Arduino: TDCS Simples. Transcranial Direct Current Stimulator (tDCS) - DIY

Introduction: Arduino: TDCS Simples. Transcranial Direct Current Stimulator (tDCS) - DIY

About: Estudante de Biomedicina na Univap & Dev | Portfólio: https://github.com/MateusAquino/

Aviso: este modelo de tDCS deve ser utilizado para fins de estudo ou testes - não possui mecanismos de suavização ou segurança avançados, e seu uso frequente e prolongado pode causar dores de cabeça. Para uso recorrente compre um estimulador comercial avançado.

Não utilize para fins profissionais ou em indivíduos com epilepsia.

Para fazer este tDCS você precisará apenas de um arduino, resistor, capacitor e alguns cabos

Componentes

  1. Arduino
    • Pino D13 como saída PWM (pode ser alterado).
    • Pino A0 como entrada analógica (para feedback de corrente).
    • Pino GND apenas para GND.
  2. Resistor (~470 Ω, mas provavelmente entre 300-1000 Ω funciona, você precisará alterar no código fonte)
  3. Capacitor (220 μF). Serve para estabilizar os pulsos do PWM.
  4. Eletrodos de Esponja (Use água salina para molhá-lo).

Como funciona

O Arduino calcula a corrente padrão (pode ser alterado) que passará pelo seu cérebro apenas por mudar a voltagem de saída. Você também pode alterar o valor do target_mA pelo serial CLI (Console).

Step 1: Saiba Mais

Você deve ler mais sobre tDCS primeiro. Não é aprovado pelo FDA e pode ser prejudicial a sua saúde, principalmente se você não sabe nada sobre os efeitos colaterais, precauções e dentre outros...

Step 2: Monte O Circuito Abaixo

Não se esqueça das esponjas com água salina!

Step 3: Instale O Código No Seu Arduino

Lembre-se de alterar as configurações e parametros na área de HARDWARE PARAMS e CONFIGURABLE PARAMS.

Você também deve alterar o boud rate do Serial para: 115200 para poder ver o resultado.

Para executar comandos, troque o No Line Ending para Carriage Return.

O código fonte + tutorial também podem ser encontrados no repositório: https://github.com/MateusAquino/tDCS_arduino_simplest

Código:

const String ver = "2.0m";
//HARDWARE PARAMS const int analogInPin = A0; // Entrada do Analógico const int analogOutPin = 13; // Saida D13 padrão float maxOutV = 5.0; // A voltagem de saída PWM padrão do Arduino [V] float maxRefInV = 1.1; // Referencia à voltagem analógica [V] float R = 470.0; // Resistencia da corrente [Ohm]

//CONFIGURABLE PARAMS bool plotter = false; // Defina: true, caso esteja usando o Serial plotter bool putty = false; // Defina: true, caso esteja usando o PuTTT (pode ser alterado no CLI) int maxmin = 30; // Tempo (em minutos) necessário para desligar [Min] float target_mA = 2.73; // Essa é a corrente que passará pelo seu cérebro!!! [mA] float epsilon_mA = 0.03; // Diferença máxima entre a corrente real e o target_mA (Não altere caso não saiba o que está fazendo!)

//INIT GLOBALS int state = 1; /* -1 - Cérebro não identificado 0 - Voltagem sendo alterada para definir a corrente padrão 1 - Tudo certo. Você esta na corrente definida -10 - Voltagem desligada */ float outV = maxOutV; // Voltagem int debounced_state = 0; int zeros_len = 0; float smoothed_mA=0;

String commandString = ""; //for CLI

//FEEDBACK HELPERS float computeOutVoltage(float V, float new_mA){ if(abs(new_mA-target_mA)maxOutV){ state = -1; // resistência muito alta -> cérebro não encontrado? return maxOutV; //return maxOutV/5.0; // para segurança } state = 0; return 0.1*new_V+0.9*V; //return new_V; }

int convertVtoOutputValue(float V){ return constrain(int(V/maxOutV*255), 0, 255); }

float sensorValue2mA(int sensorValue){ float sensorVoltage = sensorValue/1023.0*maxRefInV; float sensor_mA = sensorVoltage/R*1000.0; return sensor_mA; }

int debounced_state_compute(int state){ if(state < 0) { zeros_len = 0; return state; } if(state == 1){ zeros_len = 0; return 1; } if(debounced_state == 0){ return 0; } if(state == 0){ zeros_len++; if(zeros_len>5) return 0; } return 1; }

