Chương 1: Tổng quan được từ thuật toán PR, các thuật toán ANN và SVM được sử dụng để xác nhận dữ liệu Oxy-Hb cho nhận dạng số lần gõ tay. Kết quả thử nghiệm với số lần gõ tay cho thấy rằng ta có thể phân biệt việc gõ tay trái hay tay phải của đối tượng. Qua những nghiên cứu đã trình bày chứng tỏ kỹ thuật sử dụng quang phổ cận hồng ngoại đã phản ánh hoạt động của bộ não bằng nhiều hình thức khác nhau. Trong mỗi một hình thức sử dụng thì mỗi phương pháp đều có giới hạn nhất định.
Chẳng hạn như việc dựa vào các hệ số góc có được từ hồi quy tuyến tính để nhận dạng hoạt động nào đó có độ chính xác không cao vì trong mỗi lần hoạt động thì hệ số lại thay đổi. Hệ SVM được áp dụng trực tiếp với ngõ vào là oxy-Hb và deoxy- Hb [11] đòi hỏi số lượng ngõ vào rất nhiều, không tiếp cận được các đặc trưng của tín hiệu thu được. Với một ứng dụng liên quan đến tín hiệu não và đòi hỏi xử lý thời gian thực thì việc áp dụng như [3] sẽ rất khó khăn. Trong hầu hết các bài báo trên, khi một người cần phải tìm hiểu hoạt động của não, tín hiệu Oxy-Hb đã được lựa chọn đặc trưng biên độ.
Do đó dữ liệu thực hiện là những trường hợp điển hình, không mang tính tổng quát. Trong nghiên cứu này, các thuật toán ngưỡng wavelet được sử dụng để xác định chính xác các kênh của vùng vận động trong tổng số 24 kênh. Như vậy khi cần tìm hiểu các hoạt động của con người thông qua các hoạt động của não ta chỉ cần xem xét hoạt động của vùng vận động là đủ. Đồng thời thực hiện hồi quy tuyến tính để lấy ra các đặc trưng cho từng trường hợp cắn và nâng tạ cụ thể, từ đó tính toán diện tích Oxy-Hb vùng vận động này.
Cuối cùng thực hiện so sánh diện tích của trường hợp cắn – không cắn và nâng tạ để tìm ra mối quan hệ giữa lệch quai hàm và lực cách tay. Dựa vào mối quan hệ này sẽ giúp ích trong việc nghiên cứu, chuẩn đoán và điều trị các bệnh nhân về quai hàm, cơ hàm, lực cánh tay. Xuất phát từ những cơ sở trên người thực hiện đi thu thập và phân tích tín hiệu Oxy-Hb để xác định mối quan hệ trên bằng fNIRS. Mục đích của đề tài.
Xây dựng giải thuật để thông qua tín hiệu não đo được có thể xác định được mối quan hệ giữa độ lệch quai hàm và lực cánh tay của con người. Trang 5 Luan van Chương 1: Tổng quan 1. Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài. a/ Nhiệm vụ: Tìm hiểu về bộ lọc Savitzky- Golay, biến đổi wavelet rời rạc và thuật toán tìm ngưỡng, thuật toán giao, hồi quy đa thức và tính diện tích.
Xây dựng thí nghiệm và đo tín hiệu não sử dụng máy fNIRS FOIRE- 3000 Áp dụng cơ sở lý thuyết đã có, tìm ra vùng vận động của hoạt động, xác định mối quan hệ giữa lệch quay hàm và lực cánh tay thông qua phân tích tín hiệu não từ dữ liệu thu được. b/ Giới Hạn: Xử lý dữ liệu không trực tuyến. Thí nghiệm thực hiện là cắn – nâng tạ và chỉ đo trên vùng não điều khiển chuyển động. Thực hiện trên một nhóm đối tượng khỏe mạnh.
