腦電測量原理

腦電測量原理陸想想一、腦電圖基本知識腦電圖定義：在人的大腦皮層中存在著頻繁的電活動，而人正是通過這些電活動來完成各種生理機(jī)能的，用電極將這種電位隨時間變化的波形提取出來并加以記錄，就可以得到腦電圖。

electro-encephalo-gramEEG2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系2二、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腦及神經(jīng)系統(tǒng)疾病進(jìn)行診斷和治療，所以很有必要對人的腦電圖進(jìn)行研究。

2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系3三、腦電圖的一般性質(zhì)2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系4上圖是一種具有正弦波節(jié)律的腦電圖波形，它是頭皮上兩點間電位差隨時間變化的曲線，圖中△E即為電位的變化量。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。所以腦電圖也可以用周期、振幅、相位等參數(shù)來描述。周期、振幅、相位是腦電圖的基本特征。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系5周期：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間間距在基線上的投影。振幅：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稱為腦電圖的平均振幅。相位：有正相，負(fù)相之分，以基線為準(zhǔn)，波頂朝上者為負(fù)相波，波頂朝下者為正相波。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系6四、腦電圖的分類2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系7各類腦電波的特點腦電波檢測部位頻率振幅特點頭顱枕骨8~13HZ20~100μV在清醒\安靜\閉眼時出現(xiàn)額部,顳部18~30HZ5~20μV它的出現(xiàn)意味著大腦比較興奮4~7HZ10~50μV在困倦十,中樞神經(jīng)系統(tǒng)處于抑制狀態(tài)時所記錄的波形1~3.5HZ20~200μV在睡眠,深度麻醉,缺氧或大腦有器質(zhì)性病變時出現(xiàn)2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系8五、腦電圖的產(chǎn)生機(jī)理2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系9大腦的神經(jīng)元浸浴在特殊的細(xì)胞外液（腦脊液）中，這些神經(jīng)的電活動可以被等效為一個偶極子。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是全部偶極子的向量和。對應(yīng)著這個偶極子，必定存在著腦電場分布。即可以用專門的電極測量大腦皮層的電位變化——腦電圖。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系10靜態(tài)狀態(tài)時——細(xì)胞膜對K+有特殊的通透性,K+從膜內(nèi)流向膜外,直到達(dá)成一種動態(tài)的電化學(xué)平衡,這時膜內(nèi)電位下降,膜外電位升高,形成電位差,可達(dá)-70~90mV.當(dāng)細(xì)胞興奮時——細(xì)胞膜對Na+的通透性超過對K+的通透性,原有的動態(tài)平衡被打破,膜外大量的Na+流向膜內(nèi),形成與靜態(tài)狀態(tài)完全相反的平衡狀態(tài).六、誘發(fā)電位的基本知識誘發(fā)電位：指神經(jīng)中樞系統(tǒng)在感受外在或內(nèi)在刺激過程中產(chǎn)生的生物電活動，是代表中樞神經(jīng)系統(tǒng)在特定功能狀態(tài)下的生物電活動的變化。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系11兩種誘發(fā)電位的比較定義意義非特異性誘發(fā)電位給予不同刺激時產(chǎn)生的反應(yīng)相同.該電位幅度比較高.沒有任何特定意義,在臨床診斷中不具有診斷價值.特異性誘發(fā)電位給予刺激后經(jīng)過一定的潛伏期，在腦的特定區(qū)域出現(xiàn)的電位反應(yīng)與刺激信號之間有嚴(yán)格的時間關(guān)系.電位幅值較小,完全淹沒在自發(fā)腦電信號中.電位的形成與特定的刺激之間有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系,可以反映神經(jīng)系統(tǒng)的功能與病變,在臨床上具有診斷價值.2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系12我們通常將特異性誘發(fā)電位簡稱誘發(fā)電位（evokedpotential,EP）。目前臨床上常用的誘發(fā)電位有：模式翻轉(zhuǎn)視覺誘發(fā)電位（patternreversalvisualevokedpotential,PR-VEP）；腦干聽覺誘發(fā)電位（brainstemauditoryevokedpotential,BAEP）；短潛伏期體感誘發(fā)電位（short-latencysomatosensoryevokedpotential,SLSEP）。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系13

