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1、脑电测量原理脑电测量原理脑电测量原理脑电测量原理本讲稿第一页，共三十三页一、脑电图基本知识一、脑电图基本知识脑电图定义：在人的大脑皮层中存在着频繁的脑电图定义：在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动电活动，而人正是通过这些电活动来完成各种，而人正是通过这些电活动来完成各种生理机能的，用生理机能的，用电极电极将这种电位将这种电位随时间变化的随时间变化的波形波形提取出来并加以记录，就可以得到脑电图。提取出来并加以记录，就可以得到脑电图。electro-encephalo-gram EEG2022/10/20生物医学工程系2本讲稿第二页，共三十三页二、脑电测量的意义二、脑电测量的意义通过检测并记录人的脑
2、电图就可以对人的大脑通过检测并记录人的脑电图就可以对人的大脑及神经系统疾病进行及神经系统疾病进行诊断和治疗诊断和治疗，所以很有必要，所以很有必要对人的脑电图进行研究。对人的脑电图进行研究。2022/10/20生物医学工程系3本讲稿第三页，共三十三页三、脑电图的一般性质三、脑电图的一般性质2022/10/20生物医学工程系4上上图图是一是一种种具有正弦波具有正弦波节节律的律的脑电图脑电图波形，波形，它它是是头头皮上皮上两两点点间电间电位差位差随时间变随时间变化的曲化的曲线线，图图中中EE即即为电为电位的位的变变化量。化量。本讲稿第四页，共三十三页脑电图虽然不是正弦波，但可以作为一种以正脑电图虽然
3、不是正弦波，但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。所以脑电图也可以弦波为主波的图形来分析。所以脑电图也可以用用周期周期、振幅振幅、相位相位等参数来描述。等参数来描述。周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。2022/10/20生物医学工程系5本讲稿第五页，共三十三页周期：周期：由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶的时间间距在基线上的投影。波顶到下一个波顶的时间间距在基线上的投影。振幅：振幅：从波顶划一直线使其垂直于基线，由这条从波顶划一直线使其垂直于基线，由这条直线与前后两个波底连线的交点到波顶的距
4、离称为直线与前后两个波底连线的交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。脑电图的平均振幅。相位：相位：有正相，负相之分，以基线为准，波顶朝上者为有正相，负相之分，以基线为准，波顶朝上者为负相波，负相波，波顶朝下者为正相波。波顶朝下者为正相波。2022/10/20生物医学工程系6本讲稿第六页，共三十三页四、脑电图的分类四、脑电图的分类2022/10/20生物医学工程系7本讲稿第七页，共三十三页各类脑电波的特点各类脑电波的特点脑电脑电波波检测检测部位部位频频率率振幅振幅特点特点头颅枕骨头颅枕骨813HZ20100V在清醒在清醒安静安静闭眼时闭眼时出现出现额部额部,颞部颞部1830HZ520V它的出现意
5、味着大脑它的出现意味着大脑比较兴奋比较兴奋47HZ1050V在困倦十在困倦十,中枢神经系中枢神经系统处于抑制状态时所统处于抑制状态时所记录的波形记录的波形13.5HZ20200V在睡眠在睡眠,深度麻醉深度麻醉,缺缺氧或大脑有器质性病氧或大脑有器质性病变时出现变时出现2022/10/20生物医学工程系8本讲稿第八页，共三十三页五、脑电图的产生机理五、脑电图的产生机理2022/10/20生物医学工程系9大脑的神经元浸浴在特殊的细胞外液（脑脊大脑的神经元浸浴在特殊的细胞外液（脑脊液）中，这些神经的电活动可以被等效为一液）中，这些神经的电活动可以被等效为一个个偶极子偶极子。如果每一小单位被等效为一个偶
