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(shí)一、腦電圖基本知識(shí) 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(dòng)電活動(dòng)，而人正是通過這些電活動(dòng)來，而人正是通過這些電活動(dòng)來完成各種生理機(jī)能的，用完成各種生理機(jī)能的，用電極電極將這種電位將這種電位隨時(shí)間變化的波形隨時(shí)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 EEG2022-3-16生物醫(yī)學(xué)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(jīng)系統(tǒng)疾病進(jìn)行腦及神經(jīng)系統(tǒng)疾病進(jìn)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(jìn)行研究。有必要對人的腦電圖進(jìn)行研究。 2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系3三、腦電圖的一般性質(zhì)三、腦電圖的一般性質(zhì)2022-3-16生物醫(yī)學(xué)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(diǎn)間電間電位差隨時(shí)間變隨時(shí)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。2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系5 周期：周期：由一個(gè)波底到下一個(gè)波底的時(shí)間間距或由一個(gè)波底到下一個(gè)波底的時(shí)間間距或由一個(gè)波頂?shù)较乱粋€(gè)波頂?shù)臅r(shí)間間距在基線上的由一個(gè)波頂?shù)较乱粋€(gè)波頂?shù)臅r(shí)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(gè)波底連線的交點(diǎn)到波頂?shù)木嚯x條直線與前后兩個(gè)波底連線的交點(diǎn)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(fù)相之分，以基線為準(zhǔn)，波頂有正相，負(fù)相之分，以基線為準(zhǔn)，波頂朝上者為負(fù)

4、相波，朝上者為負(fù)相波， 波頂朝下者為正相波。波頂朝下者為正相波。2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系6四、腦電圖的分類四、腦電圖的分類2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系7各類腦電波的特點(diǎn)各類腦電波的特點(diǎn)腦電波腦電波檢測部位檢測部位頻率頻率振幅振幅特點(diǎn)特點(diǎn)頭顱枕骨頭顱枕骨813HZ20100V在清醒在清醒安靜安靜閉眼時(shí)閉眼時(shí)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(jīng)系中樞神經(jīng)系統(tǒng)處于抑制狀態(tài)時(shí)所統(tǒng)處于抑制狀態(tài)時(shí)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(zhì)性病氧或大腦有器質(zhì)性病變時(shí)出現(xiàn)變時(shí)出現(xiàn)2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系8波波波波五、腦電圖的產(chǎn)生機(jī)理五、腦電圖的產(chǎn)生機(jī)理2022-3-16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(dòng)可以被等效脊液）中，這些神經(jīng)的電活動(dòng)可以被等效為一個(gè)為一個(gè)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(gè)偶極子，整個(gè)腦的總和等效偶極子即一個(gè)偶極子，整個(gè)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(gè)偶極是全部偶極子的向量和。對應(yīng)著這個(gè)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。2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系10靜態(tài)狀態(tài)時(shí)靜態(tài)狀態(tài)時(shí)細(xì)細(xì)胞膜對對K+有特殊的通透性, K+從從膜內(nèi)內(nèi)流向膜外,直到達(dá)達(dá)成一種動(dòng)態(tài)種動(dòng)態(tài)的電電化學(xué)學(xué)平衡,這這時(shí)時(shí)膜內(nèi)電內(nèi)電位下降,膜外電電位升高,形成電電位差,可達(dá)達(dá)-7090mV.當(dāng)細(xì)當(dāng)細(xì)胞興奮時(shí)興奮時(shí)細(xì)細(xì)胞膜對對Na+的通透性超過對過對K+的通透性,原有的動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)平衡被打破,膜外大量的Na+流向膜內(nèi)內(nèi),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(shí)六、誘發(fā)電位的基本知識(shí) 誘發(fā)電位：指神經(jīng)中樞系統(tǒng)在誘發(fā)電位：指神經(jīng)中樞系統(tǒng)在感受外在或感受外在或內(nèi)在刺激

