(Luận văn thạc sĩ) phân tích tín hiệu oxy hb trong não người để xác định mối quan hệ lệch quai hàm và lực cánh tay dựa vào fnirs

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ VĂN ĐẠO PHÂN TÍCH TÍN HIỆU OXY-HB TRONG NÃO NGƯỜI ĐỂ XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ LỆCH QUAI HÀM VÀ LỰC CÁNH TAY DỰA VÀO FNIRS S K C 0 9 NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ VĂN ĐẠO PHÂN TÍCH TÍN HIỆU OXY-HB TRONG NÃO NGƯỜI ĐỂ XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ LỆCH QUAI HÀM VÀ LỰC CÁNH TAY DỰA VÀO FNIRS NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 / 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ VĂN ĐẠO PHÂN TÍCH TÍN HIỆU OXY-HB TRONG NÃO NGƯỜI ĐỂ XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ LỆCH QUAI HÀM VÀ LỰC CÁNH TAY DỰA VÀO FNIRS NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Hướng dẫn Khoa học: TS NGUYỄN THANH HẢI Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 / 2014 Lý Lịch Khoa Học LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Hà Văn Đạo Giới tính: Nam Ngày 09, tháng 01, năm sinh 1977 Nơi sinh: Thái Bình Quê quán: Thái Bình Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước học tập, nghiên cứu: Giáo viên Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Cao Su Chỗ riêng địa liên lạc: Phú Thịnh – Đồng Xồi – Bình Phước Điện thoại quan: 06513.879.787 Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: hadao77ric@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chun nghiệp: khơng Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Cao đẳng quy Thời gian đào tạo từ 9/1995 đến 4/ 1999 Nơi học: Trường Cao Đẳng sư phạm kỹ thuật 1, tỉnh Hưng Yên Ngành học: Kỹ thuật điện tử Hệ đào tạo: Đại học liên thơng quy Thời gian đào tạo từ 1/2006 đến 8/ 2007 Nơi học: Trường ĐH Công Nghệ Sài Gòn Ngành học: Kỹ thuật điện – điện tử Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Điều khiển tốc độ động DC dùng vi xử lý 89C51 Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: tháng năm 2007 Trường ĐH Cơng Nghệ Sài Gịn Người hướng dẫn: TS Phan Quốc Dũng Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 05/2012 đến 04/ 2014 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐHSPKT T.p Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật điện tử Tên luận văn: Phân tích tín hiệu Oxy-Hb não người để xác định mối quan hệ lệch quai hàm lực cánh tay dựa vào fNIRS Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 19/04/2014 Trường ĐHSPKT T.p Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thanh Hải Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh Văn B III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Trang ii Lý Lịch Khoa Học Thời gian Từ 10/1999 Đến 12/2005 Từ 1/2006 đến 8/2007 Từ 9/2007 đến Nơi công tác Trường Trung cấp Kỹ thuật nghiệp vụ Cao Su (nay trường CĐCN Cao Su) Trường ĐH Cơng Nghệ Sài Gịn Cơng việc đảm nhiệm Giáo viên Học đại học Trường Cao Đẳng Cơng Nghiệp Cao Su Giáo viên IV CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: 1/ Đề tài: “Tự động điều khiển hệ thống chiếu sáng khuôn viên” - đạt giải hội thi sáng tạo kỹ thuật tỉnh Bình Phước lần 1- Năm 2011 2/ Bài báo: “ fNIRS-Based Wavelet Thresholds for Motor Area Determination” đăng ký hội nghị BME 2014 tổ chức Đại học Quốc tế XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC 2014 (Ký tên, đóng dấu) Ngày 15 tháng 04 năm Ngƣời khai ký tên Hà Văn Đạo Trang iii Lời Cam Đoan LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng năm 2014 (Ký ghi rõ họ tên) Hà Văn Đạo Trang iv Lời Cảm Ơn LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Điện - Điện tử trang bị cho em kiến thức Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thanh