TÌM HIỂU TÍN HIỆU EEG

Gvhd: TS Đỗ Văn Tuấn nhóm 3      !"#$#%% &'(#) *+&,&- .!/ 1. 012345467 2. 89:4; 3. <754&12 4. &=>40!64;<40 5. ?@140784 6. 8@140A1B 7. 0123454@C7 8. 01234DE407FG EH7IG;J40K45L-MNO P7LQRS1 P7LQRS1 Gvhd: TS Đỗ Văn Tuấn nhóm 3 Sức khỏe là vốn quí nhất của con người. Khi xã hội phát triển thì nhu cầu về chăm sóc sức khỏe, nhu cầu sử dụng các dịch vụ y tế của con người ngày càng đòi hỏi cao hơn. Do vậy các thiết bị y tế và kĩ thuật mới phải phát triển để hỗ trợ trong việc chẩn đoán, quan sát, theo dõi và xử lí các chiệu trứng bất thường và bệnh tật của con người. Trong bài báo cáo này chúng em tìm hiểu về tín hiệu EEG, để biết được cách thức bộ não phát sinh ra tín hiệu , phương pháp ghi lại các dạng tín hiệu phát ra từ não, phương pháp xử lí tín hiệu này như thế nào, các dạng sóng có ý nghĩa ra sao… để từ đó ta có thể dễ dàng chẩn đoán các bệnh về não và đưa ra hướng giải quyết sớm nhất cho bệnh nhân. Bên cạnh tầm quan trọng của tín hiệu EEG trong y tế, trong tương lai nó còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong bài báo cáo này chúng em trình bày các nội dung chính đó là: I. Giới thiệu chung về tín hiệu EEG. II. Cách thu nhận và xử lý tín hiệu EEG III. Các dạng sóng thu được IV. ứng dụng trong thực tế và hướng phát triển trong tương lại. Em xin cảm ơn thầy TS. Đỗ Văn Tuấn đã giúp đỡ nhóm trong quá trinh nhóm thực hiện bài báo cáo này. Gvhd: TS Đỗ Văn Tuấn nhóm 3 !T:T: trang I. Giới thiệu chung về EEG 1 1. Khái quát về não bộ 1 2. Lịch sử 2 3. Khái niệm EEG 2 4. Nguồn gốc tín hiệu điện não 2 5. Tại sao phải thu nhận tín hiệu điện não 3 II. Thu nhận và xử lý tín hiệu EEG 4 1. Cấu tạo máy tạo tín hiệu EEG 4 2. Sơ đồ đặt điện cực 4 3. Quy trình thực hiện đo 6 4. Cách xử lý tín hiệu 6 4.1 biến đổi Fourier 6 4.2 định vị EEG 7 III. Các dạng tín hiệu điện não 8 1. Các dạng tín hiệu điện não theo tần số 8 2. Các biến thể bình thường 11 IV. Nhiễu và xử lý nhiễu 12 1. Khái niệm nhiều 12 2. Nguyên nhân gây ra nhiễu 12 3. Các loại nhiễu 13 4. Xử lý nhiễu 15 V. ứng dụng thực tế 18 VI. kết luân và hướng phát triển 21 1. một số hình ảnh thực nghiệm của nhóm 21 2. kết luận 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO &C4;UJ:;;V4;W4; I. giới thiệu chung về EEG hình 1.1 cấu tạo của bộ não hình 1.2 minh họa khái niệm EEG hình 1.3 cấu trúc vỏ não II. thu nhận và xử lý tín hiệu EEG hình 2.1 cấu tạo một máy ghi điện não hình 2.2 sơ đồ mắc điện cực Gvhd: TS Đỗ Văn Tuấn nhóm 3 III. các dạng tín hiệu điện não hình 3.1 sóng Anpha(α) hình 3.2 sóng Beta(β) hình 3.3 sóng Theta(θ) hình 3.4 sóng Delta(δ) hình 3.5 gai và sóng hình 3.6 đa gai và sóng hình 3.7 các sóng 3 pha hình 3.8 bùng nổ và ức chế IV. nhiễu và xử lý nhiễu hình 4.1 nhiễu do điện tâm đồ và do mạch hình 4.2 nhiễu do nháy mắt hình 4.3 nhiễu do chuyển động điện cực hình 4.4 nhiễu 60 hình 4.5 sơ đồ khối kĩ thuật tách nguốn mù hình 4.6 mô hình bộ lọc thích nghi thông thường V. ứng dụng thực tế hình 5.1 EEG trong chẩn đoán bệnh động kinh hình 5.2 chiếc xe lăn điều khiển bằng ý nghĩ hình 5.3 điều khiển xe bằng ý nghĩ hình 5.4 điều khiển trò chơi bằng ý nghĩ VI.kết luân và hướng phát triển. hình 6.1 máy tạo tín hiệu EEG và chân điện cực hình 6.2 các bước gắn chân điện cực hình 6.3 quá trình hiện sóng hình 6.4 sóng hiển thị khi có nhiễu Gvhd: TS Đỗ Văn Tuấn nhóm 3 