腦電測量原理.

1、L/O/G/O腦電測量原理腦電測量原理陸想想一、腦電圖基本知識一、腦電圖基本知識 腦電圖定義：在人的大腦皮層中存在著頻腦電圖定義：在人的大腦皮層中存在著頻繁的繁的電活動電活動，而人正是通過這些電活動來，而人正是通過這些電活動來完成各種生理機能的，用完成各種生理機能的，用電極電極將這種電位將這種電位隨時間變化的波形隨時間變化的波形提取出來并加以記錄，提取出來并加以記錄，就可以得到腦電圖。就可以得到腦電圖。 electro-encephalo-gram EEG2022-4-28生物醫(yī)學工程系2二、腦電測量的意義二、腦電測量的意義通過檢測并記錄人的腦電圖就可以對人的大通過檢測并記錄人的腦電圖就可以對

2、人的大腦及神經系統(tǒng)疾病進行腦及神經系統(tǒng)疾病進行診斷和治療診斷和治療，所以很，所以很有必要對人的腦電圖進行研究。有必要對人的腦電圖進行研究。 2022-4-28生物醫(yī)學工程系3三、腦電圖的一般性質三、腦電圖的一般性質2022-4-28生物醫(yī)學工程系4上圖圖是一種種具有正弦波節(jié)節(jié)律的腦電圖腦電圖波形，它它是頭頭皮上兩兩點間電間電位差隨時間變隨時間變化的曲線線，圖圖中E即為電為電位的變變化量。 腦電圖雖然不是正弦波，但可以作為一種腦電圖雖然不是正弦波，但可以作為一種以正弦波為主波的圖形來分析。所以腦電以正弦波為主波的圖形來分析。所以腦電圖也可以用圖也可以用周期周期、振幅振幅、相位相位等參數(shù)來描等參數(shù)

3、來描述。述。 周期、振幅、相位是腦電圖的基本特征。周期、振幅、相位是腦電圖的基本特征。2022-4-28生物醫(yī)學工程系5 周期：周期：由一個波底到下一個波底的時間間距或由一個波底到下一個波底的時間間距或由一個波頂?shù)较乱粋€波頂?shù)臅r間間距在基線上的由一個波頂?shù)较乱粋€波頂?shù)臅r間間距在基線上的投影。投影。 振幅：振幅：從波頂劃一直線使其垂直于基線，由這從波頂劃一直線使其垂直于基線，由這條直線與前后兩個波底連線的交點到波頂?shù)木嚯x條直線與前后兩個波底連線的交點到波頂?shù)木嚯x稱為腦電圖的平均振幅。稱為腦電圖的平均振幅。 相位：相位：有正相，負相之分，以基線為準，波頂有正相，負相之分，以基線為準，波頂朝上者為負

4、相波，朝上者為負相波， 波頂朝下者為正相波。波頂朝下者為正相波。2022-4-28生物醫(yī)學工程系6四、腦電圖的分類四、腦電圖的分類2022-4-28生物醫(yī)學工程系7各類腦電波的特點各類腦電波的特點腦電波腦電波檢測部位檢測部位頻率頻率振幅振幅特點特點頭顱枕骨頭顱枕骨813HZ20100V在清醒在清醒安靜安靜閉眼時閉眼時出現(xiàn)出現(xiàn)額部額部,顳部顳部1830HZ520V它的出現(xiàn)意味著大腦它的出現(xiàn)意味著大腦比較興奮比較興奮47HZ1050V在困倦十在困倦十,中樞神經系中樞神經系統(tǒng)處于抑制狀態(tài)時所統(tǒng)處于抑制狀態(tài)時所記錄的波形記錄的波形13.5HZ20200V在睡眠在睡眠,深度麻醉深度麻醉,缺缺氧或大腦有器

