TWI769839B

TWI769839B - 腦波訊號檢測之方法

Info

Publication number: TWI769839B
Application number: TW110119456A
Authority: TW
Inventors: 謝宗勳
Original assignee: 長庚大學
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2022-07-01
Also published as: TW202245694A

Abstract

本發明係為一種腦波訊號檢測之方法，其步驟包含將一待測物設置於一待檢測區域中，取一感測單元及一位移感測單元設置於該待測物之上方，接著利用一遮蔽件遮蔽該待檢測區域之該環境光，再透過該感測單元接收該待測物之一第一腦波訊號值，並同時利用該位移感測單元接收該待測物之一第一作動訊號值後，將該第一腦波訊號值及該第一作動訊號值傳輸至一電子裝置，該電子裝置透過一應用程式接收該第一腦波訊號值及該第一作動訊號值，透過該應用程式比對該第一腦波訊號值及該第一作動訊號值，確認該環境光及運動對於待測物腦波之影響。

Description

腦波訊號檢測之方法

本發明係關於一種方法，特別是一種檢測接受光刺激後之腦波變化之檢測方法。

臨床上為了檢測腦部相關疾病，目前測量腦部訊號的主要方式主要有四種，包含腦電圖(Electroencephalography,EEG)、腦磁圖(Magnetoencephalon graphic)、功能性磁振造影(Functional magnetic resonance imaging)以及正子斷層造影(Positron emission tomography)等，其中EEG是唯一無需固定頭部或身體的量測方式，同時也是成本相對較低且較常用的檢測方式。

腦電圖為一種利用電極記錄腦部電訊號的方法，藉由將電極貼於受測者頭皮上以觀察顱骨下方腦皮質區域的電活化情形，該腦區具有思考、控制骨骼肌等功能，同時也可辨別聽覺、視覺、觸覺等感官刺激，測得該區之電訊號可有利於臨床輔助診斷腦部之相關症狀。

於檢查過程中，可透過要求受測者進行開眼、閉眼、深呼吸以及注視燈光閃爍等動作，以測得不同狀態及刺激下之腦電訊號，該訊號會經過濾、放大並轉化為肉眼可見的數位化波形進行保存，以便後續利用相關軟體針對不同的波段分析。目前EEG已被用於評估癲癇、睡眠障礙以及退化性疾病等。

基於轉譯醫學的目的，將腦電圖應用於實驗動物上將可能有利於尋找腦病變之治療策略。

然而，傳統測試時為了於動物(通常為大鼠或小鼠)身上執行腦電圖的測量，需先將其麻醉後透過手術將記錄電極植入至待測腦區，於手術恢復期之後即可透過該電極接收腦部之電訊號。

但是，不同於在人類身上執行腦電圖測量，目前於動物實驗中幾乎未曾討論過在不同的光刺激及運動情形下之腦電圖圖譜變化，原因可能在於實驗動物存在著受測配合度上的問題。

因此，為了得知動物實驗中光刺激(開眼及閉眼)以及運動情形對於腦電圖波形的反應性變化，進而增進實驗動物以及人類於腦電圖轉譯的相關性，需要提供一種能在動物實驗中模擬人類腦電圖測量條件的工具。

為此，如何建立一種檢測接受光刺激後之腦波變化之檢測方法，為本領域技術人員所欲解決的問題。

本發明之一目的，在於提供一種腦波訊號檢測之方法，其係透過感測單元及位移感測單元進行檢測，分別獲得該待測物之腦波訊號值及作動訊號值後，透過電子裝置內之應用程式比對腦波訊號值及作動訊號值，確認環境光及運動對於待測物腦波之影響。

針對上述之目的，本發明提供一種腦波訊號檢測之方法，其步驟包含將一待測物設置於一待檢測區域中，取一感測單元及一位移感測單元設置於該待測物之上方，接著利用一遮蔽件遮蔽該待檢測區域之該環境光，再透過該感測單元接收該待測物之一第一腦波訊號值，並同時利用該位移感測單元接收該待測物之一第一作動訊號值後，將該第一腦波訊號值及該第一作動訊號值傳輸至一電子裝置，該電子裝置透過一應用程式接收該第一腦波訊號值及該第一作動訊號值。

