#biosignals

[caccienne]

Biophysics 😱 exam tomorrow, wish me luck!

[up8photographer]

💓 Ultrasonic sensor capable enables cuffless, non-invasive blood pressure measurement

Ultrasonic sensor capable enables cuffless, non-invasive blood pressure measurement

A new technology has been developed that enables cuffless noninvasive blood pressure monitoring by using ultrasonic to track real-time chang

[iamterryclark-blog]

8th December - EMG Workshop

Today at Goldsmiths University I attended a workshop around using Electromyography (EMG) as creative muscle sensors. Atau Tanaka lead the discussion by describing how the body produces it’s energy. 

For a gesture to be recognised, as we tense our arms our brain sends messages over to the nerves which connect to our muscle. From here, our synapses fire unpredictably and send a signal through to our skin layer to the EMG via pads placed on parts of the body.

I learnt that by placing a positive and negative node on each elbow crease on each arm and the ground on a boney part of the body, I would then be able to capture the heartbeat by taking the differential signal of both the positive and negative nodes. This is because it measures a particular group of muscles between the two nodes, in this case the full torso.

We described also some types of embodied interactions, in particular volitional movement, when an intended movement over time wants to be classified, a Gesture. And also, static gestures or Postures.

Feature extraction options seems to be implementing a windowed averaging across 10/12 sections of the length in the ‘Search Space’, across our buffer of EMG signals.

[8tak4]

生体センサ BITalino 入門 - 購入から簡易な使い方まで

私自身生体計測に関する研究をしているのもあるのですが、Fitbit や Apple Watch といった汎用の活動量計や、Interface でウェアラブルセンサの自作などが紹介されるようになり、ここ最近このあたりの分野が普及しはじめてアツくなっているように感じられます。

Interface 2016年9月号 "スポーツに健康に！ウェアラブル人間センサ入門"

Interface 2015年4月号 "生体センシング入門"

上記の雑誌では回路設計からディジタル信号処理まですべて DIY のため、面白みはありますがやや敷居が高く思いました。 今回は、回路やフィルタ設計などは不要でアプリケーションへの応用が手軽に可能な生体計測キット "BITalino" の紹介をします。研究費で購入したのですが、Web 上の情報が少ないことや初期段階で細かいトラブルが多く発生して大変でした。本エントリでは入手方法から簡単な測定方法までをまとめていきます。

BITalino とは

Wikipedia を引用させていただきます。

Arduinoなど他のシングルボードコンピュータとは異なり、生体信号の取得に適した仕様になっている。（中略）それまでは表面筋電図(EMG)、心電図(ECG)、皮膚電位(EDA)、脳波(EEG)のような生体信号に縁の無かった人たちでも専門的な知識が無くてもそれらを利用したアプリケーションを手軽に開発することを企図している。

BITalino - Wikipedia, CC BY-SA 3.0

さまざまな生体信号を手軽に計測できるのがウリのようです。医療機関向けなどではないので厳密な精度を求めるには厳しいですが、ある程度の特徴は計測でき、応用し甲斐がありそうです。

機器の選定

動作させるには、少なくとも以下のものが必要になります。

メイン基盤

センサ（脳波、表面筋電位、心電位、皮膚電位）

バッテリ

電極ケーブル（参照電極つきの3極のものを一つ。計測部位を増やす場合は参照電極のない2極のものを使用します）

センサケーブル（センサとメイン基盤を接続する）

使い捨てのゲル付き電極

これらを簡単に揃えるには、キットを購入するのが手っ取り早くおすすめです。キットには以下の3種類があります。

Board Kit: ベーシックなキットで、メイン基盤とセンサは一体となっています（センサケーブルは必要ありません）。

Freestyle Kit: Board Kit と内容物はほとんど同じですが、メイン基盤の Bluetooth モジュール、MCU ユニット、電源、センサがそれぞれ分離されています。

