神经和肌电信的测量与处理Measurementa课件

1、神经和肌电信号的测量与处理Measurementa第十六章第十六章 神经和肌神经和肌电信号的测量与处理电信号的测量与处理(Measurement and (Measurement and Processing of Processing of Signals from Signals from Neural and Neural and Muscular System)Muscular System)神经和肌电信号的测量与处理Measurementa第一节第一节 脑电信号的采集与处理脑电信号的采集与处理(Measurement and Processing for Eelectroenceph

2、alo-Signal) 神经和肌电信号的测量与处理Measurementa一、脑电图的基本特征和分类一、脑电图的基本特征和分类 脑电图是由电极记录下来的大脑细胞群的自发性生物电活动。以电位为纵轴，时间为横轴将它以曲线的形式显示出来，即脑电图，也称为脑波。目前的脑电设备已基本实现电脑化，脑电信号被数字化后存于计算机中，通过屏幕来显示或在计算机控制下打印出来。脑波具有在时间和空间分布上不断变化的特性，因此，脑波的电位（振幅）、时间（周期）及位相三者构成为脑电图的基本特征。 脑波的周期与物理学中正弦波的周期略有不同，它指的是一个波的波谷（或波峰）到下一个波的波谷（波峰）之间的时间，用毫秒（msec：

3、millisecond）表示。每秒种出现的周期的数目称为频率，用Hz表示。在脑电图上，除形态类似正弦波的波形外，还可见到由不同周期的脑波重叠在一起所构成的复合波。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa 脑波的振幅通常是从波峰划一条垂直于基线的直线，并且与前后两个波的波谷连线相交，此交点至波峰的距离称为脑波的振幅，用（V）微伏表示。采用这种计量方法的理由是，脑电图的基线常会不太稳定。脑波的振幅主要决定于脑内发生的电活动的强度和参考电极的选择。按照振幅的大小，通常将脑波分为四种类型：在25V以下为低幅，2575V为中幅，75150V为高幅，150V以上为极高幅。脑波振幅的变化方式可大致

4、分为三种： 非常快的突然性变化如癫痫波； 短时间内（几十毫秒至几分钟）的变化，如闭目状态的睁眼，外界刺激及思维活动等引起的变化； 发育过程中或者随年龄增加出现的几天至几年的缓慢振幅变化。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa 脑波的位相又被称为脑波的极性。通常的规定是，以基线为标准，波顶朝上的脑波称为负相（阴性）波，波顶朝下的脑波称为正相（阳性）波。这里需要说明的是，在脑波的记录中，通常是把负电位记录在基线以上而正电位记录在基通常是把负电位记录在基线以上而正电位记录在基线以下的线以下的。按照相位的情况，脑波就有单相、双相或多相之分。在同时观察和比较两个部位的脑波时，两者之间的位相关

5、系是一个很重要的指标。当两个部位的脑波在同一时间点上具有完全相同的周期和位相则称它们是同相的，当两个部位的脑波在同一时间向基线相反的方向偏转时则称它们是反相的。在健康人的脑电图中，一般左右对称部位的波呈同位相，特别是在左右枕区之间，但在左右顶区可有位相差，在枕顶区与额区之间可见位相倒置。脑波的同位相或非同位相对脑机能损害的定位判断具有重要意义。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa 人类的脑电图中脑波频率一般在人类的脑电图中脑波频率一般在0.530Hz，通常按照频率进行分类以表示各种成分。下面是国际上的分类标准。一般将比波慢的波与波统称为慢波；而将比波快的波和波统称为快波。此外，对

6、在特定条件下，如在病理情况下容易出现的与上述不相同的脑波，则按其波形特征及其所代表的意义分别予以命名，如棘波、尖慢综合波、顶尖波及三相波等。表16-1 脑波按频率的分类和田丰治分类Walter分类(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)0.53478131830310.5347813142526神经和肌电信号的测量与处理Measurementa1波波健康成人波的平均振幅在3050V，主要分布于顶枕区，一般呈正弦波样。大多数健康成人的脑电以波为主要成分，在觉醒安静闭目状态时出现的数量最多且振幅也最高。当进入睡眠时，波完全消失。清醒时睁开眼睛或注意力集中时其

