BIS原理PPT课件.pptx

脑电双频指数原理 邱远东 . 目录 1、脑电图 基础 2、傅里叶分析/傅里叶变换 3、基于DFT的BIS 4、小波分析 5、总结 讨论 临床麻醉中假如某个病人用BIS监测 麻醉深 度，在用药量维持不变的情况下，BIS数 值出现周期性变化，可从40突然飙升到60 ，但生命体征无波动。 问：1、是否可以认为 麻醉深度不够？ 2、是否可以认为 是机器误差导致？ 3、BIS监测 的优点与不足 脑电图 基础 正常人清醒时的脑电图 ： 主要由快波（波）以及波组成。 脑电图 基础 波特点： 额部的频率比枕部的频率慢。 波对刺激的变化： 波衰减。 脑电图 基础 快波：即波。 特点：觉醒时出现。 同样会因受刺激而衰减。 脑电图 基础 睡眠与脑电图 脑电图脑电图 特征睡眠分期国际际分类类 波觉醒期觉醒期 波开始消失， 波波 出现 浅睡期 NREM期 顶尖波轻睡眠初期 纺锤波与中幅度慢波轻睡眠期NREM睡眠 期 纺锤波与高幅度慢波中度睡眠期NREM睡眠 期 慢波睡眠（ 恢复体力，无梦， 生长长激素分泌） 高幅度慢波，无纺锤波深睡眠期NREM睡眠 期 低幅度慢波，快波出现REM睡眠期 REM初期 快波睡眠（恢 复精力，做梦，代 谢谢） 慢波出现！ 脑电图 基础 波形频率正常麻醉 4Hz4Hz 20-20020-200 v v 婴幼儿清醒，成人婴幼儿清醒，成人 熟睡熟睡 深麻醉，缺血 ，用药过量 4-7Hz4-7Hz 100-150100-150 v v 儿童清醒，成人浅儿童清醒，成人浅 睡睡 全麻 8-13Hz 8-12Hz 20-100v 清醒闭眼清醒放松，浅 麻醉 12-30Hz 5-20v 睁眼或思考精神集中，小 剂量镇静 30-100Hz a=安（an）静 /i:t/ i s=sleep 脑电图 基础 全麻时的深度监测 ： 苏醒时捕抓 、波。 麻醉时捕抓 、 波。波。 傅里叶级数/傅里叶变换 时域 随时间改变的，如:股票走势，汽车行驶轨 迹 频域 你眼中你眼中你眼中 落叶落叶纷飞纷飞 看似看似 繁繁杂杂无章的世无章的世 界界 其其其其实实实实是上帝早是上帝早是上帝早是上帝早 已已已已谱谱谱谱写好的写好的写好的写好的乐乐乐乐 章章章章 傅里叶级数 任何周期函数，都可以看作是 不同振幅，不同相位正弦波的 叠加。 傅里叶级数 是一个郁闷闷的正弦波 cos（x） 傅里叶级数 随着叠加的递增，所有正弦波中上升的部 分逐渐让 原本缓慢增加的曲线不断变陡 变变陡 变变陡 2 个正弦波的叠加 cos (x) +a.cos (3x) 傅里叶级数 而所有正弦波中下降的部分又抵消了上升 到最高处时继续 上升的部分使其变为 水平 线 逐渐变渐变 成水 平 继续叠加4 个正弦波 傅里叶级数 无穷多个正弦波叠加起来会形成一个标准 90 度角的矩形波呢 叠加10 个正弦波变变成总总数为为19个正弦波 画出一个sin（x）图形 画一个sin（3x）+sin（5x）的图形? 再把sin（5x）从图形单独取出 ？ 傅里叶级数 cos (x) +a.cos (3x) 最前面黑色的线线就是所有正弦波叠加而成的总总和，也就 是越来越接近矩形波的那个图图形。而后面依不同颜颜色排 列而成的正弦波就是组组合为为矩形波的各个分量。 傅里叶级数 每两个正弦波之间都还有一条直线，那并不是分割线， 而是振幅为 0 的正弦波！也就是说，为了组成特殊的曲 线，有些正弦波成分是不需要的。 功率谱 傅里叶级数 正弦波就其实是一个圆周运动在一条直线 上的投影。所以频域的基本单元也可以理 解为一个始终在旋转的圆。 傅里叶级数 相位偶联是指一个脑电复合波的其中一个成分波 的相位角依赖于其他成分波的相位角。 傅里叶级数 通过时 域到频 域的变换 ，我 们得到了一个 从侧面看的频 谱，但是这个 频谱 并没有包 含时域中全部 的信息。 