Luận văn thạc sĩ về trạng thái ngủ gật của học sinh sinh viên sử dụng thiết bị đo điện não

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu trạng thái ngủ gật của sinh viên bằng thiết bị đo điện não, cung cấp cái nhìn sâu sắc về sức khỏe học đường.

• Tác giả: Nguyễn Trung Hiếu
• Người hướng dẫn: PGS. Huỳnh Quang Linh
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật
• Đề tài: Nghiên Cứu Trạng Thái Ngủ Gật Của Học Sinh Sinh Viên Bằng Thiết Bị Đo Điện Não
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung

Trong bối cảnh hiện đại, tình trạng ngủ gật của sinh viên đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Thiếu ngủ không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe mà còn tác động tiêu cực đến hiệu suất học tập. Theo nghiên cứu, trạng thái ngủ gật thường xảy ra do áp lực học tập và thói quen sinh hoạt không hợp lý. Việc sử dụng thiết bị đo điện não như Nicolet One V32 giúp ghi nhận và phân tích các tín hiệu điện não, từ đó xác định được thời điểm chuyển giao giữa trạng thái tỉnh táo và ngủ gật. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về nguyên nhân và ảnh hưởng của ngủ gật mà còn đề xuất các giải pháp nhằm cải thiện tình trạng này.

1.1. Lý do chọn đề tài

Nhu cầu về giấc ngủ đủ và chất lượng ngày càng được chú trọng. Theo CDC, trẻ em và thanh thiếu niên cần ngủ từ 8 đến 12 tiếng mỗi ngày. Tuy nhiên, thực tế cho thấy nhiều sinh viên không đáp ứng được yêu cầu này, dẫn đến tình trạng ngủ gật. Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu nguyên nhân và ảnh hưởng của ngủ gật đến học tập, từ đó đưa ra các biện pháp khắc phục hiệu quả.

1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ có giá trị về mặt lý thuyết mà còn mang lại ứng dụng thực tiễn. Việc xây dựng thuật toán nhận dạng trạng thái ngủ gật thông qua tín hiệu điện não sẽ giúp phát hiện sớm tình trạng này, từ đó đưa ra cảnh báo kịp thời. Điều này có thể giúp sinh viên cải thiện chất lượng học tập và sức khỏe, đồng thời hỗ trợ phụ huynh và nhà trường trong việc quản lý tình trạng thiếu ngủ của học sinh.

II. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Nghiên cứu về ngủ gật đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới. Các phương pháp phát hiện tình trạng này thường được chia thành hai nhóm: nhóm sử dụng các biểu hiện sinh lý như sóng não và nhịp tim, và nhóm dựa trên các biểu hiện vật lý như tư thế và trạng thái mắt. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp giữa thiết bị đo điện não và các công nghệ khác có thể nâng cao hiệu quả phát hiện. Ví dụ, một số nghiên cứu đã sử dụng camera để theo dõi trạng thái mắt của tài xế nhằm phát hiện tình trạng mệt mỏi. Tuy nhiên, các phương pháp này vẫn gặp phải một số hạn chế trong điều kiện ánh sáng khác nhau.

2.1. Nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, tình trạng ngủ gật ở học sinh, sinh viên cũng đang được quan tâm. Các nghiên cứu cho thấy rằng áp lực học tập và thói quen sinh hoạt không hợp lý là nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng này. Việc sử dụng thiết bị đo điện não để khảo sát tình trạng ngủ gật sẽ giúp cung cấp dữ liệu chính xác hơn về tình trạng này, từ đó đề xuất các giải pháp phù hợp.

2.2. Các nghiên cứu quốc tế

Nhiều nghiên cứu quốc tế đã chỉ ra rằng ngủ gật có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng như tiểu đường và đột quỵ. Các phương pháp phát hiện tình trạng này ngày càng được cải tiến, từ việc sử dụng thiết bị đo điện não đến các công nghệ hình ảnh tiên tiến. Những nghiên cứu này cung cấp cơ sở lý thuyết vững chắc cho việc phát triển các giải pháp phòng ngừa và can thiệp hiệu quả.

