Back to basics sairaalafyysikon oppitunti

Samankaltaiset tiedostot
BIOSÄHKÖISET MITTAUKSET

OPERAATIOVAHVISTIN. Oulun seudun ammattikorkeakoulu Tekniikan yksikkö. Elektroniikan laboratoriotyö. Työryhmä Selostuksen kirjoitti

OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia

Tiedonkeruu ja analysointi

64 kanavainen EEG ja herätevasteet Kirsi Palmu, erikoistuva fyysikko HUSLAB, KNF

LABORATORIOTYÖ 3 VAIHELUKITTU VAHVISTIN

EEG:n perusteet. Kari Hirvonen, KNF el

Virheen kasautumislaki

Tiedonkeruu ja analysointi

LABORATORIOTYÖ 1 MITTAUSVAHVISTIMET

EMC: Electromagnetic Compatibility Sähkömagneettinen yhteensopivuus

MITTALAITTEIDEN OMINAISUUKSIA ja RAJOITUKSIA

Ongelmia mittauksissa Ulkoiset häiriöt

Signaalien datamuunnokset

Signaalien datamuunnokset. Digitaalitekniikan edut

FYS206/5 Vaihtovirtakomponentit

FYSP105 / K3 RC-SUODATTIMET

Radioamatöörikurssi 2013

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Spektri- ja signaalianalysaattorit

ELEC-C5070 Elektroniikkapaja (5 op)

Ohjelmoitava päävahvistin WWK-951LTE

A/D-muuntimia. Flash ADC

EMC Säteilevä häiriö

EMC Mittajohtimien maadoitus

KOHINA LÄMPÖKOHINA VIRTAKOHINA. N = Noise ( Kohina )

KON-C3004 Kone- ja rakennustekniikan laboratoriotyöt Tiedonkeruu ja analysointi Panu Kiviluoma

Oikeanlaisten virtapihtien valinta Aloita vastaamalla seuraaviin kysymyksiin löytääksesi oikeantyyppiset virtapihdit haluamaasi käyttökohteeseen.

Successive approximation AD-muunnin

LOPPURAPORTTI Lämpötilahälytin Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

Radioamatöörikurssi 2015

HARJOITUSTYÖ: Mikropunnitus kvartsikideanturilla

Automaation elektroniikka T103403, 3 op AUT2sn. Pekka Rantala syksy Opinto-opas 2012

Matlab-tietokoneharjoitus

Anturit ja Arduino. ELEC-A4010 Sähköpaja Tomi Pulli Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitos Mittaustekniikka

ASENNUSOHJE. Tehovahti Effekt 103RX

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

TYÖ 58. VAIMENEVA VÄRÄHTELY, TASASUUNTAUS JA SUODATUS. Tehtävänä on vaimenevan värähtelyn, tasasuuntauksen ja suodatuksen tutkiminen oskilloskoopilla.

Ohjelmoitava päävahvistin WWK-951. Anvia TV Oy Rengastie Seinäjoki

C-Lynx pinnanvalvontareleet HNM ja HNE

Y Yhtälöparista ratkaistiin vuorotellen siirtofunktiot laittamalla muut tulot nollaan. = K K K M. s 2 3s 2 KK P

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto. 2 Teoreettista taustaa

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto

Laitteita - Yleismittari

Mikrofonien toimintaperiaatteet. Tampereen musiikkiakatemia Studioäänittäminen Klas Granqvist

S Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö, kevät 2010

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

R = Ω. Jännite R:n yli suhteessa sisäänmenojännitteeseen on tällöin jännitteenjako = 1

4. kierros. 1. Lähipäivä

Anturit ja Arduino. ELEC-A4010 Sähköpaja Tomi Pulli Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitos Mittaustekniikka

EEG:N KÄYTTÖMAHDOLLISUUDET SAIRAUKSIEN DIAGNOSTIIKASSA MAIJA ORJATSALO, ERIKOISTUVA LÄÄKÄRI, HUS-KUVANTAMINEN LABQUALITY DAYS 9.2.

