इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी में शोर में कमी की रणनीति


29

कोशिकाओं से विद्युत संकेतों को रिकॉर्ड करते समय (एक डिश में या एक जीवित मानव या पशु शरीर के अंदर), एक बड़ी समस्या सिग्नल अनुपात को शोर अनुपात में बढ़ाना है।

ये संकेत आमतौर पर 10uV से 100mV रेंज में होते हैं और बहुत कम बिजली स्रोतों से उत्पन्न होते हैं जो नैनोअमप्स के क्रम में धाराओं का उत्पादन कर सकते हैं।

अक्सर ब्याज के संकेत 1Hz-10KHz रेंज (सबसे अधिक बार 10Hz-10KHz) के भीतर आते हैं।

मामलों को बदतर बनाने के लिए आमतौर पर बहुत सारे शोर पैदा करने वाले उपकरण होते हैं जो आसपास होना आवश्यक है (क्लिनिक में ये अन्य निगरानी, ​​नैदानिक ​​और चिकित्सीय उपकरण हैं प्रयोगशाला में ये अन्य निगरानी, ​​वैज्ञानिक उपकरण हैं)।

शोर के प्रभाव को कम करने और शोर अनुपात को संकेत बढ़ाने के लिए, कुछ सामान्य रूप से लागू नियम हैं:

  • यदि संभव हो तो एक वर्तमान एम्पलीफायर (जिसे अक्सर हेड-स्टेज कहा जाता है) का उपयोग करें, बहुत उच्च इनपुट प्रतिबाधा के साथ एक एम्पलीफायर और कम वोल्टेज प्रवर्धन या यहां तक ​​कि कोई वोल्टेज प्रवर्धन भी नहीं। सिग्नल स्रोत (शरीर) के बहुत पास।
  • स्रोत (रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड) को पहले चरण एम्पलीफायर (हेड-स्टेज) से कनेक्ट करने के लिए तारों का उपयोग करें जिसमें ढाल (संकेत की कैपेसिटिव विकृतियों से बचने के लिए) नहीं है।
  • ग्राउंड लूप्स से बचें
  • जब संभव हो तो अंतर एम्पलीफायरों का उपयोग करें (चारों ओर विद्युत चुम्बकीय स्रोतों से प्रेरण शोर को रद्द करने के लिए)।
  • सिग्नल स्रोत और उससे जुड़ी किसी भी चीज (शरीर, उपकरण ...) को कवर करने के लिए हमेशा फैराडे केज और ग्राउंडेड शील्ड (आमतौर पर एल्युमिनियम फॉयल) का उपयोग करें।
  • आप इसे उचित फ़िल्टर के बिना नहीं कर सकते हैं (आमतौर पर 10KHz उच्च कटौती और कम कटौती जो संकेत के आधार पर 1Hz से 300Hz तक हो सकती है)
  • यदि आपको मुख्य शोर (विभिन्न देशों में 50 हर्ट्ज या 60 हर्ट्ज) की सवारी नहीं मिल सकती है और केवल अगर आपका सिग्नल उस सीमा को कवर करता है तो आप Humbug http://www.autom8.com/hum_bug.html जैसे सक्रिय फ़िल्टर का उपयोग कर सकते हैं

मेरा सवाल है: क्या कोई अन्य सुझाव है जो मुझे याद आया? क्या इनमें से कोई सुझाव प्रवाहित है या गलत है?