6、极。如果每一小单位被等效为一个偶极子，整个脑的总和等效偶极子即是全部偶极子子，整个脑的总和等效偶极子即是全部偶极子的向量和。对应着这个偶极子，必定存在着脑的向量和。对应着这个偶极子，必定存在着脑电场分布。即可以用专门的电极测量大脑皮层电场分布。即可以用专门的电极测量大脑皮层的电位变化的电位变化脑电图。脑电图。本讲稿第九页，共三十三页2022/10/20生物医学工程系10静态状态时静态状态时细细胞膜胞膜对对K K+有特殊的通透性有特殊的通透性,K K+从从膜膜内内流向膜外流向膜外,直到直到达达成一成一种动态种动态的的电电化化学学平衡平衡,这时这时膜膜内电内电位位下降下降,膜外膜外电电位升高位升高
7、,形成形成电电位差位差,可可达达-7090mV.-7090mV.当细当细胞胞兴奋时兴奋时细细胞膜胞膜对对NaNa+的通透性超的通透性超过对过对K K+的通透的通透性性,原有的原有的动态动态平衡被打破平衡被打破,膜外大量的膜外大量的NaNa+流向膜流向膜内内,形形成成与静态状态与静态状态完全相反的平衡完全相反的平衡状态状态.本讲稿第十页，共三十三页六、诱发电位的基本知识六、诱发电位的基本知识诱发电位：指神经中枢系统在诱发电位：指神经中枢系统在感受外在或内感受外在或内在刺激过程中在刺激过程中产生的生物电活动，是代表中枢产生的生物电活动，是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变神经系统在特
8、定功能状态下的生物电活动的变化。化。2022/10/20生物医学工程系11本讲稿第十一页，共三十三页两种诱发电位的比较两种诱发电位的比较定义定义意义意义非特异性诱发电位非特异性诱发电位给予不同刺激时产生的反给予不同刺激时产生的反应相同应相同.该电位幅度比较高该电位幅度比较高.没有任何特定意义没有任何特定意义,在临床在临床诊断中不具有诊断价值诊断中不具有诊断价值.特异性诱发电位特异性诱发电位给予刺激后经过一定的潜给予刺激后经过一定的潜伏期，在脑的特定区域出伏期，在脑的特定区域出现的电位反应与刺激信号现的电位反应与刺激信号之间有严格的时间关系之间有严格的时间关系.电电位幅值较小位幅值较小,完全淹没
9、在自完全淹没在自发脑电信号中发脑电信号中.电位的形成与特定的刺激电位的形成与特定的刺激之间有严格的对应关系之间有严格的对应关系,可可以反映神经系统的功能与以反映神经系统的功能与病变病变,在临床上具有诊断价在临床上具有诊断价值值.2022/10/20生物医学工程系12本讲稿第十二页，共三十三页我们通常将特异性诱发电位简称诱发电位我们通常将特异性诱发电位简称诱发电位（evoked potential,EP）。）。目前临床上常用的诱发电位有：目前临床上常用的诱发电位有：模式翻转视觉诱发电位模式翻转视觉诱发电位（pattern reversal visual evoked potential,PR-V
10、EP）；）；脑干听觉诱发电位脑干听觉诱发电位（brain stem auditory evoked potential,BAEP）；）；短潜伏期体感诱发电位短潜伏期体感诱发电位（short-latency somatosensory evoked potential,SLSEP）。）。2022/10/20生物医学工程系13本讲稿第十三页，共三十三页 因此，目前大部分的脑电图机除了脑电信号的因此，目前大部分的脑电图机除了脑电信号的检测、处理、输出等部分以外，还配有如下的检测、处理、输出等部分以外，还配有如下的辅助设备：辅助设备：2022/10/20生物医学工程系14本讲稿第十四页，共三十三页七、
