腦波屈光度檢測系統(tǒng)逢甲大學(xué)視覺光學(xué)研究中心全球資訊網(wǎng)

1、腦波屈光度檢測系統(tǒng) 逢甲大學(xué)電機工程學(xué)系 報告人:陳德請 報告日期:1021121,1,摘要 利用腦波單極點擷取器擷取腦波生理電訊號，將此訊號經(jīng)過處理彙整成八個波段的腦波。透過這些波段來分析配戴矯正鏡片前與後視覺受刺激之視覺訊號反應(yīng)，以獲得待測者最佳的屈光度值。此研究成果在視光屈光度檢測技術(shù)上可視為重一大革命性發(fā)展，對提高驗光品質(zhì)及視障與弱勢族群的驗光幫助很大。 關(guān)鍵字：腦波、驗

2、光、屈光度檢測、生理訊號,2,第一章 緒論 1.1研究背景與動機,人類從懂得運用水晶改變視覺影像到有一套精確的驗光配鏡流程，至今剛好七百五十年歷史的發(fā)展（從1263年開始）。到了1783年開始有了一套基礎(chǔ)的驗光配鏡流程，兩百多年後的今天驗光配鏡技術(shù)在不斷的修正與進步之下，早已是一套精確且完善的制度與流程，但卻並不完美。原因是，它並不完全適用任何人。 現(xiàn)今的驗光流程與手法都需要以口語問答的方式來了解病患的視覺問題與需求，但並

3、非所有的病患都能正確的回答驗光師所提出的問題。若遇見表達能力障礙或是聾啞患者需要驗光配鏡，此時會大大提高驗光師的作業(yè)困難或者無所適從。,3,為解決此棘手問題，本實驗將腦波生理訊號觀念導(dǎo)入基礎(chǔ)驗光流程做為訊號反應(yīng)的監(jiān)測平臺，透過腦波反應(yīng)直接將視覺生理訊號加以解讀做為近視矯正的依據(jù)。不須透過口語問答得知患者的視力問題，直接從大腦反應(yīng)得知生理訊號的視覺問題即可立即做出鏡片修正與改變。 此技術(shù)完成之後將應(yīng)用於視覺光電感測及物理保健

4、，可確保身心健康、提高生活品質(zhì)。由腦波測得視力矯正後人的專注力明顯提升，大腦也得到適度的放鬆，為腦波使用於視力研究上一重大突破，為驗光配鏡帶來革命性的里程。,4,1.2研究目的與方法,研究目的在進行「腦波屈光度檢測系統(tǒng)」來完成腦波視力矯正測試檢查，結(jié)合腦波感測技術(shù)，可以建立精神與生理狀態(tài)監(jiān)測，對提升視力影響之研究具有正面的意義。 傳統(tǒng)驗光O.E.P #21step操作手續(xù)複雜、不適用於無法清楚表達視力病患的驗光。重癥病患語言

5、表達障礙者更是無法使用以上驗光程序。腦波屈光度檢測技術(shù)可協(xié)助驗光是否有失誤或錯誤，或在配鏡前進行修改，避免浪費鏡片與製作時間。 本研究首創(chuàng)採用腦波量測配合Snellen Chart進行屈光度檢測，發(fā)現(xiàn)腦波與屈光度測量系統(tǒng)有密切的關(guān)聯(lián)，這是從未發(fā)現(xiàn)的新領(lǐng)域。當(dāng)屈光不正的雙眼配戴正確矯正鏡片時，腦波將呈現(xiàn)放鬆的反應(yīng)，這時的屈光不正的雙眼即可獲得基礎(chǔ)視覺的矯正。,5,第二章 視光學(xué)原理 2.1 眼球曲折狀況,眼睛是特殊的感光器官，

6、這器官接受外界的光線刺激，並將訊息傳遞到反應(yīng)器官。其光線刺激所傳遞的介質(zhì)包括角膜、瞳孔、水晶體、玻璃體，傳遞至視網(wǎng)膜黃斑部將訊息轉(zhuǎn)換成神經(jīng)衝動再傳遞至大腦。這種將射入眼睛的光線做適當(dāng)?shù)那郏顾谝暰W(wǎng)膜的感光細(xì)胞上有結(jié)像的機轉(zhuǎn)，稱為「眼球的曲折」。而眼球曲折狀況也方為兩種，分別為「正視眼」(emmetropia)與「非正視眼」(ametropia)。,6,2.2正視眼與非正視眼,正視眼 (emmetropia)

