Επεξεργασία & σύγκριση σημάτων fNIRS & EEG
Processing & comparison of fNIRS & EEG signals
Λέξεις-κλειδιά
fNIRS ; EEG ; Πολυτροπικά συστήματαΠερίληψη
Στην συγκεκριμένη διπλωματική εργασία, γίνεται αρχικά αναφορά στην ανατομία του
εγκεφάλου και των υπερκείμενων ιστών, ώστε να γίνει αντιληπτός ο τρόπος λήψης των
ηλεκτροεγκεφαλογραφικών (EEG) και λειτουργικής φασματοσκοπίας εγγύς
υπερύθρου (fNIRS) δεδομένων. Έπειτα γίνεται εισαγωγή στη fNIRS τεχνολογία με την
ιστορική της διαδρομή και αναλύονται οι φυσικές της αρχές. Επιπλέον επεξηγείται ο
τροποποιημένος νόμος Beer-Lambert, η μαθηματική βάση των συστημάτων αυτών,
ενώ παρουσιάζονται και οι διαφορετικοί τύποι fNIRS συσκευών. Γίνεται λόγος για την
συσχέτιση των fNIRS μετρήσεων με τις αιμοδυναμικές εγκεφαλικές αποκρίσεις,
προτού αναλυθούν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτής της μεθόδου, όπως
και τα πεδία εφαρμογής και η μελλοντική της εξέλιξη. Παρομοίως, επεξηγείται
αναλυτικά και η EEG τεχνολογία, αλλά γίνεται επιπλέον αναφορά στην εγκεφαλική
νευροφυσιολογία και στους διάφορους εγκεφαλικούς ταλαντωτικούς ρυθμούς.
Επιπροσθέτως, αναγράφεται το φαινόμενο που οδήγησε στο συμπέρασμα του
εποικοδομητικού συνδυασμού των EEG και fNIRS συστημάτων σε κοινές
πολυτροπικές νευροκαταγραφικές συσκευές. Για την επαλήθευση των γεγονότων που
θέλουν τον ταυτόχρονο συνδυασμό των μεθόδων να οδηγεί σε ποιοτικότερα δεδομένα,
επιστρατεύθηκαν μία fNIRS και μια EEG συσκευή. Το BIOPAC 2000C Imager Model
και το Enobio 20 NE αντίστοιχα, τίθενται σε ανάλυση της οργανολογίας τους, προτού
παρουσιαστούν οι πειραματικές διαδικασίες γνωσιακών δοκιμασιών στις οποίες
χρησιμοποιήθηκαν επί 5 συμμετεχόντων. Γίνεται ανάλυση των πρωτοκόλλων
επεξεργασίας τόσο των fNIRS όσο και των EEG ληφθέντων δεδομένων, όπου
χρησιμοποιούνται διάφορες απλές και ανώτερες μέθοδοι φιλτραρίσματος, προτού
εφαρμοστούν και τα πρωτόκολλα στατιστικής ανάλυσης, με τα οποία αναζητούνται
στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ συγκεκριμένων ομάδων δεδομένων. Τα
αποτελέσματα απέδειξαν την σύμπλευση των διαφορετικών μεθόδων όσον αφορά την
θετική συσχέτιση της ηλεκτρικής με την αιμοδυναμική εγκεφαλική ενεργοποίηση, και
επαλήθευσαν τον πλεονεκτικό χαρακτήρα του συνδυασμού των fNIRS και EEG
συσκευών ως καινοτόμου πολυτροπικού συστήματος.
Περίληψη
In this thesis, an initial reference is made to the anatomy of the brain and its overlying
tissues, so that the method of obtaining electroencephalography (EEG) and functional
near-infrared spectroscopy (fNIRS) data becomes comprehensible. Subsequently, an
introduction to fNIRS technology is presented along with its historical progression, and
its physical principles are analyzed. Furthermore, the modified Beer-Lambert law, the
mathematical foundation of these systems, is explained, and the different types of
fNIRS devices are presented. The correlation of fNIRS measurements with cerebral
hemodynamic responses is discussed before analyzing the advantages and
disadvantages of this method, as well as its fields of application and future
development. Similarly, EEG technology is analyzed in detail, with additional reference
to brain neurophysiology and the various brain oscillatory rhythms. Moreover, the
phenomenon that led to the conclusion of the constructive combination of EEG and
fNIRS systems in joint multimodal neuro-recording devices is described. To validate
the findings that the simultaneous combination of methods leads to higher-quality data,
an fNIRS and an EEG device were employed. The BIOPAC 2000C Imager Model and
the Enobio 20 NE, respectively, are analyzed in terms of their instrumentation before
presenting the experimental procedures of cognitive tasks conducted on 5 participants.
The processing protocols for both the fNIRS and EEG data are analyzed, where various
basic and advanced filtering methods are used, prior to the application of statistical
analysis protocols that seek statistically significant differences between specific data
groups. The results demonstrated the convergence of the different methods regarding
the positive correlation between electrical and hemodynamic brain activation. Τhe
advantageous nature of combining fNIRS and EEG devices is verified, and multiple
future applications of innovative multimodal systems are described.
Αριθμός σελίδων
123Σχολή
Σχολή ΜηχανικώνΑκαδημαϊκό Τμήμα
Τμήμα Μηχανικών ΒιοϊατρικήςΓλώσσα
ΕλληνικάΣυλλογή
Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές