Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías División de Electrónica y Computación III Exposición de Diseños de Sistemas Electrónicos de Información y Computación ELECTROENCEFALÓGRAFO PORTÁTIL PARA PC DE 4 CANALES Departamento de Electrónica Arias Bonilla Fabiola, Amador Alvarez Miguel Ángel, Chávez Ramos Vicente, Vértiz Torres Alfredo RESUMEN Conociendo de la necesidad de diseñar e implementar equipo médico de alto nivel, adecuado a la economía de nuestro país. Se plantea el desarrollo de un elecetroencefalógrafo digital portátil controlado por una PC. Este sistema se encarga de tomar y digitalizar las señales cerebrales para presentarlas en la pantalla de la computadora, y almacena el resultado en archivos binarios. Se trata de un equipo elaborado con tecnología de fácil adquisición en el mercado y de alta calidad. Se brinda así un servicio a la sociedad dentro de los hospitales, consultorios y centros de investigación, se fomenta el estudio del cerebro humano. Se desarrolla un equipo de fácil manejo, tanto en su funcionamiento como en la transportación, dado que el equipo es de dimensiones pequeñas y que se alimenta con una batería. El equipo se diseñó para trabajar con 16 canales, permite una mayor cobertura en el mapeo cerebral. Cada canal se encuentra montado en tarjetas insertables para su fácil mantenimiento. DIAGRAMA A BLOQUES DEL ELECTRO ENCEFALÓGRAFO El electroencefalógrafo se divide en dos bloques, el primero de ellos es el bloque de hardware, el cual está constituido por las siguientes etapas : Adquisición de la señal. La señal cerebral eléctrica se capta utilizando un electrodo de plata, protegido con blindaje en el cable, ya que es muy susceptible al ruido y la señal a detectar, que está entre los 10 microvolts y los 10 milivolts. Este electrodo entra a un seguidor y después a un Página 12 Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías División de Electrónica y Computación III Exposición de Diseños de Sistemas Electrónicos de Información y Computación diferenciador, en donde se obtiene una diferencia de potencial con respecto a otro electrodo que es el común para los demás canales. Amplificación. Esta etapa está constituida por un preamplificador inversor con una ganancia baja para que la señal registrada no se pierda con el voltaje de offset del operacional, se utiliza un operacional con bajo VOS y un alto RRMC. La siguiente amplificación es fija con una ganancia considerable. Por último se tiene una amplificar de ganancia variable para ajustar la señal a un voltaje entre los 0.5 Volts y los 5.0 Volts. Filtrado. Con esta etapa se elimina el ruido de 60 Hz que se encuentra en el medio ambiente, y además se utiliza un arreglo para filtrar la señal y determinar su área de trabajo, que es de 0.1 a 70 Hz. Multiplexor. Se utiliza un multiplexor de 16 canales con el fin de muestrear cada canal en un tiempo real y que aparente ser simultáneo. Este multiplexor se controla por software. Conversión analógico/digital. Primeramente la información se monta sobre un nivel de corriente directa para eliminar cualquier voltaje negativo de la señal, ya que el dispositivo es alimentado con voltaje positivo. Después de la señal se digitaliza en (12) doce bits y mediante un arreglo previo se envía al puerto paralelo de la PC. Cabe señalar que cada canal está compuesto por las tres primeras etapas, la última etapa es común para todos ellos. El segundo bloque, el de software, está conformado por un programa generado en un lenguaje de programación con ambiente gráfico, con el fin de que sea lo más amigable posible. Dentro de este programa se procesan los datos, teniendo las siguientes etapas : Página 13 Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías División de Electrónica y Computación III Exposición de Diseños de Sistemas Electrónicos de Información y Computación Adquisición de datos. Se toman los datos que recibe el puerto paralelo de los distintos canales, los cuales son multiplexados . Filtros digitales. Se utilizan para seleccionar los diferentes tipos de ondas cerebrales, las cuales se dividen en cinco tipos : Ondas alfa, señal fundamental, la frecuencia esta entre 8 y 12 Hz. Ondas beta, la frecuencia es de unos 25 Hz. Ondas gamma, la frecuencia es de 35 y 55 Hz. Ondas delta, la frecuencia es de 3 Hz (es un ritmo patológico). Ondas theta, la frecuencia es de 4 a 7 Hz con muy pequeña amplitud. Se utilizan filtros de tipo PASA BANDAS de tercer orden. El método utilizado, para diseñar filtros recursivos, es el de diseño simple con base en ceros y polos en el plano Z. Consiste en escoger polos y ceros en el plano Z intuitivamente. Se determina el filtro según una ecuación en diferencias. Con este método es posible dar características especificas al filtro, como son: - Anchos de banda. - Frecuencias de corte. - Caída de dB por octava. - Ganancia. Página 14 Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías División de Electrónica y Computación III Exposición de Diseños de Sistemas Electrónicos de Información y Computación No obstante que el método es ´intuitivo´, se diseñan filtros útiles rápidamente. Un polo cerca del círculo unidad da origen a una buena respuesta pico definida ; un cero cerca de (o sobre) el círculo unidad produce un empobrecimiento. Por lo tanto, se ubican polos y ceros en el plano Z y producen una variedad simple, pero útil, de filtros recursivos. Visualización de gráficas de cada uno de los canales. En pantalla se despliegan las gráficas de las señales electroencefalográficas captadas de los distintos canales. Cada uno de estos canales selecciona el tipo de filtro digital que se desee aplicar. Almacenar la información obtenida. La información queda almacenada en archivos de tipo binario para después ser consultados. Estos archivos contienen además, de la información eléctrica cerebral, otros datos como el nombre del paciente, la edad y la fecha del análisis. El archivo guarda la información original, es decir, la señal que es muestreada sin la aplicación de algún tipo de filtro. CONCLUSIONES Al obtener la señal eléctrica, por tener un valor muy pequeño (del orden de los microvolts), se usaron amplificadores operacionales con voltaje de offset del orden ya mencionado. Otro problema fué el de eliminar las señales de ruido generadas por el medio ambiente. En la elaboración del software, no se encontró una amplia bibliografía por ser un lenguaje de programación nuevo en el mercado. BIBLIOGRAFÍA APRENDIENDO DELPHI 2 EN 21 DÍAS PRENTICE HALL CIRCUITOS Y SEÑALES: INTRODUCCIÓN A LOS CIRCUITOS LINEALES Y DE ACOPLAMIENTO R. E. Thomas y A. J. Rosa REVERTE, S. A. Capítulo 13 CURRENT PRACTICE OF CLINICAL ELECTROENCEPHALOGRAPHY Donald W. Klass y David D. Daly RAVEN PRESS ELECTRÓNICA, TEORÍA DE CIRCUITOS Robert Boylestad y Louis Nashelsky PRENTICE HALL Capítulos 14 y 15 ELECTRÓNICA Y MEDICINA J. Trémoliéres EL ATENEO, S. A. Página 15 Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías División de Electrónica y Computación III Exposición de Diseños de Sistemas Electrónicos de Información y Computación Capítulo 1 INTRODUCCIÓN A LOS AMPLIFICADORES OPERACIONALES CON APLICACIONES A CI LINEALES L. M. Faulkenberry NORIEGA LIMUSA Capítulos 3, 6 y 8 SISTEMAS DE CONTROL EN TIEMPO DISCRETO Katsuhico Ogata PRENTICE HALL Capítulos 2, 3 y 6 Página 16