आमतौर पर इस क्षेत्र के लोग (मेरे जैसे) इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग में औपचारिक शिक्षा नहीं लेते हैं और कभी-कभी उचित प्रमाण के बिना एक शिक्षक से छात्र पीढ़ी तक पीढ़ी दर पीढ़ी गुजरते हैं। यह इसे ठीक करने का प्रयास है।

EDIT:
- यदि संभव हो तो किसी भी पंप, माइक्रोड्राइव, मॉनिटरिंग डिवाइस सहित आपके सभी उपकरणों में बैटरी या बहुत अच्छी तरह से विनियमित बिजली की आपूर्ति का उपयोग करें, यहां तक ​​कि आप अपने कंप्यूटर के मुख्य भाग पर फ़िल्टर लगा सकते हैं (हालांकि यह आमतौर पर एक गंभीर मुद्दा नहीं है)।


4
कोई व्यक्ति एक सक्रिय ढाल चलाने के बारे में बात करता है, जैसे कि ईकेजी केबल्स और लाइन समाप्ति में उपयोग किया जाता है। मैं थक गया हूँ। यह टिप्पणी 48 घंटों के भीतर आत्म-विनाश कर देगी।
टाइबलु


"आम तौर पर एल्यूमीनियम फॉयल" मुझे लगता है कि तांबे की पन्नी होगी क्योंकि आपको इसे जमीन में मिलाप करने की आवश्यकता है, नहीं?
एंडोलिथ

जवाबों:


13

चाल ढाल

ढाल के जोड़ा परजीवी समाई (आपकी 2 डी डॉट) से बहुत अधिक प्रभाव के बिना इलेक्ट्रोड और पूर्व-amp के बीच परिरक्षित तारों का उपयोग करना संभव है। सिग्नल स्वयं को बहुत अधिक चोट नहीं पहुंचाएगा क्योंकि यह सामान्य-मोड घटक की तुलना में बहुत छोटा है। इसे समझने के लिए, बहुत ऊपर, बहुत बड़े कॉमन-मोड सिग्नल (ज्यादातर 50 हर्ट्ज या 60 हर्ट्ज मेन्स वोल्टेज) और डीसी-टू-लो-फ्रीक्वेंसी कंपोनेंट की वजह से टिश्यू के इंटरेक्शन के कारण एक छोटे से डिफरेंशियल सिग्नल की कल्पना करें। इलेक्ट्रोड और शरीर के साथ ही। जहां तक ​​मैं इस मुद्दे को समझता हूं, केबल के कैपेसिटेंस के माध्यम से सिग्नल पर युग्मित हस्तक्षेप केबल की क्षमता के माध्यम से सिग्नल को स्वयं फीड करने की तुलना में बहुत खराब है।

चाल को पूर्व-amp की जमीन पर ढाल को जोड़ने के बजाय सिग्नल के सामान्य-मोड वाले भाग के साथ केबल की ढाल को सक्रिय रूप से चलाना है। कुछ साल पहले, मैंने एक सक्रिय गार्ड के साथ इस तरह के पूर्व-amp का निर्माण किया है और इलेक्ट्रोड और amp के पहले चरण के बीच 2 मीटर तक ढाल तारों का उपयोग करने में सक्षम था। योजनाबद्धता इस थीसिस में पाई जा सकती है (मेरी नहीं, लेकिन आसानी से मेरे ईएमजी amp के सबसे दिलचस्प योजनाबद्ध शामिल हैं) । कृपया अंजीर देखें। .. all, .. 8.8 और and. and और .. अध्याय 8.1 अंजीर में उनके आस-पास का सारा सामान। es.१.२ में चर्चा है कि ब्याज के संकेत पर हस्तक्षेप को कैसे कैपेसिटिव रूप से जोड़ा जाता है। क्षमा करें, थीसिस जर्मन में है, लेकिन मुझे उम्मीद है कि चित्र और योजनाएं अंतरराष्ट्रीय हैं।

सामान्य मोड सिग्नल को लेने के लिए एक अच्छी जगह प्रारंभिक InAmp (फिर से जुड़े थीसिस देखें) के लाभ सेटिंग रोकने वाले का "मध्य" है।

दाहिने पैर को प्रेरित किया

दाहिने पैर को बाएं पैर, बाएं हाथ और दाहिने हाथ पर संकेत को मापने के लिए एक संदर्भ के रूप में उपयोग किया जाता है।

