Chương 1. Lý do chọn đề tài nghiên CỨu.--- 2-2 2 £+S£+EE+EE+EE£EE£EEzErEerrerrerree 13 1⁄2. Mục tiêu đề tài. Phạm vi nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu.
Pham vi nghiÊn CỨU. Đối tượng nghiên cứu. Phuong pháp nghiên CỨU. Dong góp của nghién CỨU.- ---- 5 << ngưng 18 Chương 2, TONG QUANQo vescsssssssssssssessesssessesssessessecasessecsucssssscsuessecsecasessecsecaseeses 19 2.
Các đề tài nghiên cứu liên quan.--:¿s¿©+2©++2x++cx++zxezrxesrxesrxee 19 Chương 3.- 2: 22S2St+EE£EE£EE2EE+EEEEEEEEEEErrerrerreee 21 3. SOng nao Cố / đc. Phân loại sóng não chính. Cac vùng não chính.
Cac phương pháp thu thập sóng não. Lịch sử của điện não đồ. Ứng dụng của điện não đỒ. Kỹ thuật thu thập tín hiệu sóng não.
Tổng quan các thông số kỹ thuật trong EEG. Dien cực trong EEG.- -- cà vn ST ng ng Hư 38 3. _ Hệ thống 10-20 quốc tẾ. Bộ khuếch đại và bộ lọc trong EE.
Bộ khuếch ai. Các tác nhân gây nhiễu trong EEG. Cac tác nhân sinh Ìý. -- -- + Ă tk v19 1v vn ren44 3.
_ Các tác nhân phi sinh lý / Các tác nhân kỹ thuật. QUA TRÌNH TIẾP CAN THỰC HIEN DE TÀI. Tim hiểu và sử dụng mô-đun TI ADS1299EEG-FE. Tổng quan về mô-đun ADS1299EEG-EE.
_ Kiến trúc hệ thong và sơ đồ mạch của ADS1299EEG-FE. Phần mềm giao diện người dùng (Graphical User Interface - GUI) và các thanh øØÏh1. 1911111 TH HH HH re 57 4. Kết luận về ADS1299EEG-FE.
Phat triển hệ thống thu thập tín hiệu sóng não trên bo mach Arduino Uno 8. Bo mạch điều khiển Arduino Uno. Hệ thống thu thập tín hiệu sóng não trên bo mach Arduino Uno. _ HỆ THONG THU THẬP TÍN HIỆU SÓNG NAO VỚI ARDUINO )/.
_ Kiến trúc hệ thống. Bộ chuyền đôi tương tự sang số (ADC)). 5c ct St Eeterrrkerrrx 62 5. Dau vào tín hiệu analog trong ADS1299.
Cấu hình bộ khuếch dai PGA (Programable Gain Amplifier) va khoảng đầu vào (input range). Tham chiếu nội trong ADS1290. _ Bộ lọc kỹ thuật sỐ. Phát hiện Lead-Off (Lead-Off Detection).
Bộ vi điều KMiGN ooo ccceccccccsccessesssessessecssessessesssessessesssessesssssseesesseeeseess 67 5. Giao tiếp không day. Hệ thống điện CUC. VỊ trí đặt điện CỰC.----- 2Ă c1 Hs ng ng cư 70 5.
Dat lat (RES€t) hố. Thu thập đữ liu. _ Dữ liệu san sàng (DRDY). Doc trả dữ liệu (Reading Back Data).
Giao diện người Ùng. _ Bộ lọc trong tích hợp trong giao diện người dùng. KIÊM THU VÀ ĐÁNH GIA. DO chính xác va tin CẬY.
+ HH ng rry 82 6. 83 DANH MỤC HÌNH Hình 3. Phân loại sóng não [⁄4]. Hình minh họa các vùng khác nhau của não.
Hình minh họa cho điện não đồ (EEG). Bản ghi EEG từ con người đầu tiên bởi Hans Berger vào năm 1924. Sự tương quan giữa tín hiệu tương tự và tín hiệu sỐ. Chi tiết về băng thông.----2- 2 2 SE+SE+EE+EEEEEEEE2E12E12212E1212222 2122, 33 Hình 3.
So sánh số lượng bit với độ phân giải giữa 16-bit và 3-bit. Tín hiệu bị biến dang trong bộ khuếch đại. Hệ số nén đồng pha (CMRR) trong EEG.---2--5¿©2sz2cxz55s+2 36 Hình 3. Hệ thống đặt điện cực EEG 10-20 quốc tế.
Hình ảnh minh họa cho nhiễu tín hiệu khi chớp mắt. Hình ảnh minh họa cho nhiễu tín hiệu khi nghiến răng. Nhiễu do m6 hôi. Nhiễu do quá trình hô Wap.
