8 kanallı taşınabilir eeg ölçüm cihazı
8 channel mobile eeg device
Yazar: MUSTAFA ALPER BALIM
Danışman: PROF. DR. NURETTİN ACIR
Bursa Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Baskı devre = Printed circuit ; Biyolojik ölçüm yöntemleri = Biological measurement methods ; Biyomedikal işaretler = Biomedical signals ; Biyomedikal mühendisliği = Biomedical engineering ; Biyomedikal uygulamalar = Biomedical applications ; Elektronik devreler = Electronic circuits ; Elektronik ölçüm sistemleri = Electronic measurement systems

Özet:
Elektroensefalografi (EEG) beyin dalgalarının, kafatası ya da beyin yüzeyinde
oluşturduğu elektrik akımları yardımıyla ölçülmesini sağlayan yöntemdir. 1929
yılında Alman hekim Hans Berger tarafından önerilmiştir. EEG ölçümleri epilepsi gibi
hastalıkların tanısında, epilepsi nöbetlerinin, beyin tümörünün tespitinde, uyku
bozukluklarında, bazı psikiyatrik değerlendirmelerin yapılmasında, anestezi
derinliğinin ölçülmesinde, beyin ölümünün ve bazı beyin anormalliklerinin tespitinde
kullanılır. Ayrıca EEG sinyalleri kullanılarak gerçekleştirilen insan makine arayüzü
uygulamaları son yıllarda giderek artmaktadır. Bu uygulamalarla birlikte taşınabilir ve
giyilebilir EEG ölçümlerine duyulan ihtiyaç artmıştır.
EEG işaretleri durağan olmayan, bir boyutlu, çok düşük genliklere sahip, gürültü
kaynaklarından yüksek oranda etkilenen işaretlerdir. Bu nedenle düşük gürültülü,
yüksek çözünürlüklü, yüksek ortak mod bastırma oranına sahip ölçüm sistemleri ile
ölçülebilmektedir.
Bu yüksek lisans tezi kapsamında uzun süreli EEG ölçümleri, taşınabilir EEG ölçüm
cihazının gerekli olduğu uygulamalar, insan makine arayüzü uygulamaları, anestezi
derinliği tespiti gibi uygulamalarda kullanılabilecek EEG sinyalleri ve diğer
biyoelektrik işaretleri dalga formunu bozmadan ölçebilecek, küçük boyutlu (54,5 x
29,0 mm2), yüksek hassasiyet (11 nV – 24 bit), düşük giriş gürültüsü (1 µV) ve düşük
güç tüketimine (195 mW) sahip 8 kanallı, kablosuz olarak haberleşebilen taşınabilir
ölçüm sistemi tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir.
Ölçüm sistemi tasarımında kuvvetlendirici ve analog sayısal dönüştürücü olarak
biyopotansiyel işaretler için özelleştirilmiş ADS1299 analog ön-uç (Analog Front-End
(AFE)) tümdevresi, haberleşme birimi olarak Microchip RN4020 bluetooth modülü,
kayıt birimi olarak hafıza kartı, kontrol birimi olarak Atmel Atmega328p
mikrodenetleyici kullanılmıştır. Sistemin uzun süre (28 saat) çalışabilmesi için 1400
mAh'lik Li-po batarya ile beslenmiştir.
Sistemden alınan ölçümler bluetooth haberleşme üzerinden bir merkezi birime (kişisel
bilgisayar) gönderilmekte, alınan veriler bir bilgisayar yazılımı ile kaydedilerek işaret
işleme yazılımları ile analiz edilebilmektedir. Bluetooth bağlantısının olmadığı
durumlarda ise veriler hafıza kartına kaydedilerek veri kaybı önlenmektedir.
Çalışmanın ilk aşamasında ADS1299 tümdevresinin performansı incelenmiştir. Elde
edilen bilgiler ışığında devre tasarımları yapılmış ve testleri gerçekleştirilmiş daha
sonra kontrol ve bilgisayar yazılımları yazılmış, son olarak sistemden test işareti ve
alınan EEG işareti ölçümleri EEG ölçüm sistemin farklı senaryolar için kabul edilebilir
doğrulukta çalışabileceği göstermiştir. Önerilen geliştirmeye açık cihaz tasarımı hacim
olarak küçük, düşük güç tüketimine sahip ve yüksek doğrulukta olduğundan EEG
işareti kullanılan birçok mühendislik sisteminde modüler olarak kullanılabilecektir.

Abstract:
Electroencephalography (EEG) is a method by which brain waves can be measured by
electric currents generated on the skull or brain surface. It was proposed by the German
physician Hans Berger in 1929. EEG measurements are used in the diagnosis of
epilepsy, in detecting epileptic seizures, brain tumors, brain death and certain brain
abnormalities in sleep disorders, in measurement of anesthesia depth and in making
some psychiatric evaluations. Besides, Brain-Machine Interface applications using
EEG signals have become increasingly popular in recent years. With these
applications, the need for portable and wearable EEG measurements has increased.
EEG signals are non-stationary, one-dimensional, very low-amplitude, high-frequency
signals that are affected by noise sources. For this reason, it can be measured with low
noise, high resolution, high common mode suppression ratio measurement systems.
In this master thesis A portable 8 channel EEG measurement system is designed and
implemented which can be used in applications such as long-term EEG measurements,
applications where portable EEG measurement equipment is needed, human machine
interface applications, anesthesia depth detection. The system have small size (54,5 x
29,0 mm2), high sensitivity (11 nV – 24 bit), low input noise (1 µV) and low power
consumption (195 mW).
In this measurement system design; ADS1299 Analog Front-End (AFE) integrated
circuit customized for biopotential signals as amplifier and analog-digital converter,
Microchip RN4020 bluetooth module as communication unit and Atmel Atmega328p
microcontroller as control unit are used. The system is powered by 1400 mAh Li-po
battery for long time (28 hours) operation.
The measurements taken from the system are sent to a central computer (personal
computer) via bluetooth communication, and the received data can be recorded with a
computer software and analyzed with signal processing software. In the absence of a
bluetooth connection, data is stored on the memory card to prevent data loss.
During the first phase of the study, the performance of the ADS1299 integrated circuit
was examined. Circuit designs were made in the light of the obtained information, tests
were performed. Then control and computer software were written. Test and EEG
signal measurements from the system have shown that the EEG measurement system
can operate at acceptable accuracy for different scenarios. The proposed device design
is open to development can be used as a modular in many engineering systems using
EEG signals since small in volume, low power consumption and high accuracy