5、質性病氧或大腦有器質性病變時出現(xiàn)變時出現(xiàn)2022-4-28生物醫(yī)學工程系8波波波波五、腦電圖的產生機理五、腦電圖的產生機理2022-4-28生物醫(yī)學工程系9 大腦的神經元浸浴在特殊的細胞外液（腦大腦的神經元浸浴在特殊的細胞外液（腦脊液）中，這些神經的電活動可以被等效脊液）中，這些神經的電活動可以被等效為一個為一個偶極子偶極子。如果每一小單位被等效為。如果每一小單位被等效為一個偶極子，整個腦的總和等效偶極子即一個偶極子，整個腦的總和等效偶極子即是全部偶極子的向量和。對應著這個偶極是全部偶極子的向量和。對應著這個偶極子，必定存在著腦電場分布。即可以用專子，必定存在著腦電場分布。即可以用專門的電極測

6、量大腦皮層的電位變化門的電極測量大腦皮層的電位變化腦腦電圖。電圖。2022-4-28生物醫(yī)學工程系10靜態(tài)狀態(tài)時靜態(tài)狀態(tài)時細細胞膜對對K+有特殊的通透性, K+從從膜內內流向膜外,直到達達成一種動態(tài)種動態(tài)的電電化學學平衡,這這時時膜內電內電位下降,膜外電電位升高,形成電電位差,可達達-7090mV.當細當細胞興奮時興奮時細細胞膜對對Na+的通透性超過對過對K+的通透性,原有的動態(tài)動態(tài)平衡被打破,膜外大量的Na+流向膜內內,形成與靜態(tài)狀態(tài)與靜態(tài)狀態(tài)完全相反的平衡狀態(tài)狀態(tài).六、誘發(fā)電位的基本知識六、誘發(fā)電位的基本知識 誘發(fā)電位：指神經中樞系統(tǒng)在誘發(fā)電位：指神經中樞系統(tǒng)在感受外在或感受外在或內在刺激

7、過程中內在刺激過程中產生的生物電活動，是代產生的生物電活動，是代表中樞神經系統(tǒng)在特定功能狀態(tài)下的生物表中樞神經系統(tǒng)在特定功能狀態(tài)下的生物電活動的變化。電活動的變化。2022-4-28生物醫(yī)學工程系11非特異性誘發(fā)電位特異性誘發(fā)電位腦誘發(fā)電位自發(fā)的電位活動腦電信號兩種誘發(fā)電位的比較兩種誘發(fā)電位的比較定義定義意義意義非特異性誘發(fā)電位非特異性誘發(fā)電位給予不同刺激時產生的反給予不同刺激時產生的反應相同應相同.該電位幅度比較高該電位幅度比較高.沒有任何特定意義沒有任何特定意義,在臨床在臨床診斷中不具有診斷價值診斷中不具有診斷價值.特異性誘發(fā)電位特異性誘發(fā)電位給予刺激后經過一定的潛給予刺激后經過一定的潛伏

8、期，在腦的特定區(qū)域出伏期，在腦的特定區(qū)域出現(xiàn)的電位反應與刺激信號現(xiàn)的電位反應與刺激信號之間有嚴格的時間關系之間有嚴格的時間關系.電電位幅值較小位幅值較小,完全淹沒在自完全淹沒在自發(fā)腦電信號中發(fā)腦電信號中.電位的形成與特定的刺激電位的形成與特定的刺激之間有嚴格的對應關系之間有嚴格的對應關系,可可以反映神經系統(tǒng)的功能與以反映神經系統(tǒng)的功能與病變病變,在臨床上具有診斷價在臨床上具有診斷價值值.2022-4-28生物醫(yī)學工程系12 我們通常將特異性誘發(fā)電位簡稱誘發(fā)電位我們通常將特異性誘發(fā)電位簡稱誘發(fā)電位（evoked potential, EP）。）。 目前臨床上常用的誘發(fā)電位有：目前臨床上常用的誘發(fā)

