UNIVERSIDAD NACIONAL SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA

Asignatura : Laboratorio de Maquinas Eléctricas

DOCENTE : Ing. Roger Coaquira Castillo

ALUMNO :

Juan Marcos Condori Cahuapaza Código: 040381-G

Edgar Delgado Miranda Código: 043050-A

CUSCO – PERÚ

RESUMEN

IMPLEMENTACION DE UN ELECTROENCEFALOGRAMA (EEG)

En este proyecto presentamos una descripción de los sistemas de comunicación basados en la actividad cerebral, específicamente las interfaces cerebro-computador, sus principios, aplicaciones y los últimos avances en este campo. Las interfaces cerebro-computador están orientadas a brindar un medio de comunicación y control a las personas que sufren de una perdida severa de su función motora como resultado de diferentes accidentes y/o enfermedades, para que puedan controlar e interactuar mejor con su entorno, actualmente también se ve la posibilidad que personas sanas puedan utilizar este tipo de interfaces. Para implementar una interfaz cerebro computador es necesario adquirir señales electroencefalográficas de la actividad cerebral, procesarlas e interpretarlas para tomar las medidas correspondientes.

EL ELECTROENCEFALOGRAMA (EEG)

El electroencefalograma (EEG) es un estudio de la función cerebral que recoge la actividad eléctrica del cerebro. Para recoger la señal eléctrica cerebral se utilizan electrodos colocados en el cuero cabelludo, a los que se añade una pasta conductora para posibilitar que la señal eléctrica cerebral, que es de una magnitud de microvoltios, se pueda registrar y analizar.

Las señales electroencefalográficas tiene diferentes ritmos dentro de la banda de frecuencia con las siguientes características:

Ritmo Alfa o Mu: Es una característica del estado de vigilia y de reposo físico y mental con los ojos cerrados.

Voltaje bajo (20-60 μv / 3-4mm) con morfología variable. Frecuencia alta (8-13 Hz). Zonas de origen: posteriores. Bloqueo ante abertura palpebral y estímulos visuales (reactividad). Infancia no diferenciable, después de los 8 años 10 Hz, plenamente establecidos

después de los 12 años.

Ritmo Beta: Es característico del estado de vigilia en estados de activación cortical (reemplazamiento de α).

Voltaje bajo (10-15 μv / 1-1.5 mm) con morfología variable. Frecuencia alta (13-25 ó + Hz) a mayor frecuencia predominante en sujetos

ansiosos, inquietos e inestables. Zonas de origen: frontales centrales.

Ritmo Tetha: Es característico del estado de sueño profundo y normal en la infancia (10 años), anormal durante la vigilia.

Preponderante antes de los 2 años (situaciones emocionales). Aparición en condiciones fisiológicas específicas (hiperventilación y estados de

sueño profundo). Voltaje alto (50 μv / 7mm). Frecuencia baja (4-8 Hz). Zonas de origen: zonas talamicas, localización parietotemporal.

Ritmo Delta: Es Característico de estados patológicos indicativos de sufrimiento neuronal (coma) y ocasional durante estados de sueño profundo.

Voltaje alto (70 –100 μv / 9 -14 mm) con morfología variable. Frecuencia baja (4 ó - Hz). Origen subcortical (no definido).

Ritmos del EEG en dominio del tiempo y frecuencia

En las señales EEG se pueden observar lo que se llama potenciales evocados, estos potenciales evocados es una exploración neurofisiológica que evalúa la función del sistema sensorial acústico, visual, somatosensorial y sus vías por medio de respuestas provocadas frente a un estímulo conocido y normalizado. Existen diversos tipo de potenciales evocados relacionados a eventos (ERP) como los potenciales evocados visuales (VEP), potenciales evocados acústicos (PEA), potenciales evocados motores (MRP), potenciales evocados visuales de bajo nivel (SSVEP), etc. Que son estudiados en los artículos.

Sistema Internacional De Posicionamiento De Electrodos 10/20

Aunque hay varios sistemas, el sistema internacional 10/20 es el más utilizado en el momento actual. Para situar los electrodos según este sistema se procede de la forma siguiente:El electrodo inactivo o común se coloca alejado del cráneo (lóbulo de la oreja, nariz o mentón). Se cuenta con puntos de referencia tales como: nasion e inion. Diez porciento por encima de los puntos de referencia se encuentran los planos pre frontal y occipital. El resto esta dividido en cuatro partes iguales de 20% cada una.

