生物医学传感与检测 6第六章 脑电图与肌电图.ppt

第六章脑电图与肌电图 6 1脑电图6 2肌电图 6 1脑电图 6 1 1脑电图产生的机理 静息状态时 细胞膜对钾离子有特殊的通透性 而钠离子几乎不能通过 于是钾就会从膜内流出膜外 使膜内电位下降 膜外电位升高 形成一定电位差 动作电位在神经元和神经细胞膜上的单向传递 这就是脑电信号产生的机理 cardio 表示 心脏 之义cardiogram心电图缩写 ECG EKGelectrocardiogram心电图 心动电流图cardiograph electrocardiogram心电 流 图electrocardiograph心动电流描记器 心电图仪 encephal encephalo 表示 脑 之义electroencephalogram脑电图 脑动电流图缩写 EEGelectroencephalograph脑电描记器 脑电图仪electroencephalography脑电图学 脑电描记法cortico 前缀 表示 皮 之义electrocorticogram皮层脑电图 myo 表示 肌肉 之义electromyogram肌动电流图electromyograph肌动电流描记器electromyography肌电描记术 肌电图学ocular眼睛的 视觉的 目镜 眼睛electrooculogram眼动电图 眼电 流 图 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EEG 直接在皮层表面引导的电位变化 例如进行脑外科手术将颅骨打开时 称为皮层电图ECOG 6 1 2脑电信号的一般性质以及分类 1 脑电图的一般性质 1 周期 正常值为8 12HZ 2 振幅 在脑电图中通常从波顶划一直线使其垂直于基线 由这条直线与前后两个波底连线的交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅 3 相位 脑电图的相位有正相和负相之分 以基线为准 波顶朝上者为负相波 波顶朝下者为正相波 6 1 2脑电信号的一般性质以及分类 2 脑电图的分类 1 波 可在头颅枕部检测到 频率为8 13HZ 振幅为20 100uV 它是节律性脑电波中最明显的波 2 波 在额部和颞部最为明显 频率为18 30HZ 振幅为5 20uV 是一种快波 它的出现意味着大脑比较兴奋 3 波 频率为4 7HZ 振幅为10 50uV 它是在困倦时 中枢神经系统处于抑制状态时所记录的波形 4 波 在睡眠 深度麻醉 缺氧或大脑有器质性病变是出现 频率是1 3 5HZ 振幅为20 200uV 6 1 2脑电信号的一般性质以及分类 6 1 2脑电信号的一般性质以及分类 通过头皮电极记录脑电图有单极导联方法和双极导联方法 单极导联是把头皮电极作为探查电极 把同侧的耳垂作为参考电极 有利于病灶的定位 但参考电极不能保持零电位 易混进其他生物电干扰双级导联不使用无关电极 只使用头皮上的两个活动电极 这样记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值 可以减小干扰 排除误差 3 脑电图的导联 10 20系统电极法 其前后方向的测量是以鼻根到枕骨粗隆连成的正中线为准 将该距离十等分 按10 20 20 20 20 10 的顺序画好记号 在此线左右等距的相应部位定出左右前额点 FP1 FR2 额点 F3 F4 中央点 C3 C4 顶点 P3 P4 和枕点 O1 O2 前额点的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2倍即鼻根正中线距离20 处 向后中央 顶 枕诸点的间隔均为20 10 20系统电极的命名源于此 6 1 3脑电图机 脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器 D115数字视频脑电图仪产地 北科型号 DYD 2000 1 热笔描记式脑电图机 2 无纸脑电图机 3 脑电地形图仪 4 脑电监护仪 5 脑电 Holter 6 脑电分析仪 6 1 4临床脑电仪器的应用情况 脑电图机的原理 通过测量人头皮两电极间脑细胞群电位差来记录脑电随时间而变化的曲线 根据记录的波的频率 波幅 波的形状出现方式不同 可划分为 波 波 波 波 脑电图机根据用途可分为专用型和多用型 最常见的是8导联和12导联脑电图机 6 1 5脑的诱发电位测量 