unsigned long start, endc; void process_feedback(){ int sensorValue = analogRead(analogInPin); float new_mA = sensorValue2mA(sensorValue); smoothed_mA = 0.2*new_mA+0.8*smoothed_mA; float V = outV; outV = computeOutVoltage(V, new_mA); analogWrite(analogOutPin, convertVtoOutputValue(outV)); debounced_state = debounced_state_compute(state); // Exibir informações no CLI endc = (millis()-start)/1000; String tv = "[", ttm = "mA/", tsm = "V, ", ts = "mA] | Estado: ", h = " | Tempo: ", s = ":", leadM = "", leadS = "", plotT = "Target: ", plotmA = "\tSmoothed MA: ", plotMin = "\tMin: ", tempo; unsigned long tmin = endc/60-((endc/60)%1); // Formatação if (endc%60<10) leadS = "0"; if (tmin<10) leadM = "0"; if (endc%60==0) tempo = leadM + tmin + s + "00 "; else tempo = leadM + tmin + s + leadS + endc%60 + " "; if (debounced_state>=0) ts = ts + "+"; // Parar automaticamente if (tmin>maxmin) stop_device(); String txt; if (plotter) txt = plotT + target_mA + plotMin + "0" + plotmA + smoothed_mA; else txt = tv + V + tsm + smoothed_mA + ttm + target_mA + ts + debounced_state + h + tempo; if (putty) Serial.print("\r\e[?25l" + txt); else Serial.println(txt);

// wait 2 milliseconds before the next loop // for the analog-to-digital converter to settle // after the last reading: delay(5); }

void stop_device(){ state = -10; analogWrite(analogOutPin, 0); clearAndHome(); Serial.println("Sessão tDCS interrompida"); Serial.println("------------------------"); help(); }

//CLI HELPERS void clearAndHome() { Serial.write(27); Serial.print("[2J"); // limpa a tela Serial.write(27); // ESC Serial.print("[H"); // \r if (!putty) for (int i = 0; i<=30; i++) Serial.println(""); }

void help(){ Serial.println("tDSC arduino, ver "+ver); Serial.println("'?' - ajuda"); Serial.println("'max_time ' - atualiza o tempo máximo (em minutos)"); Serial.println("'target_mA ' - atualiza o target (mA)"); Serial.println("'epsilon_mA ' - atualiza o epsilon_mA (mA)"); Serial.println("'R ' - atualiza a resistência do hardware (Ohm)"); Serial.println("'putty ' - muda a formatação de saída pro PuTTY"); Serial.println("'stop' - para a estimulação"); Serial.println("'restart' - inicia/reinicia a estimulação & o timer"); Serial.println("'continue' - continua a estimulação"); Serial.print("\n\rEstado:\n\r * max_time: "); Serial.print(maxmin); Serial.print(" minutos\n\r * target_mA: "); Serial.print(target_mA); Serial.print(" mA\n\r * epsilon_mA: "); Serial.print(epsilon_mA); Serial.print(" mA\n\r * R: "); Serial.print(R); Serial.println(" Ohms"); }

bool parse_param(String &cmdString){ int spacePos = cmdString.indexOf(' '); if(spacePos<=0) return false; String command = cmdString.substring(0, spacePos); String fval = cmdString.substring(spacePos+1); if(command=="putty") if (fval=="true"){ putty = true; return true; }else if (fval=="false"){ putty = false; return true; } float val = fval.toFloat(); if(command=="target_mA"){ if(val<=0.0 or val>100.0){ return false; } target_mA = val; clearAndHome(); help(); }else if(command=="epsilon_mA"){ if(val<=0.0 or val>0.3){ return false; } epsilon_mA = val; clearAndHome(); help(); }else if(command=="R"){ R = val; clearAndHome(); help(); }else if(command=="max_time"){ maxmin = val; clearAndHome(); help(); }else{ return false; } return true; }

//SETUP AND MAIN LOOP void setup() { Serial.begin(115200); analogReference(INTERNAL); //1.1 V Serial.print("Sessão iniciada!"); start = millis(); } void loop(){ if(state!=-10){ process_feedback(); } if (Serial.available() > 0){ char v = Serial.read(); if (byte(v) == 13){ // Carriage return bool accepted = true; if (commandString == "?" || commandString == "stop"){ stop_device(); }else if (commandString == "restart"){ clearAndHome(); state = -1; outV = maxOutV/5.0; start = millis(); accepted = false; }else if (commandString == "continue"){ clearAndHome(); state = -1; outV = maxOutV/5.0; accepted = false; }else{ bool ok = parse_param(commandString); if(!ok){ clearAndHome(); help(); accepted = false; Serial.println("Comando desconhecido: '" + commandString + "'"); } } commandString = ""; if (accepted){ clearAndHome(); help(); Serial.println("Ok!"); } }else{ commandString+=v; if(state==-10){ Serial.print(v); } } } }

Step 4: Uma UI Personalizada

Para melhor acompanhamento e segurança, utilize a ferramenta PuTTY, e defina no código fonte:

putty = true

Recomendações de definições:

  • Window
    • 61 Colunas e 20 Linhas
    • Display scrollbar desativado
  • Window > Appearance
    • Fonte: Lucida Console, 28px

Step 5: Dúvidas?

Para abrir a guia de ajuda, digite:

?

e pressione [ENTER]

OBS:
Caso o Estado seja:

-1 -> Cérebro não identificado (corrente aberta)
+0 -> Ajustando voltagem
+1 -> Tudo certo, tDCS funcionando

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