एक संचालित ढाल की अवधारणा को रोगी को सक्रिय रूप से चलाने के लिए बढ़ाया जा सकता है, और कनेक्शन को उस स्थान पर बनाया जाता है जो सिग्नल के लिए एक संदर्भ के रूप में उपयोग किया जाता है, जो कि सही पैर है। इसे एक दाहिने पैर (डीआरएल) के रूप में जाना जाता है; EDN के इस लेख में DRL amps के बारे में अच्छी चर्चा है ।

यदि आपके माप किसी मानव शरीर से नहीं बल्कि किसी डिश के कुछ कोशिकाओं से लिए गए हैं, तो आप संभवतः डीआरएल इलेक्ट्रोड को नीचे या जेली / विकास माध्यम में डाल सकते हैं, जहां आपका संदर्भ इलेक्ट्रोड बैठता है। इस तरह, आप उसी रणनीति का उपयोग करते हैं जैसे आप एक डीआरएल सेटअप के अर्थ में करते हैं।

नोच फिल्टर

इसके अलावा, यदि ह्यूम वास्तव में खराब है, तो आप सिग्नल पथ में 50 हर्ट्ज या 60 हर्ट्ज पर एक पायदान फिल्टर डाल सकते हैं, लेकिन इससे ब्याज के संकेत को भी नुकसान पहुंचेगा।

बहुत महत्वपूर्ण सुरक्षा नोट: इलेक्ट्रोड का सुरक्षात्मक पृथ्वी (पीई) से कोई सीधा गैल्वेनिक कनेक्शन नहीं होना चाहिए। यह आवश्यक है क्योंकि एक बार जब मरीज लैब के आस-पास किसी अन्य डिवाइस में खराबी से संभावित घातक वोल्टेज से जुड़ जाता है, तो मरीज के माध्यम से और इलेक्ट्रोड के माध्यम से जमीन पर जाने के लिए फॉल्ट करंट बहुत अच्छा रास्ता होगा। जब इलेक्ट्रोड या पूर्व-amp के आसपास एक ग्राउंड संदर्भ के बारे में बात कर रहे हों, तो यह सुनिश्चित करें कि यह केवल पूर्व-एम्पी के लिए संदर्भित ग्राउंड न हो और आमतौर पर पीई के रूप में जाना जाने वाला वास्तविक ग्राउंड न हो! यदि आप ADC को पूर्व-amp के करीब रखना चाहते हैं, तो इसके लिए आमतौर पर कहीं न कहीं एक अलगाव amp की आवश्यकता होती है। दीन एन 60601-1 और अन्य प्रासंगिक मानकों में इसके बारे में अधिक।


ओपन ईईजी प्रोजेक्ट में इन चीजों के लिए सर्किट हैं। openeeg.sourceforge.net
एंडोलिथ

9

1. पूर्व-एम्पलीफायर के रूप में एक उपकरण एम्पलीफायर का उपयोग करें (दाएं पैर ड्राइव के साथ)

एक इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर, अन्य चीजों के अलावा, एक बहुत ही उच्च इनपुट प्रतिबाधा है। यह छोटी धाराओं को मापने के लिए आदर्श है। INA128 के लिए डेटशीट देखें । पृष्ठ 11 में एक संदर्भ योजनाबद्ध (नीचे संलग्न) है, जो आपके लिए देख रहे हैं के समान है।

संदर्भ INA128 डेटाशीट पेज 11 से योजनाबद्ध।

2. हमेशा बायोमेडिकल इंस्ट्रूमेंटेशन के लिए बिजली की आपूर्ति अलगाव का उपयोग करें!