7、當(dāng)眼睛在目視遠方(約6米外)呈無調(diào)節(jié)狀態(tài)下，光線進入眼球各曲折介質(zhì)後結(jié)像焦點完美的落在視網(wǎng)膜黃斑部上。 這表示該眼睛的視覺呈現(xiàn)相當(dāng)清晰的影像。,7,近視眼 (myopia)即無調(diào)節(jié)狀況下，結(jié)像焦點落在視網(wǎng)膜前造成遠點影像模糊。 遠視眼 (hyperopia)即無調(diào)節(jié)狀況下，結(jié)像焦點落在視網(wǎng)膜後造成近點影像模糊。,8,非正視眼 (ametropia) 就與正視眼的關(guān)係而言，在同等距離的物像進

8、入眼睛時。非正視眼的成像無法落在視網(wǎng)膜上，而是落在視網(wǎng)膜前與視網(wǎng)膜後。主要分別為近視眼與遠視眼。,2.3 配鏡系統(tǒng)的應(yīng)用,以近視為例，當(dāng)眼睛的睫狀肌完全鬆弛時，正常的視力行為可以看到很遠(光學(xué)上通稱∞)的物體，但是近視眼只能看見較近的物體，也說明了近視的就是要將遠處的影像移到近視的視力範(fàn)圍內(nèi)(落像的焦點移至視網(wǎng)膜上)。,9,範(fàn)例：若近視的視力範(fàn)圍只有40cm，則需要多少屈光度的鏡 片才能看清楚 ? 帶入屈光度公式

9、即可得到該近視眼所需的屈光度 以公尺為單位， 焦點為40cm = 0.4m 即 ，所以 D = 2.5。 所以該近視眼需要2.5個屈光度，也就是普遍所說的 近視250度。,10,20世紀(jì)柏爾格（Berger, H, ）博士。 於1924年起著手人類腦部電氣活動之研究。首先他以二支白金針電極從頭部外傷患者的頭

10、蓋骨破損部位插入於大腦皮質(zhì)內(nèi)，記錄了很有規(guī)律的腦部電氣活動。 然後又確認(rèn)不必把電極插在大腦皮質(zhì)即可測得這些腦電氣活動，放在頭皮上的電極亦可以記錄同樣的腦部電氣活動。換句話說，他發(fā)現(xiàn)了一般人不必經(jīng)過開刀露出大腦皮質(zhì)亦可以記錄腦部電氣的活動。,11,第三章腦波的應(yīng)用與發(fā)展 3.1腦電波,他將一般人在安靜閉目之狀態(tài)下，在後頭部，頭頂部所發(fā)生的10c/sec，振幅為 50μV 前後之有規(guī)則性波動稱為「α波」，安靜開（睜）眼，注視

11、某種物件時所發(fā)生的18～20c/sec，20～30μV之波動為「β波」，而這些腦電氣活動，總稱為「腦波」或「腦電圖」（Electroencephalogram, EEG）。,12,根據(jù)腦電圖儀與臨床生理學(xué)會國際聯(lián)盟(International Federation of Societies for Electroencephalography and Clinical Neurophysiology)依據(jù)頻率不同可分為四個階段

12、：,13,3.2腦電波的產(chǎn)生與分類,14,http://en.wikipedia.org/wiki/Electroencephalography,系統(tǒng)架構(gòu)與實驗流程4.1系統(tǒng)架構(gòu),本系統(tǒng)由四大部份所組成：視力表、光學(xué)調(diào)制、生理訊號、及腦波辨識。視力表係做為視力值量測之用，分為傳統(tǒng)視標(biāo)、對比敏感視標(biāo)、及解析度視標(biāo)。光學(xué)調(diào)制係參考O.E.P #21step進行視力值測定。腦波偵測單元為監(jiān)測受測者矯正前後專注力與視力變化檢測。各部份功能簡

13、述如下：,15,視力表(Snellen Chart),視力表 Snellen Chart： 視標(biāo)的設(shè)計在以特定距離下看見五分角的大小，（正常眼睛對細(xì)節(jié)分辨的能力為一分角）Hook在1705年指出兩顆星星距離至少要一分角，眼睛才能分辨出來。小於一分角則只會看出一顆星星。,16,1850年Snellen 依照Hook的發(fā)現(xiàn)設(shè)計了Snellen Chart視力表。視標(biāo)的筆劃間隔距離皆為一分角，他以五分角做為整個視標(biāo)的高度；每個視標(biāo)

