脑电测量与仪器论文

1、脑电测量与仪器【摘要】：脑电图是通过脑电图描记仪将脑自身微弱的生物电放大记录成为一种曲线图，以帮助诊断疾病的一种现代辅助检查方法.它对被检查者没有任何创伤。脑电图对脑部疾病有一定的诊断价值，但受到多种条件的限制。本文简单介绍了脑电图、脑电波、诱发电位的产生和他们在诊断疾病的应用。关键字：脑电图；脑电波；诱发电位；脑电新技术人的大脑皮层中存在着频繁的电活动。大脑皮层的神经元具有自发生物电活动，因此大脑皮层经常具有持续的节律性电位改变，称为自发脑电活动。临床上用双极或单极记录方法在头皮上观察皮层的电位变化，记录到的脑电波称为脑电图；记录到的直接在皮层表面引起的电位变化称为皮层电图。一 .基本脑电脑

2、电是大脑神经元突触电位的综合，脑电图是通过电极记录下来的脑细胞群的自发性、节律性电活动。研究脑电的历史可以追溯到18世纪末期。在脑电图发现以前，要知道中枢神经的机能状态只有观察末梢神经对刺激的反应。1791年，L.Galvani发现当肌肉收缩时将有电流产生，认识到脑在活动时也可能同样有变化。1875年，英国的R.Gatan成功地在动物脑记录出电活动，而首次发现并精确地描述了人脑电活动的是Hans Berger,他在1924年开始研究人脑的电活动，1929年发表“关于人脑电图”论文。1.1 EEG基本特征用快的送纸速度记录下来的脑电图一般呈正弦波样外观，周期、振幅、位相称为脑电图的基本特征，也是

3、规定放电团节律性的波形的重要因索。1.2脑电波根据频率与振幅不同，可分为波、波、波和波。(1）波可在头颅枕部检测到，频率为813Hz，振幅20100V，是节律性脑电波中最明显的波，整个皮层均可产生。在清醒、安静、闭眼时即可出现，波幅由小到大再由大到小规律。如此反复进行的周期性改变，形成所谓波的“梭形”。每一波梭形持续约12秒。当被试者睁眼或接受其他激动性刺激时（如令其进行心算），则波立即消失并转为快波，此现象称为“波阻断”。因此一般认为，波是大脑皮层处于清醒安静状态时电活动的主要表现1 3。(2）波在额部和颞部最为明显，频率为1340Hz，振幅522V，是一种快波，其出现一般意味着大脑比较兴奋

4、。当被试者睁眼视物、进行思考活动时，波即可出现。有时波与波同时在一个部位出现，波重叠在波之上。一般认为，波是大脑皮层处在紧张激动状态时电活动的主要表现1 3。(3）波频率为4 8Hz，振幅20 150V，是困倦时中枢神经系统处 于抑制状态时所记录的波形。在幼儿时期，脑电波频率比成人慢，一般常见到波，到十岁后才出现明确的波1 3。(4)波频率为0.5 4Hz，振幅20 200V，在睡眠、深度麻醉、缺氧或大脑有器质性病变时出现。在婴儿时期，脑电频率比幼儿更慢，常可见到波。一般认为，高幅度的慢波（或波）可能是大脑皮层处于抑制状态时电活动的主要表现1 3。这四种波是否出现，出现频繁程度等均与生理状态有

5、关。临床常用来诊断癫痫等神经病和脑部肿瘤。多种身心疾病时，脑电节律发生紊乱。失眠、焦虑、紧张、疼痛等各种负性事件可使脑电波减少；癫痫发作时则出现病理性棘波和棘漫复合波；儿童多动症时脑电波活动增加，波活动减少3。1.3脑电图导联脑电图信号较为复杂，需要采用多个电极进行检测。为了消除其他生物电信号的干扰，必须将数量较多的电极集中放置在大脑表面一个较小的区域内，因此脑电图的导联比心电图要复杂得多1。1）国际10-20系统电极法由于脑电信号的复杂性以及对大脑活动认识的不足，目前尚无一个公认的脑电图导联标准。但是脑电电极的放置却有相对比较统一的方案，即所谓的10-20系统电极法。2） 脑电图电极的安放位

6、置前后方向的测量以鼻根到枕骨粗隆连成的正中线为准，在此线左右等距的相应部位定出左右前额点(FP1，FP2)、额点(F3，F4)、中央点(C3，C4)、顶点(P3，P4)和枕点(O1，O2)。前额点位置在鼻根上相当于鼻根至枕骨粗隆的10%处，额点在前额点之后相当于鼻根至前额点距离的二倍即鼻根正中线距离的20%处，向后中央、顶、枕诸点的间隔均为20%1。3）单极导联法单极导联法中，一个电极为参考电极，另一个为作用电极。参考零电位点应该在人体上选择距离脑尽可能远的点，但设置在四肢会导致心电信号混入脑电图而淹没脑电信号，因此智能在头部选择离脑尽可能远的点为参考零电位点。临床中一般选择耳垂。(1)一侧作