III. Phương pháp thực nghiệm

Quy trình thực nghiệm được thực hiện nhằm đo lường và phân tích trạng thái ngủ gật của sinh viên thông qua thiết bị đo điện não. Các tín hiệu điện não và điện cơ được ghi nhận và xử lý để xác định thời điểm chuyển giao giữa trạng thái tỉnh táo và ngủ gật. Việc sử dụng các thuật toán xử lý tín hiệu như biến đổi Fourier và Wavelet giúp nâng cao độ chính xác trong việc phát hiện trạng thái này. Kết quả thu được từ thực nghiệm sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc đánh giá tình trạng ngủ gật và đề xuất các biện pháp can thiệp kịp thời.

3.1. Quy trình đo

Quy trình đo được thực hiện trong môi trường kiểm soát, nơi sinh viên tham gia sẽ được yêu cầu thực hiện các bài kiểm tra trong khi tín hiệu điện não được ghi nhận. Các thông số như tần số sóng não và biên độ điện cơ sẽ được phân tích để xác định trạng thái ngủ gật. Việc này không chỉ giúp phát hiện tình trạng mà còn cung cấp dữ liệu cho các nghiên cứu tiếp theo.

3.2. Phân tích dữ liệu

Sau khi thu thập dữ liệu, các phương pháp xử lý tín hiệu sẽ được áp dụng để phân tích và đánh giá kết quả. Việc sử dụng các thuật toán như DFT và FFT giúp xác định các đặc điểm chính của tín hiệu điện não, từ đó phát hiện các thay đổi liên quan đến trạng thái ngủ gật. Kết quả phân tích sẽ được so sánh với các tiêu chuẩn đã được thiết lập để đánh giá độ chính xác và độ tin cậy của phương pháp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI NGỦ GẬT CỦA HỌC SINH SINH VIÊN BẰNG THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN NÃO Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số: 60 52 04 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp. Hồ Chí Minh, năm 2019 Công trình được hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG – HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. Huỳnh Quang Linh Cán bộ chấm nhận xét 1: TS.

Lý Anh Tú Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Lưu Gia Thiện Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM, ngày 12 tháng 1 năm 2019. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1.

Trần Thị Ngọc Dung. Ngô Thị Minh Hiền. Nguyễn Lâm Duy. Ủy viên Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA KH. ỨNG DỤNG 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -------------------- ---------------------- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: NGUYỄN TRUNG HIẾU. MSHV: 1770286 Ngày, tháng, năm sinh: 26/11/1993. Nơi sinh: TPHCM Chuyên ngành: VẬT LÝ KỸ THUẬT.

TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU TRẠNG THÁI NGỦ GẬT CỦA HỌC SINH SINH VIÊN BẮNG THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN NÃO. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG  Tìm hiểu trạng thái, nguyên nhân, ảnh hưởng của ngủ gật đến học sinh, sinh viên.  Tìm hiểu tổng quan về tín hiệu điện não và tín hiệu điện cơ.  Xây dựng thuật toán có thể nhận dạng trạng thái ngủ gật ở học sinh, sinh viên thông qua nhận dạng EEG, EMG ghi nhận từ hệ thống đo điện não cố định.

 Thực nghiệm đo EEG, EMG bằng máy Nicolet One V32. Từ đó, tiến hành phân tích, xử lý, so sánh và đánh giá kết quả. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20/08/2018. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 16/12/2018.

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS HUỲNH QUANG LINH. HCM, ngày 16 tháng 12 năm 2018 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƢỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG 2 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này, ngoài những nỗ lực của bản thân mình, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ, động viên từ ba mẹ, thầy cô và bạn bè. Tôi xin cảm ơn quý thầy cô Khoa Khoa Học Ứng dụng, Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện và đưa ra những ý kiến đóng góp quý báu để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến PGS.

Huỳnh Quang Linh và ThS. Lê Quốc Khải – giảng viên hướng dẫn luận văn này – thầy đã tận tâm hướng dẫn, truyền thụ cho tôi những kiến thức bổ ích, những kinh nghiệm vô cùng quý báu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi phát triển và hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ths. Lê Cao Đăng đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được thực nghiệm đo dữ liệu tại phòng thí nghiệm Vật lý kỹ thuật y sinh – Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TPHCM.

