BIS原理件.pptx

脑电双频指数原理 邱远东 1 目录 1 脑电图基础2 傅里叶分析 傅里叶变换3 基于DFT的BIS4 小波分析5 总结 2 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 3 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 4 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 5 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 6 脑电图基础 睡眠与脑电图 慢波出现 7 脑电图基础 a 安 an 静 i t i s sleep 8 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 9 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 10 你眼中 落叶纷飞看似繁杂无章的世界 其实是上帝早已谱写好的乐章 11 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 12 傅里叶级数 是一个郁闷的正弦波cos x 13 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 变陡 变陡 2个正弦波的叠加cos x a cos 3x 14 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 逐渐变成水平 继续叠加4个正弦波 15 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个正弦波变成总数为19个正弦波 16 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 17 傅里叶级数 cos x a cos 3x 最前面黑色的线就是所有正弦波叠加而成的总和 也就是越来越接近矩形波的那个图形 而后面依不同颜色排列而成的正弦波就是组合为矩形波的各个分量 18 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 19 功率谱 20 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 21 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 22 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 23 傅里叶级数 相位 波峰 24 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 25 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 26 人生在世 往昔的很多事情只能一期一会 且永不再来 唯有刻骨铭心的事才标记在时光中 成为记忆 27 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 28 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 29 傅里叶变换 离散谱 连续谱 30 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 31 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 32 傅里叶变换 欧拉公式 当x等于Pi的时候 33 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 34 傅里叶变换 在时频上的投影 35 36 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 37 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 38 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 39 基于FFT的BIS SynchFastSlow 双频谱分析 频率0 5 47Hz内的所有双谱峰值和与40 47Hz内所有双谱值和之比的对数Z 40 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 41 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 42 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 43 小波分析 对非平稳过程 傅里叶变换存在局限性 做完FFT 快速傅里叶变换 后 可以在频谱上看到清晰的四条线 信号包含四个频率成分 这是一个有规律周期的信号 44 小波分析 如果是频率随着时间变化的非平稳信号 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 45 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 46 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 加时间窗 47 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 用这样的方法 可以得到一个信号的时频图了 48 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 49 小波分析 由于傅里叶分析无法充分满足波形的非线性特征分析 因此 基于