Hải tận tình hướng dẫn cho em tìm tịi, học hỏi kiến thức lĩnh vực Quang phổ hồng ngoại gần hướng dẫn cho em suốt trình thực luận văn Xin cảm ơn anh chị khóa trước, bạn lớp giúp đỡ, đóng góp ý kiến để em hồn thành báo cáo Và em gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô, bạn sinh viên Bộ Môn Kỹ Thuật Y Sinh, Đại Học Quốc Tế, Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, người xung phong tham gia hỗ trợ thu thập liệu Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng năm 2014 Học Viên Hà Văn Đạo Trang v Mục Lục MỤC LỤC TRANG TỰA TRANG Chƣơng1 : TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu nước công bố 1.1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.1.2 Một số kết nghiên cứu công bố 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Tóm tắt đề tài Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Phương pháp tái tạo hình ảnh tín hiệu não người 2.1.1 Phương pháp điện não đồ (EEG) 2.1.2 Phương pháp chụp cộng hưởng từ 2.1.3 Phương pháp chụp cắt lớp 10 2.1.4 Phương pháp chụp Positron cắt lớp 11 2.1.5 Phương pháp quang phổ cận hồng ngoại - fNIRS 13 2.2 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu cách thu thập liệu fNIRS 15 2.2.1 Cơ sở lý thuyết nghiên cứu 15 2.2.2 Thu thập liệu fNIRS 16 Chƣơng 3: XÁC ĐỊNH KHU VỰC VẬN ĐỘNG CỦA NÃO BỘ CHO HOẠT ĐỘNG CẮN VÀ NÂNG TẠ 22 3.1 Sơ đồ chức khối 22 3.1.1 Sơ đồ khối 22 3.1.2 Chức khối 22 3.2 Tiền xử lý tín hiệu fNIRS 23 3.2.1 Bộ lọc Savitzky – Golay 23 3.2.2 Dùng lọc Savitzky làm trơn tín hiệu fNIRS 24 Trang viii Mục Lục 3.3 Xử lý tín hiệu fNIRS 28 3.3.1 Biến đổi Wavelet: 28 a Biến đổi wavelet liên tục 28 b Biến đổi wavelet rời rạc 31 3.3.2 Xử lý tín hiệu Oxy-Hb dùng phép biến đổi wavelet rời rạc 34 3.4 Đặt ngưỡng 37 3.5 Thuật toán xác định vùng vận động não cho hoạt động cắn nâng tạ 41 Chƣơng 4: MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐỘ LỆCH QUAI HÀM VÀ LỰC CÁNH TAY 60 4.1 Thuật tốn tìm mối quan hệ lệch quai hàm lực cánh tay 60 4.2 Hồi quy đa thức vùng vận động 61 4.2.1 Lý thuyết hồi quy đa thức 61 4.2.2 Hồi quy đa thức tín hiệu fNIRS 64 4.3 Mối quan hệ độ lệch quai hàm lực cánh tay 69 4.3.1 Tính diện tích vùng vận động 69 4.3.2 Mối quan hệ độ lệch quai hàm lực cánh tay 73 Chƣơng 5: KẾT LUẬN 75 5.1 Kết luận 75 5.2 Hướng phát triển đề tài 77 Tài liệu tham khảo 78 Phụ lục 80 Trang ix Chương 1: Tổng quan Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu nước công bố 1.1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu: Não trung tâm điều khiển hệ thần kinh trung ương, chịu trách nhiệm điều khiển hành vi Hình 1.1 Bộ não người Bộ não người khối nặng khoảng 1,4 kg gồm chất dịch mô Đây cấu trúc phức tạp tất cấu trúc sống biết đến, với gần nghìn tỉ tế bào thần kinh phối hợp điều hành hoạt động thể chất tâm thần Bộ não bảo vệ hộp sọ, gần với giác quan thị giác, thính giác, vị giác, khứu giác, quan cảm giác thăng Bộ não liên lạc với thể thông qua tuỷ sống sợi dây thần kinh Tuỷ sống nơi chuyển tiếp thông tin đến não Từ cột sống, dây thần kinh tỏa khắp nơi, chuyển tải xung thần kinh đến từ quan thể Hình 1.2 Não dây thần kinh cột sống Trang ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ VĂN ĐẠO PHÂN TÍCH TÍN HIỆU OXY- HB TRONG NÃO NGƯỜI ĐỂ XÁC ĐỊNH MỐI QUAN HỆ LỆCH QUAI HÀM VÀ LỰC CÁNH TAY DỰA... Tên luận văn: Phân tích tín hiệu Oxy- Hb não người để xác định mối quan hệ lệch quai hàm lực cánh tay dựa vào fNIRS Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 19/04/2014 Trường ĐHSPKT T.p Hồ Chí Minh Người hướng... nhân quai hàm, hàm, lực cánh tay Xuất phát từ sở người thực thu thập phân tích tín hiệu Oxy- Hb để xác định mối quan hệ fNIRS 1.2 Mục đích đề tài Xây dựng giải thuật để thơng qua tín hiệu não đo xác