Egyszerű felépítésű elektromiográf készítése, a mért jelek feldolgozása

Bánfi Tamás BSc IV. évf.

e-mail: banfi.tamas13@gmail.com

Konzulens: Dr. Aradi Petra

e-mail: aradi.petra@mogi.bme.hu

A dolgozat célja egy egyszerűen, és olcsón elkészíthető elektromiográf létrehozása, analóg jeleinek digitális feldolgozása. Az elektromiográfia egy elektrodiagnosztikus orvosi technika a vázizmok elektromos aktivitásának mérésére. Az EMG jelet egy elektromiográf nevű eszközzel veszik fel, ami egy elektromiogramot készít. Az elektormiográf az izmokban kialakult villamos potenciált érzékeli, melyet a neurológiailag vagy elektromosan aktivált izomsejtek generálnak. Az így kapott jeleket rendellenességek megállapítására lehet használni, illetve a biomechanikában az emberi illetve állati mozgások elemezhetők vele. A méréshez felületi elektródákat használok, melyekkel a bőrre ragasztva az alatta futó izmok aktivitását lehet mérni.

Munkám során először ismertetem hogyan és miért keletkeznek elektromos jelek az izmokban. Ezután bemutatom az elektromiográf felépítését, hogy miként lehet az izmokban keltett 10 mV-os nagyságrendű villamos jelet felerősíteni az A/D átalakító méréshatáráig. A feladathoz alacsony zajú, precíziós mérő és műveleti erősítőket használok, de továbbra is fontos szempontként kezelem, hogy az áramkör egyszerűen elkészíthető és olcsó legyen. Ezek után, az EMG jelek digitalizálását Arduinoval végzem el. A munkám további célja a mért jelek feldolgozhatóvá tétele. Mivel a harántcsíkolt izmok összehúzódása aszinkron folyamat, így a nyers EMG jel nagy frekvenciájú komponensek sokasága, melynek az izom aktivitásától függően változik az amplitúdója. Ezt ilyen formátumban nehéz szoftveresen kezelni, szűrni kell. Felvázolom a burkológörbe illesztéséhez használható szűrőket, rámutatok előnyeikre, hátrányaikra.

A dolgozat további részében bemutatom a kész mérőrendszert. Rámutatok a hátrányaira, és azoknak a kiküszöbölésére. További fejlesztési lehetőségként bemutatom, hogy ha a jel digitalizálásához Arduino helyett STM32-t használok, azzal mind a mintavételi frekvencián, mind a digitalizált jel kvantálásán javítok. Megoldom az eszköz vezeték nélküli működését, ezzel kiküszöbölve a hálózat felől érkező zajokat, és biztosítva a galvanikus leválasztást.

Az elkészült eszköz természetesen orvosi diagnosztikai célokra nem lesz alkalmas, viszont azon kívül például mozgásvizsgálatra, az izmok aktivitásának vizsgálatára jól használható, és könnyen készíthető belőle a vizsgálni kívánt izmok számának megfelelő darabszámű eszköz. Végül rámutatok a felhasználhatóságának sokszínűségére.

Irodalom:

1. Hermie J. Hermens, Bart Freriks, Roberto Merletti, Dick Stegeman, Joleen Blok, Günter Rau, Cathy Disselhorst-Klug, Göran Hägg: SENIAM 8 European Recommendations for Surface ElectroMyoGraphy, Roessingh Research and Development, Enschede, the Netherlands, 1999

2. Fonyó Attila: Az orvosi élettan tankönyve 7. kiadás, Medicina kiadó, 2004

3. William Rose: Electromyogram analysis, 2014

szerző

Bánfi Tamás
Mechatronikai mérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)

konzulens

Dr. Aradi Petra
egyetemi docens, Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék

helyezés

II. helyezett