本發明提供一實施例，其中該待檢測區域係為一封閉區域。

本發明提供一實施例，其中該位移感測單元設置於該感測單元之一側。

本發明提供一實施例，其中該位移感測單元係為加速規或陀螺儀。

本發明提供一實施例，其中於該電子裝置透過一應用程式接收該第一腦波訊號值及該第一作動訊號值之步驟後，包含步驟：比對該第一腦波訊號值及該第一作動訊號值。

本發明提供一實施例，其中於取一感測單元及一位移感測單元設置於該待測物之上方之步驟後，包含步驟移除該待檢測區域之該遮蔽件，使該環境光照射該待檢測區域；透過該感測單元接收該待測物之一第二腦波訊號值，同時利用該位移感測單元接收該待測物之一第二作動訊號值後，將該第二腦波訊號值及該第二作動訊號值傳輸至該電子裝置，透過該應用程式接收該第二腦波訊號值及該第二作動訊號值。

本發明提供一實施例，其中於透過該應用程式接收該第二腦波訊號值及該第二作動訊號值之步驟後，包含步驟：比對該第二腦波訊號值及該第二作動訊號值。

10:待測物

20:待檢測區域

22:封閉區域

30:感測單元

32:第一腦波訊號值

34:第二腦波訊號值

40:位移感測單元

42:第一作動訊號值

44:第二作動訊號值

50:遮蔽件

60:電子裝置

62:應用程式

S10~S100:步驟

第1A-1B圖：其為本發明之一實施例之步驟流程示意圖；第2A圖：其為本發明之一實施例之系統示意圖；第2B圖：其為本發明之一實施例之訊號值處理示意圖；以及第3A-3D圖：其為本發明之一實施例之訊號比對結果示意圖。

為使貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：傳統測試時為了於動物(通常為大鼠或小鼠)身上執行腦電圖的測量，需先將其麻醉後透過手術將記錄電極植入至待測腦區，於手術恢復期之後即可透過該電極接收腦部之電訊號，但是，不同於在人類身上執行腦電圖測量，目前於動物實驗中幾乎未曾討論過在不同的光刺激及運動情形下之腦電圖圖譜變化，原因可能在於實驗動物存在著受測配合度上的問題。

本發明係透過一種腦波訊號檢測之方法，其係透過感測單元及位移感測單元進行檢測，分別獲得該待測物之腦波訊號值及作動訊號值後，透過電子裝置內之應用程式比對腦波訊號值及作動訊號值，確認環境光對於待測物之運動及腦波影響。

在下文中，將藉由圖式來說明本發明之各種實施例來詳細描述本發明。然而本發明之概念可能以許多不同型式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例式性實施例。

首先，請參閱第1A圖，其為本發明之一實施例之步驟流程示意圖，以及第2A圖，其為本發明之一實施例之系統示意圖，如圖所示，其步驟包含：步驟S10：將待測物設置於待檢測區域中，其中，待檢測區域包含環境光；步驟S20：取感測單元及位移感測單元設置於待測物之上方；步驟S30：利用遮蔽件遮蔽待檢測區域之環境光；步驟S40：透過感測單元接收第一腦波訊號值，並同時利用位移感測單元接收待測物之第一作動訊號值後，將第一腦波訊號值及第一作動訊號值傳輸至電子裝置；以及步驟S50：電子裝置透過應用程式接收第一腦波訊號值及第一作動訊號值。

其中，如步驟S10所述之，將一待測物10設置於一待檢測區域20中，其中該待檢測區域20係為一封閉區域22，該封閉區域係可為圓形、方形、長方形或橢圓形，本實施例中係以長方形為例，但不以此為限。

接著，如步驟S20所述之，取一感測單元30及一位移感測單元40設置於該待測物10之上方，其中，該位移感測單元40設置於該感測單元30之一側。

進一步，上述之該感測單元30係為測檢測腦波之裝置，其係可為無線腦波系統、頭戴式腦波感測器或植入型電極基座，本實施例係以植入型電極基座為例，但不以此為限。

如上所述之該感測單元30可感測到該待測物10頭上(如頭蓋骨)之電波活動，透過紀錄、量測微小之放電過程，可以獲得腦電波圖(electroencephalogram，簡稱EEG，又稱腦電圖)，腦電波圖是記錄頭殼上，某兩點電位差隨時間的變化圖，通常以微伏(百萬分之一伏特)為單位。

