HackEEG - shield do Arduino do pomiaru EEG i EKG

Biosygnały to sygnały elektryczne istot żywych, które mogą być mierzone i monitorowane elektronicznie. Niektóre popularne metody pomiaru tych biosygnałów obejmują elektroencefalogram (EEG) do monitorowania aktywności elektrycznej w mózgu, elektromiografię (EMG) do rejestrowania aktywności elektrycznej wytwarzanej przez mięśnie, oraz elektrokardiogram (EKG ) do pomiaru aktywności elektrycznej serca.

Sygnałów tych można używać do interfejsów mózgowych, które zgodnie z ostatnim raportem Ericsson mogą stać się powszechne już w 2030 roku. W systemie takim użytkownicy myślą tylko o poleceniach do sterowania protez kończyn, systemów medycznych czy też zwykłych komputerów.

Firma Starcat zaprojektowała moduł HackEEG - jest to shield dla Arduino do eksperymentowania z biosygnałami, który wykorzystuje wszystkie trzy metody pomiaru sygnałów elektrycznych z ludzkiego ciała. Wszystko z wykorzystaniem modułu Arduino i dostępnych komercyjnie elektrod.

Podstawowe cechy modułu:

* ADS1299 od Texas Instruments - 8-kanałowy, 24-bitowy przetwornik ADC do pomiarów biopotencjałów.
* SPI EEPROM do przechowywania danych konfiguracyjnych.
* Osiem kanałów konwersji analogowo-cyfrowej (ADC), każdy z wzmacniaczem programowalnym (PGA).
* Na jednym Arduino Due można ustawić do czterech ekranów pomiarów, co daje łącznie 32 kanały pomiary dla np. EEG.
* Sterowniki wykorzystujące DMA mogą odczytywać i przesyłać do 8 kanałów danych o rozdzielczości 24-bitów z prędkością do 16 000 próbek na sekundę (maksymalna szybkość pracy układu ADS1299). Można odczytać 32 kanały z prędkością 4000 próbek na sekundę z pełną rozdzielczością.
* Łączność USB 2.0 HS (do 480 Mb/s) podczas korzystania z Arduino Due.
* Zworki do konfiguracji dla większości sygnałów Arduino.
* Zworki do konfiguracji zasilaczy - dwa różne zakresy napięć wyjściowych od -2,5 V do 2,5 V lub od 0 V do 5 V.
* Kompatybilny z Arduino Due i Arduino Mega 2560 (ale ze zmniejszonymi prędkościami próbkowania).
* Konwertery napięcia z 5 V do 3,3 V wbudowane w moduł pomiarowy.

Płytka pomiarowa jest w pełni otwarta; posiada także certyfikat OSHWA (US000027), a wszystkie pliki projektowe, takie jak schematy Eagle CAD i układ PCB dostępne są na Githubie. Firma zapewnia oprogramowanie klienckie Python i interfejs API umożliwiający strumieniowe przesyłanie danych w czasie rzeczywistym za pośrednictwem Lab Streaming Layer, Pandas, NumPy i innych rozwiązań.

Starcat opracował również fork projektu OpenBCI w celu strumieniowego przesyłania i wizualizacji danych, jak pokazano na laptopie na zdjęciu po prawej stronie lub zrzucie ekranu po lewej stronie na dole. OpenBCI działa w systemach operacyjnych Windows, Linux jak i Mac OS.

HackEEG zostało już z powodzeniem wykorzystane przez szereg uniwersytetów i innych organizacji w zakresie badań neurologicznych, jednakże sama płytka nie ma żadnych certyfikatów do zastosowań medycznych (FDA, CE, IEC etc), więc nie może być stosowana jako oficjalne narzędzie medyczne czy diagnostyczne.

Nakładka HackEEG do modułów Arduino jest finansowana przez portal Crowd Supply. Próg ustalono na 8455 dolarów, a na dzień pisania artykułu zebrano już 2065 dolarów (około 25%). Do końca zbiórki pozostało 35 dni.

Progi w kampanii zaczynają się już od 335 dolarów za 8-kanałowy zestaw startowy HackEEG z jedną płytką HackEEG, kablem i płytką z 10 dotykowymi złączami elektrod DIN 42-802 (8 wejść, 1 potencjał odniesienia i 1 masa), a konczą generalnie na 1775 dolarach za 32-kanałowy zestaw Deluxe HackEEG z czterema płytkami HackEEG, kablami i złączami elektrod, a także jednym modułem Arduino Due, 40 elektrodami EEG z chlorkiem srebra, pastą przewodzącą Ten20 (4 razy po 2 uncje) i żelem przygotowawczym NuPrep (4 razy po 4 uncje).