14、皆可分為五等份，每等份等於一分角。,17,腦波辨識 利用腦波單極點擷取器擷取前額單點之腦電波，腦波訊號經(jīng)過濾波處理為β、α、θ 以及 δ 波，此四種波透過藍芽介面?zhèn)鬟f至處理系統(tǒng)。,18,4.2 實驗流程,整個腦波屈光度檢測系統(tǒng)實驗流程如圖所示。驗光師對受測者進行基礎(chǔ)視覺驗光檢查後，隨即進行腦波檢測並分析資料。,19,基礎(chǔ)視覺檢查： 以美式21步驟眼光流程，做為本次實驗的參考依據(jù)。O.E.P.的檢查方式以使用不同加入鏡片的

15、方式，來處理視覺障礙，如右圖所示；並且經(jīng)由鏡片或視力訓(xùn)練，或兩者混合操作的程序，來區(qū)別及處理不同程度視覺障礙的人。,20,開始,自動驗光機,MPMVA,JCC,2ndMPMVA,Binocular Balance,完成,腦波檢測： 當(dāng)獲得基礎(chǔ)視覺驗光數(shù)據(jù)後，便進行實驗條件與環(huán)境的設(shè)定，設(shè)定完成後即可進行「腦波屈光度檢測」來擷取「模糊至清楚」與「清楚到模糊」的腦波訊號測試項目。 進行腦波檢測需做環(huán)境設(shè)定與確定實驗條件，使用

16、儀器分別為綜合驗光儀與Neuro Sky腦波儀。,21,單極點接收器,參考電極,22,輔助鏡轉(zhuǎn)換鈕,球面屈光度顯示窗,散光屈光度顯示窗,散光屈光度調(diào)整鈕,球面鏡調(diào)整鈕,交叉圓柱鏡,散光軸刻度盤,受檢者視窗,實驗過程中所使用的注視視標(biāo)為“蜂巢狀散光檢測圖”，下方圖所示。實驗中之所以使用蜂巢狀散光檢測圖，其原因為Snellen Chart屬於文字型視標(biāo)容易造成受檢者不自主的去閱讀視標(biāo)上的文字，造成大腦處於思考狀態(tài)，接受額外的刺激，最終降低實

17、驗的可靠度。為避免發(fā)生此類問題，而選擇了較為單純的圖形視標(biāo)。,23,或,環(huán)境設(shè)定與實驗條件設(shè)定,24,實驗項目,「模糊至清楚」： 將受檢者的基礎(chǔ)視覺驗光檢查的數(shù)據(jù)設(shè)定在綜合驗光儀上，加入+3D的球面透鏡使視覺呈現(xiàn)模糊狀態(tài)。隨即開啟腦波評測系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)。5秒後隨即關(guān)閉視窗，在第5秒到第15秒間立刻為雙眼加入-3D的球面透鏡(此時視覺已呈現(xiàn)清楚狀態(tài))並打開視窗。接收15~20秒的腦波反應(yīng)，即可完成此實驗項目?！盖宄聊：梗?/p>

18、 同樣將基礎(chǔ)視覺驗光檢查的數(shù)據(jù)設(shè)定在綜合驗光儀上，開啟腦波評測系統(tǒng)後首先接收1~5秒的腦波反應(yīng)。此後在5~15秒之間隨即關(guān)閉視窗，並為雙眼加入+3D的球面透鏡，將視覺轉(zhuǎn)變成模糊狀態(tài)後打開視窗。隨即接收15~20秒的腦波反應(yīng)，完成此實驗項目。,25,4.3 實驗結(jié)果判讀,遠方視覺期望值表,26,實驗樣本本實驗人數(shù)有15人。正常案例：腦波反應(yīng)穩(wěn)定且良好，而且精神狀態(tài)相當(dāng)理想， 符合我們原先所設(shè)定的期望值內(nèi)。

19、,27,量測實況,28,5.1 結(jié)論,由下列兩曲折圖即可看出，不管在「模糊至清楚」或「清楚至模糊」兩種模式下皆可看出，視覺在模糊狀態(tài)下專注度高於放鬆值，在清楚的狀態(tài)下放鬆值高於專注度。 即可證明腦波與視覺的反應(yīng)是有相關(guān)性的，也證明了腦波的生理反應(yīng)是可以運用在屈光度檢測。在視光屈光度檢測技術(shù)上可視為重一大革命性發(fā)展。,29,清楚至模糊的腦波反應(yīng),30,模糊至清楚的腦波反應(yīng),31,5.2 未來展望,實驗證明視覺刺激腦波反應(yīng)可作為