Учебное пособие 2232

"ip": ..., // Enter your local ip address of server "delimiter": true, // will place `\r\n` at end of each chunk

"latency": 20000, // Time to wait between packet sends in micro seconds.. i.e. latency here is 20ms "sample_numbers": false, // Don't include sampleNumber in each sample

"timestamps": true // Include timestamps in each sample

}

Now when you start streaming data, you can simply look for `\r\n` in the incoming stream of data and each time you find it, you know you just got then end of packet and can parse everything before that `\r\n` as JSON.

5.4. SDK для платы Wifi Shield

SDK разработаны для взаимодействия стороннего микроконтроллера с WiFi Shield.

Сначала необходимо скачать и установить последнюю версию Arduino. Далее загрузить и установить OpenBCI Wifi Master. Для этого можно просто найти OpenBCI Wifi Master в Arduino Library Manager.

5.4.1. Ручная установка

Сначала необходимо загрузить последнюю версию OpenBCI_Wifi_Master (https://www.arduinolibraries.info/libraries/open-bci_wifi_master) с сайта arduinolibraries.info. Далее содержимое архива поместить в папку “OpenBCI_Wifi_Master”. Затем папку поместить по адресу:

на MacOS: /Documents/Arduino/libraries;

на Windows: C:\Users\username\Documents\Arduino\libraries.

Также можно клонировать официальный репозиторий для

OpenBCI_Wifi_Master_Library (https://github.com/OpenBCI/OpenBCI_Wifi_Maste r_Library) в папку libraries из Github с помощью клиента git.

5.4.2. Отправка данных на WiFi Shield

WiFi Shield действует как ведомое устройство SPI с платами Cyton или Ganglion. Максимальная скорость, с которой ESP8266 может работать, составляет 10 МГц. Примером является код SPISlave (https://github.com/esp8266/Arduino/blob/master/libraries/SPISlave/examples/SPISla ve_Test/SPISlave_Test.ino), на котором основан код для Wifi. Чтобы взаимодействовать с этой подчиненной библиотекой SPI, следует взглянуть на пример SPI Master, поскольку команды для получения данных и чтения регистра состояния строго определены и должны соблюдаться. Первое ограничение, которое накладывает ведомый SPI Arduino ESP8266, - это всегда отправлять 32 байта на сообщение. Формат байтового потока при передаче рассмотрен в разделе “Формат raw потока байтов”.

150

6. НАСТРОЙКА ПЛАТ CYTON И GANGLION ПЕРЕД РАБОТОЙ

6.1. Настройка для регистрации ЭЭГ

Сначала необходимо подключить провода электродов к плате Cyton, как показано на рис. 6.1. Соединения проводов представлены в табл. 6.1. Они соответствуют 8 каналам, доступным для передачи данных.

На плате Ganglion имеются штыри от 1 до 4, соответствующие 4-м входным каналам платы. Необходимо обратить внимание, что четыре переключателя на плате Ganglion должны быть установлены в положение "вниз" для регистрации ЭЭГ.

Рис. 6.1. Подключение проводов к плате Ganglion

Белый и черный электроды должны всегда соединяться с выводом SRB2 и нижним BIAS выводом, но фиолетовый и красный электроды могут быть соединены с любым из N1P через каналы N8P (или выводы 1 через 4 в случае использования платы Ganglion).

151

Опорный электрод (SRB2) необходимо закрепить на мочке уха. Относительно этого электрода будет измеряться разность потенциалов между ним и другими электродами, расположенными на голове. Электроды Fp1 и Fp2 (фронтальный полярный участок) располагаются на лобной части головы, как показано на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Международный стандарт системы 10-20 для размещения электродов ЭЭГ на голове

Электроды O1 и O2 размещаются в затылочной области. На другой мочке уха должен быть расположен черный электрод для шумоподавления. Либо A1, либо A2 из системы 10-20.

После запуска графического интерфейса OpenBCI можно увидеть процесс регистрации (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Рабочее окно программы в процессе регистрации

152

Для включения и отключения каналов можно использовать круглые кнопки с номерами внутри (рис. 6.4).