在临床上除了检测自发脑电信号EEG以外 还可以用刺激的方法引起大脑皮层局部区域电活动 称为脑的诱发电位EP evokedpotential 通常是在与感觉通道相对应的感知部位测到 根据脑电与刺激之间的时间关系 可将电位分为特异性诱发电位和非特异性诱发电位 在临床上一般只进行特异性诱发电位的检查 简称EP EP是指中枢神经系统在感受外在或内在刺激过程中产生的生物电活动 是代表中枢神经系统在特定功能状态下的生物电活动的变化 目前临床上常用的诱发电位有 视觉诱发电位VEP 脑干听觉诱发电位BAEP 体感诱发电位SEP和事件相关电位ERP 1 视觉诱发电位 VEP 视觉诱发电位是指对视网膜给予视觉刺激时 在头皮枕叶部所记录到的由视觉通路产生的电位变化 用于多发性脑硬化 外周神经伤害 神经病的诊断 6 1 5脑的诱发电位测量 2 体感诱发电位 SEP 体感诱发电位是指躯体感觉系统在受外界某一特定刺激后的一种生物电活动 它能反映出躯体感觉传导通路神经结构的功能 6 1 5脑的诱发电位测量 3 听觉诱发电位 AEP 听觉诱发电位是指给予声音刺激 从头皮上记录到的由听觉通路产生的电位活动 听觉诱发电位在脑壳顶部记录 分为早波 中潜伏波和后波 AEP用于听觉欠缺的检查 特别适用于儿童 6 1 5脑的诱发电位测量 采用计算机叠加技术可将这些信号波形从自发电位中提取出来 由于这些信号是刺激事件诱发出来的 故称为事件相关电位ERP方法只不过是在EEG记录方法基础上增加了刺激与叠加处理过程 因此ERP的电极 导联 放大与EEG相同 4 事件相关电位 ERP 6 1 5脑的诱发电位测量 在测量诱发脑电时 从头皮电极引出的信号X t 通常可看作是诱发脑电S t 与噪声N t 的组合 其中噪声主要由是自发脑电造成 X t S t N t 受试者 八道脑电图机 放大器 整形器 刺激器 A D CTC 微处理机 微型计算机 D A 示波器 滤波器 X Y记录仪 诱发脑电平均叠加器 能完成自动限幅叠加或手动叠加 叠加时采样频率为8档 5 2 1 500 200 50 Hz以适应多种需要 由于诱发脑电的研究 通常只是对刺激后500ms内的电活动进行的 叠加起始延时 1 99点 叠加次数 1 256次 利用光标叠加波形的幅值 宽度及时间的测试 能实现滚动显示 冻结显示和压缩显示 可对输入波形进行缩放 仪器的典型技术指标如下 单次叠加的诱发电位图 5次叠加的诱发电位图 25次叠加的诱发电位图 5 光刺激器 6 声刺激器 7 脑电频率分析器 图6 1 4 7脑电频率分析器原理框图 8 头皮电阻检测电路 1 脑电地形图2 高分辨率脑电图 6 1 6脑电图测量的最新技术 2脑 计算机接口 Brain ComputerInterface BCI 简称脑机接口 1991年发表了通过改变脑电信号中的 节律幅度来控制光标移动的成果 提出了一种全新的自动控制概念 大脑驱动控制技术 简称脑电控制 与手动控制 语音控制相比 所谓脑电控制是指利用大脑脉冲信号去控制计算机 发动机和其它装置 实现脑电控制的关键技术是脑 计算机接口 脑机接口的出现 使得用人脑信号直接控制外部设备的想法成为可能 基于脑机接口原理设计的装置有望帮助神经肌肉系统瘫痪的病人实现与外界的交流 例如环境控制 轮椅控制 操作计算机等 1 脑机接口BCI的定义 一种不依赖于大脑外周神经与肌肉正常输出通道的通讯控制系统 它通过采集和分析人脑生物电信号 在人脑与计算机或其它电子设备之间建立起直接交流和控制的通道 这样人就可以通过脑来表达意愿或操纵设备 而不需要语言或肢体动作 2 BCI的组成与特点与其它任何通讯与控制系统一样 BCI也由输入 输出 以及联系二者的中间环节组成 BCI输入 包括大脑行为特征及测量方法 BCI可采用频域特征 如EEG的 B节律等 和时域特征 如慢皮层电位 P300 单个皮层神经元行为电位等 特征测量方法包括 电极类型与位置 参考电平 空间与时间滤波 以及其它检测信号特征的处理方法 中间环节 也称为转换算法 它是BCI的核心 其作用是将大脑电生理输入转化为控制外部设备的输出 输出 可能去控制光标的移动 字母或图标的选择 轮椅的转动等 同时还提供反馈 使用户和BCI能够互相适应 3 BCI的应用BCI初衷是针对运动功能失常病人 脑干损伤 脑瘫患者也可用于运动功能部分失常的患者甚至是正常人群 例如 BCI用于监视远距离行驶的驾驶员或飞行员的注意力 帮助飞行员在高加速度下控制飞机 给宇航员提供在超重或失重状态下控制宇宙飞