Bulut tabanlı kablosuz EEG kayıt sisteminin tasarımı ve gerçeklemesi
Design and implementation of a cloud-based wireless EEG recording system
Yazar: HASAN BİTAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ CENGİZ TEPE
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Bulut bilişim = Cloud computing ; Elektroensefalografi = Electroencephalography ; Görüntüleme sistemleri = Imaging systems ; Kablosuz ağlar = Wireless networks

Özet:
Biyolojik işaretlerden Elektroensefalogram (EEG) ölçümleri, sağlık, hastalıkların teşhisi ve öğrenme sürecini iyileştirme gibi çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. EEG ölçümlerinde kullanılan sistemlerin daha da geliştirilebilmesi için bu konuda daha fazla çalışmanın yapılması gerekmektedir. Öte yandan genelde tıp merkezleri gibi belirli yerlerde bulunan özel cihazlar aracılığıyla EEG işaretini kaydedilmekte ve bu durumda merkezlerden uzak yerlerde bulunan kişiler için zorluk teşkil edilmektedir. Bu nedenlerle, bu çalışmada, EEG işaretinin işlenmesi, kaydedilmesi ve görüntülenmesi için donanım ve yazılım olmak üzere iki bölümden oluşan gömülü ve Bulut sistem tabanlı taşınabilir EEG cihazı prototibi tasarımı ve gerçeklemesi yapılmıştır. Donanım bölümünde, EEG işaretinin alınması, süzgeçlenmesi, yükseltilmesi ve kablosuz olarak gönderilmesi için elektronik devre tasarımı ve gerçeklemesi sağlanmıştır. Yapılmış elektronik devrede radyo frekans girişim  süzgeci, koruma elemanları, enstrümantasyon  yükselteç, alçak geçiren süzgeç, ana yükselteç, band geçiren sügzgeç, ayarlanabilen yükselteç, 50 Hz çentik süzgeç, DC Offset ayarlama devresi, analog-dijital dönüştürücü birimli STM32F103 mikrodenetleyici ve işlenen işareti kablosuz olarak gönderilmesi için Bluetooth modülü bölümleri bulunmaktadır. Yazılım bölümünde ise ölçülen EEG işaretinin gerçek zamanlı görüntülenmesi ve kaydedilmesi için akıllı cep telefonu uygulaması yerli arayüzü yazılmıştır. Geliştirilen cep telefonu uygulaması vasitasıyla donanım kısımından gönderilen EEG işaretinin ham hali ve ritimleri; Alfa, Beta, Delta, Gamma ve Teta dalgaları gerçek zamanlı görüntülenmektedir. Buna ek olarak bu çalışmada  önemli yer alan Bulut sistemin tasarımı ve yazılımıdır. Bulut sistemi yoluyla İnternete erişmi olan her hangi bir ekranlı cihazın üzreinden şifre ile bir kişinin kaydedilen EEG işaretinin ve ritimleri sinyallerine ulaşıp izlenebilmektedir. Ayrıca bu çalışmada bir kişinin EEG işaretini işleyerek, geliştirilen  algoritmanın sayesinde kişinin dikkat seviyesini yüzdelik olarak gerçek zamanlı yazılımın arayüzünde gösterilmektedir. Tasarlanan cihaz prototibi; tek kanallı, taşınabilir, maliyet etkin, kablosuz, Bulut sistem tabanlı, EEG işaretinin ham hali ve ritimlerin sinyallerini görüntüleyen ve kaydeden, ve kişinin dikkat seviyesini gösteren EEG cihazı prototibidir.

Abstract:
Electroencephalogram (EEG) measurements from biological signals are used in various fields such as health, diagnosis of diseases and improving learning process. In order to further develop the system used in EEG measurements, more studies are needed on this subject. On the other hand, the EEG signal is recorded by special devices in certain places, such as medical centers, and in this case, it is difficult for people who are far from the centers. For these reasons, in this study, a portable EEG device prototype with embedded and cloud-based system, consisting of two parts, hardware and software, was designed and implemented for the processing, recording and display of the EEG signal. In the hardware section, electronic circuit design and implementation is provided for acquiring, filtering, amplifying and wirelessly transmitting the EEG signal. The developed electronic circuit consists of the following parts; radio frequency interference filter, protection elements, instrumentation amplifier, low-pass filter, main amplifier, band-pass filter, adjustable amplifier, 50Hz notch filter, DC Offset adjustment circuit, STM32F103 microcontroller with Analog-digital converter unit, and Bluetooth module for wirelessly transmitting the processed EEG signal. In the software part, a smart mobile phone application interface is developed for real-time display and recording of the measured EEG signal. The raw state of the EEG signal and EEG rhythms; Alpha, Beta, Delta, Gamma and Theta waves, sent from the hardware part, are displayed in real time by developed mobile phone application. In addition, Cloud system design and software are important parts in this study. It is possible to access and monitor the recorded EEG signal and rhythm signals of a person with a password on any screen device that has access to the Internet through the Cloud system. Finally, in this study, by processing a person's EEG signal, the person's attention level is displayed in real-time on the software interface as a percentage, through the developed algorithm. The prototype of the designed EEG device; It is a single channel, portable, cost-effective, wireless, and cloud-based system EEG device, displays and records the raw state of the EEG signal and EEG rhythms signals, and displays the person's attention level.