Рис. 6.4. Включение и отключение каналов

Для проверки работоспособности оборудования можно проверить возникновение некоторых мозговых волн.

Самый простой способ сознательно производить мозговые волны - закрывание и открывание глаз. Когда это происходит, то затылочная область (часть головного мозга, ответственная за обработку визуальной информации) входит в состояние альфа-волны с частотой от 7,5 до 12,5 Гц. Альфа-волны мозга являются самыми сильными ЭЭГ волнами. Исторически считается, что они представляют собой активность зрительной коры головного мозга в состоянии покоя. Альфа-подобные волны называются μ–волнами, которые возникают над двигательной корой головного мозга.

При закрывании глаз появится сильный альфа-всплеск, который будет виден и на графике быстрого преобразования Фурье (FFT), и на графике в правом нижнем углу графического интерфейса (рис. 6.5). Пик должен быть гдето между 7.5-12.5 Гц на оси х графика FFT, что указывает на сильное присутствие волн в этом диапазоне частот. Программа позволяет делать скриншоты рабочего окна при нажатии на кнопку “m”.

153

Рис. 6.5. Альфа-всплеск

На рис. 6.5 видно, что самые сильные альфа-волны появляются на канале 7 электрода O2 (затылочная область). Можно подсчитать количество волн в одном 1-секундном временном интервале на канале 7. Число волн должно соответствовать показаниям по оси X на графике БПФ.

6.2. Настройка для регистрации ЭКГ

Для регистрации одного канала ЭКГ понадобятся три электрода. Один заземляющий и два активных для снятия сигнала. Необходимо подключить два электрода к верхнему и нижнему контактам N1P, а последний контакт к контакту AGND (рис. 6.6).

При использовании платы Ganglion необходимо проверить, что на плате доступны для регистрации 4 дифференциальных канала. Для этого все четыре переключателя на плате должны быть в положении “UP” по умолчанию. Заземляющий электрод должен быть подключен к нижнему контакту “D_G” (управляемая “земля”). Нижний ряд штырей находится ближе к поверхности платы. Для каждого канала требуется два электрода - один подключен к верхнему контакту, другой - к нижнему контакту. Соответственно можно подключить до четырех электродов на груди к входным каналам с 1 по 4. Таким

154

образом, для использования всех 4-х каналов необходимо взять девять кабелей (включая заземляющий электрод).

Рис. 6.6. Подключение электродов

Заземляющий электрод необходимо располагать на костной части грудной клетки. Электроды (положительный и отрицательный) необходимо располагать по обе стороны от костной части грудной клетки. Таким образом, будет регистрироваться разность потенциалов.

После открытия графического интерфейса необходимо выключить все каналы, которые не подключены к электродам. Затем надо перейти в раздел параметры оборудования и выключить SRB2 для всех каналов, для которых происходит потоковая передача данных.

6.3. Настройка для ЭМГ

Чтобы определить количество электродов, нужное для регистрации ЭМГ, необходимо сложить два электрода для каждой группы мышц, с которых будет проводиться регистрация, и один общий электрод, выступающий в качестве заземления. Пары электродов для каждой группы мышц будут служить в качестве положительных и отрицательных выводов, через которые можно обнаружить разность потенциалов.

Далее необходимо подключить каждую электродную пару (для каждой группы мышц) к верхнему и нижнему контактам каждого ряда N(x)P, где x- любое из чисел, соответствующих каналу графического интерфейса. Дополнительно необходимо соединить вывод заземляющего электрода с выводом AGND на плате Cyton.

При использовании платы Ganglion необходимо проверить, что на плате доступны для регистрации 4 дифференциальных канала. Для этого все четыре переключателя на плате должны быть в положении “UP” по умолчанию. Заземляющий электрод должен быть подключен к нижнему контакту “D_G” (управляемая “земля”). Нижний ряд штырей находится ближе к поверхности

155

платы. Для каждого канала требуется два электрода - один подключен к верхнему контакту, другой - к нижнему контакту.

