由体验式学习驱动的EEG项目

乍一看，电子工程教授马伟静博士放在桌子上的设备似乎是一个外部硬盘驱动器。它比智能手机略大，有哑光灰色外壳，甚至还有谢里登（Sheridan）品牌。事实上，这是一个脑电图或EEG采集系统，用于测量大脑的电活动。凭借谢里登最先进的设施中学生和教师导师的专业知识，这种创新设备被创建为传统有线解决方案的经济高效的无线替代方案。

谢里丹脑电图是一个与行业合作伙伴大脑诊断公司（一家总部位于安大略省的初创公司，致力于开发三维，源定位脑成像系统）的已有项目的衍生产品，该项目涉及一组学生，他们通过分析脑电波来检测偏头痛。作为一名医疗仪器领域的研究人员和偏头痛项目的工作人员，马很清楚许多脑电图设备的高成本。一款适用于医疗级信号的手机售价为2.5万至3万美元，与显示器相连，大小约为公文包。

“我觉得我们的学生将是研究和开发一种更小、更便宜和无线的脑电图设备的优秀候选人，”马说。三个看似简单的目标最终促成了电子工程技术员/技术项目中最雄心勃勃的18个月项目之一。在亲眼目睹了学生们在硬件设计、制造和系统编程方面的能力后，他对提出这个挑战充满信心，并认为这个项目的跨学科性质使其成为展示他们能力的理想机会。

共有14名学生、教授和技术人员参与了这个高度协作的项目。首先，选择了一个能够收集医疗级脑电图信号的主集成电路（IC），该电路必须由参与的学生组装和填充。集成电路决定决定了需要什么电路，然后是微芯片、操作系统的“大脑”、获取数据的传感器和高噪声敏感的电源系统，以确保高质量的无线信号。

“如果医疗设备通过电缆牢固地连接到工作站，它就失去了机动性和应用灵活性”——马伟静博士

马解释说，现成的脑电图采集设备一直是有线的，因为多年来硬件限制禁止无线传输，而且担心患者数据的保密性。“如今，物联网（IoT）是医疗领域的一个巨大趋势，”她说。“如果医疗设备通过电缆牢固地连接到工作站，它就失去了机动性和应用灵活性。”电子工程（Co-op）学生Alphonse Clemente在为另一个顶点项目设计物联网心率监测器后参与了EEG项目。他最初的角色是首席硬件设计师，马说他的承诺和专业知识使他成为这个项目的基石。

Clemente单枪匹马地用100多种不同的组件填充印刷电路板（PCB）。所以当它组装好，第一个工作固件被上传，设备被打开，这对他和他的团队来说是一个里程碑式的时刻。“尽管原型不是最终的，但我可以通过测试探头看到脑电图数据。这是我们团队一年多来一直在努力实现的目标，所以这是一次非常有益的经历，”他表示。

机械工程-设计和制图学生也参与了顶点项目，设计和3d打印一个案例，以保持PCB的安全。他们利用谢里登先进制造和设计技术中心的设施，自愿花时间打印多个版本。除去制造成本，Sheridan EEG的总成本为500美元，约为现成设备成本的1.65%。它有24个通道——这是医疗应用的最低要求——更重要的是，它是可堆叠的，这意味着多个设备可以协同使用，以增加将数据无线传输到计算机的通道数量。

该团队在开发阶段面临的一个挑战是微型安全数字（SD）存储，需要进一步的工作来开发其软件功能。马将这个项目描述为一个近乎完整的包，并希望继续对设备进行微调，Clemente也是如此，尽管他现在是Avnan Electro Inc.的全职电子技术专家，在那里他完成了谢里丹的合作实习。他说：“我希望看到这个项目全面完成。”“我为自己迄今取得的成就和所代表的学校感到自豪。”

“……我可以通过测试探头看到脑电图数据。这是我们团队一年多来一直在努力实现的目标，所以这是一次非常有益的经历。

总而言之，谢里登脑电图项目是应用学习和合作的一个实实在在的成功故事。马说：“我们在工程系也有其他类似的项目，学生们为工业设计PCB，但由于这个项目涉及的信号非常小，我们知道这将是一个特别具有挑战性的项目。”Clemente反思了项目的复杂性，以及拥有拥有丰富知识的同行和教师导师来应对专业挑战的重要性。“脑电图的工作经验提高了我的工程技术和团队合作能力，”他说。“我将在我的MG游戏中继续实施它们。”

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除了Alphonse Clemente和Weijing Ma博士之外，谢里丹的学生、教师和工作人员也为EEG项目做出了贡献：

• EEG学生团队：Andriy Perepelkin（电子，合作），Aaron Wang（电子，合作），Dhamil Vyas（机械设计与制图），Nebojsha Ivanovski（电子，合作）。
• 电子系：Farhang Sahba博士，Paymon Sani-Bakhtiari博士，Alexander Levchenko博士。
• 机械学院：Aravind Venkatapathy博士，Amir Alfalahi博士。
• 技术支持：Attila Nagy， Thomas King, Lawrence Porter。

上图为电子工程教授马伟静博士手持Sheridan脑电图仪

作者：片冈惠子，谢里登公关经理