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作 者 : 葉耀中 49927045 李信宏 49927038 何柏霖 49927043 何鴻鑫 49927049 指導老師 : 侯春茹. 腦波訊號之簡介 睡眠腦波訊號之簡介 睡眠腦波訊號測量的方法 睡眠腦波訊號處理的目的 睡眠腦波訊號處理的流程 睡眠腦波訊號處理的方法與結果 結論 心得. 腦電波圖是記錄頭殼上某兩點的電位差，人在清醒、壓力大、昏
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作 者 : 葉耀中 49927045 李信宏 49927038 何柏霖 49927043 何鴻鑫 49927049 指導老師 :侯春茹
腦波訊號之簡介 • 睡眠腦波訊號之簡介 • 睡眠腦波訊號測量的方法 • 睡眠腦波訊號處理的目的 • 睡眠腦波訊號處理的流程 • 睡眠腦波訊號處理的方法與結果 • 結論 • 心得
腦電波圖是記錄頭殼上某兩點的電位差，人在清醒、壓力大、昏 迷等不同狀況時，腦電波的振動頻率會有明顯不同的變化。 • 腦電圖各主要成分的產生可歸納為以下幾點：①慢活動是皮層內 許多錐體細胞同時產生的突觸后電位的總和；②α節律可能是由非 特異性丘腦核的興奮性和抑制性突觸后電位變化所產生；③快活動 是 由網狀結構而來的沖動使丘腦非特異性核的節律性放電消除， 并使皮層電位成為去同步化而產生。
人類的大腦裡，有許多神經細胞日復一日不斷活動；細胞活動會發出人類的大腦裡，有許多神經細胞日復一日不斷活動；細胞活動會發出 電磁波，如果用科學儀器偵測腦的電位活動，在螢幕上看起來就像海浪 波動一樣，所以我們叫它「腦波」。簡單地說，腦波和大腦的意識有某 種程度上的對應關係，就像是腦細胞活動的節奏。 大腦皮質的各功能區。其中，額葉主要與推理、計畫、某些語言、運 動、情緒等有關；頂葉與觸覺、壓力、溫度及疼痛相關；顳葉和知覺、 聽覺刺激辨識及記憶相關；枕葉與視覺有關。
1929年，柏格首次在人類的頭蓋骨上記錄到相同的電波活動，他記錄、1929年，柏格首次在人類的頭蓋骨上記錄到相同的電波活動，他記錄、 測量了人腦中微小的放電過程，這是人類史上第一次發表腦波記錄，命 名為「腦電波圖」（electroencephalogram，簡稱EEG、腦電圖）。 腦波就是大腦中「電氣性的變動」，上方的貼片就是偵測腦波的點。
α波：頻率8～13Hz，波幅10～100μV。 大腦各區均有，但以枕部最明顯。α節律是成人和較大兒童清醒閉目時主要的正常腦電活動，小兒的α波及節律隨年齡增長而逐漸明顯。 • β波：頻率14～30Hz，波幅約5～30μV 。 以額、顳和中央區較明顯。在精神活動，情緒興奮時增多。約有6%的正常人即使在精神安定和閉目時所記錄的腦電圖仍以β節律為主，稱之為β型腦電圖。 • θ波：頻率4～7Hz，波幅20～40μV。 • δ波：頻率0.5～3Hz，波幅10～20μV。常在額部出現。 θ波和δ波統稱慢波，常見于正常嬰兒至兒童期，以及成人的睡眠期。慢活動增多或出現局灶性慢波有一定的定位診斷價值。
腦波波形分類 腦電波的特性： 強度：100uV以下，通常只會到幾10uV 頻率：大部分都在0.1Hz~40Hz範圍
你猜！哪件事讓我們每天花8個小時，每週花56個小時，每月花224個小時，每年花2,688個小時，來從事這項活動。 沒錯！正是睡眠！顯然我們一生中有三分之一的時間無所事事。但是睡眠真的就是無所事事嗎？ 它看起來像是闔上眼、肌肉放鬆、呼吸規律、對聲音或是光線缺乏反應。如果你留意觀察腦中正在發生的事，那真是出人意料！腦部其實非常活躍的。
