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1、L/O/G/O脑电测量原理脑电测量原理陆想想一、脑电图基本知识一、脑电图基本知识一、脑电图基本知识一、脑电图基本知识脑电图定义：脑电图定义：在人的大脑皮层中存在着频在人的大脑皮层中存在着频繁的繁的电活动电活动，而人正是通过这些电活动来，而人正是通过这些电活动来完成各种生理机能的，用完成各种生理机能的，用电极电极将这种电位将这种电位随时间变化的波形随时间变化的波形提取出来并加以记录，提取出来并加以记录，就可以得到脑电图。就可以得到脑电图。electro-encephalo-gram EEG2023/2/9生物医学工程系2二、脑电测量的意义二、脑电测量的意义二、脑电测量的意义二、脑电测量的意义通过
2、检测并记录人的脑电图就可以对人的大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脑及神经系统疾病进行诊断和治疗诊断和治疗，所以很，所以很有必要对人的脑电图进行研究。有必要对人的脑电图进行研究。2023/2/9生物医学工程系3三、脑电图的一般性质三、脑电图的一般性质三、脑电图的一般性质三、脑电图的一般性质2023/2/9生物医学工程系4上图是一种具有正弦波节律的脑电图波上图是一种具有正弦波节律的脑电图波形形，它是它是头皮上两点间电位差头皮上两点间电位差随时间变随时间变化的曲线化的曲线，图中图中 E即为电位的变化量即为电位的变化量。脑电图虽然不是正弦波，但可以作为一种脑电图虽然不是正弦
3、波，但可以作为一种以正弦波为主波的图形来分析。所以脑电以正弦波为主波的图形来分析。所以脑电图也可以用图也可以用周期周期、振幅振幅、相位相位等参数来描等参数来描述。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。2023/2/9生物医学工程系5周期：周期：由一个波底到下一个波底的时间间距或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由一个波顶到下一个波顶的时间间距在基线上的投影。投影。振幅：振幅：从波顶划一直线使其垂直于基线，由这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离条直线与前后两个波底连线的交点到
4、波顶的距离称为脑电图的平均振幅。称为脑电图的平均振幅。相位：相位：有正相，负相之分，以基线为准，波顶有正相，负相之分，以基线为准，波顶朝上者为负相波，朝上者为负相波，波顶朝下者为正相波。波顶朝下者为正相波。2023/2/9生物医学工程系6四、脑电图的分类四、脑电图的分类四、脑电图的分类四、脑电图的分类2023/2/9生物医学工程系7各类脑电波的特点各类脑电波的特点各类脑电波的特点各类脑电波的特点脑电波脑电波检测部位检测部位频率频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它的出现意味着大脑它的出现意味着大
5、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2023/2/9生物医学工程系8五、脑电图的产生机理五、脑电图的产生机理五、脑电图的产生机理五、脑电图的产生机理2023/2/9生物医学工程系9大大脑的神的神经元浸浴在特殊的元浸浴在特殊的细胞外液（胞外液（脑脊液）中，脊液）中，这些神些神经的的电活活动可以被等效可以被等效为一个一个偶极子偶极子。如果每一小。如果每一小单位被等效位被等效为一个偶极子，整个一个
6、偶极子，整个脑的的总和等效偶极子即和等效偶极子即是全部偶极子的向量和。是全部偶极子的向量和。对应着着这个偶极个偶极子，必定存在着子，必定存在着脑电场分布。即可以用分布。即可以用专门的的电极极测量大量大脑皮皮层的的电位位变化化脑电图。2023/2/9生物医学工程系10静态状态时静态状态时细胞膜对细胞膜对K+有特殊的通透性有特殊的通透性,K+从从膜内流向膜外膜内流向膜外,直到达成一种动态的电化学平衡直到达成一种动态的电化学平衡,这这时膜内电位下降时膜内电位下降,膜外电位升高膜外电位升高,形成电位差形成电位差,可达可达-7090mV.当细胞兴奋时当细胞兴奋时细胞膜对细胞膜对Na+的通透性超过对的通透
7、性超过对K+的通透性的通透性,原有的动态平衡被打破原有的动态平衡被打破,膜外大量的膜外大量的Na+流流向膜内向膜内,形成与静态状态完全相反的平衡状态形成与静态状态完全相反的平衡状态.六、诱发电位的基本知识六、诱发电位的基本知识六、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感受外在或内在刺激过程中内在刺激过程中产生的生物电活动，是代产生的生物电活动，是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化。电活动的变化。2023/2/9生物医学工程系11两种诱发电位的比较两种诱发电位的比较两种诱发电位的比
8、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
9、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.2023/2/9生物医学工程系12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-VEP）；）；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
10、感诱发电位短潜伏期体感诱发电位（short-latency somatosensory evoked potential,SLSEP）。）。2023/2/9生物医学工程系13 因此，目前大部分的脑电图机除了脑电信号因此，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，还配有的检测、处理、输出等部分以外，还配有如下的辅助设备：如下的辅助设备：2023/2/9生物医学工程系14声光刺激声光刺激器器电子刺激子刺激器器脑电频率率分析器分析器记录装置装置等等七、脑电图机的基本知识七、脑电图机的基本知识七、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定义：脑电
11、图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。物电放大器。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与心电放大器基本相同。电放大器基本相同。2023/2/9生物医学工程系15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，比标准心电信号小两个数量级。相应的电路要求：个数量级。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）;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
12、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。相应具有较高的信号源阻抗。相应的电路要求的电路要求: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。2023/2/9生物医学工程系163.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
13、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,机器内机器内设置了时钟信号和定标信号。设置了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;2023/2/9生物医学工程系175.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