TYÖ 2: OPERAATIOVAHVISTIMEN PERUSKYTKENTÖJÄ

Nokeval. Käyttöohje. Viestimuunnin 641. No P

MONIKANAVAISET OHJELMOITAVAT VAHVISTIMET

Tekniikka ja liikenne (5) Tietoliikennetekniikan laboratorio

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

1 Määrittele seuraavat langattoman tiedonsiirron käsitteet.

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

Radioamatöörikurssi 2014

DEE Sähkömoottorikäyttöjen laboratoriotyöt. Tasavirtakäyttö

Muuntavat analogisen signaalin digitaaliseksi Vertaa sisääntulevaa signaalia referenssijännitteeseen Sarja- tai rinnakkaismuotoinen Tyypilliset

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Digitaalinen signaalinkäsittely Johdanto, näytteistys

Dynamiikan hallinta Lähde: Zölzer. Digital audio signal processing. Wiley & Sons, Zölzer (ed.) DAFX Digital Audio Effects. Wiley & Sons, 2002.

1. a) Piiri sisältää vain resistiivisiä komponentteja, joten jännitteenjaon tulos on riippumaton taajuudesta.

Värähtelymittaus Tämän harjoituksen jälkeen:

Sisältö. Työn lähtökohta ja tavoitteet Lyhyt kertaus prosessista Käytetyt menetelmät Työn kulku Tulokset Ongelmat ja jatkokehitys

Operaatiovahvistimen vahvistus voidaan säätää halutun suuruiseksi käyttämällä takaisinkytkentävastusta.

1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla

TASA- JA VAIHTOVIRTAPIIRIEN LABORAATIOTYÖ 5 SUODATINPIIRIT

Tehtävä 8. Jännitelähteenä käytetään yksipuolista 12 voltin tasajännitelähdettä.

Kohina. Havaittujen fotonien statistinen virhe on kääntäen verrannollinen havaittujen fotonien lukumäärän N neliö juureen ( T 1/ N)

a) I f I d Eri kohinavirtakomponentit vahvistimen otossa (esim.

Vahvistimet. Käytetään kvantisointi alue mahdollisimman tehokkaasti Ei anneta signaalin leikkautua. Mittaustekniikka

IIR-suodattimissa ongelmat korostuvat, koska takaisinkytkennästä seuraa virheiden kertautuminen ja joissakin tapauksissa myös vahvistuminen.

Flash AD-muunnin. Ominaisuudet. +nopea -> voidaan käyttää korkeataajuuksisen signaalin muuntamiseen (GHz) +yksinkertainen

Signaalien datamuunnokset. Näytteenotto ja pito -piirit

Sähkötekniikka ja elektroniikka

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

SGN-1200 Signaalinkäsittelyn menetelmät, Tentti

TAAJUUDEN SIIRTO JA SEKOITUS VÄLITAAJUUSVASTAANOTIN & SUPERHETERODYNEVASTAANOTTO

Kondensaattorin läpi kulkeva virta saadaan derivoimalla yhtälöä (2), jolloin saadaan

YLEISMITTAREIDEN KÄYTTÄMINEN

Neurografiaperehdytys Meilahden ja Laakson KNFosastolla

Äänen eteneminen ja heijastuminen

PIKAKÄYTTÖOHJE V S&A Matintupa

d) Jos edellä oleva pari vie 10 V:n signaalia 12 bitin siirtojärjestelmässä, niin aiheutuuko edellä olevissa tapauksissa virheitä?

MITTAUSVAHVISTIMET. rien takia tuloimpedanssit voivat olla hyvinkin monimutkaisia verkkoja. Vahvistimen hyvyyttä kuvataan suureella yhteismuotoisen

Kapasitiivinen ja induktiivinen kytkeytyminen

Tuulen nopeuden mittaaminen

Mittaustekniikka (3 op)

IMPEDANSSITOMOGRAFIA AIVOVERENVUODON DIAGNOSOINNISSA - TARVE UUDELLE TEKNOLOGIALLE

Digitaalinen signaalinkäsittely Kuvankäsittely

Asennusohje Viritettävä terrestiaalipäävahvistin HMB 6. SSTL n:o ULA-VHF I, VHF III, 6 x UHF ja AUX

AKKREDITOITU KALIBROINTILABORATORIO ACCREDITED CALIBRATION LABORATORY SGS FIMKO OY

Alustava versio. Kytkennässä saattaa olla vielä virheitä.