Ngoài ra, tôi cũng xin cảm ơn các bạn sinh viên đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ tôi tiến hành thực nghiệm và góp ý cho luận văn của tôi. Và cuối cùng, xin cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện và hỗ trợ về mặt tinh thần giúp tôi hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 12 năm 2018 Học viên thực hiện Nguyễn Trung Hiếu 3 TÓM TẮT Thiếu ngủ nghiêm trọng ở lứa tuổi học sinh, sinh viên (đặc biệt là đối với học sinh trung học phổ thông) hiện nay đang là một trong những thực trạng cần được nhìn nhận.

Thiếu ngủ là một trong những nguyên nhân hàng đầu dẫn đến ngủ gật vào ban ngày. Ngủ gật không chỉ làm ảnh hưởng đến chất lượng các hoạt động học tập của học sinh, sinh viên mà còn gây nên nhiều hệ lụy đáng tiếc không mong muốn như tiểu đường, đột quỵ, giảm trí nhớ,… Luận văn đã xây dựng được quy trình đo ngủ gật, thực hiện chương trình xử lý tín hiệu đánh giá định lượng về thay đổi tín hiện điện não và điện cơ tại thời điểm chuyển giao trạng thái từ thức sang ngủ và thử nghiệm với một số đối tượng tình nguyện. Kết quả ban đầu thể hiện độ tin cậy đáng kể làm cơ sở để thực hiện sự khảo sát diện rộng tình trạng ngủ gật của học sinh, sinh viên; tìm hiểu nguyên nhân và ảnh hưởng để đề xuất những giải pháp cần thiết. ABSTRACT Sleep deprivation of pupils and students is currently an actual concerning issue.

Sleep deprivation is one of the leading causes of drowsiness during the day. Drowsiness does not only affect the quality of learning activities of pupils and students but also causes many unfortunate consequences such as diabetes, stroke, memory loss etc… The thesis has designed the process of measuring drowsiness, constructed and implemented the hypnogram processing program that evaluates quantitative changes in the electroencephalogram and electromyography signals at the moment of transferring the state from wake to sleep, and tested mentioned measurements with some volunteers. Initial results showed considerable reliability as a basis for conducting extensive surveys of the drowsiness of pupils and students, investigating its causes and influences to propose proper and necessary solutions. 4 LỜI CAM ĐOAN Học viên xin cam đoan những kết quả có được trong luận văn là do bản thân học viên thực hiện.

Ngoài phần tài liệu tham khảo đã được liệt kê, các số liệu và kết quả thực nghiệm là trung thực và chưa được công bố trong bất cứ công trình khoa học nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 12 năm 2018 (Ký tên và ghi rõ họ tên) NGUYỄN TRUNG HIẾU 5 MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ .4 LỜI CAM ĐOAN .5 DANH MỤC HÌNH ẢNH .9 DANH MỤC BẢNG BIỂU .10 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. GIỚI THIỆU CHUNG. Lý do chọn đề tài.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình nghiên cứu. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Cấu trúc giải phẫu của não bộ.

Cơ chế hình thành sóng điện não. Các hoạt động điện não cơ bản (hoạt động nền) ở người bình thường trong trạng thái tỉnh táo. Cấu trúc giải phẫu của cơ. Cơ chế phát sinh tín hiệu điện cơ.

Các đặc điểm cơ bản của tín hiệu điện cơ. Phương pháp ghi nhận tín hiệu điện cơ – điện não. Nguyên tắc nghi nhận tín hiệu điện não. Vị trí đặt điện cực.

Các phương pháp thu nhận tín hiệu điện cơ. Thiết bị Nicolet One V32. Các yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu điện cơ – điện não. Nhiễu nguồn 50Hz.

Nhiễu do run cơ. Nhiễu do tiếp xúc kém giữa điện cực và da. Nhiễu điện tim ECG. Nhiễu điện mắt EOG.

Cấu trúc giấc ngủ (theo chuẩn AASM 2007). PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM. Quy trình đo. Tiền xử lý tín hiệu.