Plugged Kit: Board Kit に対してメイン基盤とセンサが分離されています。

これらはそれぞれ Bluetooth 版と Bluetooth LE 版が存在し、接続させる機器や使用する API によってサポートされる範囲が異なるので注意が必要です。API との互換性に関してはこちらをご参照ください。

購入前の注意

センサケーブルは Plugged Kit には 1 本しか含まれていないため、複数の生体信号を計測する場合は使用するチャンネルと同じ本数を揃える必要があります。また、センサケーブルは 3 極のものを任意の 1 チャンネルに使用し、残りのチャンネルには 2 極のものを使用します。キットには 3 極のセンサケーブルが 1 本、2 極のセンサケーブルが 1 本含まれているため、3 チャンネル以上同時に使用する場合は別途センサケーブルを追加購入しなければなりません。

キットにはセンサの各種類が 1 つづつ含まれていますが、例えば脳波を複数チャンネル計測する場合にはそのチャンネルと同じ個数のセンサが必要になります。

PC と BITalino との接続に関して、Bluetooth の USB ドングルは公式で販売されているもの以外を使用すると PC との接続が不安定となったため、Bluetooth 2.0, LE のいずれかをキットに合わせて購入するとよいでしょう。API を利用する場合は非公式の Bluetooth アダプタでも構いませんが1、後述する計測用ソフトウエア "OpenSignals" の動作には公式ドングルが必要になります。

購入方法

BITalino 公式ストア、または唯一の国内の代理店であるクレアクトから購入できます。どちらもメールでの購入相談などに丁寧に対応してくれるので、ポチる前に用途などを相談してみるとよいと思います。技術的な仕様に関しては、クレアクトに問い合わせると代わりに BITalino と対応してくれます。

センサのオーダーメイド

特別な理由で増幅率やフィルタのカットオフ周波数をカスタマイズしたセンサを製作したい場合も、BITalino やクレアクトに問い合わせれば対応してくれます。カスタムセンサが設計され次第、計測された試験データと価格の見積もりなどを受け取ることができます。価格はセンサの仕様によって左右されるとのことなので一概には言えませんが、過去に設計されたことのある仕様ならばそれを再利用できるため比較的安く製造できるようです。

OpenSignals による動作確認

機器が手元に届いたら、早速動作確認をしてみます。BITalino から OpenSignals という計測用ソフトウエアが配布されているので、まずはこちらを使用していきます。ここから先は、BITalino の Bluetooth LE 版をもとに進めていきますが、通常の Bluetooth 版でも同様に動作できます。

起動までの準備

OpenSignals は Windows (64 / 32bit), maxOS, Linux 向けのパッケージをそれぞれダウンロードできるので、自身の環境に合わせてインストールインストールしてください。Windows, macOS はインストーラに沿って進めれば OK ですが、Linux 版は tar.gz を展開した中の Makefile を元に make install する必要があります（/opt 以下に配置されます）。また、動作には別途 Google Chrome が必要になるのであらかじめインストールしてください2。

インストールが終了したら、公式の USB ドングルを接続します。BLE の公式ドングルは BLED112 というもののようで、Windows の場合はドライバを手動でインストールしなければなりません3。リンク先の "BLED112 Windows Driver" からダウンロードできますが、Silicon Labs のアカウント作成が必要になります4。 ちなみに、Bluetooth 2.0 のドングルは以下のスクリーンショットのように、別途ドライバをインストールしなくても接続するだけで勝手にやってくれるようです。

ドライバをインストールしたら、デバイス マネージャーからドングルを認識できているか確認します。"Bluegiga Bluetooth Low Energy" と表示されているものが公式の BLE ドングルになります。macOS や Linux の場合はデバイスファイル /dev/ttyACM0 として作成されます。

ようやく起動

ここまで来たら、ようやく起動です。よしなに電極を貼り付けて、ケーブルをメイン基板のアナログチャネル（A1-A4 は 10bit 整数値、A5 と A6 は 6bit 整数値で計測されます）に接続します。センサの裏側のロゴが印字されたほうに基板を、センサ名が書かれたほうに電極を接続してください。