9、電位有：模式翻轉視覺誘發(fā)電位模式翻轉視覺誘發(fā)電位（pattern reversal visual evoked potential, PR-VEP）；）；腦干聽覺誘發(fā)電位腦干聽覺誘發(fā)電位（brain stem auditory evoked potential, BAEP）；）；短潛伏期體感誘發(fā)電位短潛伏期體感誘發(fā)電位（short-latency somatosensory evoked potential, SLSEP）。）。2022-4-28生物醫(yī)學工程系13 因此，目前大部分的腦電圖機除了腦電信號因此，目前大部分的腦電圖機除了腦電信號的檢測、處理、輸出等部分以外，還配有的檢測、處理、輸出

10、等部分以外，還配有如下的輔助設備：如下的輔助設備：2022-4-28生物醫(yī)學工程系14七、腦電圖機的基本知識七、腦電圖機的基本知識 定義：腦電圖機是用來測量腦電信號的生定義：腦電圖機是用來測量腦電信號的生物電放大器。物電放大器。 它的主要單元腦電放大器的它的主要單元腦電放大器的工作原理工作原理與心與心電放大器基本相同。電放大器基本相同。2022-4-28生物醫(yī)學工程系151.腦電信號的幅值范圍為腦電信號的幅值范圍為10100V，比標準心電信號小兩，比標準心電信號小兩個數(shù)量級。相應的電路要求：個數(shù)量級。相應的電路要求：要求的放大增益要高的多（約要求的放大增益要高的多（約100DB左右）左右）;要

11、求腦電放大器有更高的共模抑制比（約為要求腦電放大器有更高的共模抑制比（約為10000：1）;對電源的波紋系數(shù)有更高的要求對電源的波紋系數(shù)有更高的要求(要求波動性小要求波動性小);對電極有嚴格的要求對電極有嚴格的要求(提高極化電壓的穩(wěn)定性提高極化電壓的穩(wěn)定性)。2. 腦電電極比心電電極小的多腦電電極比心電電極小的多,具有較高的信號源阻抗。相具有較高的信號源阻抗。相應的電路要求應的電路要求:要求放大器有更高的輸入阻抗；要求放大器有更高的輸入阻抗；要求具有電極要求具有電極-皮膚接觸電阻測量裝置皮膚接觸電阻測量裝置,以估測接觸電阻。以估測接觸電阻。2022-4-28生物醫(yī)學工程系163.導聯(lián)數(shù)較多導聯(lián)

12、數(shù)較多,并且要求進行同步記錄。相應的電路要求并且要求進行同步記錄。相應的電路要求:采用中間接線盒(輸入盒),電極引出線直接與輸入盒相連,通過輸入盒引出線再將腦電信號送到腦電圖機中去;必須有多通道的放大器和記錄器同時工作, 常見的一般有8、16、32導等;對走紙電機的要求高;4. 為了便于分析各導聯(lián)腦電信號波形之間的相互聯(lián)系為了便于分析各導聯(lián)腦電信號波形之間的相互聯(lián)系,機器機器內設置了時鐘信號和定標信號。內設置了時鐘信號和定標信號。5. 腦電信號幅值變化比較大。相應的電路要求腦電信號幅值變化比較大。相應的電路要求:增益控制有多檔,粗細調節(jié),定標電壓設置有多種幅值;2022-4-28生物醫(yī)學工程系

13、175. 腦電信號頻率差別變化顯著。相應的電路要求腦電信號頻率差別變化顯著。相應的電路要求:應有各種不同頻率的低截和高截濾波器應有各種不同頻率的低截和高截濾波器,隨時都可以轉換隨時都可以轉換;時間常數(shù)和走紙速度均應有多檔選擇時間常數(shù)和走紙速度均應有多檔選擇;2022-4-28生物醫(yī)學工程系18八、腦電圖機的導聯(lián)八、腦電圖機的導聯(lián) 為了區(qū)分電極和兩大腦半為了區(qū)分電極和兩大腦半球的關系，通常球的關系，通常右側用偶右側用偶數(shù)，左側用奇數(shù)數(shù)，左側用奇數(shù)。 從鼻根至枕骨粗隆連一正從鼻根至枕骨粗隆連一正中矢狀線，再從兩瞳孔向中矢狀線，再從兩瞳孔向上、向后與正中矢狀線等上、向后與正中矢狀線等距的平行線順延至