上述之電位差的產生與細胞膜電位有關，所有細胞膜的兩側均有電位差，這是因為細胞內多出來的負離子會和細胞外的正離子相吸，於細胞膜的內外兩層形成電位，例如神經細胞的膜電位一般在-40~-90mV之間(細胞內的電位相對於細胞外的電位)，腦波圖記錄到的電位差，是大腦皮質靠近表層處成千上萬個神經細胞集體所造成。

而該待測物10於張眼、閉眼、清醒或昏迷狀態下，腦電波的振動頻率會有明顯不同的變化，約在1~40Hz之間，國際腦波學會(International Organization of Societies for Electrophysiological Technology)依照不同的頻率，將腦波分為α、β、δ、θ波。

一般來說，當該待測物10為人時，其專注於思考、推理，或是壓力大、心情緊張、不自在或憂慮時，容易測到β波(12~38Hz)，β波頻率最高，是「意識」層面的腦波；另一方面，當專注力下降、放鬆、神遊四方、放空、心不在焉、閉上眼睛後，會測到α波(8~12Hz)，α波可以說是「意識與潛意識」之間的橋樑；而進入睡眠時，腦電波會變成低頻波θ波(4~8Hz)與δ波(0.5~4Hz)，θ波是「潛意識」的波，例如記憶、知覺、情緒、態度、信念、夢境或冥想等；δ波是「無意識」的層面，在恢復體力的睡眠時需要；綜上所述之α、β、δ、θ波的組合型態可反應該待測物10行為及學習上的表現。

接著，如步驟S20所述之該位移感測單元40係使用係為加速規或陀螺儀，加速規(英語：accelerometer)，又稱加速計、加速針、加速度感測器、重力加速度感測器等等，是測量加速度的裝置。相對於遠距感測的裝置，它測量的是自身的運動，而陀螺儀(英文：gyroscope)是一種基於角動量守恆的理論，用來感測與維持方向的裝置，陀螺儀主要是由一個位於軸心且可旋轉的轉子構成。由於轉子的角動量，陀螺儀一旦開始旋轉，即有抗拒方向改變的趨向。陀螺儀多用於導航、定位等系統，陀螺儀及加速規之結構係為習知技術，因此不在此進行贅述；本實施例中係以加速規為例，但不以此為限。

接著，於步驟S30所述之，利用一遮蔽件50遮蔽該待檢測區域20之該環境光，透過該遮蔽件50遮去該待檢測區域20之該環境光，使該待檢測區域20內之該待測物10處於一個無光之環境下。

再者，如步驟S40至步驟S50所述之，請一併參考第2B圖，其為本發明之一實施例之訊號值處理示意圖，如圖所示，透過該感測單元30接收該待測物10之一第一腦波訊號值32，並同時利用該位移感測單元40接收該待測物10之一第一作動訊號值42後，將該第一腦波訊號值32及該第一作動訊號值42傳輸至一電子裝置60，該電子裝置60透過一應用程式62接收該第一腦波訊號值32 及該第一作動訊號值42，其中，該電子裝置係為智慧型手機、平板電腦或個人電腦。

接著，請參考第1B圖，其為本發明之一實施例之步驟流程示意圖，如圖所示，其步驟包含：步驟S60：比對第一腦波訊號值及第一作動訊號值。

步驟S70：移除待檢測區域之該遮蔽件，使環境光照射待檢測區域；步驟S80：透過感測單元接收待測物之第二腦波訊號值，同時利用位移感測單元接收待測物之第二作動訊號值後，將第二腦波訊號值及第二作動訊號值傳輸至電子裝置；以及步驟S90：透過應用程式接收第二腦波訊號值及第二作動訊號值；步驟S100：同時比對第二腦波訊號值及第二作動訊號值。

如上所述，步驟S60至步驟S90所述說明於步驟S50後；而共同參閱第2A-2B圖可以更清楚地理解，在本實施例中，透過該應用程式62比對該第一腦波訊號值32及該第一作動訊號值42，進一步釐清本實施例中該待測物10處於無該環境光之情形下，該待測物之作動行為以及其腦波訊號值。

接續，移除該待檢測區域20之該遮蔽件50，使該環境光照射於該待檢測區域20內，接著再透過該感測單元30接收該待測物10之一第二腦波訊號值34，同時利用該位移感測單元40接收該待測物10之一第二作動訊號值44後，將該第二腦波訊號值34及該第二作動訊號值44傳輸至該電子裝置60，且該電子裝置60內之該應用程式62接收該第二腦波訊號值34及該第二作動訊號值44。