14、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;2023/2/9生物医学工程系18八、脑电图机的导联八、脑电图机的导联八、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为了区分电极和两大脑半球的关系，通常球的关系，通常右侧用偶右侧用偶数，左侧用奇数数，左侧用奇数。从鼻根至枕骨粗隆连一正从鼻根至枕骨粗隆连一正中矢状线，再从两瞳孔向中矢状线，再从两瞳孔向上、向后与正中矢状线等上、向后与正中矢状线等距的平行线顺延至枕骨粗距的平行线顺延至枕骨粗隆称左右瞳线隆称左右瞳线。2023/2/9生物医学工程系191、左右枕
15、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：左右外耳道连线与左右瞳枕线相交处。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：左右中央极与外耳道之中点处。点
16、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。2023/2/9生物医学工程系20脑电图记录的是头皮两电极间电位差的波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，形。放于零电位上的电极称为参考电极，放于非零电位上的电极为作用电极。放于非零电位上的电极为作用电极。2023/2/9生物医学工程系21脑电导联方式单极导联法双极导联法一个电极为参考一个电极为参考电极电极，另一个为另一个为作用电极作用电极。两个极均为作用两个极均为作用
17、电极电极。单极导联法单极导联法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，参考参考电极至于耳垂电极至于耳垂，并通过导联选择开关分别，并通过导联选择开关分别与前置放大器的两个输入端与前置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。2023/2/9生物医学工程系22单极导联法的优缺点比较单极导联法的优缺点比较单极导联法的优缺点比较单极导联法的优缺点比较2023/2/9生物医学工程系23优点：缺点：能能记录活活动电极下极下脑电位位变化的化的绝对值，其波幅其波幅较高且高且较稳定，定，异常波常异常波常较局限，局限，有利于病
18、灶的定位。有利于病灶的定位。参考参考电极（无关极（无关电极）极）不能保持零不能保持零电位，位，易混易混进其他生物其他生物电干干扰。双极导联法优缺点比较双极导联法优缺点比较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记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值，部位脑电变化的差值，因此可以大大减少干扰，因此可以大大减少干扰，并可排除无关电极引起的并可排除无关电极引起的误差误差。缺点：缺点：如果两活动电极的距离如果两活动电极的距离在在3cm以内时，来自较大以内时，来自较大范围（距离大于范围（距离大于3cm）的）的脑电位被两个活动电极同脑电位被两个活动电极同时记录下来，结果电位
19、差时记录下来，结果电位差值互相抵消，记录的波幅值互相抵消，记录的波幅较低，也不恒定，所以要较低，也不恒定，所以要求两电极的距离应在求两电极的距离应在3-6cm以上。以上。2023/2/9生物医学工程系24导联工作特点导联工作特点导联工作特点导联工作特点利用脑电图定位病灶和诊利用脑电图定位病灶和诊断病情，并非只由一对电断病情，并非只由一对电极来实现，而是要用极来实现，而是要用多对多对电极电极（多个导联），根据（多个导联），根据不同的情况和要求，连接不同的情况和要求，连接成不同的方式，成不同的方式，记录多个记录多个波形波形，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基本特征和相互联系
20、才能完成病灶定位和疾病诊断，完成病灶定位和疾病诊断，这就要求脑电图机有这就要求脑电图机有多个多个放大器和记录器放大器和记录器，一般有，一般有6导、导、16导、导、32导导。2023/2/9生物医学工程系25九、目前临床脑电仪器的应用九、目前临床脑电仪器的应用九、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
21、。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）。2023/2/9生物医学工程系26十、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十、脑
22、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电图2023/2/9生物医学工程系27脑电地形图脑电地形图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传统的自发脑电图存在检测和分析的局限性：性：1、同一分析者对同一图在不同时间阅读，所得结果有、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；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，、
23、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针对传统的自发脑电图检测和分析的局限性，性，定量脑电图（定量脑电图（QEEG）应运而生。应运而生。2023/2/9生物医学工程系28定量脑电图定量脑电图：利用计算机对各个放大通路的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，信号进行阅读，根据不同信号的频率进行分类，并按出现的时间及波幅的总和之比求出均值，从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行计算，同时把所求得的数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，以此为基础向
24、临床诊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。断提供新的参数。2023/2/9生物医学工程系29定量脑电图定量脑电图优点优点：更加准确、客观、显示：更加准确、客观、显示直观，更具有可比性。直观，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是研究最早也是最为成熟的定量脑电图技术。量脑电图技术。脑电地形图定义脑电地形图定义：在脑电图技术基础上，：在脑电图技术基础上，用计算机对用计算机对EEG信号进行二次处理，将曲信号进行二次处理，将曲线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波线波形转变为能够定位和定量的彩色脑波图像。图像。2023/2/9生物医学工程系302023/2/
25、9生物医学工程系31脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左正常脑电地形图左右两侧对称右两侧对称。视觉诱发脑电地形图呈现不对称性视觉诱发脑电地形图呈现不对称性，说明被测者脑部有疾患说明被测者脑部有疾患。高分辨率脑电图高分辨率脑电图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，远不能满足认知及神经科学研究的需要。满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是一项值得研究的热门课题。期待同学们的参与。门课题。期待同学们的参与。2023/2/9生物医学工程系322023/2/933生物医学工程系