J:GXY7ZGG[G EEG: (electroencephalography): điện não đồ FFT( Fast Fourier Transform): truyền Fourier nhanh AR( auto regessive): cách thức tự hồi quy ARMA( auto regessive motion average): cách thức trung bình chuyển động-tự hồi quy. CSA(compressed spectral analysis): phân tích nén phổ EKG hay ECG(electrocadiography): điện tâm đồ EOG( electrooculogram) : nhiễu mắt EMG(electromyogram): nhiễu cơ BSS( blind signal separation): kĩ thuật tách nguốn mù FIR( finite Impulse respose): đáp ứng xung hữu hạn IIR(infinite impulse respose): đáp ứng xung vô hạn Gvhd: TS Đỗ Văn Tuấn nhóm 3 Gvhd: TS Đỗ Văn Tuấn nhóm 3 I. 7\7G;7F1:;140Y]%% 1. ;J7^1JGY]4_D`H Não người là phần trên và trước nhất của hệ thần kinh trung ương và là cơ quan chủ yếu trong điều hành hệ thần kinh ngoại vi. Não gồm có : thân não, tiểu não, não trung gian và đại não V4;NN:a1G6D:bC4_D`H cR674_D Đại não là phần não cùng, được phát triển mạnh nhất, chiếm toàn bộ khối lượng và thể tích não bộ. - chức năng cảm giác: vùng chẩm là vùng thị giác cho cảm giác về ánh sáng, hình ảnh và màu sắc của vật. Vùng thùy thái dương là vùng thính giác, cho cảm giác về âm thanh. hồi đỉnh lên của thùy đỉnh phụ trách xúc giác và cảm giác nhiệt độ - chức năng vận động: do thùy trán phụ trách, hồi trán lên chi phối các vân động theo ý muốn - chức năng ngôn ngữ: trên đại não có những vùng chuyên biệt phụ trách chức năng ngôn ngữ. - chức năng tư duy: chủ yếu do đại não đảm nhận khả năng tư duy liên quan đến sự phát triển của đại não đặc biệt là vỏ não. 7 Gvhd: TS Đỗ Văn Tuấn nhóm 3 + 7d14_D : cấu tạo cơ bản gồm :Chất xám ở ngoài làm thành vỏ tiểu não và chất trắng ở trong .Tiểu não có nhiệm vụ phối hợp các hoạt động phức tạp. + 4_DG@14007C4: Não trung gian nằm khuất giữa 2 bán cầu đại não. Cấu tạo gồm 4 phần: gò thị, vùng dưới gò, vùng trên gò, vùng ngoài gò. Nó vừa điều hòa các phản xạ dinh dưỡng vừa tham gia hình thành các phản xạ không điều kiện. 2. e:;Uf Điện não đồ và những phương pháp điện sinh lý liên quan là một kết quả trực tiếp của nghiên cứu điện sinh lý được bắt đầu ở châu Âu vào giữa thế kỷ XIX. Richard Caton (1842 - 1926), một bác sĩ, giảng viên sinh lý học ở Trường Y Liveprool, đã chỉ ra đáp ứng vận động khu trú khi kích thích điện của nhiều vùng vỏ não khác nhau ở chó. Nhưng lịch sử của phương pháp ghi điện não chỉ thực sự bắt đầu năm 1924 bởi Hans Berger (1873 - 1941), Chủ nhiệm khoa Tâm thần ở Đại học Tổng hợp của Jena (Đức), đã ghi được hoạt động điện não tự phát ở người từ các điện cực đặt ở da đầu và gọi là điện não đồ. 3;J747FL%% EEG: electro encephalography (điện não đồ), là một hệ thống chẩn đoán chức năng ghi lại độ phóng xạ mang điện của não từ da đầu, nhằm phát hiện những bất thường trong hoạt động điện của não Hình 1.2 minh họa khái niệm eeg 401g40h:Gi4;7F1R7F44_D 8 Gvhd: TS Đỗ Văn Tuấn nhóm 3 Vỏ não là nguồn gốc của các hoạt động điện của não thu được từ bề mặt của da đầu, các dạng khác nhau của hoạt động điện và dấn tới trường điện thế được tạo ra bởi các tế bào thần kinh vỏ não. Hình 1.3 cấu trúc vỏ não Vỏ não gồm các lớp khác nhau, các lớp này là không gian của cấu trúc các tế bào thần kinh đặc biệt, với các trạng thái và chức năng khác nhau trong đáp ứng xung điện. Neuron pyramidal là thành phần cấu tạo chủ yếu của vỏ não. Điện thế EEG ghi được từ các điện cực được đặt tiếp xúc với lớp da đầu là sự tổng hợp các thay đổi về điện thế ngoài của tế bào Pyramidal. Màng tế bào pyramidal không bao giờ trong trạng thái nghỉ bởi vì nó bị tác động liên tiếp bởi hoạt động sinh ra do các neuron khác có các liên kết synaptic. Các liên kết synaptic có thể là kích thích hoặc ức chế sự thay đổi tươnứng tính thẩm thấu của màng tế bào đối với ion K và ion Cl làm phát sinh dòng điện. 5. 