Existen Cinco planos transversales: Prefrontal: Fpz Frontal: Fz Rolandico o vertex: Cz Parietal: Pz Occipital: Oz Plano horizontal: 10-20% hacia la derecha e izquierda.

Electrodos

Los electrodos son las dispositivos sobre los que se ponen sobre uno mismo para detectar la corriente eléctrica, en el caso de EEG, se colocan en la cabeza para detectar ondas cerebrales. Hay dos tipos básicos de electrodos, Activos y Pasivos.

Electrodos Activos Los electrodos activos son aquellos construidos mediante un amplificador de corriente eléctrica. Esto mejora enormemente la calidad de la señal recibida por el sistema EEG y evita la preparación de la piel y la pasta conductora requerida por los electrodos

normales pasivos.Esto implica más trabajo que los electrodos pasiva, pero produce mejores resultados.

Electrodos Pasivos Los electrodos pasivos no tienen el trazado de circuito incorporado. Hay una variedad de diferentes tipos. Para el uso de estos electrodos se necesitan un gel conductor.

Hardware descripción De descripción de hardware

Información general

Una señal del EEG suele ser adquirido a través de electrodos cubierto de plata-cloruro, aunque a veces otros materiales como la plata pura, el estaño, el acero o el oro se utilizan. La amplitud de la señal esta en microvoltios y debe amplificarse antes de que pueda ser capturado.. Debido a que es débil, la señal se pierde muy fácilmente se en ruido, en particular 50/60Hz de la red eléctrica que se transmite.

A continuación se muestra el diagrama de bloques de un canal amplificador de EEG, y la referencia puesta en la pierna derecha (DRL-circuito).

Amplificador de Instrumentación:El término amplificador de instrumentación es usado para denotar la elevada ganancia, al acoplo-DC, un amplificador diferencial con una única señal de salida, alta impedancia, y un elevado CMRR. El amplificador de instrumentación se utiliza para amplificar señales de entradas muy diferentes y pequeñas, que provienen de transductores, en los cuales podría haber una señal o nivel alta de modo común.

Diseño de Filtros.

Para el filtrado de la señal se usaron filtros activos que a diferencia de los pasivos aca no se usan bobinas en cambio se usan A.O. Se uso un filtro pasabanda compuesto de un filtra pasa alto seguido de un filtro pasa bajo.

Filtro pasa alto.

Este filtro activo es de 2do orden con una frecuencia de corte de 0.16Hz

Magnitud de la respuesta en frecuencia de filtro Pasa alto de 2do orden

Filtro pasa bajo.

Para este filtro pasabajo se uso un filtro butterworth que a diferencia de otros este tipo de filtro tiene una banda de paso plana y tiene una respuesta transitoria satisfactoria. Este filtro activo es de 6to orden butherworth implementado con una estructura Sallen-Key (no inversora) con una frecuencia de corte de 35Hz, fue implemntado de la sgte manera.

Magnitud de la respuesta en frecuencia de filtro Pasa bajo de 6to orden

Sumador DC

Este circuito es un sumador DC donde a la señal proveniente del EEG lo suma con una señal continua de modo que se pueda procesar en un microcontrolador o microprocesador.

Este circuito suma una componente de 2.5 V

Etapas del Circuito de tratamiento analógico.

Las estapas descritas muestran los pasos para el acondicinamiento de la señal EEG hasta la etapa de conversión analógico a digital.

Magnitud de la respuesta en frecuencia de filtro Pasa banda.

Conversión Analógica a Digital

La conversión analógica-digital (CAD) consiste en la transcripción de señales analógicas en señales digitales, con el propósito de facilitar su procesamiento (codificación, compresión, etc.) y hacer la señal resultante (la digital) más inmune al ruido y otras interferencias a las que son más sensibles las señales analógicas.