相位谱 傅里叶级数 相位 波峰 傅里叶级数 于是，通 过傅里叶 级数变换 后得到了 个两谱： 1、频谱 2、相位谱 傅里叶变换 傅里叶级数的本质是将一个周期的信号分 解成无限多分开的（离散的）正弦波，但 是宇宙并不是周期的。 人生在世，往昔的很多事情人生在世，往昔的很多事情人生在世，往昔的很多事情 只能一期一会。只能一期一会。只能一期一会。 且永不再且永不再且永不再且永不再 来。来。来。来。 唯有刻骨唯有刻骨唯有刻骨唯有刻骨铭铭铭铭心的心的心的心的 事才事才事才事才标记标记标记标记 在在在在时时时时光光光光 中，成中，成中，成中，成为记忆为记忆为记忆为记忆 。 傅里叶变换 往昔是一个连续 的非周期信号，而回忆是 一个周期离散信号。 傅里叶变换 傅里叶变换 ，则是将一个时域非周期的连续 信号，转换为 一个在频域非周期的连续 信号 。 傅里叶变换 离散谱连续 谱 傅里叶变换 这里有一条数轴，在数轴上有一个红色的线段， 它的长度是1。当它乘以 3 的时候，它的长度发 生了变化，变成了蓝色的线段，而当它乘以-1 的 时候，就变成了绿色的线段，或者说线段在数 轴上围绕原点旋转了 180 度。 傅里叶变换 我们知道乘-1 其实就是乘了两次 i 使线段旋转了 180 度，那么乘一次 i 呢答案很简单旋 转了 90 度。 傅里叶变换 欧拉公式 当x等于 Pi 的时 候 傅里叶级数/傅里叶变换 欧拉公式是将正弦波统一成了简单 的指数 形式 右侧投影是正弦函数 左侧投影是余弦函数 傅里叶变换 在时频上的投影 基于FFT的BIS 是一个复合指数,涉及到时域、频域和双谱域 ，它综合了三个完全不同的EEG参数，突 发抑制率(BSR)，SynchFastSlow（双频谱 分析相对比率，得到一个无量纲的变量。 基于FFT的BIS BSR/QUAZI（时域分析） BSR（突发抑制率）：突发抑制发生在深麻 醉期,其特征是EEG信号周期性地从正常高电位转 变为低电位甚至零电位。由全身麻醉中大剂量用 药引起地突发抑制被认为与大脑新陈代谢要求 降低和大脑缺血性保护有关。 QUAZI:它是当电压 出现基线漂移，BSR不 起作用时,用来检测 突发抑制。 基于FFT的BIS 相对比率：即两段频带 功率比的对数 log(P30-47Hz/P11-20Hz) 基于FFT的BIS SynchFastSlow（双频谱分析 ）：频率0.547Hz内的所有 双谱峰值和与4047Hz内所有 双谱值和之比的对数Z 基于FFT的BIS BSR/QUAZI（时域分析） X 相对比率（频域分析，log(P30-47Hz/P11-20Hz)） Y SynchFastSlow（双频谱分析） Z 商业机密 基于FFT的BIS 综上，相比之下，BIS必然具备以下优点： 1、不受肌电影响。 2、与生命体征波动无相关。 3、与睡眠、麻醉有相当良好的相关性。 4、滞后时间 短（5s）。 基于FFT的BIS 但相应而来的缺点是： 1、无法充分利用EEG信息（时域分析缺失）* 2、无法监测 部分颅脑 及头面部手术。 3、无法监测 小于6个月的婴儿。 *详见 小波分析 小波分析 对非平稳稳过程，傅里叶变换 存在局限性。 做完FFT（快速傅里叶变换变换 ）后，可以在频频 谱谱上看到清晰的四条线线，信号包含四个频频率 成分。 这这是 一个 有规规 律周 期的 信号 小波分析 如果是频频率随着时间变时间变 化的非平稳稳信号 后两个 个时域 上有巨 大差异 的信号 ，频谱 （幅值 谱）却 近乎一 致 小波分析 然而平稳信号大多是人为制造出来的，自 然界的大量信号几乎都是非平稳的，所以 在比如生物医学信号分析等领域中，基本 看不到单纯 傅里叶变换这样 幼稚的方法。 小波分析 对于处理非线性波形，傅里叶分析里面一 个简单 可行的方法就是加时间时间 窗。 小波分析 这种通过加时间 窗的傅里叶分析称为短时 傅里叶变换 （STFT）。 用这样这样 的方法，可以得到一个信号的时频图时频图 了 小波分析 STFT存在一个问题 ，我们应该 用多宽的 窗函数？ 答 案 是 无 法 确 定 的 小波分