Radioamatöörikurssi 2018

AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt

Johdatus vaihtosähköön, sinimuotoiset suureet. DEE Piirianalyysi Risto Mikkonen

S Elektroniikan häiriökysymykset. Laboratoriotyö 1

Transkriptio:

Back to basics sairaalafyysikon oppitunti KNF-hoitajayhdistyksen kevätopintopäivät Tallinna 24.-25.5.2012 Vilma Mannila

Tosiaankin perusteita... EEG vahvistin (toimintaperiaate, CMRR, yms.) Vahvistukset, suodatukset, notch Impedanssi, ground, referenssi Kytkennät Häiriönpoistoa 2

Elektrodi Muuntaa kudoksen ionivirran johtimissa kulkevaksi elektronivirraksi Pintaelektrodi (painekontaktielektrodi) Sähköä johtava levy joka välittää iholla vallitsevan potentiaalin mittauspiiriin 3

Iho-Elektrodirajapinta Puolikennopotentiaali Suuruus riippuu elektrodimetallista Hyvä elektrodi PK-potentiaali stabiili Elektrodiliitännän epäherkkyys elektrodin liikkeelle Kuva kirjasta: Partanen J, et al., Kliininen neurofysiologia, Duodecim 2006. 4

Puolikennojännitteitä 5

Iho-Elektrodirajapinta Kuolleen ihosolukon poisto ja orvaskeden vaurioittaminen Ihoimpedanssi pienenee Elektrodipasta pienentää ihoimpedanssia ja lisää ionien kulkua kudoksesta elektrodiin 6

EEG-vahvistin Rekisteröintielektrodin potentiaali siirtyy mittajohdinta pitkin mittausvahvistimeen Signaalit pieniä, erottelu ympäristön häiriöstä differentiaalivahvistin Kuva: Kirsti Saarela 7

Differentiaalivahvistin Differentiaalivahvistin mittaa kahden tulokanavan signaalin eroa Kuva kirjasta: Partanen J, et al., Kliininen neurofysiologia, Duodecim 2006. 8

Differentiaalivahvistin Yhteismuotoisen jännitteen vaimennussuhde CMRR = 20 log (A/C) Erot elektrodien impedansseissa pienentää CMRR -arvoa Kuva kirjasta: Partanen J, et al., Kliininen neurofysiologia, Duodecim 2006. 9

Signaalinkäsittely Esivahvistus vahvistus A/D muuntimelle sopivaksi Anti-aliasing suodatus (alipäästösuodatus) poistetaan korkeataajuiset häiriöt A/D-muunnos jatkuva analoginen signaali muutetaan signaalia kuvaaviksi numeroiksi 10

EEG:n näytteenottotaajuus Vähintään 200 Hz eli 200 EEGsignaalin amplitudin arvoa sekunnissa nopein havaittava muutos on 1s/200 = 5 ms 11

Näytteenottoteoreema Jotta signaalin yksityiskohdat eivät katoaisi laskostumisilmiön (aliasoitumisen) vuoksi näytteenottotaajuus oltava vähintään kaksi kertaa yhtä suuri kuin ylärajataajuus 12

Siniaalto 20 Hz näytteenottotaajuuksilla 20, 50 ja 100 Hz NT 100 Hz NT 50 Hz NT > 2 x 20 Hz oikea taajuussisältö NT 20 Hz Kuva: Luennot Mark van Gils, Biosignal processing 2007. 13

EEG:n taajuusalue EEG-signaalissa hitaita ja nopeita ilmiöitä, eli eri taajuuksilla tapahtuvia jännitevaihteluita Tyypillisesti mielenkiintoalue 0,5-70 Hz 14

Suodatus Suodatuksella rajataan haluttu taajuusalue Hyvin korkeat taajuuskomponentit vaimentuvat ja kuvautuvat käyrään virheellisesti Hyvin matalat taajuuskomponentit jäävät joka tapauksessa toistamatta Suodatukset laskennallisia, eli niitä voidaan muuttaa jälkikäteen 15

Suodatus: Ylipäästö filtteri Vaikutetaan alarajataajuuteen Low cut High-pass filter Kuva: Luennot Mark van Gils, Biosignal processing 2007. 16

Suodatus: Ylipäästö filtteri Alarajataajuuden muutoksella voidaan vaikuttaa hitaaseen liike-/kosteusartefaktaan 17

Aikavakio Alarajataajuuden sijasta mainitaan usein aikavakio t = 1/(2 f), jossa f on alarajataajuus. Aikavakiota pienentämällä nostetaan alarajataajuutta. 18

