腦波屈光度檢測系統 逢甲大學電機工程學系 報告人:陳德請 報告日期:1021121

關鍵字：腦波、驗光、屈光度檢測、生理訊號 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，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上可視為重一大革命性發展，對提高驗光品質及視障與弱勢族群的驗光幫助很大。 關鍵字：腦波、驗光、屈光度檢測、生理訊號

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展（從1263年開始）。到了1783年開始有了一套基礎的驗光配鏡流程，兩百多年後的今天驗光配鏡技術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困難或者無所適從。

為解決此棘手問題，本實驗將腦波生理訊號觀念導入基礎驗光流程做為訊號反應的監測平台，透過腦波反應直接將視覺生理訊號加以解讀做為近視矯正的依據。不須透過口語問答得知患者的視力問題，直接從大腦反應得知生理訊號的視覺問題即可立即做出鏡片修正與改變。 此技術完成之後將應用於視覺光電感測及物理保健，可確保身心健康、提高生活品質。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。

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」來完成腦波視力矯正測試檢查，結合腦波感測技術，可以建立精神與生理狀態監測，對提升視力影響之研究具有正面的意義。 傳統驗光O.E.P #21step操作手續複雜、不適用於無法清楚表達視力病患的驗光。重症病患語言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可協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。 本研究首創採用腦波量測配合Snellen Chart進行屈光度檢測，發現腦波與屈光度測量系統有密切的關聯，這是從未發現的新領域。當屈光不正的雙眼配戴正確矯正鏡片時，腦波將呈現放鬆的反應，這時的屈光不正的雙眼即可獲得基礎視覺的矯正。

第二章 視光學原理 2.1 眼球曲折狀況 眼睛是特殊的感光器官，這器官接受外界的光線刺激，並將訊息傳遞到反應器官。其光線刺激所傳遞的介質包括角膜、瞳孔、水晶體、玻璃體，傳遞至視網膜黃斑部將訊息轉換成神經衝動再傳遞至大腦。這種將射入眼睛的光線做適當的曲折，使它在視網膜的感光細胞上有結像的機轉，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)。

2.2正視眼與非正視眼 正視眼 (emmetropia) 當眼睛在目視遠方(約6米外)呈無調節狀態下，光線進入眼球各曲折介質後結像焦點完美的落在視網膜黃斑部上。 這表示該眼睛的視覺呈現相當清晰的影像。

非正視眼 (ametropia) 就與正視眼的關係而言，在同等距離的物像進入眼睛時。非正視眼的成像無法落在視網膜上，而是落在視網膜前與視網膜後。主要分別為近視眼與遠視眼。 近視眼 (myopia)即無調節狀況下，結像焦點落在視網膜前造成遠點影像模糊。 遠視眼 (hyperopia)即無調節狀況下，結像焦點落在視網膜後造成近點影像模糊。

2.3 配鏡系統的應用 以近視為例，當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圍內(落像的焦點移至視網膜上)。

以公尺為單位， 焦點為40cm = 0.4m 即 ，所以 D = 2.5。 範例：若近視的視力範圍只有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。

第三章腦波的應用與發展 3.1腦電波 20世紀 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蓋骨破損部位插入於大腦皮質內，記錄了很有規律的腦部電氣活動。 然後又確認不必把電極插在大腦皮質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，他發現了一般人不必經過開刀露出大腦皮質亦可以記錄腦部電氣的活動。

他將一般人在安靜閉目之狀態下，在後頭部，頭頂部所發生的10c/sec，振幅為 50μV 前後之有規則性波動稱為「α波」，安靜開（睜）眼，注視某種物件時所發生的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）。

3.2 腦電波的產生與分類 根據腦電圖儀與臨床生理學會國際聯盟(International Federation of Societies for Electroencephalography and Clinical Neurophysiology)依據頻率不同可分為四個階段：

http://en.wikipedia.org/wiki/Electroencephalography

系統架構與實驗流程 4.1系統架構 本系統由四大部份所組成：視力表、光學調制、生理訊號、及腦波辨識。視力表係做為視力值量測之用，分為傳統視標、對比敏感視標、及解析度視標。光學調制係參考O.E.P #21step進行視力值測定。腦波偵測單元為監測受測者矯正前後專注力與視力變化檢測。各部份功能簡述如下： 視力表 (Snellen Chart) 光學調制 (基礎視覺檢查) 生理訊號 (大腦視覺路徑、腦波訊號擷取) 腦波辨識 (訊號分析)