67UCDj;W7G;14;k4Gi4;7F1R7F44_D Não bộ của con người là một tổ chức phức tạp, tinh vi nhất của hệ thần kinh. Thông qua các giác quan như mắt, tai, da, bộ não tiếp thu các thông tin về thị giác, thính giác, xúc giác để từ đó nhận thức ra đối tượng, xử lý và giai đáp thông tin qua các hình thức vận động. Do vậy bộ não giữ vai trò quan trọng trong hoạt động toàn diện, đa dạng của con người, giúp con người thích ứng với các hoàn cảnh xã hội. Ngày nay, khi thế giới ngày càng phát triển thì các bênh về não cũng ngày càng phát triển như: các bệnh về động kinh, viêm não,u não … Do vậy, việc thu nhận và xử lí tín hiệu điện não sẽ giúp chúng ta chẩn đoán chính 9 Gvhd: TS Đỗ Văn Tuấn nhóm 3 xác được các bệnh về não. Vì thế, các bệnh nhân não sẽ có cơ hội được cứu chữa nhiều hơn II. ;14;k4YElfmBGi4;7F1%% 1. a1G6DLJ2G6DGi4;7F1%% Gồm có: - các chân điện cực: có chức năng truyền tín hiệu từ da đầu về bộ xử lý. Thường là các đĩa kim loại nhỏ. - bộ khuếch đại: Một khuếch đại biên độ cho phép khuếch đại một cách trung thực các điện thế ở mức độ từng microvolt (mV). - bộ lọc: Bộ lọc: cho phép các tần số ở các khoảng định sẵn được ghi nhận vào máy điện não, Máy điện não đồ dùng bộ lọc tần số (pass-filter): mức dưới là 0,5 Hz, mức trên là 70 Hz. - màn hình hiển thị: hiển thị ra dạng sóng . Hình 2.1 cấu tạo một máy ghi điện não. 2. n>RgRoGR7F4:p: Thông thường chúng ta sẽ dùng một bộ 21 điện cực gắn trên da đầu theo hệ thống đặt điện cực 10-20 của quốc tế (the 10-20 International System). 10 [...]... nhiễu trong tín hiệu EEG Một số công trình nghiên cứu trong thời gian gần đây cũng đã khẳng định tính ưu việt của kỹ thuật BSS trong xử lý nguồn tín hiệu sinh học như tách tín hiệu tắc nghẽn từ tín hiệu điện não nói chung hay có thể được sử dụng để tách và loại bỏnhiễu 24 Gvhd: TS Đỗ Văn Tuấn nhóm 3 mắt và nhiễu cơ khỏi tín hiệu EEG Nguyên lý chung của kỹ thuật BSS là phân tích các tín hiệu quan sát... các nguồn cơ sở với các đặc tính về không gian, phổ hay thời gian – tần số duy nhất Các đặc tính này chính là các dấu hiệu để nhận biết hoặc phân loại các loại tín hiệu nhiễu trong tín hiệu EEG Kỹthuật BSS có thể áp dụng trực tiếp cho các tín hiệu EEG bằng cách sử dụng tính tương quan trong miền thời gian Các thuật toán BSS dựa trên thống kê bậc hai có thể áp dụng tốt cho tín hiệu điện não mà không phải... BSS) thường còn được biết đến với các tên khác như kỹ thuật phân tích tín hiệu mù (blind signal decomposition) hay khai triển nguồn mù Kỹ thuật BSS xử lý tín hiệu nhằm khôi phục lại các tín hiệu gốc từ một tập các tín hiệu quan sát được Các tín hiệu này được giả sử là tổ hợp tuyến tính 23 Gvhd: TS Đỗ Văn Tuấn nhóm 3 của các tín hiệu gốc Ma trận tổ hợp được quyết định bởi kênh truyền Sơ đồ khối của... trên, d(n) là tín hiệu cần lọc nhiễu (primary input signal), y(n) là tín hiệu lối ra của bộ lọc số, x(n) là tín hiệu tham chiếu Tín hiệu lỗi e(n) thể hiện sự sai khác giữa d(n) và