7、過程中內(nèi)在刺激過程中產(chǎn)生的生物電活動(dòng)，是代產(chǎn)生的生物電活動(dòng)，是代表中樞神經(jīng)系統(tǒng)在特定功能狀態(tài)下的生物表中樞神經(jīng)系統(tǒng)在特定功能狀態(tài)下的生物電活動(dòng)的變化。電活動(dòng)的變化。2022-3-16生物醫(yī)學(xué)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(dòng)腦電信號(hào)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(shí)產(chǎn)生的反給予不同刺激時(shí)產(chǎn)生的反應(yīng)相同應(yīng)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(jià)值診斷中不具有診斷價(jià)值.特異性誘發(fā)電位特異性誘發(fā)電位給予刺激后經(jīng)過一定的潛給予刺激后經(jīng)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(yīng)與刺激信號(hào)現(xiàn)的電位反應(yīng)與刺激信號(hào)之間有嚴(yán)格的時(shí)間關(guān)系之間有嚴(yán)格的時(shí)間關(guān)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(hào)中發(fā)腦電信號(hào)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(yán)格的對應(yīng)關(guān)系之間有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系,可可以反映神經(jīng)系統(tǒng)的功能與以反映神經(jīng)系統(tǒng)的功能與病變病變,在臨床上具有診斷價(jià)在臨床上具有診斷價(jià)值值.2022-3-16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(zhuǎn)視覺誘發(fā)電位模式翻轉(zhuǎn)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）。）。2022-3-16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(hào)因此，目前大部分的腦電圖機(jī)除了腦電信號(hào)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(shè)備：如下的輔助設(shè)備：2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系14七、腦電圖機(jī)的基本知識(shí)七、腦電圖機(jī)的基本知識(shí) 定義：腦電圖機(jī)是用來測量腦電信號(hào)的生定義：腦電圖機(jī)是用來測量腦電信號(hào)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。2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系151.腦電信號(hào)的幅值范圍為腦電信號(hào)的幅值范圍為10100V，比標(biāo)準(zhǔn)心電信號(hào)小兩，比標(biāo)準(zhǔn)心電信號(hào)小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。相應(yīng)的電路要求：個(gè)數(shù)量級(jí)。相應(yīng)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(dòng)性小要求波動(dòng)性小);對電極有嚴(yán)格的要求對電極有嚴(yán)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(hào)源阻抗。相具有較高的信號(hào)源阻抗。相應(yīng)的電路要求應(yīng)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。2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系163.導(dǎo)聯(lián)數(shù)較多導(dǎo)聯(lián)

12、數(shù)較多,并且要求進(jìn)行同步記錄。相應(yīng)的電路要求并且要求進(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(hào)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(shí)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(hào)波形之間的相互聯(lián)系為了便于分析各導(dǎo)聯(lián)腦電信號(hào)波形之間的相互聯(lián)系,機(jī)器機(jī)器內(nèi)設(shè)置了時(shí)鐘信號(hào)和定標(biāo)信號(hào)。內(nèi)設(shè)置了時(shí)鐘信號(hào)和定標(biāo)信號(hào)。5. 腦電信號(hào)幅值變化比較大。相應(yīng)的電路要求腦電信號(hào)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;2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系

13、175. 腦電信號(hào)頻率差別變化顯著。相應(yīng)的電路要求腦電信號(hào)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應(yīng)有各種不同頻率的低截和高截濾波器,隨時(shí)都可以轉(zhuǎn)換隨時(shí)都可以轉(zhuǎn)換;時(shí)間常數(shù)和走紙速度均應(yīng)有多檔選擇時(shí)間常數(shù)和走紙速度均應(yīng)有多檔選擇;2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系18八、腦電圖機(jī)的導(dǎo)聯(lián)八、腦電圖機(jī)的導(dǎo)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(guān)系，通常球的關(guān)系，通常右側(cè)用偶右側(cè)用偶數(shù)，左側(cè)用奇數(shù)數(shù)，左側(cè)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 。2022-3-16生物醫(yī)學(xué)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(diǎn)處：左右額前極與中央極的中點(diǎn)處。 5、左右頂極（左右頂極（7，8）：左右中央極與枕極之中點(diǎn)處。：左右中央極與

15、枕極之中點(diǎn)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(diǎn)處。點(diǎn)處。7、左右顳前極（左右顳前極（13，14）：左右瞳孔與外耳道中點(diǎn)處：左右瞳孔與外耳道中點(diǎn)處。 8、左右顳后極（左右顳后極（15，16）：左右乳突上發(fā)際內(nèi)約：左右乳突上發(fā)際內(nèi)約 1cm處。處。2022-3-16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。2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系21腦電導(dǎo)聯(lián)方式單