11、脑电图机的基本知识七、脑电图机的基本知识定义：脑电图机是用来测量脑电信号的生物定义：脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。电放大器。它的主要单元脑电放大器的它的主要单元脑电放大器的工作原理工作原理与心电放与心电放大器基本相同。大器基本相同。2022/10/20生物医学工程系15本讲稿第十五页，共三十三页脑电图机与心电图机不同的性能要求：脑电图机与心电图机不同的性能要求：1.脑电信号的幅值范围为脑电信号的幅值范围为10100V，比标准心电信号小两个数量级。，比标准心电信号小两个数量级。相应的电路要求：相应的电路要求：要求的放大增益要高的多（约要求的放大增益要高的多（约100DB左右）左右）;
12、要求脑电放大器有更高的共模抑制比（约为要求脑电放大器有更高的共模抑制比（约为10000：1）;对电源的波纹系数有更高的要求对电源的波纹系数有更高的要求(要求波动性小要求波动性小);对电极有严格的要求对电极有严格的要求(提高极化电压的稳定性提高极化电压的稳定性)。2.脑电电极比心电电极小的多脑电电极比心电电极小的多,具有较高的信号源阻抗。相应的具有较高的信号源阻抗。相应的电路要求电路要求:要求放大器有更高的输入阻抗；要求放大器有更高的输入阻抗；要求具有电极要求具有电极-皮肤接触电阻测量装置皮肤接触电阻测量装置,以估测接触电阻。以估测接触电阻。2022/10/20生物医学工程系16本讲稿第十六页，
13、共三十三页3.导联数较多导联数较多,并且要求进行同步记录。相应的电路要求并且要求进行同步记录。相应的电路要求:采用中间接线盒(输入盒),电极引出线直接与输入盒相连,通过输入盒引出线再将脑电信号送到脑电图机中去;必须有多通道的放大器和记录器同时工作,常见的一般有8、16、32导等;对走纸电机的要求高;4.为了便于分析各导联脑电信号波形之间的相互联系为了便于分析各导联脑电信号波形之间的相互联系,机器内设置了机器内设置了时钟信号和定标信号。时钟信号和定标信号。5.脑电信号幅值变化比较大。相应的电路要求脑电信号幅值变化比较大。相应的电路要求:增益控制有多档,粗细调节,定标电压设置有多种幅值;2022/
14、10/20生物医学工程系17本讲稿第十七页，共三十三页5.脑电信号频率差别变化显著。相应的电路要求脑电信号频率差别变化显著。相应的电路要求:应有各种不同频率的低截和高截滤波器应有各种不同频率的低截和高截滤波器,随时都可以转换随时都可以转换;时间常数和走纸速度均应有多档选择时间常数和走纸速度均应有多档选择;2022/10/20生物医学工程系18本讲稿第十八页，共三十三页八、脑电图机的导联八、脑电图机的导联为了区分电极和两大脑半球的为了区分电极和两大脑半球的关系，通常关系，通常右侧用偶数，左侧右侧用偶数，左侧用奇数用奇数。从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线，再从两瞳孔向上、向
15、后状线，再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线等距的平行线顺与正中矢状线等距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳线延至枕骨粗隆称左右瞳线。2022/10/20生物医学工程系19本讲稿第十九页，共三十三页1、左右枕极（左右枕极（9，10）：从枕骨粗隆向上约：从枕骨粗隆向上约2cm，左右旁开左右旁开3cm与左右瞳枕线相交处。与左右瞳枕线相交处。2、左右额前极（左右额前极（1，2）：沿瞳枕线入发际约：沿瞳枕线入发际约1cm处。处。3、左右中央极（左右中央极（5，6）：左右外耳道连线与左右瞳枕线相交处。：左右外耳道连线与左右瞳枕线相交处。4、左右额极（左右额极（3，4）：左右额前极与中央极的中点处。：左右额前极与