Nhiễu do hiện tượng elecrode pOp.------- 2 + 2 2+ +++s£+x+£+zz+zx+zs2 49 Hình 3. Nhiễu do chuyên động của dây cáp .----- 2 2 2+cz+£++zzeczxezreee 50 Hình 3. Nhiễu do đặt sai điện cực tham chiếu .- ¿2s +s+s+EeEs£eztzEzx+Eezerers 51 Hình 3. Nhiễu do điện trường xoay chiỀu.-- 2-2 2 2 +2 £+£++EzE+zEzrzrxee 52 Hình 3.
Nhiễu do chuyên động của cơ thỂ.--- 2 2 2 +2 £+£++£++EzE+xzzezxz 53 Hình 4. Bộ mô-đun ADS1299EEG-EE.- 1t HH ng ngư55 Hình 4. Sơ đồ khối của bo mạch ADS1299EEG-EE.---ccc:c255sccscccvv: 56 Hình 4. Đầu vào vi sai (Differential Input) và đầu vào đơn (Single-Ended Input)57 Hình 4.
Giao diện người dùng cấu hình các thanh ghi. Giao diện người dùng quan sat sóng não thu được. Hệ thống thu thập tín hiệu sử dụng Arduino no. Tín hiệu quan sát được trên Serial PÏOff€T.
Bộ chuyên đổi tín hiệu tương tự sang số (ADC) TI ADS1299 [41]. Sơ đồ khối của ADS1290.-- St St St SE+E+ESEEEEEEEEEEEESEEEEEEEEEEEErErErrrrersre 63 Hith 5. Sơ đồ khối cho bộ khuếch đại trong ADS1299. Tham chiếu nội trong ADS1290.- 2 2 2+S++E£+E++E2EE+EzEzEzrezrxee 65 Hình 5.
Hàm truyền của bộ lọc số trên chip cho tới fMop/l6. Bo mạch vi điều khiển Arduino NANO 33 BLE. Tổng quan về hệ thống và các thành phần. Hệ thống thu thập tín hiệu sóng não sử dung module NANO 33 BLE.
Điện cực sử dụng trong hệ thống ¬——. Vị trí các điểm cực trong hệ thống. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống. Sơ đồ giải thuật của hệ thống.
Tổng quan về kiến trúc phần mềm hiền thị. Lệnh Start/Stop Data Transfer trong GIUIL. Lệnh Activate/Deactivate channel trong GI. Giao diện hiên thị tomg quan.
Phần hiển thị vị trí các điện cực đang kích hoạt. Phần hiển thị sóng não thu thập được, kèm điện áp. Giao diện hiển thị tần số sóng não quy đổi. Phần hiển thị các bộ lọc cho người dùng.
Hệ thống do sóng não ADS1299EEGFE-PDK. Kết quả do trên thiết bị tham chiếu .-- 2-2 5+ ++2zx+2zxzzxezzsez 82 Hình 6. Kết qua đo trên hệ thống dé xuất .--- 2-2 2 2 +2 £+EE+E2E+EzErrxee 83 Hình 7. Bo mạch thiết kế cho hướng phát triển trong tương lai .--- 86 DANH MỤC BANG Bảng 3.
Bảng so sánh các phương pháp ổo. cà Sc*ScssEvseserrrsrseerseres 26 Bang 3. Bảng so sánh đặc điểm của các phương pháp đo. Bang thông số của hệ thống thu thập sóng não.
Bảng giá thành cho các linh kiện thành phần. Bảng lệnh giao tiếp giữa UI và hệ thống. Bảng so sánh giá thành của hệ thống với các sản phẩm ngoài thị trường 83 DANH MỤC TU VIET TAT Tw viét tat Từ day đủ Diễn giải BCI Brain — Computer Interface Giao dién nao — may tinh ADC Analog Digital Converter Bộ chuyên đôi tương tự sang số CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm PC Personal Computer Máy vi tính cá nhân BLE Bluetooth Low Energy Bluetooth năng lượng thấp EEG Electroencephalogram Điện não đô SPI Serial Peripheral Interface Giao diện ngoại vi nôi tiếp ERPs Event-related potentials Điện thé liên quan đến sự kiện loT Internet of Things Internet Vạn vật GUI Graphical User Interface Giao diện người dùng TOM TAT KHÓA LUẬN Ngày nay, công nghệ IoT đã phát triển, giúp con người thu thập dir liệu sóng não, là tiền đề dé giải mã, khám phá nhiều thông tin có ý nghĩa từ đó. Tuy nhiên, các hệ thống EEG chat lượng cao thường có chi phí đắt đỏ.