Lọc nhiễu điện lưới 50Hz bằng bộ lọc triệt tần (Notch Filter). Các thuật toán xử lý tín hiệu. Phép biến đổi Fourier. Biến đổi Fourier rời rạc (DFT – Discrete Fourier Transform).

Biến đổi Fourier nhanh (FFT – Fast Fourier Transform). Phép biến đổi Fourier thời gian ngắn (STFT – Short Time Fourier Transform). Phép biến đổi Wavelet (WT – Wavelet Transform). Phép biến đổi Wavelet liên tục (CWT – Continous Wavelet Transform) 46 3.

Phép biến đổi Wavelet rời rạc (DWT – Discrete Wavelet Transform). Xác định trạng thái theo từng epoch. Xác định thời điểm chuyển trạng thái. Khảo sát sự thay đổi biên độ điện cơ trong giai đoạn chuyển trạng thái.

KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT. Kết quả tiền xử lý tín hiệu. Tỷ lệ công suất của sóng Alpha và Theta. Xác định thời điểm ngủ gật.

Kết quả xử lý dữ liệu mẫu 1. Kết quả xử lý dữ liệu mẫu 7 khi hiệu chuẩn. Kết quả xử lý dữ liệu mẫu 8 khi có hiệu chuẩn. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .66 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

Giới thiệu Hệ Nicolet One V32. Hƣớng dẫn xử lý số liệu. Thông tin chi tiết các dữ liệu đƣợc sử dụng .83 8 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2. Cấu trúc giải phẫu của não bộ Hình 2.

Chức năng của các thùy ở não bộ Hình 2. Cấu trúc của nơron Hình 2. Điện thế hoạt động Hình 2. Các sóng điện não cơ bản Hình 2.

Cấu trúc của cơ chủ động Hình 2. Đơn vị vận động Hình 2. Quá trình khử cực và tái cực của màng tế bào cơ. Vị trí đặt điện cực theo hệ thống quốc tế 10 – 20 Hình 2.

Bộ phận khuếch đại của hệ Nicolet One V332 Hình 2. Giai đoạn W Hình 2. Giai đoạn N1 Hình 2. Giai đoạn N2 Hình 2.

Giai đoạn N3 Hình 2. Trạng thái R Hình 2. Đồ thị Hypnogram Hình 3. Qúa trình thực nghiệm Hình 3.

Bộ lọc Notch triệt nhiễu tần số 50Hz Hình 3. Phép biến đổi Fourier Hình 3. Phép biến đổi Fourier của tín hiệu có chu kỳ. Tín hiệu liên tục và tín hiệu rời rạc Hình 3.

Phép biến đổi Fourier thời gian ngắn. Phép biến đổi Wavelet. Mặt phẳng thời gian – tần số với biến đổi Wavelet. Biến đổi Wavelet rời rạc.

Cây Wavelet phân tách tín hiệu. Tái tạo lại tín hiệu từ phân tích nhiều mức. Sơ đồ khối quy trình khảo sát EMG trong giai đoạn SO Hình 4. Phổ năng lượng trước và sau khi lọc nhiễu bằng bộ lọc Notch Hình 4.

Tín hiệu trước và sau khi lọc nhiễu bằng bộ lọc Notch. Tín hiệu sau khi thực hiện khử trôi và nhiễu bằng phép biến đổi Wavelet. Tín hiệu EEG và phổ năng lượng tín hiệu EEG trên kênh O2 Hình 4. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của hệ số R , R theo epoch Hình 4.

Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của hệ số R , R theo epoch trong giai đoạn chuyển giao Hình 4. Tín hiệu EEG và phổ năng lượng tín hiệu EEG trên epoch 87 Hình 4. Tín hiệu EEG và phổ năng lượng tín hiệu EEG trên epoch 88 Hình 4. Tín hiệu EMG và phổ năng lượng tín hiệu EMG trên epoch 87 Hình 4.

Tín hiệu EMG và phổ năng lượng tín hiệu EMG trên epoch 89 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 4. Hệ số tỷ lệ công suất trên các kênh điện não của một số Epoch Bảng 4. Sự thay đổi biên độ bình phương trung bình điện cơ Bảng 4. Sự thay đổi biên độ bình phương trung bình điện cơ mẫu 2 Bảng 4.