16、極導(dǎo)聯(lián)法雙極導(dǎo)聯(lián)法一個(gè)電極為參個(gè)電極為參考電極電極，另一個(gè)為個(gè)為作用電極電極。兩個(gè)極兩個(gè)極均為為作用電極電極。單極導(dǎo)聯(lián)法單極導(dǎo)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(dǎo)聯(lián)選擇開關(guān)分別，并通過導(dǎo)聯(lián)選擇開關(guān)分別與前置放大器的兩個(gè)輸入端與前置放大器的兩個(gè)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。 2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系22單極導(dǎo)聯(lián)法的優(yōu)缺點(diǎn)比較單極導(dǎo)聯(lián)法的優(yōu)缺點(diǎn)比較2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系23優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：能記錄活動(dòng)電極下腦能記錄活動(dòng)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(guān)電極）參考電極（無關(guān)電極）不能保持零電位，不能保持零電位，易混進(jìn)其他生物電干易混進(jìn)其他生物電干擾。擾。雙極導(dǎo)聯(lián)法優(yōu)缺點(diǎn)比較雙極導(dǎo)聯(lián)法優(yōu)缺點(diǎn)比較優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 記錄下來的是兩個(gè)電極記錄下來的是兩個(gè)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(guān)電極引起，并可排除無關(guān)電極引起的誤差的誤差 。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 如果兩活動(dòng)電極的距離如果兩活動(dòng)電極的距離在在3cm以內(nèi)時(shí)，來自較大以內(nèi)時(shí)，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(gè)活動(dòng)電極同腦電位被兩個(gè)活動(dòng)電極同時(shí)記錄下來，結(jié)果電位差時(shí)記錄下來，結(jié)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(yīng)在求兩電極的距離應(yīng)在3-6cm以上。以上。 2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系24導(dǎo)聯(lián)工作特點(diǎn)導(dǎo)聯(lián)工作特點(diǎn) 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(shí)現(xiàn)，而是要用極來實(shí)現(xiàn)，而是要用多對多對電極電極（多個(gè)導(dǎo)聯(lián)），根據(jù)（多個(gè)導(dǎo)聯(lián)），根據(jù)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(gè)記錄多個(gè)波形波形，分析這多個(gè)波形的，分析這多個(gè)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(jī)有，這就要求腦電圖機(jī)有多多個(gè)放大器和記錄器個(gè)放大器和記錄器，一般，一般有有6導(dǎo)、導(dǎo)、16導(dǎo)、導(dǎo)、32導(dǎo)導(dǎo)。2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系25九、目前臨床腦電儀器的應(yīng)用九、目前臨床腦電儀器的應(yīng)用1. 熱筆描記式腦電圖機(jī)熱筆描記式腦電圖機(jī)臨床應(yīng)用最廣泛，一般配備816導(dǎo)電極。2. 無紙腦電圖機(jī)無紙腦電圖機(jī)腦電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后被采集到計(jì)算機(jī)，并由屏幕描記。 一般也是配備816導(dǎo)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(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

20、。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)儀腦電監(jiān)護(hù)儀 能實(shí)時(shí)地、連續(xù)不斷地顯示腦電波形，并且具有存儲(chǔ)功能、 數(shù)據(jù)管理功能，最好具有報(bào)警功能。5. 腦電腦電Holter 即動(dòng)態(tài)腦電長時(shí)間記錄儀。一般配有316個(gè)電極， 具有存儲(chǔ)24h腦電信號(hào)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(hào)時(shí)間長（30min以上），配有16個(gè)以上電極,具有 較為全面的分析功能（時(shí)域、頻域和空域）。 2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系26十、腦電圖測量的最新技術(shù)實(shí)現(xiàn)十、腦電圖測量的

21、最新技術(shù)實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用及應(yīng)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2022-3-16生物醫(yī)學(xué)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(shí)間閱讀，所得結(jié)果有、同一分析者對同一圖在不同時(shí)間閱讀，所得結(jié)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(jié)果有較大偏差；、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；、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、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)；，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(yīng)運(yùn)而生。應(yīng)運(yùn)而生。2022-3-16生物醫(yī)學(xué)工程系28 定量腦電圖定量腦電圖：利用計(jì)算機(jī)對各個(gè)放大通路的利用計(jì)算機(jī)對各個(gè)放大通路的信號(hào)進(jìn)行閱讀，根據(jù)不同信號(hào)的頻率進(jìn)行分類，信號(hào)進(jìn)行閱讀，根據(jù)不同信號(hào)的頻率進(jìn)行分類，并按出現(xiàn)的時(shí)間及波幅的總和之比求出均值，從并按