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 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 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 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. Các kỹ thuật điện quang đã góp phần quan trọng giúp thầy thuốc không chỉ đoán bệnh chính xác mà còn đánh giá được mức độ nặng nhẹ, tiến triển của bệnh để chủ động tìm ra cách chữa tốt nhất.
Một điều rất đáng quan tâm là khi chụp cắt lớp, người bệnh phải chịu một lượng tia X quang nhiều gấp hàng chục lần chụp thông thường, rất có hại đến sức khoẻ, đặc biệt là đối với sản phụ và trẻ em. Vì vậy, cũng như mọi phương tiện khác chụp CT Scanner không phải cây đũa thần cho tất cả các bệnh, nó chỉ thực sự cần thiết khi bệnh nhân biết sử dụng đúng dịch vụ y tế và khi thầy thuốc chỉ định đúng. Trang 10 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Các đầu dò kích thước nhỏ bên trong máy CT scanner có nhiệm vụ đo đạc số lượng tia x đi xuyên qua bộ phận cơ thể của bệnh nhân cần được khảo sát. Một máy tính thu thập những thông tin này và sử dụng chúng để tạo ra các hình ảnh riêng biệt, được gọi là những "lát cắt".
Những hình ảnh này có thể được lưu trữ, xem trên màn hình hoặc in ra thành phim. Có thể tạo nên các hình ảnh ba chiều của cơ quan trong cơ thể bệnh nhân bằng cách sắp xếp từng lát cắt riêng lẻ lại với nhau. Chất cảm quang được tiêm qua đường tĩnh mạch có thể khiến cho bệnh nhân có cảm giác hơi rát bỏng, cảm giác hơi ấm toàn thân. Các cảm giác này là bình thường và sẽ khỏi trong vòng vài giây.
Phương pháp chụp Positron cắt lớp (PET: Positron emission tomography) Chụp Positron cắt lớp hay còn gọi là PET hoặc PET-SCAN hay PET-CT là một kỹ thuật chẩn đoán trong chuyên ngành chẩn đoán hình ảnh y học, cho phép đánh giá chức năng sinh học của một số cơ quan nội tạng và chẩn đoán bệnh. Đây là điểm cực kỳ khác biệt so với các thiết bị chẩn đoán khác như cộng hưởng từ (MRI) hay chụp cắt lớp (CT) thường được dùng để nhận diện các bệnh lý và các bệnh cảnh ở giai đoạn chớm của bệnh thông qua việc phát hiện cấu trúc hay những thay đổi về kết cấu tổ chức của cơ thể. Chẩn đoán hình ảnh bằng PET hiệu quả và ưu việt hơn trong việc xác định giai đoạn và đánh giá chuyển đoạn của các bệnh ung thư, phát hiện tái phát cũng như việc đánh giá theo dõi các đáp ứng cơ thể đối với điều trị. Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị chẩn đoán hình ảnh hợp nhất thế hệ thứ 2 cho phép kết hợp hai hệ thống hình ảnh PET/CT.
Điều này giúp cho các bác sĩ có thể có được những thông tin về chuyển hóa và cấu trúc liên quan đến căn bệnh chỉ với một hình ảnh PET/CT. RadLink là nơi đầu tiên ở Singapore sử dụng hệ thống chụp cắt lớp kết hợp PET/CT 64 lát cắt có chức năng ―Time-of-Flight‖. Hệ thống chụp ảnh PET/CT cực kỳ hiện đại với kỹ thuật ―Time-of-Flight‖ này giúp cải thiện chất lượng hình ảnh bằng cách giảm tiếng ồn và cho hình ảnh có độ nhạy cao. Chức năng này còn có những lợi điểm khác như giảm bớt liều lượng phóng xạ, thời gian chụp ngắn hơn và Trang 11 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết chất lượng hình ảnh được cải thiện tốt hơn.
Một hình ảnh PET/CT có thể thay thế nhiều phép chẩn đoán hình ảnh y khoa khác chỉ với một lần chụp. Máy chụp Positron cắt lớp Ứng dụng PET trong l ĩnh vực nghiên cứu phát minh dược phẩm nhằm đánh giá sự phân phối thuốc trong cơ thể và đo lường những thay đổi của thuốc trong lưu lươ ̣ng máu cũng như mức độ đính kết với thụ thể. Sự đánh dấ u các đồng vị phóng xạ PET vào phân tử của dược phẩm được khảo sát cho phép PET theo dõi các tác đô ̣ng của thuốc sau khi vào cơ thể : thuốc sẽ đến đâu và đính kết vào chỗ nào, thuốc có ảnh hưởng gì đến các mô cơ hay nói chung thuốc h oạt động tốt như thế nào. Các dươ ̣c phẩ m có phân tử phóng xa ̣ trong công thức , về phương diê ̣n sinh lý hóa , khi vào trong cơ thể sẽ có cùng một tác d ụng như những dươ ̣c phẩ m tương đương không có chấ t phóng xa ̣.
Gần đây việc phát minh các máy chụp PET với độ phân giải cao có khả năng chụp hình những thú vật nhỏ đã giúp những thử nghiệm lâm sàng của các dược phẩm nghiên cứu trên súc vật trở nên chính xác và nhanh chóng hơn. Tóm lại, kỹ thuật PET đã cải thiện và rút ngắn thời gian thử nghiệm lâm sàng trên súc vật và con người .