EEG Sensör Katmanının Temel Özellikleri
Bir proje gereksinimleri çerçevesinde elektroensefalogram (EEG) cihazı seçerken, özellikler ve fiyat/performans dengesi kurarak mümkün olan en yüksek performansı bulmak önemlidir. Bu blog yazısı, seçim sürecine yardımcı olacak kılavuzlar sunmak amacıyla, sensör tipi (kuru/ıslak), koruma ve elektrot yerleşimi de dahil olmak üzere EEG sensör katmanı özelliklerine odaklanmaktadır.
1. EEG başlık sensör katmanı
EEG aktivitesi iki elektrot arasındaki voltaj farkı ölçülerek kaydedilir. Genellikle sabit bir elektrot referans olarak seçilir ve diğer tüm elektrotların sinyalleri buna göre hesaplanır. EEG başlıklarında üç tür elektrot bulunur:
- Kayıt elektrotları: Ölçüm yapmak istediğimiz belirli kafa derisi bölgelerine yerleştirilir.
- Referans elektrot: Sinyali, her kayıt elektrotunun sinyalinden çıkarılan elektrottur.
- Topraklama elektrot: Hem amplifikatörü hem de vücudu aynı potansiyele getirmek ve ortak-mod girişimini azaltmak için kullanılır.
Elektrot sayısından bahsedilirken yalnızca kayıt elektrotları kastedilir çünkü referans ve toprak elektrotları her zaman gereklidir. Örneğin 32 kanallı bir EEG cihazında 32 kayıt kanalı bulunur; buna ek olarak referans ve topraklama elektrotları da vardır.
EEG kanallarının sayısı, işleyebileceğimiz bilgi miktarını belirler. Her ne kadar genelleme yapmak zor olsa da, genel bir sınıflandırma şöyle olabilir:
< 64 kanal: Kaynak lokalizasyonu ve ileri sinyal işleme gerektiren, çok ayrıntılı ve bölgesel beyin süreçlerine odaklanan yüksek yoğunluklu nörogörüntüleme ve EEG araştırmaları.
32–64 kanal: Kaynak lokalizasyonu veya EEG görüntülemeye dayanan, yoğun artefakt filtreleme gerektiren nörogörüntüleme çalışmaları.
19 kanal: Klinik araştırma ve uygulamalarda kullanılan standart 10–20 sistemine dayalı EEG.
16–32 kanal: Beyin-bilgisayar arayüzleri, biyomedikal mühendisliği, sinir mühendisliği ve psikofizyoloji gibi uygulamalı nörobilim alanları.
8–16 kanal: Motor ve bilişsel nörorehabilitasyon ile tüketici nörobilimi gibi alanlarda kullanılan nöroteknoloji uygulamaları; genellikle ölçülecek beyin bölgesi ve aktivite önceden bellidir.
<8 kanal: Belirli bir sinirsel sürecin ölçüldüğü, kurulumun hızlı ve basit olması gereken çok özel uygulamalar (örneğin tek kortikal bölgede geleneksel nörofeedback veya uyku EEG ölçümleri).
2. EEG elektrotlarının yerleştirilmesi (sabit ve değiştirilebilir)
EEG sensör yerleşimleri genellikle Uluslararası 10–20 Sistemine göre yapılır. Bu sistem, elektrotları kafa derisindeki konumlarına ve ölçtükleri beyin bölgelerine göre adlandırır. Elektrot etiketlerindeki harfler beyin bölgesini gösterir: prefrontal (Fp), frontal (F), santral (C), temporal (T), parietal (P) ve oksipital (O). Tek sayılar sol yarımküreyi, çift sayılar sağ yarımküreyi ifade eder; orta hat üzerindeki elektrotlar ise “z” harfiyle gösterilir. Sensörler arası mesafe oranına göre 10–5, 10–10 ve 10–20 sistemleri bulunur. Araştırma sonuçlarının karşılaştırılabilir olması için 10–20 standardına uymak önemlidir.