Phương pháp nghiên cứu Thu thập dữ liệu: Xây dựng giao thức thí nghiệm, Sự thay đổi oxy-Hb trên vùng điều khiển hoạt động của não được thu về dùng kỹ thuật fNIRS sử dụng máy FOIRE - 3000 của hãng Shimadzu, Nhật Bản đặt tại phòng A104, Bộ môn Kỹ Thuật Y Sinh, Đại học Quốc tế. Hệ thống này có thể hoạt động ở 3 bước sóng 780 nm, 805 nm và 830 nm. Các thí nghiệm khác nhau được xây dựng để thu dữ liệu. Tiền xử lý dữ liệu: Thực hiện lọc nhiễu sử dụng bộ lọc Savitzky - Golay.
Xử lý dữ liệu: Áp dụng biến đổi Wavelet và đặt ngưỡng để tìm các đặc trưng chọn được các kênh tích cực trong vùng vận động của đối tượng. Áp dụng thuật toán giao để xác định vùng vận động cho hoạt động cắn và nâng tạ của nhóm đối tượng khỏe mạnh. Xác định mối quan hệ: Thực hiện hồi quy đa thức, tính diện tích cho từng kênh trong vùng vận động, rồi đưa ra diện tích trung bình của vùng vận động cho từng đối tượng đối với mỗi hoạt động cắn và nâng tạ cụ thể. Dựa vào diện tích này ta xác định ra mối quan hệ giữa độ lệch quai hàm và lực cánh tay.
Trang 6 Luan van Chương 1: Tổng quan 1. Tóm tắt đề tài Từ mục đích và nhiệm vụ đặt ra, luận văn được xây dựng bao gồm các chương sau: Chương 1: Tổng quan , chương này trình bày khát quát về lĩnh vực nghiên cứu, các tóm tắt kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước. Cũng như giới thiệu được ý nghĩa, mục đích, giới hạn và phương pháp thực hiện của đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết, trình bày cơ sở lý thuyết về một số phương pháp thu thập tín hiệu và hình ảnh não như: EEG, MRI, PET và fNIRS.
Đồng thời giới thiệu cách thu thập tín hiệu Oxy-Hb bằng máy fNIRS hiệu FOIRE-3000. Chương 3 giới thiệu về cách xử lý tín hiệu Oxy-Hb: Làm phẳng tín hiệu bằng bộ lọc Savitzky – Golay, phân tích lấy các thành phần xấp xỉ bằng biến đổi Wavelet rời rạc, sau đó áp dụng thuật toán ngưỡng để tìm những kênh tích cực của hoạt động. Thực hiện phép giao giữa các hoạt động của các đối tượng tìm ra vùng vận động cho hoạt động cắn và nâng tạ của nhóm đối tượng nghiên cứu. Chương 4 trình bày hồi quy đa thức, tính diện tích trung bình vùng vận động của từng đối tượng, của nhóm đối tượng.
Dựa vào diện tích khu vực này xác định mối quan hệ lệch quai hàm và lực cánh tay. Chương 5 là phần kết luận và hướng phát triển của đề tài. Trang 7 Luan van Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Các phương pháp tái hiện hình ảnh và tín hiệu não người 2.
Phương pháp điện não đồ (EEG) EEG (Electroencephalography) - điện não đồ là một phương pháp ghi lại các hoạt động về điện trên da đầu của người. Phương pháp này đo sự thay đổi điện áp do việc di chuyển của các hạt điện tích bên trong các nơ- ron của não. Tín hiệu EEG trên người đã được tìm ra bởi Hans Berger (1873 - 1941). Bài báo đầu tiên vào năm 1929 của Berger cho thấy sự tồn tại của sóng alpha như là một thành phần chủ yếu trong tín hiệu EEG.
Việc nạp điện áp trên não được duy trì bởi hàng tỷ nơ-ron. Các nơ-ron nạp điện bởi các màng vận chuyển protein bằng cách bơm ion vào màng của chúng. Các nơ-ron thường xuyên trao đổi ion với ngoại bào, tạo nên một quá trình liên tục bằng cách đẩy ion từ nơ-ron này đến nơ-ron khác như một sóng điện. Khi các sóng ion này tiến đến các điện cực trên da đầu, chúng có thể đẩy và kéo electron trên kim loại của điện cực.