एक बिजली की आपूर्ति अलगाव आईसी का उपयोग करें। मैक्सिम से कुछ उदाहरण देखें

3. एक सक्रिय फिल्टर का उपयोग करें

TI के मुक्त FilterPro का उपयोग करेंअपनी इच्छित आवृत्ति रेंज के लिए सक्रिय एम्पलीफायर को आसानी से डिजाइन करने के लिए सॉफ्टवेयर । एक Sallen- कुंजी बैंड पास फिल्टर को लागू करना आसान है।

4. सिग्नल को डिजिटाइज़ करें और अतिरिक्त फ़िल्टरिंग के लिए डीएसपी का उपयोग करें।

डिजिटल डोमेन पर सिग्नल लेने के लिए एडीसी या एक आस्टसीलस्कप या एक डिजिटाइज़र का उपयोग करें जहां आप विभिन्न डीएसपी तकनीकों को आज़मा सकते हैं। उदाहरण के लिए, सॉफ्टवेयर में आसानी से किया जा सकता है। विषय पर एक पुस्तक सहायक हो सकती है। इसके अलावा, एडीसी आउटपुट पर डिजिटल आइसोलेटर्स का उपयोग करना न भूलें। ADUM1100 इसका उदाहरण है।


3
साथ ही इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायरों, इलेक्ट्रोमीटर एम्पलीफायरों को देखें-वे बिल्कुल इस तरह के लिए डिज़ाइन किए गए हैं
D_Weight

2
@D_Weight, इस खोज ने मुझे इस चिप में आने दिया। LMC6001। शानदार खोज- इस ओर इशारा करने के लिए धन्यवाद।
जीप

मैं अब इस पर विस्तार से देख रहा हूं, और यह वास्तव में एक महान संचालित दाहिना पैर सर्किट नहीं है। एक प्रेरित पैर सर्किट का विचार दाहिने पैर (जमीन) इलेक्ट्रोड के प्रभावी प्रतिबाधा को कम करना है, और 390k रोकनेवाला बस दूर चल रहा है। heartrhythmuk.org.uk/files/image/Case%20Reports/… आरएफ की प्रतिक्रिया के अंदर होने पर उस अवरोधक (जो रोगी को संतृप्त होने पर रोगी की सुरक्षा के लिए है) के साथ एक बेहतर व्यवस्था दिखाता है। उस ने कहा, सर्किट आप सभी जगह पर पॉप का उपयोग करते हैं, और मुझे संदेह है कि वे सभी एक ही (गलत) स्रोत से आते हैं।
स्कॉट सीडमैन

@ScottSeidman यदि उद्देश्य जमीन के सापेक्ष व्यक्ति के प्रतिबाधा को कम करना है, Cbody समाई को बाहर निकालना है, तो मरीज को सिर्फ जमीन क्यों नहीं? इसके अलावा, सामान्य-मोड वोल्टेज 100 वीएसी हो सकता है, नहीं? कैसे एक ऑप-एम्प जो केवल ड्राइव कर सकता है it 15 V इसे रद्द कर सकता है?
एंडोलिथ

1
@endolith - आम मोड वोल्टेज जिसके बारे में हम बात कर रहे हैं वह रेल के भीतर अच्छी तरह से है। एम्पी इनपुट आमतौर पर डायोड पर रेल से जुड़ा होता है, और इन-एम्प्स के लिए सामान्य मोड इनपुट रेंज अपेक्षाकृत छोटे होते हैं। स्पार्क्स-अंतराल (कभी-कभी आश्चर्य होता है कि ईसीजी डिफाइब्रिलेटर कैसे बच सकते हैं?) से बड़े मरीजों को निपटाया जाता है। उद्देश्य प्रतिबाधा को कम करने के लिए नहीं है, सभी इलेक्ट्रोड-त्वचा इंटरफेस के प्रभावी प्रतिबाधा को कम करने के लिए, और इस तरह उन्हें मूल्य में करीब कर दें (यह इलेक्ट्रोड संपर्क बेमेल है कि मुद्दा है)। देखें elastyc.unimore.it/fonda/ELBIOM/...
स्कॉट सेडमैन