Suodatus: Alipäästö filtteri Vaikutetaan ylärajataajuuteen High cut Low-pass filter Kuva: Luennot Mark van Gils, Biosignal processing 2007. 19

Suodatus: Alipäästö filtteri Ylärajataajuuden muutoksella voidaan esim. vaikuttaa lihasartefaktaan 20

Suodatus Suodatuksen käytössä kuitenkin huomioitavaa... Alkuperäisen signaalin muoto ja ajoitus muuttuu 21

Alarajataajuus korkea Hitaan aallon loppu vaimenee alku osaa enemmän Kuva kirjasta: Partanen J, et al., Kliininen neurofysiologia, Duodecim 2006. 22

Ylärajataajuus alhainen Nopeat aallot viivästyy HUOM! EMG - artefakti Kuva kirjasta: Partanen J, et al., Kliininen neurofysiologia, Duodecim 2006. 23

Suodatus: Notch filter Kaistanestosuodin Notch poistaa 50 Hz:n taajuuskomponentit signaalista Verkkojännitehäiriö 50 Hz:n alueella, tosin 50 Hz myös EEG-signaalin mielenkiintoaluetta Saattaa vääristää poistettavan kaistan lähitaajuuksilla esiintyvää signaalia Band-stop filter also called notch filter if fs1 fs2 Kuva: Luennot Mark van Gils, Biosignal processing 2007. 24

Suodatus: Notch Kuva: Kirsti Saarela 25

Lähtökohta EEG:n häiriöidenhallinnassa 1. Poistetaan häiriö (esim. loisteputki pois päältä) 2. Suojaudutaan häiriöltä (esim. siirrytään kauemmas häiriölähteestä) 3. Kompensoidaan häiriö (esim. suodattamalla) 26

Miten niin kauemmas häiriölähteestä? Häiriöt vaimenevat etäisyyden kasvaessa vähintään etäisyyden neliölain mukaisesti Esim. 2 m häiriöstä häiriö ¼ 3 m häiriöstä häiriö 1/9 27

Suodatus: Notch Milloin notch-suodatusta kannattaa harkita? Kun kohdat 1. ja 2. eivät ole mahdollisia Päivystysolosuhteet Verkkovirtahäiriötä runsaasti Vain häiriöiseen käyrään! 28

Notch: Easy EEG Suodatukset eivät vaikuta tallentuvaan dataan, mutta notchia voi säätää vain rekisteröinnin aikana Käyttö vaikuttaa lopputulokseen Rekisteröintiasetuksia (vahvistus ja suodatus) muuttamalla käyttäjä ei voi hävittää tietoa tallentuvasta datasta. Notchia käyttämällä voi! 29

Notch: NicOne Tallentaa kaiken raakadatana, sekä suodatukset että notch laskennallisia Käyttö ei vaikuta lopputulokseen Rekisteröintiasetuksia (vahvistus, suodatus, notch) muuttamalla käyttäjä ei voi hävittää tietoa tallentuvasta datasta 30

EEG:n mittaus Mitataan potentiaalieroa eli jännitettä kahden elektrodin välillä Varsinainen mittaus tehdään yleensä yhtä tiettyä referenssielektrodia vasten Referenssiä voidaan myöhemmin muuttaa laskennallisesti 31

EEG elektrodit: Referenssi Referenssielektrodi on EEG:ssä kuin mikä tahansa muu mittaava elektrodi Periaatteessa ei voida erottaa tuleeko mitattu signaali aktiivisesta vai referenssielektrodista EEG-kytkennöissä muita kanavia voidaan verrata esim. yksittäiseen referenssiin 32

EEG elektrodit: Referenssi Ideaalinen sijainti: Sama häiriötausta kuin mittauskanavissa, mutta ei EEGtoimintaa Sopivia paikkoja Kallon alueella esim. nenä, poski Ulkopuolella esim. hartia, solisluu (EKG häiritsee) 33

EEG elektrodit: Ground Ground eli maaelektrodi määrittelee mitattavien potentiaalien nollatason Poistaa yhteismuotoista häiriötä 34

EEG elektrodit: Impedanssi Sähköopissa suure, joka mittaa virtapiirin vaihtovirralle aiheuttamaa vastusta Kuvaa elektrodikytkennän laatua 35