Vì kim loại có thể đẩy và kéo electron một cách dễ dàng nên sự khác nhau giữa điện áp kéo và đẩy của bất kỳ cặp cực nào cũng sẽ được ghi nhận. Các giá trị điện áp được ghi nhận theo thời gian này chính là tín hiệu EEG. Bố trí điện cực trong phép đo EEG 2. Phương pháp chụp cộng hưởng từ ( MRI: Magnetic Resonance Imaging) Chụp cộng hưởng từ hay MRI là một kỹ thuật chẩn đoán y khoa tạo ra hình ảnh giải phẫu của cơ thể nhờ sử dụng từ trường và sóng radio.
Phương pháp này không sử dụng tia X và an toàn cho bệnh nhân. Máy chụp cộng hưởng từ xem hình Trang 8 Luan van Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết 2.2, đây là một thiết bị nhạy cảm và đa năng giúp ta thấy hình ảnh các lớp cắt của các bộ phận cơ thể từ nhiều góc độ trong khoảng một thời gian ngắn. Máy chụp cộng hưởng từ Chụp cộng hưởng từ là một kỹ thuật nhanh, gọn không gây ảnh hưởng phụ, là một phương pháp chẩn đoán hình ảnh hiện đại, hiệu quả và phổ biến trên thế giới. Ngày nay, MRI được sử dụng để kiểm tra gần như mọi cơ quan trong cơ thể.
Kỹ thuật này đặc biệt có giá trị trong việc chụp ảnh chi tiết não hoặc dây cột sống. Kể từ khi MRI mang lại những hình ảnh 3 chiều, bác sĩ có thể nắm được thông tin về địa điểm thương tổn. Những thông tin như vậy rất có giá trị trước khi phẫu thuật chẳng hạn như tiểu phẫu não. Nguyên lý cộng hưởng từ hạt nhân được Felix Bloch và Edward Purcell phát hiện vào năm 1946, cộng hưởng từ được ứng dụng rộng rãi từ năm 1950.
Năm 1952, hai nhà vật lý Felix Bloch và Edward Purcell được trao giải Nobel Vật lý nhờ sự phát hiện và ứng dụng cộng hưởng từ. Năm 1980, chiếc máy cộng hưởng từ đầu tiên trên thế giới được đưa vào hoạt động để tạo ảnh cơ thể người. Năm 1987, MRI được ứng dụng trong chẩn đoán các bệnh lý tim mạch bằng kỹ thuật cardiac MRI. Năm 1993, ứng dụng MRI để chẩn đoán các bệnh lý não thần kinh.
Ngày nay, kỹ thuật tạo ảnh cộng hưởng từ (MRI) đã trở thành phổ biến trong y học chẩn đoán hình ảnh trên thế giới cũng như tại các bệnh viện lớn của Việt nam. Trang 9 Luan van Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Tạo ảnh bằng MRI không gây tác dụng phụ như trong tạo ảnh bằng chụp X quang thường quy và chụp CT. Không phát ra các bức xạ gây nguy hiểm cho con người. Trên ảnh cộng hưởng từ phát hiện những u có tỷ trọng thấp hơn đối với các tổ chức não, mà trên ảnh chụp cắt lớp vi tính không phát hiện được.
Phương pháp chụp cắt lớp (CT: Computed Tomography) Kỹ thuật chụp này là CT Scanner, có nghĩa là kỹ thuật chụp quét định khu vi tính hoá. Nói một cách dễ hiểu hơn, đây là kỹ thuật dùng nhiều tia X quang quét lên một khu vực của cơ thể theo lát cắt ngang phối hợp với xử lý bằng máy vi tính để được một hình ảnh 2 chiều hoặc 3 chiều bộ phận cần chụp. Máy CT Scanner So với kỹ thuật chụp X quang trước đây, CT Scanner là một thành tựu vượt bậc trong chẩn đoán hình ảnh giúp ích đắc lực cho thầy thuốc trong chẩn đoán, tiên lượng bệnh và do đó mang lại lợi ích không cần bàn cãi cho người bệnh. Ngành y tế nước ta đã mau chóng đầu tư trang bị máy và đào tạo nhân lực đủ trình độ để đáp ứng đòi hỏi nâng cao chất lượng chẩn đoán.