16、中央极的中点处。5、左右顶极（左右顶极（7，8）：左右中央极与枕极之中点处。：左右中央极与枕极之中点处。6、左右颞中极（左右颞中极（11，12）：左右中央极与外耳道之中点处。：左右中央极与外耳道之中点处。7、左右颞前极（左右颞前极（13，14）：左右瞳孔与外耳道中点处。：左右瞳孔与外耳道中点处。8、左右颞后极（左右颞后极（15，16）：左右乳突上发际内约：左右乳突上发际内约 1cm处。处。2022/10/20生物医学工程系20本讲稿第二十页，共三十三页脑电图记录的是头皮两电极间电位差的波形。脑电图记录的是头皮两电极间电位差的波形。放于零电位上的电极称为参考电极，放于非放于零电位上的电极称为参考
17、电极，放于非零电位上的电极为作用电极。零电位上的电极为作用电极。2022/10/20生物医学工程系21一一个电极为参个电极为参考考电电极极，另一，另一个为个为作用作用电极电极。两个极两个极均均为为作用作用电电极极。本讲稿第二十一页，共三十三页单极导联法单极导联法连接方式：将连接方式：将作用电极置于头皮作用电极置于头皮上，上，参考电参考电极至于耳垂极至于耳垂，并通过导联选择开关分别与前置，并通过导联选择开关分别与前置放大器的两个输入端放大器的两个输入端G1和和G2相连。相连。参考电极一般选取耳垂。参考电极一般选取耳垂。2022/10/20生物医学工程系22本讲稿第二十二页，共三十三页单极导联法的
18、优缺点比较单极导联法的优缺点比较2022/10/20生物医学工程系23本讲稿第二十三页，共三十三页双极导联法优缺点比较双极导联法优缺点比较优点：优点：记录下来的是两个电极部记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值，位脑电变化的差值，因此可以大大减少干扰，并因此可以大大减少干扰，并可排除无关电极引起的误差可排除无关电极引起的误差。缺点：缺点：如果两活动电极的距离在如果两活动电极的距离在3cm以内时，来自较大范围以内时，来自较大范围（距离大于（距离大于3cm）的脑电位被）的脑电位被两个活动电极同时记录下来，两个活动电极同时记录下来，结果电位差值互相抵消，记录结果电位差值互相抵消，记录的波幅较低，也不
19、恒定，所以的波幅较低，也不恒定，所以要求两电极的距离应在要求两电极的距离应在3-6cm以上。以上。2022/10/20生物医学工程系24本讲稿第二十四页，共三十三页导联工作特点导联工作特点利用脑电图定位病灶和诊断病利用脑电图定位病灶和诊断病情，并非只由一对电极来实现，情，并非只由一对电极来实现，而是要用而是要用多对电极多对电极（多个导（多个导联），根据不同的情况和要求，联），根据不同的情况和要求，连接成不同的方式，连接成不同的方式，记录多记录多个波形个波形，分析这多个波形的，分析这多个波形的基本特征和相互联系才能完基本特征和相互联系才能完成病灶定位和疾病诊断，这成病灶定位和疾病诊断，这就要求脑
20、电图机有就要求脑电图机有多个放大多个放大器和记录器器和记录器，一般有，一般有6导、导、16导、导、32导导。2022/10/20生物医学工程系25本讲稿第二十五页，共三十三页九、目前临床脑电仪器的应用九、目前临床脑电仪器的应用1.热笔描记式脑电图机热笔描记式脑电图机临床应用最广泛，一般配备816导电极。2.无纸脑电图机无纸脑电图机脑电信号经A/D转换后被采集到计算机，并由屏幕描记。一般也是配备816导电极。3.脑电地形图仪脑电地形图仪 其配置与无纸脑电图机基本相同，但至少要配备16导电极，且打印机能输出彩色图形。当前趋势是将无纸脑电图机与脑 电地形图仪合为一体。4.脑电监护仪脑电监护仪 能实时