EEG elektrodit: Impedanssi Elektrodien impedanssit mahdollisimman samansuuruisiksi Elektrodien impedanssierot vaikeuttavat häiriöiden poistoa Jos suuria impedanssieroja, 50Hz:n häiriö voi kasvaa Esim. 3 kω ja 5 kω ero 2 kω 10 kω ja 30 kω ero 20 kω 36

EEG kytkennät (montaget) EEG rekisteröinti voidaan tehdä Unipolaarisesti (referentiaalisesti, monopolaarisesti): mittauselektrodeilla on yhteinen referenssi Bipolaarisesti: mitataan pareittain eri elektrodien väliltä EEG tulkitaan muuttamalla kytkentää laskennallisesti sopivaksi esim. keskiarvokytkentä, lähdekytkentä 37

Referentiaaliset kytkennät Aktiivisen elektrodin potentiaalia verrataan referenssielektrodin potentiaaliin Kuva kirjasta: Partanen J, et al., Kliininen neurofysiologia, Duodecim 2006. 38

Referentiaaliset kytkennät Yhteisreferenssikytkentä kaikkia aktiivisia elektrodeja verrataan yhteen yhteiseen referenssiin (digitaaliset rekisteröinnit tallennetaan usein tällä) Esim. Vertex-kytkentä: referenssinä Czelektrodi Keskiarvoreferenssikytkentä (average) Vertailupotentiaalina toimii kaikista mitatuista elektrodipotentiaaleista laskettu keskiarvo 39 Kuva kirjasta: Partanen J, et al., Kliininen neurofysiologia, Duodecim 2006.

Referentiaaliset kytkennät Lähdekytkentä (source reference) referenssinä mittauselektrodia ympäröivien elektrodien painotettu keskiarvo Korvakytkentä Referenssielektrodi korvalehdessä Vertailu: oikea aivopuolisko oikea korva vasen aivopuolisko vasen korva ristiinkytkentä 40 Kuva kirjasta: Partanen J, et al., Kliininen neurofysiologia, Duodecim 2006.

Bipolaariset kytkennät Elektrodien potentiaalitasoja verrataan pareittain vierekkäisten elektrodien välillä Kuva kirjasta: Partanen J, et al., Kliininen neurofysiologia, Duodecim 2006. 41

Bipolaariset kytkennät Pitkittäinen bipolaarikytkentä (banaani) Verrataan etu-taka suunnassa peräkkäisiä elektrodeja keskenään Laura Tuomikoski, KNF:n Laatupäivä 30.3.2012 42

Bipolaariset kytkennät Poikittainen bipolaarikytkentä Verrataan vasen-oikea suunnassa vierekkäisiä elektrodeja keskenään Laura Tuomikoski, KNF:n Laatupäivä 30.3.2012 43

EEG-vahvistin Kanavat: 1. Monopolaarinen: Kaikilla mittauselektrodeilla yksi yhteinen referenssielektrodi (EEG) 2. Bipolaarinen: Mitataan kanavia +/- pareittain (Esim. EMG, EKG, hengitysvyö) 3. DC: Mitataan hitaita jännitemuutoksia (Esim. pulssioksimetri) tai ulkoisia triggereitä 1 ja 2 mittaavat vaihtojännitettä, 3 tasajännitettä Laura Tuomikoski, KNF:n Laatupäivä 30.3.2012 Kuvat: Kirsti Saarela 44

EEG-vahvistin Vain kulloinkin käytössä olevat EEG-kanavat tulisi olla vahvistimesta auki Ylimääräiset mittaavat pelkkää kohinaa ja heikentävät mittauksen laatua Kuva: Kirsti Saarela 45

Vahvistuksen säätö Miksi käyrä kasvaa, kun vahvistusta pienennetään (numero pienenee)? 100µV/cm 1 cm = 100 µv 10µV/cm 1 cm = 10 µv Sampsa Turunen, Meilahden KNF-osaston osastotunti, syksy 2010. 46

Aaltojen hahmotus helpompaa pienemmällä vahvistuksella Kuva kirjasta: Partanen J, et al., Kliininen neurofysiologia, Duodecim 2006. 47

Piirtonopeuden säätö Usein 30 mm/s 15 tai 10 mm/s parempi hitaiden tai periodisten ilmiöiden hahmotukseen 48

Toistuvat purskeet helpompi tunnistaa hitaammalla aikaikkunalla Kuva kirjasta: Partanen J, et al., Kliininen neurofysiologia, Duodecim 2006. 49