視力表 Snellen Chart： 視標的設計在以特定距離下看見五分角的大小，（正常眼睛對細節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。

1850年Snellen 依照Hook的發現設計了Snellen Chart視力表。視標的筆劃間隔距離皆為一分角，他以五分角做為整個視標的高度；每個視標皆可分為五等份，每等份等於一分角。

腦波辨識 利用腦波單極點擷取器擷取前額單點之腦電波，腦波訊號經過濾波處理為β、α、θ 以及 δ 波，此四種波透過藍芽介面傳遞至處理系統。

4.2 實驗流程 整個腦波屈光度檢測系統實驗流程如圖所示。驗光師對受測者進行基礎視覺驗光檢查後，隨即進行腦波檢測並分析資料。 開始 結束

開始 基礎視覺檢查： 以美式21步驟眼光流程，做為本次實驗的參考依據。O.E.P.的檢查方式以使用不同加入鏡片的方式，來處理視覺障礙，如右圖所示；並且經由鏡片或視力訓練，或兩者混合操作的程序，來區別及處理不同程度視覺障礙的人。 自動驗光機 MPMVA JCC 2ndMPMVA Binocular Balance 完成

腦波檢測： 當獲得基礎視覺驗光數據後，便進行實驗條件與環境的設定，設定完成後即可進行「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境設定與確定實驗條件，使用儀器分別為綜合驗光儀與Neuro Sky腦波儀。 單極點接收器 參考電極

球面屈光度顯示窗 受檢者視窗 散光軸刻度盤 輔助鏡轉換鈕 散光屈光度顯示窗 散光屈光度調整鈕 球面鏡調整鈕 交叉圓柱鏡

實驗過程中所使用的注視視標為“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屬於文字型視標容易造成受檢者不自主的去閱讀視標上的文字，造成大腦處於思考狀態，接受額外的刺激，最終降低實驗的可靠度。為避免發生此類問題，而選擇了較為單純的圖形視標。 或

≧3D，受測者必需精神在最自然狀況，不能有被強迫被測試感覺 環境設定與實驗條件設定 使用儀器 綜合驗光儀、Neuro sky腦波儀 實驗對象 ≧3D，受測者必需精神在最自然狀況，不能有被強迫被測試感覺 注視目標 蜂巢狀散光檢測圖 檢測距離 6公尺 環境設定 全暗室

實驗項目 「模糊至清楚」： 將受檢者的基礎視覺驗光檢查的數據設定在綜合驗光儀上，加入+3D的球面透鏡使視覺呈現模糊狀態。隨即開啟腦波評測系統記錄數據。5秒後隨即關閉視窗，在第5秒到第15秒間立刻為雙眼加入-3D的球面透鏡(此時視覺已呈現清楚狀態)並打開視窗。接收15~20秒的腦波反應，即可完成此實驗項目。 「清楚至模糊」： 同樣將基礎視覺驗光檢查的數據設定在綜合驗光儀上，開啟腦波評測系統後首先接收1~5秒的腦波反應。此後在5~15秒之間隨即關閉視窗，並為雙眼加入+3D的球面透鏡，將視覺轉變成模糊狀態後打開視窗。隨即接收15~20秒的腦波反應，完成此實驗項目。

4.3 實驗結果判讀 遠方視覺期望值表 清楚 模糊 專注度 降低↓ 提升↑ 放鬆值 睫狀肌反應 放鬆 緊張

實驗樣本 本實驗人數有15人。 正常案例：腦波反應穩定且良好，而且精神狀態相當理想， 符合我們原先所設定的期望值內。

量測實況

5.1 結論 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，視覺在模糊狀態下專注度高於放鬆值，在清楚的狀態下放鬆值高於專注度。 即可證明腦波與視覺的反應是有相關性的，也證明了腦波的生理反應是可以運用在屈光度檢測。在視光屈光度檢測技術上可視為重一大革命性發展。

清楚至模糊的腦波反應

模糊至清楚的腦波反應

5.2 未來展望 實驗證明視覺刺激腦波反應可作為近視屈光度檢測，但屈光度的量化與精度則還需要更進一步做後續規劃。若能將腦波反應檢測與驗光配鏡做整合，未來必能提供給長年臥床以及語言障礙之患者良好驗光配鏡服務，使驗光配鏡之技術更往前推進一大步。 謝謝聆聽！