Bài tìm hiểu về sóng điện não đồ EEG trong kỹ thuật watermarking

Tổng quan và sự ra đời của EEG EEG: electroencephalography điện não đồ, là một hệ thống chẩn đoán chức năng ghi lại độ phóng xạ mang điện của não từ da đầu, là một xét nghiệm

EEG * Điện não đồ

EEG * Electroencephalography*

I Giới thiệu chung về EEG

II Phương pháp đo EEG

III Nhiễu và cách khắc phục nhiễu

IV Ứng dụng EEG trong thực tế và công nghệ

gio

I Giới thiệu chung về EEG

 Điện não đồ là dụng cụ thử nghiệm y hoc ghi

lại những xung điện từ các neuron trong não

có thể nhận được từ da đầu

Tổng quan và sự ra đời của EEG

 EEG: electroencephalography (điện não

đồ), là một hệ thống chẩn đoán chức

năng ghi lại độ phóng xạ mang điện của

não từ da đầu, là một xét nghiệm nhằm

phát hiện những bất thường trong hoạt

động điện của não.EEG là điện thế hoạt

động của vỏ não phát ra

 EEG được phát hiện bởi Berger năm

1924 bằng 1 dụng cụ đo dòng điện với 1

điện cực bề mặt trên đầu con trai ông và

ghi lại được 1 mẫu nhịp nhàng những

dao động điện Tín hiệu này là phản hồi

điện sinh học ngay tức khắc của tế bào

não

 Điện não đồ là một xét nghiệm không

gây đau, được thực hiện để ghi lại

hoạt động điện của não Các đĩa vàng

nhỏ, được gọi là điện cực, được dùng

để kiểm tra hoạt động não.

 Mục đích thu nhận tín hiệu là :

 Việc thu nhận và xử lí tín hiệu điện

não sẽ giúp chúng ta chẩn đoán chính

xác được các bệnh về não

 Vì thế, các bệnh nhân não sẽ có cơ

hội được cứu chữa nhiều hơn.

Giới thiệu chung về EEG

II.Phương pháp đo EEG

1 Cấu tạo cơ bản của não người

 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

 Bên trong não là một hệ thống mạng

nơ-ron phức tạp có chức năng thu nhận thông

tin và điều khiển các cơ quan.

 Não còn có chức năng tạo những hoạt

động cao cấp như suy nghĩ, tính

toán, phán xét, trừu tượng, tưởng tượng,

v.v

II Phương pháp đo EEG

2.Cơ chế điện sinh lý của não.

 Não bộ là một cấu trúc phức tạp với hàng tỉ nơ-ron thần kinh chứa

nguồn năng lượng tiềm ẩn.

 Trong quá trình hoạt động , não bộ liên tục phát ra các xung điện

nhỏ, lan truyền qua các dây thần kinh, các xung điện này phản ánh trạng thái và hoạt động kích thích của não bộ.

 Từ các xung đó, EEG sẽ đo và biểu diễn sự thay đổi của điện thế theo thời gian của các điện cực được đặt trên da đầu tương ứng với các vùng của vỏ não, thông qua các đặc trưng biên độ tần số, cho ta

biết được hoạt động của não bộ

Hệ thống thiết bị đo điện não

Hệ thống thiết bị đo điện não

II.Phương pháp đo EEG

3 Phương pháp đo EEG

 Bộ não liên tục sản sinh ra các tín hiệu điện rất nhỏ Trong suốt quá trình kiểm tra EEG, các điện cực (các đĩa kim

loại phẳng) được gắn trên đầu của bạn Các điện cực này thu nhận các tín hiệu điện từ não và gửi chúng tới một

máy EEG

 Bằng Điện não đồ, các nhà não học ghi nhận được những loại điện thế (action potentials) từ bên trong tế bào não

(neurons) phát ra và truyền đi trong trục thần kinh não

(axon) Dạng điện này được gọi là sóng não

II.Phương pháp đo EEG

Các dạng sóng của EEG

 Từ tín hiệu điện não đồ có thể phân biệt alpha (α), beta (β), delta (δ), và theta (θ) sóng ), beta (β), delta (δ), và theta (θ) sóng ), delta (δ), và theta (θ) sóng ), và theta (θ) sóng ) sóng

cũng như các đỉnh kết hợp với bệnh động kinh.

 Sóng Alpha có tần số từ 8-13 Hz và có thể được đo từ vùng chẩm của thức người khi nhắm mắt

 Băng tần của sóng Beta là từ 13-30 Hz và có thể phát hiện ở vùng đỉnh và thùy trán

 Sóng Delta có dải tần số 0,5-4 Hz và có thể phát hiện ở trẻ sơ sinh và người lớn ngủ

 Sóng Theta có dải tần số 4-8 Hz và có thể thu được từ các trẻ em và người lớn đang ngủ

 Tín hiêu EEG có quan hệ gần với mức độ hoạt động có ý thức của con người Khi các hoạt động tăng, tín hiệu EEG dịch chuyển đến vùng có biên độ thấp hơn và tần số cao hơn

 Khi nhắm mắt, tín hiệu alpha bắt đầu thống trị trong tín EEG Khi con người rơi vào giấc ngủ, tấn số tín hiệu EEG giảm Trong 1 quá trình ngủ thông thường,

chuyển động của mắt chứng tỏ con người đang mơ và các hoạt đông của mắt có thể coi la thông số tín hiệu EEG Trong ngủ sâu, tín hiêu EEG lớn và độ võng

chậm, được gọi la sóng delta Không có môt hoạt đông nào được phát hiện đối với bệnh nhân mà não đã chết hoàn toà n.

 Giao tiếp EEG với máy tính

 Các tế bào não liên lạc với nhau nhờ tạo ra trong suốt quá trình kiểm tra EEG và các điện cực

được gắn trên đầu của bạn

 Các điện cực này thu nhận các tín hiệu điện từ não và gửi chúng tới một máy EEG và chỉ thu

nhận duy nhất các hoạt động từ não, chúng

không phát ra các tín hiệu điện

II.Các phương pháp đo EEG

II.Phương pháp đo EEG

Hình ảnh đo điện não đồ và thể hiện sóng não trên máy tính

II.Phương pháp đo EEG

 Điện cực

 Là những đĩa kim loại nhỏ được gắn trên nơi

đặc biệt trên vỏ não bởi người ghi, sử dụng hệ

thống quốc tế 10/20 điện cực

 Khoảng cách của các điểm cực từ

(10% đến 20% )

 Mỗi vị trí điện cực mang một chữ và số F_ thuỳ

trán, T_ thuỳ thái dương

 Mỗi số chẵn thì ghi nhận vùng đầu phải và

những số lẻ thì bên vùng đầu trái.

Cách mắc điện cực

II.Phương pháp đo EEG

III Nhiễu và xử lí nhiễu

o Là các loại tín hiệu lạ không phải là tín hiệu điện não

xuất phát từ da đầu, gồm 2 loại:

 Nhiễu do thiết bị và mang tính hệ thống .

Nhiễu do điện tâm đồ và do mạch Nhiễu do chuyển động của điện cực

và các chuyển động khác

III Nhiễu và xử lí nhiễu

III Nhiễu và xử lí nhiễu

2 Xử lí nhiễu

 Ngăn chặn và loại bỏ các nguồn gây nhiễu.

 Tối thiểu hóa ảnh hưởng của các nguồn nhiễu.

 Nhận dạng và loại bỏ các tín hiệu nhiễu bằng cách sử dụng các

thuật toán xử lý tín hiệu số để nhận dạng các nguồn nhiễu và loại

bỏ chúng.

 Nhiễu do thiết bị và mang tính hệ thống

 Loại nhiễu này thường khá dễ dàng nhận biết và loại bỏ vì nó có tính tương quan cao.

 Nhiễu có nguồn gốc từ sinh lý của con người

 Dùng các phương pháp sử dụng các thuật toán xử lí tín hiệu số để loại bỏ nhiễu mắt và nhiễu cơ

III Nhiễu và xử lí nhiễu

Kỹ thuật tách nguồn mù loại bỏ EOG (Blind Signal

Separation - BSS)

III Nhiễu và xử lí nhiễu

 Các tín hiệu sinh học có đặc điểm chung là tín hiệu gây nhiễu thường xuất hiện một cách ngẫu nhiên và không biết trước

 Kỹ thuật BSS xử tín hiệu nhằm khôi phục lại các tín hiệu điện não gốc từ một tập các tín hiệu quan sát được , từ đó loại bỏ nhiễu

 Nguyên lí chung của kỹ thuật BSS là phân tích các tín hiệu

quan sát được thành một tập hợp 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

III Nhiễu và xử lí nhiễu

Loại nhiễu EOG sử dụng phương pháp lọc thích nghi

nên phải dùng bộ lọc thích nghi để loại nhiễu

• một thuật toán thích nghi để điều chỉnh hệ số của bộ lọc.

IV Ứng dụng của EEG

Kiểm soát điện

thoại, máy nghe

nhạc, tablet bằng ý

nghĩ (độ chính xác

80% đến 95%)

 Phát hiện buồn ngủ khi lái

xe để cảnh báo kịp thời.

IV Ứng dụng của EEG

 Thiết bị đo điện não đồ

không dây, sử dụng nhiệt

của cơ thể

lại đặt chai lên bà

n Bà làm thành

ot để nhấc chai cà phê lên, đưa và

o miệng hút Bà

uống từng ngụm v

ới ống hút rồi lại đặt chai lên bà

n Bà làm thành công được 4/6 lần

.

thương binh mỹ

IV Ứng dụng của EEG

 Các nhà khoa học của trường Đại học Brown ở bang

Rhode Island (Mỹ) đã sử dụng một bộ cảm biến nhỏ như viên thuốc Aspirin, bên trong chứa các điện cực để ghi

nhận hoạt động của não của bệnh nhân

 Họ cấy bộ cảm biến này vào phần não kiểm soát cử động

Bộ cảm biến ghi nhận ý nghĩ của bệnh nhân về di chuyển vật thể nào đó Các điện cực sẽ thu nhận những tín hiệu

thần kinh này và gửi chúng đến máy tính gần đó Máy tính

sẽ biên dịch những tín hiệu này thành mệnh lệnh để vận hành cánh tay robot