Moduły mają być wysłane do sponsorów w kwietniu 2020 r.



Źródło: https://www.cnx-software.com/2019/12/13/hackeeg-arduino-shield-reads-signals-from-your-brain-eeg-muscles-emg-and-heart-ekg/

Jak na coś, co kosztuje kilka kilo PLN - brak izolacji galwanicznej elektrod trochę ten projekt dyskwalifikuje.

https://www.crowdsupply.com/starcat/hackeeg: There is no patient isolation circuitry on the device, so you will need to be sure to operate the HackEEG and all connected devices from battery power.

Jeśli wymaga to zasilania bateryjnego to nie widzę problemu. Dlaczego? Taki sprzęt może być wykorzystywany raczej do holterów, ze względu na gabaryty i niemożność przeprowadzenia niektórych badań stacjonarnie. Coś o tym wiem, jeśli chodzi o holter EEG to jest z tym bardzo duży problem... Nie widzę tu dyskwalifikacji, jedynie minimalną zmianę przeznaczenia - urządzenie przenośne zamiast stacjonarnego, ot co. Gdyby nie brak funduszy to bardzo chętnie bym tę zbiórkę poparł, no ale ponad 6000 zł to coś absolutnie nieosiągalnego dla mnie... Pomogłoby to mi i wielu osobom z epilepsją, tak na dzień dobry.

Tak, ale.
Jako urządzenie przenośne ok.
Niestety przypuszczam, że część zastosowań będzie stacjonarnych. Część z nich będzie podłączonych do prądu, a nie zasilane bateryjnie. Mózg albo serce łatwo się uszkadza. Izolacja galwaniczna w "nieostrożnych zastosowaniach" by redukowała ryzyko.

Istnieje od dawna projekt: https://www.olimex.com/Products/EEG/ i tam wszystkie urządzenia mają izolację

Tyle że jest jedna ogromna różnica między tymi dwoma projektami - ilość kanałów. Dwa kanały do EEG to chyba trochę mało, a tutaj jest zakres od 8 do 32 w zależności od ilości modułów. Porozmawiam przy okazji ze swoim neurologiem co myśli na ten temat, bo stacjonarnych maszyn nie brakuje a jak szukałem czegoś w kraju, żeby móc skorzystać z takiego przenośnego badania - a byłem zdeterminowany - to jest może kilka sztuk takich przenośnych urządzeń do EEG. I tu powstaje pytanie co jest lepszą możliwością - użycie takiego shielda z np. ogniwami 18650/26650 lub powerbankiem czy rezygnacja z 6 kanałów/płytka na rzecz możliwości zasilania z innych źródeł. Wielu epileptyków, w tym ja, nie miałoby problemu z noszeniem kilku baterii, jeśli miałoby to pomóc w diagnostyce problemu... Popatrzmy też na to po prostu pod kątem możliwości i praktycznego użytku, nie tylko błędów projektowych.

Na tym projekcie olimexu powinno się dać zestawić 6 kanałów.
http://openeeg.sourceforge.net/doc/modeeg/MultichannelOpenEEG.html

3x EEG-ANALOG-ASM: 225 euro
1x EEG-DIGITAL-ASM: 50 euro
6x elektroda: 53 euro

Ani taniej, ani drożej, po prostu jako alternatywa.
Za to już jest, nie trzeba czekać. I jest wspierane przez trochę softu open source.

Ty potrzebujesz rejestrator do noszenia,
ja potrzebuję stacjonarnego urządzenia do trenowania wchodzenia w rytm gamma.

Jedno i drugie w wersji noszonej nie będzie małe. Ten shield z w konfiguracji na 8 elektrod obrazka wygląda na mniejszy, mało dziwne, bo nowsze kości / nowszy projekt. Jedno i drugie rozwiązanie będzie wymagało podłączenia noszonego rejestratora, na moje oko to musi być jakiś komputer noszony, może RaspberryPi wystarczy.

W moim przypadku (jeśli się zdecyduję na realizację tego projektu): no nie wykluczam, że gdzieś w ferworze eksperymentowania nie podłączę choćby przejściowo całości do kontaktu (daleko idące uproszczenie) i stanowczo wolę ekstra zabezpieczenie w formie izolacji galwanicznej elektrod.