7、用电极与同侧参考电极相连(2)两侧参考电极连在一起后再与各作用电极连接(3)一侧作用电极与异侧参考电极连接优点：能记录活动电极下脑电位变化的绝对值，其波幅较高且较稳定，异常波常较局限，这有利于病灶的定位。缺点：参考电极(无关电极)不能保持0电位，易混进其他生物电干扰。例如当振幅大的异常波出现于颞部时，耳垂电极由于靠近颞部而受其电场的影响，这样有可能记录到与颞部电位数值相近的异常电位。4）双极导联法双极导联法不使用无关电极，只使用头皮上的两个活动电极优点：记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值，可以大大减小干扰，并可排除无关电极引起的误差。缺点：如果双极导联的两个活动电极间距离在3cm以内，来自

8、较大范围(距离大于3cm)的脑电位被两个活动电极同时记录下来，结果电位差值互相抵消，记录的波幅较低，所以两电极的距离应在3-6cm以上。1.4 诱发电位除了自发脑电波外，采用刺激的方法还能够引起大脑皮层局部区域的电活动，称之为脑诱发电位EP（Evoked Potential）。刺激的方式通常有三种：视觉刺激、听觉刺激和体感刺激，刺激时，可在与刺激感觉通道相对应的头皮部位测到诱发电位，分别称为视觉诱发电位VEP（VisialEvoked Potential）、听觉诱发电位AEP（Auditory Evoked Potential）和体感诱发电位SEP（Somatic Evoked Potenti

9、al）4。诱发电位的测量部位及临床价值类型刺激方法测量部位临床诊断价值VEP闪光或视觉图形刺激头皮枕叶部多发性脑硬化外周神经伤害神经病SEP电流刺激感知皮层上外周神经纤维和皮层之间脊柱通路的疾病。AEP声音（咔嗒声、爆发声、白噪声）脑干上听觉通路缺陷疾病诱发电位是继脑电图和肌电图之后临床神经电生理学的第三大进展。临床上，在病史和体征不能确定诊断的情况下，能检出神经系统的功能异常。可用来协助确定中枢神经系统的可疑病变，发现亚临床病灶，帮助病损定位，也用于监护特定神经通路的功能状态。二 脑电图机脑电图机是用来记录大脑皮质神经细胞生物电活动的医用电子仪器，在临床上对颅内占位性病变，癫痫，脑部其他疾病

10、的诊断以及神经系统的研究等方面有着广泛的使用价值。随着电子工业的发展，特别是集成电路和计算机技术在脑电图中个的应用，其稳定性，准确性更高，功能更趋完善，操作更加方便。脑电图机通常有8通道或16通道，同时测量和描记8道或16道脑电波形，用8笔或16笔的墨水笔记录仪描记。现代脑电图机还有64道及128道。下图是脑电图机的框图。其前置放大器一般也采用浮地电源及光电隔离技术，由微机控制，键盘操作。2.1 EEG-7300系列脑电图机三 脑电图测量的新技术3.1脑电地形图传统自发脑电图的检测和分析主要利用目测，但量化程度不够，由此产生了定量脑电图，其实质是利用计算机对各放大通路的信号进行阅读，根据不同信

11、号频率进行分类，进而对各类关系进行计算并将所得数值以不同颜色加以显示，为临床诊断提供新参数1。研究最早也最成熟的定量脑电图是脑电地形图，它显示的是脑电、等各频段的功率沿头皮表面的空间分布。现代脑电地形图仪将脑电图仪、诱发电位仪及自发脑电/诱发脑电地形图集于一体，在彩色电视监视器上可显示16通道脑电图，或16通道诱发电位，或脑电地形图。由自发脑电经统计分析绘成的地形图称为自发脑电地形图；由诱发脑电各潜伏期作出的地形图称为诱发脑电地形图。脑电地形图对诊断脑部疾病比波形更直观。正常脑电地形图左右两侧对称。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。脑电地形图还可用于各种脑血管病的诊断、各种

12、脑肿瘤的定位、癫痫、痴呆、心理学及精神分裂症的研究3。3.2 高分辨率脑电图常规脑电图的时间分辨率较高，容易达到ms级，但空间分辨率太低，不能满足认知及神经科学研究需要。提高空间分辨率的一个好办法是根据头皮测得的电位，逆推皮层表面的电位分布，采用的方法包括解析求解法、数值求解法（如有限元法和边界元法）、皮层成像技术等1。3.3 脑机接口脑机接口（brain-computer interface，BCI），它是在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间建立的直接连接通路。在单向脑机接口的情况下，计算机或者接受脑传来的命令，或者发送信号到脑（例如视频重建），但不能同时发送和接收信号。而双向脑机接口允许脑和外部设备间的双向信息交换34 。1 生物医学测量与仪器原理与设计,李天纲，西安交大出版社2高分辨率脑电图在医学和