Ticari EEG başlıklarında sensör konumları sabit ya da değiştirilebilir olabilir. Değiştirilebilir sensörlü sistemler, geniş kapsama ve esneklik sağladığı için keşif amaçlı araştırmalarda daha uygundur. Sensörleri sabit olan sistemler ise elektrot yerinin hep aynı olduğu nöroteknoloji uygulamalarında tercih edilir; kullanım kolaylığı ve konfor ön plandadır.
3. EEG Sensörlerinin Türleri
Kuru EEG, yarı kuru EEG, salin EEG, jel EEG elektrotları: Bu elektrotlar arasındaki fark, iletkenliği artırmak amacıyla elektrot ile kafa derisi arasına uygulanan elektrolitik maddedir.
- Kuru EEG elektrotları jel veya sıvı gibi iletken maddeler gerektirmez ve doğrudan saçlı deriye temas eder. En büyük avantajları hızlı takılmaları, ek ekipman gerektirmemeleri, işlem sonrası temizlik zahmeti olmaması ve hijyen sürecinin daha kolay olmasıdır. Dezavantajı ise elektrot ile cilt arasındaki elektriksel direncin yüksek olmasıdır; bu da sinyalde daha fazla gürültü ve bozulmaya yol açar. Bu nedenle jel kullanılan sistemlerle aynı sinyal kalitesini elde etmek için daha güçlü bir amplifikatör gerekir: giriş direnci yüksek olmalı ve elektrik hattı ya da hareket kaynaklı parazitleri azaltan aktif koruma teknikleri bulunmalıdır. (Bkz. Li ve ark., 2018.)
- Islak EEG sistemlerinde elektrot ile saçlı deri arasına jel, tuzlu su veya benzeri iletken bir madde uygulanır. Bu sayede temas kalitesi artar, cilt-elektrot arayüzündeki direnç düşer ve gürültü ile sinyal bozulmaları azalır; böylece sistemin performansı iyileşir. Klasik jel tabanlı sistemlere ek olarak yalnızca musluk suyu kullanan yarı kuru elektrotlar ve iletkenliği artırmak için tuzlu çözelti kullanan seçenekler de vardır.
Bu tabloda, Searle ve ark., 2000; Grozea ve ark., 2011’den uyarlanan bazı özellikleri özetliyoruz.
Burada dikkate alınması gereken iki önemli nokta var:
- Kuru veya yarı kuru sensörler için iyi tasarlanmış EEG amplifikatörleri, daha yüksek teknik kapasiteye sahip oldukları için jel ya da tuzlu su kullanılan sistemlerle de sorunsuz çalışabilir. Ancak tersi geçerli değildir; uygun olmayan bir amplifikatörle kuru/yarı kuru sensör kullanılırsa sinyal kalitesi düşer ve gürültü ile bozulmalar artar.
- Sensör seçimi; konfor, kullanım kolaylığı ve ergonomi nedeniyle hangi uygulamaların yapılabileceğini belirler. Ancak doğru seçim yapabilmek için amplifikatörün teknik özellikleri (örneğin koruma yapısı ve giriş empedansı) de mutlaka dikkate alınmalıdır.
Genel seçim kuralı şudur: Elektrot ile cilt arasındaki iletkenlik ne kadar yüksekse (cilt hazırlığı ve kullanılan iletken maddeye bağlı olarak), sinyal iletimi ve amplifikatörün teknik gereksinimleri o kadar azalır. Ancak bu durum genellikle konfor ve kullanım kolaylığının azalması pahasına gerçekleşir.
4. EEG sensörünün parazit koruması
Aktif ve pasif elektrotlar arasındaki temel fark yapısaldır. Aktif elektrotlarda algılama kısmı ile kablo arasında yerleşik bir elektronik devre bulunur. Pasif elektrotlarda ise bu iki kısım doğrudan birbirine bağlıdır.