21、地、连续不断地显示脑电波形，并且具有存储功能、数据管理功能，最好具有报警功能。5.脑电脑电Holter 即动态脑电长时间记录仪。一般配有316个电极，具有存储24h脑电信号的能力。其关键技术为：放大器的小型化及放大器的供电能力.6.脑电分析仪脑电分析仪包含脑电Holter 的回放分析系统和一般意义上的脑电分析系统.记录脑电信号时间长（30min以上），配有16个以上电极,具有 较为全面的分析功能（时域、频域和空域）。2022/10/20生物医学工程系26本讲稿第二十六页，共三十三页十、脑电图测量的最新技术实现十、脑电图测量的最新技术实现及应用及应用 脑电地形图脑电地形图高分辨率脑电图高分辨率脑
22、电图2022/10/20生物医学工程系27本讲稿第二十七页，共三十三页脑电地形图脑电地形图传统的自发脑电图存在检测和分析的局限性：传统的自发脑电图存在检测和分析的局限性：1、同一分析者对同一图在不同时间阅读，所得结果有较大偏差；、同一分析者对同一图在不同时间阅读，所得结果有较大偏差；2、不同分析者对同一图阅读，所得结果有较大偏差；、不同分析者对同一图阅读，所得结果有较大偏差；3、一些特殊概念很难有具体界限；、一些特殊概念很难有具体界限；4、对于细微的不对称，或弥散在异常背景中局灶改变，、对于细微的不对称，或弥散在异常背景中局灶改变，不易被发现；不易被发现；针对传统的自发脑电图检测和分析的局限性
23、，针对传统的自发脑电图检测和分析的局限性，定量脑电图（定量脑电图（QEEG）应运而生。应运而生。2022/10/20生物医学工程系28本讲稿第二十八页，共三十三页定量脑电图定量脑电图：利用计算机对各个放大通路的信号进利用计算机对各个放大通路的信号进行阅读，根据不同信号的频率进行分类，并按出现的时行阅读，根据不同信号的频率进行分类，并按出现的时间及波幅的总和之比求出均值，从而直接对各类关系进间及波幅的总和之比求出均值，从而直接对各类关系进行计算，同时把所求得的数值以不同的颜色加以显示，行计算，同时把所求得的数值以不同的颜色加以显示，以此为基础向临床诊断提供新的参数。以此为基础向临床诊断提供新的参
24、数。2022/10/20生物医学工程系29本讲稿第二十九页，共三十三页定量脑电图定量脑电图优点优点：更加准确、客观、显示直观，：更加准确、客观、显示直观，更具有可比性。更具有可比性。脑电地形图脑电地形图是研究最早也是最为成熟的定量是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。脑电图技术。脑电地形图定义脑电地形图定义：在脑电图技术基础上，用：在脑电图技术基础上，用计算机对计算机对EEG信号进行二次处理，将曲线波信号进行二次处理，将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。2022/10/20生物医学工程系30本讲稿第三十页，共三十三页2022/10/20生物医学
25、工程系31脑电脑电地形地形图对诊断脑图对诊断脑部疾病比波形更直部疾病比波形更直观观。正常。正常脑电脑电地形地形图图左右左右两侧对称两侧对称。视觉诱发脑电视觉诱发脑电地形地形图图呈呈现现不不对称对称性，性，说说明被明被测测者者脑脑部有疾患。部有疾患。本讲稿第三十一页，共三十三页高分辨率脑电图高分辨率脑电图常规脑电图的常规脑电图的时间分辨率时间分辨率非常的高，是非常的高，是PET和和FMRI所不能达到的，所不能达到的，但其但其重要缺陷是空间分辨率太低重要缺陷是空间分辨率太低，远不能满，远不能满足认知及神经科学研究的需要。足认知及神经科学研究的需要。高空间分辨率脑电图高空间分辨率脑电图是一项值得研究的热门课是一项值得研究的热门课题。期待同学们的参与。题。期待同学们的参与。2022/10/20生物医学工程系32本讲稿第三十二页，共三十三页2022/10/2033生物医学工程系本讲稿第三十三页，共三十三页