進一步，步驟S100所述之，透過該應用程式62比對該第二腦波訊號值34與該第二作動訊號值44，進一步釐清本實施例中該待測物10處於該環境光下，該待測物之作動行為以及其腦波訊號值。

本實施例之優點在於，利用於該待測物10設置該感測單元30及該位移感測單元40，定量該待測物10處於有光線及無光線之情形下的一種運動行為及腦波變化，使該待測物透過上述簡單光線變化，獲得模擬人體睜眼以及閉上眼睛時的作動行為及腦電圖，此一結果可運用於後續對於人類腦波之相關病理研究。

為使本實施例可更進一步說明，在此列舉一例子，以使本發明可據以實施，本實施例之該待測物10為實驗鼠，於使用該遮蔽件50遮蔽該環境光後取得該第一腦波訊號值32及該第一作動訊號值42，移除該遮蔽件50使該環境光進入該待檢測區域20後，取得該第二腦波訊號值34與該第二作動訊號值44。

經過比對後之結果，請進一步參考第3A圖至第3D圖，其為本發明之一實施例之訊號比對結果示意圖，如圖所示，圖中標記的星號顯示與不同條件相比具有顯著性(*p<0.05，**p<0.01，成對t檢驗)。

於第3A圖中，可以了解到在該待測物10於該待檢測區域20活動時，有該環境光下之β、δ值大於無該環境光時之β、δ值，顯示待測物呈現緊張與不自在的情況；如第3B圖，當該待測物10於該待檢測區域20停止活動時，無該環境光時之α、β、δ、θ值均大於有該環境光時之α、β、δ、θ值。顯示在無環境光時，所有腦波呈現身體較為放鬆狀態。

另外，於第3C圖中，可以了解於無該環境光狀態下之該待測物10，於有進行活動之α、β、δ、θ值均小於停止活動時之α、β、δ、θ值，顯示在進行活動時所有測量之腦波活動均被抑制；另一方面，如第3D圖所示，當於具有該環境光照射狀態下之該待測物10，有進行活動之γ增加而δ減少。顯示待測物正有意識的專注於活動當中。

以上所述之實施例，本發明一種腦波訊號檢測之方法，其係透過感測單元及位移感測單元進行檢測，分別獲得該待測物之腦波訊號值及作動訊號值後，透過電子裝置內之應用程式比對腦波訊號值及作動訊號值，確認環境光對於待測物之運動及腦波影響。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

S10~S50:步驟

Claims

一種腦波訊號檢測之方法，其步驟包含：將一待測物設置於一待檢測區域中，其中，該待檢測區域包含一環境光；取一感測單元及一位移感測單元設置於該待測物之上方；利用一遮蔽件遮蔽該待檢測區域之該環境光；透過該感測單元接收該待測物之一第一腦波訊號值，並同時利用該位移感測單元接收該待測物之一第一作動訊號值後，將該第一腦波訊號值及該第一作動訊號值傳輸至一電子裝置；以及該電子裝置透過一應用程式接收該第一腦波訊號值及該第一作動訊號值；其中該待檢測區域係為一封閉區域。
如請求項第1項所述之腦波訊號檢測之方法，其中該位移感測單元設置於該感測單元之一側。
如請求項第1項所述之腦波訊號檢測之方法，其中該位移感測單元係為加速規或陀螺儀。
如請求項第1項所述之腦波訊號檢測之方法，其中於該電子裝置透過一應用程式接收該第一腦波訊號值及該第一作動訊號值之步驟後，包含步驟：比對該第一腦波訊號值及該第一作動訊號值。
如請求項第1項所述之腦波訊號檢測之方法，其中於該電子裝置透過一應用程式接收該第一腦波訊號值及該第一作動訊號值之步驟後，包含步驟：移除該待檢測區域之該遮蔽件，使該環境光照射該待檢測區域；透過該感測單元接收該待測物之一第二腦波訊號值，同時利用該位移感測單元接收該待測物之一第二作動訊號值後，將該第二腦波訊號值及該第二作動訊號值傳輸至該電子裝置；以及透過該應用程式接收該第二腦波訊號值及該第二作動訊號值。
如請求項第5項所述之腦波訊號檢測之方法，其中於透過該應用程式接收該第二腦波訊號值及該第二作動訊號值之步驟後，包含步驟：比對該第二腦波訊號值及該第二作動訊號值。