因此，目前大部分的腦電圖機(jī)除了腦電信號的檢測、處理、輸出等部分以外，還配有如下的輔助設(shè)備：2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系14聲光刺激器電子刺激器腦電頻率分析器記錄裝置等七、腦電圖機(jī)的基本知識定義：腦電圖機(jī)是用來測量腦電信號的生物電放大器。它的主要單元腦電放大器的工作原理與心電放大器基本相同。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系15腦電圖機(jī)與心電圖機(jī)不同的性能要求：腦電信號的幅值范圍為10~100μV，比標(biāo)準(zhǔn)心電信號小兩個數(shù)量級。相應(yīng)的電路要求：要求的放大增益要高的多（約100DB左右）;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(要求波動性小);對電極有嚴(yán)格的要求(提高極化電壓的穩(wěn)定性)。2.腦電電極比心電電極小的多,具有較高的信號源阻抗。相應(yīng)的電路要求:要求放大器有更高的輸入阻抗；要求具有電極-皮膚接觸電阻測量裝置,以估測接觸電阻。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系163.導(dǎo)聯(lián)數(shù)較多,并且要求進(jìn)行同步記錄。相應(yīng)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(jī)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(dǎo)等;對走紙電機(jī)的要求高;4.為了便于分析各導(dǎo)聯(lián)腦電信號波形之間的相互聯(lián)系,機(jī)器內(nèi)設(shè)置了時鐘信號和定標(biāo)信號。5.腦電信號幅值變化比較大。相應(yīng)的電路要求:增益控制有多檔,粗\細(xì)調(diào)節(jié),定標(biāo)電壓設(shè)置有多種幅值;2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系175.腦電信號頻率差別變化顯著。相應(yīng)的電路要求:應(yīng)有各種不同頻率的低截和高截濾波器,隨時都可以轉(zhuǎn)換;時間常數(shù)和走紙速度均應(yīng)有多檔選擇;2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系18八、腦電圖機(jī)的導(dǎo)聯(lián)為了區(qū)分電極和兩大腦半球的關(guān)系，通常右側(cè)用偶數(shù)，左側(cè)用奇數(shù)。從鼻根至枕骨粗隆連一正中矢狀線，再從兩瞳孔向上、向后與正中矢狀線等距的平行線順延至枕骨粗隆稱左右瞳線。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系191、左右枕極（9，10）：從枕骨粗隆向上約2cm，左右旁開3cm與左右瞳枕線相交處。2、左右額前極（1，2）：沿瞳枕線入發(fā)際約1cm處。3、左右中央極（5，6）：左右外耳道連線與左右瞳枕線相交處。4、左右額極（3，4）：左右額前極與中央極的中點處。5、左右頂極（7，8）：左右中央極與枕極之中點處。6、左右顳中極（11，12）：左右中央極與外耳道之中點處。7、左右顳前極（13，14）：左右瞳孔與外耳道中點處。8、左右顳后極（15，16）：左右乳突上發(fā)際內(nèi)約1cm處。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系20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，放于非零電位上的電極為作用電極。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系21腦電導(dǎo)聯(lián)方式單極導(dǎo)聯(lián)法雙極導(dǎo)聯(lián)法一個電極為參考電極，另一個為作用電極。兩個極均為作用電極。單極導(dǎo)聯(lián)法連接方式：將作用電極置于頭皮上，參考電極至于耳垂，并通過導(dǎo)聯(lián)選擇開關(guān)分別與前置放大器的兩個輸入端G1和G2相連。參考電極一般選取耳垂。。。。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系22單極導(dǎo)聯(lián)法的優(yōu)缺點比較2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系23優(yōu)點：能記錄活動電極下腦電位變化的絕對值，其波幅較高且較穩(wěn)定，異常波常較局限，有利于病灶的定位。缺點：參考電極（無關(guān)電極）不能保持零電位，易混進(jìn)其他生物電干擾。雙極導(dǎo)聯(lián)法優(yōu)缺點比較優(yōu)點：記錄下來的是兩個電極部位腦電變化的差值，因此可以大大減少干擾，并可排除無關(guān)電極引起的誤差。缺點：如果兩活動電極的距離在3cm以內(nèi)時，來自較大范圍（距離大于3cm）的腦電位被兩個活動電極同時記錄下來，結(jié)果電位差值互相抵消，記錄的波幅較低，也不恒定，所以要求兩電極的距離應(yīng)在3-6cm以上。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系24導(dǎo)聯(lián)工作特點利用腦電圖定位病灶和診斷病情，并非只由一對電極來實現(xiàn)，而是要用多對電極（多個導(dǎo)聯(lián)），根據(jù)不同的情況和要求，連接成不同的方式，記錄多個波形，分析這多個波形的基本特征和相互聯(lián)系才能完成病灶定位和疾病診斷，這就要求腦電圖機(jī)有多個放大器和記錄器，一般有6導(dǎo)、16導(dǎo)、32導(dǎo)。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系25九、目前臨床腦電儀器的應(yīng)用1.熱筆描記式腦電圖機(jī)——臨床應(yīng)用最廣泛，一般配備8~16導(dǎo)電極。2.無紙腦電圖機(jī)——腦電信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后被采集到計算機(jī)，并由屏幕描記。一般也是配備8~16導(dǎo)電極。3.腦電地形圖儀——其配置與無紙腦電圖機(jī)基本相同，但至少要配備16導(dǎo)電極，且打印機(jī)能輸出彩色圖形。當(dāng)前趨勢是將無紙腦電圖機(jī)與腦電地形圖儀合為一體。4.腦電監(jiān)護(hù)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(jù)管理功能，最好具有報警功能。5.腦電Holter——即動態(tài)腦電長時間記錄儀。一般配有3～16個電極，具有存儲24h腦電信號的能力。

其關(guān)鍵技術(shù)為：放大器的小型化及放大器的供電能力.6.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）。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系26十、腦電圖測量的最新技術(shù)實現(xiàn)及應(yīng)用腦電地形圖高分辨率腦電圖2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系27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性：1、同一分析者對同一圖在不同時間閱讀，所得結(jié)果有較大偏差；2、不同分析者對同一圖閱讀，所得結(jié)果有較大偏差；3、一些特殊概念很難有具體界限；4、對于細(xì)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)；針對傳統(tǒng)的自發(fā)腦電圖檢測和分析的局限性，定量腦電圖（QEEG）應(yīng)運而生。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系28定量腦電圖：利用計算機(jī)對各個放大通路的信號進(jìn)行閱讀，根據(jù)不同信號的頻率進(jìn)行分類，并按出現(xiàn)的時間及波幅的總和之比求出均值，從而直接對各類關(guān)系進(jìn)行計算，同時把所求得的數(shù)值以不同的顏色加以顯示，以此為基礎(chǔ)向臨床診斷提供新的參數(shù)。2024/1/4生物醫(yī)學(xué)工程系29定量腦電圖優(yōu)點：更加準(zhǔn)確、客觀、顯示直觀，更具有可比性。腦電地形圖是研究最早也是最為成熟的定量腦電圖技術(shù)。腦電地形圖定義：在腦電圖技術(shù)基礎(chǔ)上，用計算機(jī)對EEG信號進(jìn)行二次處理，將曲線波形轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蚨ㄎ缓投康牟噬X波圖像