14、枕骨粗距的平行線順延至枕骨粗隆稱左右瞳線隆稱左右瞳線 。2022-4-28生物醫(yī)學工程系191、左右枕極（左右枕極（9，10）：從枕骨粗隆向上約：從枕骨粗隆向上約2cm， 左右旁開左右旁開3cm與左右瞳枕線相交處。與左右瞳枕線相交處。 2、左右額前極（左右額前極（1，2）：沿瞳枕線入發(fā)際約：沿瞳枕線入發(fā)際約1cm處。處。 3、左右中央極（左右中央極（5，6）：左右外耳道連線與左右瞳枕：左右外耳道連線與左右瞳枕線相交處。線相交處。 4、左右額極（左右額極（3，4）：左右額前極與中央極的中點處：左右額前極與中央極的中點處。 5、左右頂極（左右頂極（7，8）：左右中央極與枕極之中點處。：左右中央極與

15、枕極之中點處。 6、左右顳中極（左右顳中極（11，12）：左右中央極與外耳道之中：左右中央極與外耳道之中點處。點處。7、左右顳前極（左右顳前極（13，14）：左右瞳孔與外耳道中點處：左右瞳孔與外耳道中點處。 8、左右顳后極（左右顳后極（15，16）：左右乳突上發(fā)際內約：左右乳突上發(fā)際內約 1cm處。處。2022-4-28生物醫(yī)學工程系20 腦電圖記錄的是頭皮兩電極間電位差的波腦電圖記錄的是頭皮兩電極間電位差的波形。放于零電位上的電極稱為參考電極，形。放于零電位上的電極稱為參考電極，放于非零電位上的電極為作用電極。放于非零電位上的電極為作用電極。2022-4-28生物醫(yī)學工程系21腦電導聯(lián)方式單

16、極導聯(lián)法雙極導聯(lián)法一個電極為參個電極為參考電極電極，另一個為個為作用電極電極。兩個極兩個極均為為作用電極電極。單極導聯(lián)法單極導聯(lián)法 連接方式：將連接方式：將作用電極置于頭皮作用電極置于頭皮上，上，參考參考電極至于耳垂電極至于耳垂，并通過導聯(lián)選擇開關分別，并通過導聯(lián)選擇開關分別與前置放大器的兩個輸入端與前置放大器的兩個輸入端G1和和G2相連。相連。 參考電極一般選取耳垂。參考電極一般選取耳垂。 2022-4-28生物醫(yī)學工程系22單極導聯(lián)法的優(yōu)缺點比較單極導聯(lián)法的優(yōu)缺點比較2022-4-28生物醫(yī)學工程系23優(yōu)點：缺點：能記錄活動電極下腦能記錄活動電極下腦電位變化的絕對值，電位變化的絕對值，其波

17、幅較高且較穩(wěn)定，其波幅較高且較穩(wěn)定，異常波常較局限，異常波常較局限，有利于病灶的定位。有利于病灶的定位。參考電極（無關電極）參考電極（無關電極）不能保持零電位，不能保持零電位，易混進其他生物電干易混進其他生物電干擾。擾。雙極導聯(lián)法優(yōu)缺點比較雙極導聯(lián)法優(yōu)缺點比較優(yōu)點：優(yōu)點： 記錄下來的是兩個電極記錄下來的是兩個電極部位腦電變化的差值，部位腦電變化的差值， 因此可以大大減少干擾因此可以大大減少干擾，并可排除無關電極引起，并可排除無關電極引起的誤差的誤差 。缺點：缺點： 如果兩活動電極的距離如果兩活動電極的距離在在3cm以內時，來自較大以內時，來自較大范圍（距離大于范圍（距離大于3cm）的）的腦電位