睡眠過程大致分為：清醒期Stage W、非快速動眼期Stage NREM（Stage1~Stage4）和快速動眼期Stage REM等睡眠階段。其中睡眠第一期和睡眠第二期稱為快波睡眠（fast wave sleep,FWS）或是淺度睡眠（light sleep）；而睡眠第三期和睡眠第四期稱為慢波睡眠（slow wave sleep,SWS）或是深度睡眠（deep sleep）。正常成人非快速動眼期的慢波睡眠大多發生在前三分之一夜，快速動眼期睡眠則在後三分之一夜占較多的比例。 • 清醒期（Stage W）:低幅、雜頻，心情放鬆（大腦休息）和閉眼時會出現明顯連續的α波。 • 睡眠第一期（Stage 1）：低幅、雜頻且時有θ波出現，偶爾會出現頭蓋頂銳波(Vertex Sharp Waves)，但並不會有K複合波（K Complexes）或紡綞波（Spindle Waves）的出現。
睡眠第二期（Stage 2）：低幅、雜頻且常有θ波出現，K複合波和紡綞波有時會出現，並且有可能出現頭蓋頂銳波（睡眠階段一也會出現）。 • 睡眠第三期（Stage 3）：高幅、低頻的δ波占一時間區段的20%~50%。且偶爾會出現紡綞波。 • 睡眠第四期（Stage 4）：高幅、低頻的δ波占一時間區段的50%。且偶爾會出現紡綞波。 • 快速動眼期（Stage REM）：低幅、雜頻且偶爾會出現頭蓋頂銳波，與睡眠階段一類似，但常出現鋸齒波（Sawtooth Waves）。
當我們入睡的時候，我們的腦有點像是「摩天輪」，經歷不同的睡眠階段。當我們漸漸睡去，首先我們進入睡眠的第一階段。在幾分鐘之後，腦波圖的型態轉換至睡眠的第二階段、第三階段、第四階段。然後再倒推回來第三階段、第二階段，然後是快速動眼睡眠，再倒推一次，反覆循環4~5次，於是便看見下面的圖。如下圖所示，在8小時的睡眠過程中，腦部經歷這些循環4~6次。
表面電極 前置放大電路 X 50 隔離電路 帶通濾波電路 1 ~ 20 Hz 腦波圖 增益放大電路 X 1000 • 前置放大器採用儀錶放大器，用於將腦波圖的向量訊號萃取出為單級訊號，其放大率為50，並採用JFET型的運算放大器來提高電擊和電路間的阻抗匹配。 • 隔離電路，用以將訊號和電源做隔離，並保護受測者，可採用光學式或者變壓器式。 • 帶通濾波器的頻寬設為1~20Hz，再將通過濾波器的微弱訊號加以放大1000倍，便可直接於示波器顯示出腦波訊號。
腦波訊號為一種組合各種頻率的方式呈現的時間序列函數，若是要在腦波訊號為一種組合各種頻率的方式呈現的時間序列函數，若是要在 時間頻域上直接觀察，往往會遺失掉許多重要的訊息，所以做傅立葉轉 換將時域的序列信號轉換至頻域中，以便觀察每個頻率下的訊號能量變 化，將腦波訊號以時間為單位，作傅利葉轉換分析，再作頻譜分析，即 得到腦波在每一頻率上的分佈情形。 睡眠腦波量測位置有6個極點， 分別為F3、F4、C3、C4、P3及P4。 我們量測的極點為：C4 國際化10-20法之極點的位置
在此針對Fp1-F7與A1的EEG取樣做分析，其電壓的放大增益在此針對Fp1-F7與A1的EEG取樣做分析，其電壓的放大增益 5x105~106，頻寬則介於0.48Hz~40Hz之間，根據此量測到的EEG-RAW - DATA，以清醒和初期睡眠簡單區分成2種各別來分析與模擬，並根據下 列方式將這些離散數據做傅立業轉換與能量分析：指定一實際的訊號數 列為，而為經過傅利葉轉換後的結果，假設我們的取樣數目為N（N為 偶數），我們定義此N筆數值的能量密度Pm為： ，m=0,1,…,N-1……(1) 其中 …………(2) 透過此轉換方式即可得到頻率分佈與能量大小。 雜訊濾除： －腦波雜訊來源 • 生理反應：眨眼、呼吸、心跳等生理反應。 • 腦波量測裝備：電極片是否適當黏貼。 • 環境：60Hz交流電干擾訊號。
記錄腦波時，常會得到非來自大腦本身的波形，而這些波會干擾到正記錄腦波時，常會得到非來自大腦本身的波形，而這些波會干擾到正 常腦波的判讀，故稱為干擾波。一般而言，干擾波可分為三大類：
FIR：M點移動平均濾波器 IIR：Butterworth、Chebyshev I、Chebyshev II、Elliptic 同步平均濾波器 原始訊號 去基線飄移 加窗(漢明窗、漢寧窗、三角窗、矩形窗、布雷克曼窗) 快速傅立葉轉換 相位頻譜 強度頻譜 非參數方法: Periodogram Welch 功率頻譜密度 參數方法: Yile-walker AR法