Dé giảm chi phí, dé tài nghiên cứu đề xuất phát triển hệ thống sóng não dựa trên mã nguồn mở. Lĩnh vực nghiên cứu về hệ thống thu thập sóng não còn khá mới mẻ, hiện chỉ có số lượng nhóm nghiên cứu hạn chế tại Việt Nam. Thông qua đề tài này, chúng ta có cơ hội mở rộng kiến thức và kỹ năng, đồng thời tạo nền tảng, đóng góp vào sự phát triển của nghiên cứu khoa học trong nước. Sóng não được đo bằng các hoạt động điện giữa các tế bào thần kinh ở vỏ não bằng các điện cực da đầu.
Kết quả là các hình thức thu thập sóng não và phân tích đã được phát trién. Giao diện sử dung sóng não sẽ không thông qua ngôn ngữ hay hành vi cơ thé mà sẽ truyền trực tiếp đến hệ thống cung cấp giao diện não — máy tinh (BCI). Điều này có thê thực hiện được vì nhiều loại sóng não xuất hiện tùy thuộc vào trạng thái thê chất và tinh thần của người sử dụng. Lý do chọn đề tài nghiên cứu Sóng não, hay dao động thân kinh, là một phân quan trọng của hoạt động thân kinh, đóng vai trò cot yêu trong việc hiêu rõ các chức năng cua não bộ.
Việc nghiên cứu sóng não không chỉ giúp chúng ta hiêu rõ hơn vê cơ chê hoạt động của não mà còn mở ra nhiều ứng dụng trong y học, tâm lý học, và công nghệ. e Ứng dụng trong y học và chăm sóc sức khỏe Hệ thống thu thập tín hiệu sóng não có thể được sử dụng dé chân đoán và điều trị các rối loạn thần kinh như động kinh, rỗi loạn giấc ngủ, và các vấn đề về sức khỏe tâm thần. Nó cũng hỗ trợ trong việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp điêu tri mới, nâng cao hiệu quả va độ chính xác trong chân đoán. ° Ứng dụng trong công nghệ và giao diện não-máy tính (BCI) Với sự phát triển của các công nghệ hiện đại, việc sử dụng tín hiệu sóng não dé điều khiển các thiết bị bên ngoài thông qua giao diện não-máy tinh dang trở thành hiện thực.
Hệ thống thu thập tín hiệu sóng não đóng vai trò then chốt trong việc phát triển các ứng dụng này, từ việc hỗ trợ người khuyết tật cho đến các ứng dụng giải tri và tương tác người-máy. e Đóng góp vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật Việc phát trién một hệ thống thu thập tín hiệu sóng não đòi hỏi sự kết hợp của nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật, bao gồm điện tử, kỹ thuật số, xử lý tín hiệu và khoa học máy tính. Nghiên cứu và phát triển đề tài này không chỉ đóng góp vào sự tiến bộ của các công nghệ hiện đại mà còn tạo ra cơ hội cho các sinh viên tiếp cận và làm chủ các kiên thức và kỹ năng liên quan. e Thách thức va cơ hội hoc hỏi Đề tài không chỉ mang tính thách thức mà còn mở ra nhiều cơ hội học hỏi và sáng tao cho sinh viên.
Từ việc thiết kế hệ thống phần cứng dé thu thập tín hiệu, đên việc phát triên các thuật toán xử lý tín hiệu và phân tích dữ liệu, sinh viên sẽ 13 có cơ hội áp dụng kiến thức đã học vào thực tế, rèn luyện kỹ năng nghiên cứu và giải quyết van dé, và tạo ra những đóng góp cụ thé và có giá trị. e Đóng góp cho cộng đồng và xã hội Cuối cùng, việc nghiên cứu và phát triển hệ thống thu thập tín hiệu sóng não có thé mang lại những lợi ích thiết thực cho cộng đồng và xã hội. Những ứng dụng trong y học và công nghệ có thé cải thiện chất lượng cuộc sống của nhiều người, đặc biệt là những người mắc các bệnh lý thần kinh hoặc khuyết tật. Với những lý do trên, đề tài "Hệ thống thu thập tín hiệu sóng não với module Nano 33 BLE" không chi mang lại giá tri khoa học và công nghệ mà còn có ý nghĩa thực tiễn và nhân văn sâu sắc.
Đây là một lựa chọn đề tài phù hợp và đầy triển vọng cho khóa luận tốt nghiệp. Mục tiêu đề tài e Phát triển một hệ thống phan cứng và phần mềm thu thập được tín hiệu sóng não với chi phí hợp lý.