18、被兩個活動電極同腦電位被兩個活動電極同時記錄下來，結果電位差時記錄下來，結果電位差值互相抵消，記錄的波幅值互相抵消，記錄的波幅較低，也不恒定，所以要較低，也不恒定，所以要求兩電極的距離應在求兩電極的距離應在3-6cm以上。以上。 2022-4-28生物醫(yī)學工程系24導聯(lián)工作特點導聯(lián)工作特點 利用腦電圖定位病灶和診利用腦電圖定位病灶和診斷病情，并非只由一對電斷病情，并非只由一對電極來實現(xiàn)，而是要用極來實現(xiàn)，而是要用多對多對電極電極（多個導聯(lián)），根據（多個導聯(lián)），根據不同的情況和要求，連接不同的情況和要求，連接成不同的方式，成不同的方式，記錄多個記錄多個波形波形，分析這多個波形的，分析這多個波形的

19、基本特征和相互聯(lián)系才能基本特征和相互聯(lián)系才能完成病灶定位和疾病診斷完成病灶定位和疾病診斷，這就要求腦電圖機有，這就要求腦電圖機有多多個放大器和記錄器個放大器和記錄器，一般，一般有有6導、導、16導、導、32導導。2022-4-28生物醫(yī)學工程系25九、目前臨床腦電儀器的應用九、目前臨床腦電儀器的應用1. 熱筆描記式腦電圖機熱筆描記式腦電圖機臨床應用最廣泛，一般配備816導電極。2. 無紙腦電圖機無紙腦電圖機腦電信號經A/D轉換后被采集到計算機，并由屏幕描記。 一般也是配備816導電極。3. 腦電地形圖儀腦電地形圖儀 其配置與無紙腦電圖機基本相同，但至少要配備16導電極， 且打印機能輸出彩色圖形

20、。當前趨勢是將無紙腦電圖機與腦 電地形圖儀合為一體。4. 腦電監(jiān)護儀腦電監(jiān)護儀 能實時地、連續(xù)不斷地顯示腦電波形，并且具有存儲功能、 數(shù)據管理功能，最好具有報警功能。5. 腦電腦電Holter 即動態(tài)腦電長時間記錄儀。一般配有316個電極， 具有存儲24h腦電信號的能力。 其關鍵技術為：放大器的小型化及放大器的供電能力.6. 腦電分析儀腦電分析儀包含腦電Holter 的回放分析系統(tǒng)和一般意義上的腦電分析系統(tǒng). 記錄腦電信號時間長（30min以上），配有16個以上電極,具有 較為全面的分析功能（時域、頻域和空域）。 2022-4-28生物醫(yī)學工程系26十、腦電圖測量的最新技術實現(xiàn)十、腦電圖測量的

21、最新技術實現(xiàn)及應用及應用 腦電地形圖腦電地形圖 高分辨率腦電圖高分辨率腦電圖2022-4-28生物醫(yī)學工程系27腦電地形圖腦電地形圖 傳統(tǒng)的自發(fā)腦電圖存在檢測和分析的局限傳統(tǒng)的自發(fā)腦電圖存在檢測和分析的局限性：性：1、同一分析者對同一圖在不同時間閱讀，所得結果有、同一分析者對同一圖在不同時間閱讀，所得結果有較大偏差；較大偏差；2、不同分析者對同一圖閱讀，所得結果有較大偏差；、不同分析者對同一圖閱讀，所得結果有較大偏差；3、一些特殊概念很難有具體界限；、一些特殊概念很難有具體界限；4、對于細微的不對稱，或彌散在異常背景中局灶改變、對于細微的不對稱，或彌散在異常背景中局灶改變，不易被發(fā)現(xiàn)；，不易被發(fā)現(xiàn)； 針對傳統(tǒng)的自發(fā)腦電圖檢測和分析的局限針對傳統(tǒng)的自發(fā)腦電圖檢測和分析的局限性，性，定量腦電圖（定量腦電圖（QEEG）應運而生。應運而生。2022-4-28生物醫(yī)學工程系28 定量腦電圖定量腦電圖：利用計算機對各個放大通路的利用計算機對各個放大通路的信號進行閱讀，根據不同信號的頻率進行分類，信號進行閱讀，根據不同信號的頻率進行分類，并按出現(xiàn)的時間及波幅的總和之比求出均值，從并按