Simulacion de la conversión analógica a digital mediante Proteus

Codigo de Implementacion en el pic 16f877a

#include <16f877a.h>#Fuses HS,NOWDT,NOPUT,NODEBUG,NOPROTECT,NOBROWNOUT,NOLVP,NOCPD#device ADC=10 #use delay(clock=20000000)#use rs232(baud=19200,parity=N,xmit=PIN_C6,rcv=PIN_C7,bits=8) //#include <mcp4921.c>unsigned long int y0,y1,y2,y3,y4,x0,x1,x2,x3,x4;//definimos los puertos en los registros del pic#byte port_a=5#byte port_b=6#byte port_c=7#byte port_d=8#byte port_e=9int v1,v2,i,cont,a,y6;unsigned long int y5=0;void leer_adc(void);#int_rtcc void timer_0() {set_timer0(82); a=1; }void main(){ i=0; y0=0; setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); setup_adc_ports(RA0_analog); enable_interrupts(global);

enable_interrupts(int_rtcc);//habilito interrupcion timer_0 setup_counters(rtcc_internal,rtcc_div_32);//tiempo de desborde: 4*(1/20MHz)*1*255=51us//configuración puertos set_tris_a(255); //00110101 set_tris_b(0); //11110001 set_tris_c(0); //10000000 set_tris_d(252); //11111100 set_tris_e(7); //00000111 port_c=0; y1=0,y2=0,y3=0,y4=0,x0=0,x1=0,x2=0,x3=0,x4=0; init_dac(); delay_ms(10); a=0;

while(1) { if(a=1) {set_adc_channel(0); x0=read_adc(); delay_us(10); y0=0.0324*x0+0.0648*x1+0.0324*x2+1.4303*y1-0.5599*y2; //903.1791908KHz fc =59 y1=y0,y2=y1,x1=x0,x2=x1,y5=y0*2;//y6=y0/4; write_dac(y5); putc(y6); a=0;} }}

Filtro Digital.

Se implemto un filtro digital del tipo pasabajo de segundo orden de tal manera de atenuar aun más el ruido generado por la corriente eléctrica.

[N,Wn]=buttord(2*pi*28,2*pi*50,0.5,15,'s')% seleccionamos frecuencias selectivas y frecuencias no deseadas[num,den]=butter(2,50,'s'); %hallamos los coeficientes [Bd,Ad]=bilinear(num,den,1300) %Aplicamos la transformada Bilinearw=0:1/2:100; %rango de graficaH=freqs(num,den,w); plot(w,abs(H))

Coeficientes: y0=0.0324*x0+0.0648*x1+0.0324*x2+1.4303*y1-0.5599*y2

Transmicion RS-232

Para la comunicación con la PC se utiliso el puerto serie mediante el protocolo RS-232 para transmicion de datos muestreados del modulo EEG.

La tasa de transferencia de baudios (baud rate) de acuerdo a nuestro freuencia de muestreo fue de 19200 baudios

Implementacion del software en labview

Para la visualización y posterior análisis se implemento un plataforma de desarrollo implementado en Labview de Natiponal Instruments, mediante el cual se observaran las distintas formas de onda del modulo EEG asi como sus respuestas en frecuencia posteriores.

Pruebas.

Se rehalisar diferentes pruebas del circuito analógico frente a diferentes frecuencias, los resultados fueron:

Frente a una entrada senoidal de 21.01 Hz

Frente a una entrada senoidal de 23.81 Hz

Frente a una entrada senoidal de 48.58 Hz

CONLUSIONES

En el presente proyecto hemos tratado de presentar el trabajo que realizan los distintos grupos de investigación que estudian las interfaces cerebro-computador o BCI, cada uno de estos equipos con diferentes técnicas, métodos, enfoques, pero todos ellos apuntando

a desarrollar una herramienta que pueda ayudar a las personas que sufren de una perdida severa de su capacidad motriz a poder interactuar de mejor manera con su medio ambiente, pero no solo a aquellas personas discapacitadas, hoy en día también están involucradas las personas que gozan de buena salud y pueden utilizar este tipo de interfaces para realizar tareas complicadas o en entornos peligrosos.

Por medio del proyecto queremos brindar las bases y fundamentos para el desarrollo de una interfaz cerebro-computador, mostrar los diferentes pasos para implementar un BCI, las diferentes etapas de procesamiento y análisis con las diferentes técnicas empeladas actualmente.