Aşağıdaki tablo, aktif ve pasif elektrot sistemlerinin avantaj ve dezavantajlarını özetlemektedir.
5. EEG elektrot kablosu korumasi
Aktif koruma, pasif koruma ve korumasız kablo: Bu, EEG sinyalini elektromanyetik parazit ve gürültüden korumak için kablo tasarımı ve ekrana gönderilen sinyal türlerini kapsar.
EEG ölçümleri sırasında elektromanyetik girişim yaygındır ve kaydedilen sinyallere elektriksel gürültü ekler. Bu girişimler, devre bileşenleri birbirine yakın olduğu için oluşan kaçak kapasitans nedeniyle ortaya çıkar. Sonuç olarak cihaz ve kullanıcı; bilgisayarlar, güç kaynakları, AC hatları ve radyo vericileri gibi çevresel parazit kaynaklarından etkilenir.
Korumasız kablolar en basit yapıya sahiptir ve yalnızca EEG sinyalini taşıyan tek bir iletken içerir. Bu iletken dış ortama açık olduğu için sinyal; katılımcı hareketleri ve elektromanyetik parazitler dahil her türlü dış etkene karşı oldukça hassastır.
Parazitleri azaltmanın önerilen yolu kabloyu korumaktır. Ekranlama, iç iletkenin etrafını örgülü bir dış iletkenle kaplayarak koaksiyel kablo yapısı oluşturur. Bu dış katman Faraday kafesi gibi davranarak elektriksel gürültüyü azaltır; sinyal iç kablodan korunarak ilerlerken dış örgü katman dış parazitleri engeller.
Bu örgü katman iki farklı şekilde bağlanabilir ve böylece aktif veya pasif ekranlama elde edilir:
Pasif ekranlama, ekran sabit bir potansiyele (genellikle toprak hattına) bağlanır.
Aktif ekranlama ise iç iletkendeki sinyal dış örgü katmanına geri beslenir (yani iç ve dış iletken aynı potansiyele sahip olur).
EEG ölçümlerinde beyin gibi düşük genlikli ve yüksek empedanslı bir sinyal kaynağı kullanıldığında, iç iletkenin dış ortamdan tamamen izole edilmesi önemlidir. Bunu sağlamanın en etkili yolu aktif ekranlamadır; böylece iç iletken ile dış örgü arasındaki kaçak kapasitanslar ortadan kalkar ve sinyal çevreden tamamen korunur. Ekranlama performansı kaliteye göre artar: ekran yok → pasif ekran → aktif ekran.
Genel kural olarak, daha iyi ekranlama amplifikatöre daha yüksek kalitede sinyal iletimine imkan verir. Aktif ekranlama, yüksek sinyal kalitesi sağlarken maliyeti düşük olduğu için EEG amplifikatörlerinde standart hale gelmektedir.
Gerçek Hayat Örnekleri
Diadem EEG: Yalnızca frontal ve posterior beyin bölgelerini ölçmesi gereken (laboratuvar içi ve dışı) sinirbilim uygulamalarına olanak sağlamak üzere, kendi kendine takılabilme özelliğine sahip ilk güvenilir EEG cihazı (çok yüksek sinyal kalitesi) olarak tasarlanmış bir mobil cihaz.
Kurulum videosunu izlemek için BURAYAtıklayınız.
Versatile EEG: Araştırma uygulamaları için en pratik EEG sistemi olarak tasarlanmış olup, çevresel veya katılımcı kaynaklı parazitlerin olduğu durumlarda bile çok iyi sinyal kalitesi sunar. 8, 16, 32 ve 64 kanallı bu çok amaçlı yarı kuru EEG başlıkları, beynin elektriksel aktivitesinin gerçek zamanlı olarak kaydedilmesine olanak tanıyan mobil EEG cihazlarıdır ve 24 bit çözünürlükte 256 Hz örnekleme hızına sahiptir.
Kurulum videosunu izlemek için BURAYAtıklayınız.