y(n) Thuật toán thích nghi sẽ điều chỉnh hệ số bộ lọc số để trung bình lỗi là nhỏ nhất Trọng số của bộ lọc sẽ được cập nhật một cách liên tục để lỗi nhỏ dần Trong tín hiệu EEG có chứa nhiễu mắt (EOG), các tín hiệu EOG lại... trộn cũng như tín hiệu nguồn Kỹ thuật này phù hợp với xử lý tín hiệu điện não vì chúng ta không biết các tín hiệu nguồn phát ra từ não Hình 4.5 sơ đồ khối kĩ thuật tách nguồn mù Ma trận trộn trong bài toán tách nguồn mù có thể là tuyến tính tức thời (instantaneous) hoặc là tích chập (convolutive) Tuy nhiên trong trường hợp tín hiệu điện não, do khoảng cách giữa các sensor và nguồn tínhiệu trong bộ... kênh riêng biệt và được sử dụng như các kênh tham chiếu Chúng ta có thể kết hợp tuyến tính các tín hiệu EOG riêng biệt lại và dùng tín hiệu EOG đo được trừ đi tín hiệu kết hợp đó sao cho tín hiệu lỗi là nhỏ nhất V ứng dụng thực tế 1 trong y tế a) điện não đồ trong chẩn đoán bệnh động kinh Mặc dù điện não đồ không đặc hiệu và độ nhạy không cao, nhưng từ lâu phương pháp này luôn được coi như là công cụ... 4.2 Loại nhiễu EEG sử dụng phương pháp lọc thích nghi Trong các bộ lọc số quy ước (FIR và IIR), mọi thông số của quá trình lọc dùng để xác định các đặc trưng của hệ thống đều đã biết Tuy nhiên trong thực tế các thông số này có thể biến đổi theo thời gian, có độ bất ổn định cao và bản chất của sự thay đổi không tiên đoán trước được Như các tín hiệu nhiễu EOG trong tín hiệu EEG là các tín hiệu không dừng,... Matching Pursuit , dựa trên xấp xỉ thích ứng của chuỗi thời gian của hàm được lựa chọn cho mỗi giai đoạn phân tích Phương pháp này được tìm ra bởi Mallat ứng dụng đầu tiên trong phân tích tín hiệu EEG được đưa ra bởi Durka 1995 III Các dạng tín hiệu điện não Các dạng tín hiệu cơ bản 1 a) sóng anpha Hình3.1 sóng anpha(α) Alpha là những sóng có tần số trong khoảng từ 8 tới 13 sóng/giây (Hz) Thường thấy rõ... cho phép chúng ta loại nhiễu mắt và nhiễu cơ trong tín hiệu EEG Các thuật toán nhận dạng và loại nhiễu được các nhà nghiên cứu phát triển chủ yếu dựa trên hai kỹ thuật cơ bản là kỹ thuật phân tách nguồn mù và lọc thích nghi Có hai phương pháp đo đạc và phân tích EEG điển hình là: phương pháp có kênh đo tín hiệu tham chiếu riêng biệt so với kênh đo tín hiệu điện não và phương pháp không có kênh tham chiếu... dụng các bộ lọc để loại nhiễu EOG trong tín hiệu EEG chúng ta cần nghiên cứu thiết kế bộ lọc sao cho các hệ số của bộlọc có thể tự thích nghi và tự điều chỉnh phù hợp với sự thay đổi của tín hiệu vào có chứa nhiễu Các bộ lọc có khả năng như trên được gọi là các bộlọc thích nghi.Một bộ lọc thích nghi bao gồm hai phần riêng biệt: một bộ lọc số thực hiện xử lý tín hiệu mong muốn, và một thuật toán thích . hiệu EEG trong y tế, trong tương lai nó còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. Trong bài báo cáo này chúng em trình bày các nội dung chính đó là: I. Giới thiệu chung về tín hiệu EEG. II 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO &C4;UJ:;;V4;W4; I. giới thiệu chung về EEG hình 1.1 cấu tạo của bộ não hình 1.2 minh họa khái niệm EEG hình 1.3 cấu trúc vỏ não II. thu nhận và xử lý tín hiệu EEG hình. hiệu EEG III. Các dạng sóng thu được IV. ứng dụng trong thực tế và hướng phát triển trong tương lại. Em xin cảm ơn thầy TS. Đỗ Văn Tuấn đã giúp đỡ nhóm trong quá trinh nhóm thực hiện bài báo cáo