5

आप लॉक-इन एम्पलीफायर का उपयोग करने में सक्षम हो सकते हैं ।

यह एक सामान्य तरीका नहीं है जिसे आप किसी भी मामले में लागू कर सकते हैं, लेकिन यदि आप कर सकते हैं, तो यह आपको नायाब परिणाम देता है। इसके लिए आपको मूल सिग्नल को मॉडिफाई करना होगा (जैसे अगर यह ऑप्टिकल सिग्नल है, तो चॉपर व्हील द्वारा)। सिग्नल के मॉड्यूलेशन के कारण यह केवल उन सिग्नलों के लिए उपयोगी है जो मॉडुलन की तुलना में बहुत धीमी गति से बदलते हैं।

हालांकि, लाभ तेजस्वी हैं। लॉक-इन प्रवर्धन का उपयोग करके आप उन संकेतों को पुनर्प्राप्त कर सकते हैं जिनके आयाम परिमाण के आदेश हैं शोर कम।

सिद्धांत:

  • मूल संकेत ज्ञात आवृत्ति और चरण के साथ संशोधित है।
  • पता लगाया गया संकेत (बहुत अधिक शोर) एक ही आवृत्ति और चरण के आयताकार संकेत के साथ प्रवर्धित और गुणा किया जाता है और फिर एकीकृत (चरण संवेदनशील पहचान)। लगभग सभी शोर को रद्द कर दिया गया है।

मुझे लगता है कि "लॉक-इन एम्पलीफायर" के लिए वेब खोजना आपको पर्याप्त विस्तृत विवरण देता है।


1
कई प्रकार की ऑप्टिकल इमेजिंग और ब्रेन इमेजिंग तकनीकों में शोर के नीचे अच्छे संकेत होते हैं, लेकिन कई परीक्षणों के बाद औसत अच्छे परिणाम देते हैं। एक व्यक्ति को "ए" बटन या "बी" बटन, आदि को धक्का देने से पहले मस्तिष्क के सक्रिय मिलीसेकंड का हिस्सा
दिखाते हुए

यकीन है, कि पुनरावृत्ति पर औसत मामलों में अच्छी तरह से काम करता है कि आप इसे बर्दाश्त कर सकते हैं। कुछ स्थितियों में (और निश्चित रूप से आदर्श स्थितियों में) आप प्रत्येक और हर परीक्षण में संकेत देखने में सक्षम होना चाहते हैं, हालांकि।
अली

@davidcary: एक लॉक-इन एम्पलीफायर को कई परीक्षणों पर एक तरह के औसत के रूप में देखा जा सकता है, लेकिन इसकी तुलना में अधिक है: यह "ऑफसेट" (कम आवृत्ति शोर) को भी घटाता है जो ब्याज के संकेत से संबंधित नहीं है। विशेष रूप से प्रभावी अगर 1 / एफ-शोर है।
दही

3

मैं दूसरी बुलेट को इसमें बदल दूंगा: "यदि ढाल वाले तारों का उपयोग किया जाता है, तो सुनिश्चित करें कि ढालें ​​सही ढंग से जमी हुई हैं। अनपेक्षित शील्ड अतिरिक्त कैपेसिटिव युग्मित शोर का परिचय दे सकती हैं।"

जब एचवीएसी और अन्य ईएमआई-उत्पादक उपकरण बंद हो सकते हैं तो सामान्य व्यावसायिक घंटों के बाहर चल रहे प्रयोगों पर विचार करें।

EDIT: डीसी पावर के बारे में टिप्पणियों के जवाब में। 12V लीड-एसिड बैटरी से इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी को चलाना एक पुरानी और असामान्य अभ्यास नहीं है। परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी के लिए और आसपास उपयोग किए जाने वाले कुछ विशेष उपकरणों को 12Vdc से चलाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। लैब्स यहां तक ​​कि इमारतों और बिजली लाइनों से "शांत" शेड का निर्माण करती हैं। इन शेडों के अंदर रिग्स 12 वी बैटरी बैंकों के साथ संचालित हैं, एसी डोर जो चार्जिंग के लिए उपयोग किए जाते हैं, प्रयोगों के दौरान वापस ले लिए जाते हैं।