BITalino 本体にバッテリを接続し、電源を入れて白色 LED が点滅することを確認してください。OpenSignal を起動し、下側の検索アイコンを選択すると起動中のデバイスが表示されるはずです。

デバイスのロゴ付近をクリックすると、測定に関する詳細な設定ができます。以下のパラメータを変更できます。

サンプリング周波数

使用チャンネル（すべて有効にしてもよいですが、ファイル出力で余計なカラムが出力されてしまうので必要なチャンネルのみを有効にするとよいです）

デジタル入力の有無

トリガの有無（要検証）

各チャンネルの名称を、あとでわかりやすいように設定できます

"RAW" の部分はほかのセンサ名に変更可能です（計測される数値には影響ありません）。

青文字の部分は任意の文字列を指定できます。

測定とファイル出力

左端の測定ボタンをクリックするとすぐに測定が開始されます。波形はリアルタイムに表示されるので、正しく計測されているか一目で確認できます。以下は Ch1 に心電図、Ch2 に筋電図を割り当てたようすです5。

計測をストップさせ、初期画面に戻ったところでフロッピーディスクのアイコンを選択するとファイル出力の設定に移ります。ここで、保存ディレクトリやファイル形式などを選択できます。

ちなみに、出力されたデータはこちらの Gist のようになります。タブ文字区切りのデータになるため、スクリプトなどで読み込む場合はパーサを自作することになると思います（そのうちパースに関するエントリを書くかもしれません）。

まとめ

BITalino の購入から動作確認までの流れを説明しました。接続不良などで意外と時間をとられたので、これから始める方の助けになれば幸いです。近いうちに API を用いた計測などのエントリを書くかもしれません。

さらに詳しい技術仕様などは、以下をご参照ください。

BITalino Manual

OpenSignals Datasheet

また、BITalino Forum ではユーザの質問に対して公式が回答してくれるので、疑問やトラブルが発生したらこちらを検索してみるとよいでしょう。

サードーパーティの Bluetooth アダプタを利用する場合のペアリングコードは 1234 です。 ↩︎

OpenSignals 起動後に Google Chrome のバージョンがサポート対象外という旨の警告が出る場合がありますが、無視して最新版の Google Chrome をインストールしておいても問題無さそうです。 ↩︎

BITalino のサイトには書かれていない。なんとも不親切な！ ↩︎

Silicon Labs のアカウント作成が面倒なので、Google Drive に置いておきました (MD5: 0fd8ed968899a3b333519a6548856ca4) ↩︎

心電図は3極の電極ケーブルを用いて、3点誘導（左右の鎖骨のあたりに基準電極と参照電極、左脇腹あたりに+の電極）で貼り付けました（詳しい貼り付け位置はこちらを参照: https://www.kango-roo.com/sn/k/view/2170 ）。 ↩︎

[embeddscom]

Great tool to play with biosignals - biomedical shield for arduino

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Medical equipment is expensive and not always accessible for wide audience. In fact in any biomedical measuring instrument there are nothing very special – here you can find ADC, analog front-end with low noise op-amp, some sort of controller. But the main part what makes it different from consumer electronics is safety. Because device is connected to your body through some sort of electrodes,…

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[altscifi]

Spider, Synapse, Intimacy

Artist: Anouk Wipprecht

Perched on the wearer’s shoulders are animated robotic limbs that eerily crawl around the body.

The robotic dress both incites the curiosity of passersby by coyly dancing around the wearer’s body, while at the same time protecting the wearer if somebody approaches too fast or comes too close.

Sensing the approach of the invader, and sensing nearby movement, the unsettling arachnid limbs jerk and twitch. This protects its wearer if anyone comes too close by a series of attack modes.

It’s a self-defending mechanism projected as host instrument on the wearer’s body...

A lot of my designs are based on animalistic instincts — instincts that in the past have been ours but got lost in time as our rational existence took over. I look into ways of giving the means of these instincts back to humanity, using technology as the sensing agent. [...]