Таким образом, для использования всех 4-х каналов необходимо взять девять кабелей (включая заземляющий электрод).

На рис. 6.6 показано, как положительные и отрицательные клеммы (желтый и зеленый) соединены с верхним и нижним выводами N1P. После запуска графического интерфейса данные от контактов N1P будут отображаться на канале 1 в виджете временных рядов.

Для расположения электродов на теле необходимо выбирать группы мышц, которые можно легко сгибать и расслаблять (рис. 6.7). Один электрод необходимо поместить у основания мышцы, а другой электрод - на кончике мышцы. Порядок расположения не имеет значения, так как они оба связаны с одним и тем же номером канала. Заземляющий электрод необходимо разместить на костистой части тела с минимальным количеством мышц (например, локоть, коленная чашечка).

Рис. 6.7. Расположение электродов

После открытия графического интерфейса необходимо выключить все каналы, которые не подключены к электродам. Затем надо перейти в раздел «Параметры оборудования» и выключить SRB2 для всех каналов, для которых происходит потоковая передача данных.

Графический интерфейс OpenBCI имеет виджет для визуализации данных ЭМГ. Чтобы просмотреть его, необходимо нажать на выпадающее меню в разделе "FFT Plot", а затем выбрать " EMG. Каждый круг в виджете представляет собой канал потоковой передачи. Круг и квадрат заполняются по мере увеличения интенсивности сигнала на этом канале.

6.4. Головная гарнитура для регистрации ЭЭГ

На рис. 6.8 показан внешний вид головной гарнитуры, изготовленной с применением 3D-печати, предназначенной для работы с системой OpenBCI.

156

Рис. 6.8. Головная гарнитура для регистрации ЭЭГ

Гарнитура имеет возможность подключения 35-ти электродов. Чем больше электродов используется, тем меньшее давление оказывается на кожу головы, и ношение гарнитуры становится более удобным.

Сам каркас гарнитуры имеет несколько вариантов размеров: для маленькой окружности головы 42-50 см, для средней окружности головы 48-58 см, для большой окружности головы 58-65 см. Гарнитура имеет возможность прикрепления ремней для ее плотной фиксации на голове.

Переднюю и заднюю половины гарнитуры можно напечатать отдельно и в дальнейшем склеить.

Поскольку печать требует наличия запаса для вспомогательного материала, рекомендуется использование принтера типа Prusa i3 с площадью сборки 250 мм на 250 мм. Но абсолютная минимальная площадь сборки, необходимая для печати гарнитуры, составляет 130 мм на 210 мм. Основание гарнитуры также возможно печатать не половинами, а четвертями.

На рис. 6.9 показана правильная трехмерная ориентация печати половин основания гарнитуры. Необходимо обратить внимание, как плоские стороны (половинки основания) сидят на светло-серой строительной пластине.

Половинчатые узлы полностью плоские по краю, поэтому они правильно поддерживаются при контакте с пластиной сборки. Модель должна быть правильно размещена в программном обеспечении при подготовке 3D-печати. Плоская сторона модели должна быть обращена вниз на платформу. Гарнитура предназначена для печати с использованием экструзии FDM.

157

Рис. 6.9. Правильная трехмерная ориентация печати

Общий вид распечатанных основания гарнитуры, гаек для вклеивания в гарнитуру, корпуса для крепления печатной платы регистратора показан на рис. 6.10.

Рис. 6.10. Общий вид распечатанных изделий

Внешний вид собранных электродов со штырьковыми контактами показан на рис. 6.11.

158

Рис. 6.11. Электроды со штырьковыми контактами

Внешний вид собранных электродов с плоскими контактами показан на рис. 6.12.

Рис. 6.12. Электроды с плоскими контактами

Внешний вид электродов для комфортного ношения гарнитуры показан на рис. 6.13.

Рис. 6.13. Электроды для комфортного ношения гарнитуры

159