрепетировать дома в спокойной обстановке.

Кроме того, поскольку чаду будет нужно надевать специальную шапочку, желательно включить этот момент в процесс подготовки. Стоит отметить, что если ребенок регулярно принимает какие-либо медикаментозные препараты, то отказываться от них перед ЭЭГ нельзя. Следует просто сообщить об этом доктору.

Энцефалография не имеет противопоказаний, но эту процедуру не проводят, если у ребенка наблюдается насморк и кашель. Перед сеансом с головы малыша необходимо снять все украшения, в том числе и сережки, а также распустить волосы.

Начало процедуры

Энцефалографию осуществляют в небольшой свето- и звуконепроницаемой комнате, оборудованной кушеткой или пеленальным столиком, а также регистрирующим устройством. Перед процедурой ребенку на голову надевают особую шапочку. Она может выглядеть как тканевый шлем с электродами или резиновая сетка, на которую в ручном режиме прикалывается нужное количество датчиков.

С энцефалографом датчики-электроды соединяются с помощью мягких проводов. Стоит отметить, что биотоки, протекающие в электродах, очень малы и не могут навредить малышу. Помимо этого, энцефалографическое оборудование обязательно заземляется. Перед тем как наложить датчики, доктор смачивает их гелем, водой или физраствором. Делается это во избежание образования между кожей головы и электродом воздушной подушки. Иногда требуется протереть спиртом саму кожу, чтобы убрать с нее кожный жир. Кроме того, на ушки малыша надевают клипсы-электроды, которые не проводят ток.

Особенности проведения исследования

Порядок того, как делается ЭЭГ головного мозга, определяется возрастом ребенка. Детки до года чаще всего лежат на руках у мамы или на пеленальном столике. Важно, чтобы малыш во время процедуры спал. Если кроха капризничает, то врач должен его сначала успокоить. Сеанс энцефалографии длится до 20 минут. Его цель – зарегистрировать биоэлектрическую активность мозга крохи в спокойном состоянии.

Малышам постарше могут проводиться более сложные исследования. Ребенок размещается на кушетке в полулежащем положении, голова при этом не должна быть наклонена вперед, иначе могут возникнуть искажения в электроэнцефалограмме. Также необходимо, чтобы маленький пациент был полностью расслаблен.

Стандартная процедура ЭЭГ включает в себя следующие этапы.

Запись «фоновой кривой», то есть фиксация активности мозга в состоянии покоя.

Проба с открыванием-закрыванием глаз. Она позволяет исследовать работу мозга при переходе из состояния покоя к деятельности и обратно. На этом этапе ребенок должен открывать и закрывать глаза с определенным интервалом по команде доктора.

Проба с гипервентиляцией. Благодаря этому упражнению можно выявить такие патологии, как эпилепсия в скрытой форме, воспаления и опухоли мозга, хронический стресс и так далее. Гипервентиляция подразумевает редкие, но глубокие вдохи и выдохи, обычно врач превращает это процесс в игру, предлагая малышу «подуть на горячее» или «погасить свечу».

Проба с фотостимуляцией. Данное действие направлено на оценку адекватности психомоторного и речевого развития малыша. Также с помощью фотостимуляции можно диагностировать эпилептическую активность. Проводится проба с использованием лампочки, воспроизводящей яркие вспышки в заданном ритме, глаза ребенка при этом закрыты, но он все равно видит мелькание и реагирует на него.

Длительность обычной процедуры не превышает 30 минут, но в некоторых случаях необходимы дополнительные исследования.

Врач может применить воздействие звуковыми стимулами, попросить ребенка сжимать-разжимать кулаки и провести психологические тесты. Также иногда осуществляется фотостимуляция на более высоких частотах, предварительная темновая адаптация, предполагающая нахождение малыша в затемненном помещении в течение 40 минут, или регистрация показаний во время всего периода ночного сна.

Анализ результатов

В результате ЭЭГ формируется документ под названием электроэнцефалограмма , на котором в виде кривых линий отражается активность нейронов различных участков мозга. В настоящее время итоги процедуры фиксируются не только на бумаге, но и в компьютерной программе, благодаря чему существенно упрощается процесс анализа полученных данных. Новые технологии позволяют проводить спектральный анализ ЭЭГ, просматривать отдельные участки, рассчитывать их частоту и амплитуду, преобразовывать колебания в диаграммы, карты и таблицы. Все это обеспечивает доктора наглядными и точными данными, на основании которых он может установить диагноз.

Получив на руки результат исследования, родители должны помнить о том, что расшифровка ЭЭГ головного мозга – это прерогатива лечащего врача. Дело в том, что в энцефалографии нет четкого понятия возрастных норм, активность мозговых импульсов у каждого ребенка индивидуальна, особенно это касается младенцев. Поэтому делать выводы может исключительно доктор, который учтет не только результат исследования головного мозга, но и дополнительные анализы, а также эпикризы других специалистов.

Стоит отметить, что энцефалография является абсолютно безопасной процедурой, которую можно повторять многократно. При этом важно, чтобы родители сохраняли результаты ЭЭГ , ведь в юном возрасте нервная система только созревает и характеристики ее деятельность очень изменчивы. Благодаря протоколам энцефалографии в разные периоды, врач сможет следить за динамикой развития головного мозга и адекватно оценивать картину заболевания. Биоэлектрическая активность клеток-нейронов – очень важный показатель, характеризующий работу нервной системы.

ЭЭГ головного мозга у детей является единственным доступным, точным и безопасным методом анализа работы всех структур мозга, который может применяться как для постановки диагноза, так и для контроля лечения. Поэтому получив от доктора рекомендацию пройти ЭЭГ, родителям стоит спокойно отнестись к этой перспективе, правильно подготовить малыша и поддержать его в день процедуры, предоставив все остальное квалифицированным специалистам.

Источник