2

यदि मुख्य शोर अभी भी एक समस्या है, तो बैटरी की तरह डीसी स्रोत से सर्किट चलाएं।


1
यकीन है, यह अक्सर बहुत मदद करता है। इससे पहले कि आप अपने एम्पलीफायरों या डी / ए या अन्य उपकरणों को मुख्य फ़ीड करने के लिए "50 हर्ट्ज बैंड पास" जोड़ते हैं, बहुत मददगार है (यह काउंटर-सहज लगता है लेकिन मुख्य से उच्च आवृत्ति शोर और स्पाइक्स को समाप्त करना आमतौर पर परिचय में मदद करता है शोर का)।
अली

2
@spearson, अधिकांश डिवाइस DC पावर का उपयोग करते हैं, यह सिर्फ डिजिटल दुनिया का तरीका है। मैं यह नहीं देखता कि यह किस प्रकार एक महत्वपूर्ण सेंध लगाता है जिसे पूरा करने की आवश्यकता है।
कोर्तुक

2
मुझे लगता है कि @spearson का मतलब बैटरी से होता है न कि डीसी में तब्दील एक मेन लाइन।
अली

1
@ अलि: क्या आपका मतलब "50 हर्ट्ज बैंड फिल्टर " (उर्फ नॉट फिल्टर) है, हो सकता है?
ज़ेबोनुत

2
@ अली: अब मैं समझ गया। क्षमा करें, आपकी टिप्पणी पढ़ते हुए मैं पर्याप्त सावधान नहीं था। आप आपूर्ति लाइन के बारे में बात कर रहे हैं; मैंने सोचा था कि आप मापा संकेत का मतलब है। हां, मैं मानता हूं कि आपूर्ति से हार्मोनिक्स को फ़िल्टर करने से थोड़ी मदद मिल सकती है। BTW: आपकी प्रोफ़ाइल कहती है कि आप USA से हैं। आपको 50 हर्ट्ज के बजाय 60 हर्ट्ज फ़िल्टर करने की आवश्यकता हो सकती है।
जेबोनाट

1

सतह इलेक्ट्रोड के कनेक्शन को जितना संभव हो उतना अच्छा बनाने की कोशिश करना भी काफी महत्वपूर्ण है - और सभी इलेक्ट्रोड जितना संभव हो उतना सतह पर तय किया गया। दो कारण।

  1. यदि इलेक्ट्रोड लगभग समान रूप से संलग्न नहीं हैं, तो इलेक्ट्रोड के बीच काफी बड़े आकार के संभावित शक्तिशाली अंतर होने की संभावना है, जो कि वास्तव में उच्च लाभ इनपुट चरणों को संतृप्त कर सकते हैं यदि इनपुट उच्च-पास नहीं हैं। मैं विशेष रूप से अपने इनपुट को उच्च-पास करना पसंद नहीं करता अगर मैं इसे टाल सकता हूं, क्योंकि यह आपके इनपुट प्रतिबाधा को गड़बड़ कर सकता है यदि आप सावधान नहीं हैं। मैं जितनी जल्दी हो सके उच्च सीएमआरआर के साथ एक ईंट-दीवार प्रतिबाधा amp में छोटे अंतर संकेतों द्वारा प्राप्त करना पसंद करता हूं।

  2. अच्छी तरह से जुड़ी हुई 'ट्रोड्स आंदोलन की कलाकृतियों को कम करते हैं

  3. यदि इलेक्ट्रोड अटैचमेंट में प्रतिरोध बहुत अधिक होता है, तो दुनिया के लिए कैपेसिटिव कपलिंग के माध्यम से शरीर पर ईएम का शोर आम मोड सिग्नल के रूप में amp तक नहीं पहुंचेगा, लेकिन अंतर सिग्नल के लिए पर्याप्त शोर घटक होगा कुंआ।

हमारी साइट का प्रयोग करके, आप स्वीकार करते हैं कि आपने हमारी Cookie Policy और निजता नीति को पढ़ और समझा लिया है।
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.