EEG-Schnittstelle

Aus toolbox_interaktion
Wechseln zu: Navigation, Suche

Einleitung

Die Motivation für diese Projektarbeit sind die faszinierenden Eigenschaften des Gehirns und die interessante Analog- und Digitaltechnik zur Erfassung der Signale. Das kommerzielle Angebot in der Biosignaltechnik ist groß. Jedoch sind viele dieser Techniken auf einen speziellen Anwendungsbereich beschränkt. Es werden oft bestimmte Schnittstellen bzw. teure Hardware benötigt. Ziel dieser Projektarbeit ist es deshalb, EEG-Signale kostengünstig zu registrieren und die erfassten Daten an einen handelsüblichen PC ohne besondere Schnittstellen zu übergeben. Mit dem PC ist dann eine universelle Basis für die Weiterverarbeitung gegeben.

Platine:

Platine EEG.jpg

Anforderungsspezifikation

Das KöpLeEEG ist durch die Kombination aus dem ModularEEG und dem MonolithEEG entstanden. Wie in der Tabelle zu sehen hatte jedes einzelne Projekt Vor- und Nachteile. Im KöpLeEEG wurden die Vorteile aus beiden Schaltungen vereint. Die Eigenschaften der Verstärkerschaltung sollten durch die Abänderungen nicht beeinflusst werden.

Vergleich:

Vergleich EEG.gif

Architektur

Das KöpLeEEG ermöglicht es, Gehirnwellen (µVolt) über 6 differentielle Eingänge zu verstärken (Volt), um diese Analogsignale zu digitalisieren. Nach der Digitalisierung werden die Daten über eine USB Verbindung zum PC übertragen und dort weiterverarbeitet. Die Verstärkerleistung jedes Eingangs wird über ein Drehpotentiometer stufenlos geregelt. Die Datenübertragung kann über den Taster an der Frontseite gestartet werden und verfügt über eine Kontroll-LED.

Grundschema:

Architektur EEG.jpg

KöpleEEG:

Koepleeeg.jpg


Erfolge und Erkenntnisse

Bei den Messungen haben wir ein geschirmtes Kabel verwendet, um die äußeren Störungseinflüsse minimal zu halten. Bei Versuchen mit ungeschirmten Leitungen ist ein 50 Hz Störsignal deutlich messbar gewesen. Außerdem ist ein guter, gleichmäßiger Kontakt der Elektroden extrem wichtig. Dies bereitete uns länger Probleme. Mit Akkupunkturnadeln sind gute Messergebnisse entstanden. Deren Handhabung und Benutzung uns leichte Schmerzen und ein unangenehmes Gefühl bereiteten. Aufgrund dessen haben wir von einem weiteren Einsatz der Akkupunkturnadeln abgesehen und nach einer anderen Lösungen gesucht. Als Elektroden beschlossen wir Einmal-Klebepads zu verwenden, welche in der EKG-Messung eingesetzt werden. Bei einer Bewegung des Kopfes oder der Leitungen hat sich aber der Übergangswiderstand geändert und die Verstärkerschaltung ging in die Sättigung. Ohne einen gleichbleibenden Übergangswiderstand war eine Aufzeichnung sinnvoller Messergebnisse nicht möglich. Damit ein guter Kontakt zwischen den Elektroden und der Kopfhaut sichergestellt ist, haben wir einen Bauhelm modifiziert (siehe Abbildung), der die Elektroden mit einer konstanten Kraft auf die Kopfhaut drückt und die Leitungen gegen unerwünschte Bewegungen stabilisiert. Somit sind die Messungen reproduzierbar geworden. Bei den Messungen konnten wir feststellen, dass mit ein wenig Übung Alpha-Wellen bewusst beeinflussen werden können, wenn es gelingt, in einen entspannten Zustand zu kommen. Ein weiterer Erfolg war die Steuerung von Ballgame (siehe Abbildung). Ziel ist es den Balken seitlich so hin und her zu bewegen, dass der Ball im Spiel gehalten wird. Hierfür war eine wenig Unterstützung nötig, indem man den Kiefer nach rechts oder links bewegte. Eine Steuerung allein durch Gedanken war uns nicht möglich, wobei wir Zweifel haben, dass so etwas mit dem jetzigen Wissensstand überhaupt möglich ist. Bei den Steuerungen, die gerade auf den Markt kommen, muss man eine zusätzliche Bewegung machen, damit ein Steuersignal erkannt wird. Hierbei stellt sich natürlich die Frage, ob diese Geräte wirklich die Gehirnströme auswerten oder aber nur die Muskelkontraktion.

Helm EEG.jpg

Ballgame EEG.jpg

Fazit

In dieser Projektarbeit haben wir ein kostengünstiges Gerät konstruiert, das die Aufzeichnung von Gehirnströmen auf sechs Kanälen gleichzeitig ermöglicht. Diese Projektarbeit lieferte interessante Einblicke für uns in die Arbeit mit dem EEG und bestärkt unsere Entscheidung der Schwerpunktwahl für die Medizintechnik. Der Analog- und Digitalteil dieser Arbeit erwies sich wie erwartet als interessant. Mit dieser Arbeit ist der Grundstein für weitere Projekte geschaffen worden. Wir werden uns jedenfalls weiter mit diesem Thema beschäftigen. Wir hoffen, dass es weitere Projekte geben wird, die auf dieser Arbeit aufbauen.

Dateien

Bericht

Bedienungsanleitung

Verwendete Software

Simulationen in P-Spice

Treiber

Schaltplan

Bestückung