7、幅值降低，并由较高频率的波代替。波随脑发育成熟或年龄的变化而变化。对少儿，随着脑的发育波数量逐渐增多，频率逐渐提高，至成年期趋于稳定，到老年期波则逐渐变慢。可见波的频率、振幅、和空域分布等因素是反应大脑机能状态的重要指标。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa2波波 波的频率范围为1430Hz，振幅一般530V，它遍及整个大脑，主要分布于前半球及颞区。约有6%的健康成人的脑电图以波活动为主。波可能与性别、心理、个性及年龄有关。一般女性较男性波多见，老年人波较成人为多。情绪不稳、应用镇静催眠剂等药物时波常会增多，振幅增高。波可进一步分为1和2，1波的频率约为1320Hz, 它与波一样

8、受心理活动的影响，2波的频率约为2030Hz, 它在中枢神经系统强烈活动或紧张时出现。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa3波波波的频率为47Hz，振幅1040V。从小儿到成人，波数量逐渐减少，频率逐渐增加而振幅逐渐降低。健康成人脑电图中仅散在出现少量波。波主要发生在儿童的顶部和颞部，成年人在感情压抑，特别在失望和遇到挫折时，也能出现近20s的波。疲劳状态或入睡后波将增多。在老年期和病理状态下波是很常见的波形。4波波波出现在熟睡、婴儿及严重器质性脑病患者中。也可以在作了皮质下横切手术的试验动物的脑上记录到这种波，这种手术使大脑皮质和网状激活系统产生了功能性分离，因此，波只能在皮质

9、内发生，而不受脑的较低级部位神经的控制。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa5节律节律节律是在中央区出现的812Hz的梳形节律。可见于一侧中央区，在两侧中央区出现时可以不同步、不对称、节律在睁眼时不消失，但在握拳（对侧）、精神活动及受到触觉刺激时出现抑制而有短暂的消失。节律可出现于健康人、神经症及脑外伤后等，其意义尚未明确。6顶尖波顶尖波顶尖波(vertex sharp transient )又称为峰波(hump)，为浅睡初期在顶、中央区同步出现的阴性尖波，以顶区最为显著。可呈23相，以阴性波为主体，但在少儿期可以阳性波为主。峰波的频率为35Hz，振幅100300V，成双出现时又

10、称为“双顶驼峰”。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa7睡眠纺锤波睡眠纺锤波睡眠纺锤波(spindle wave)又称为节律（sigma rhythm），频率1214Hz，少儿可为1012Hz。主要见于顶/中央区，有时可呈广泛性出现。在少儿期节律可左右不同步，60岁以后节律显著减少或消失。节律为浅睡期的主要脑波标志。8复合波复合波K复合波(K-complex)为顶尖波与节律组成的复合波。在浅睡期可自发出现或由外部的知觉刺激尤其声响刺激所诱发，通常是两侧对称同步出现。节律是一种正常睡眠中的觉醒反应。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa二、脑电图的记录方法二、脑电图的记

11、录方法我们已经了解了关于脑波的种类和性质，然而如果不知道在哪个部位安装电极，用哪种方式记录脑电图，则不能正确分析脑电图，因此在这里介绍脑电图的记录方法。1脑电图仪与记录电极脑电图仪与记录电极脑电图仪为放大百万倍的微伏级精密电子设备，它的使用环境及条件设置要求较严格。通常应选择在安静、避光和电磁干扰小的房间。临床使用的脑电图仪至少应有8个导程，此外尚有12、16、32导程等多种规格型号。在认知研究中则一般使用32、64、96、128或256导程的脑电图机。通常脑电图仪导程数目越多，所能获得的脑电时空信息也越丰富。但是，电极数越多，除了设备越昂贵外，在使用时安装电极的时间也越长，信息处理的复杂度也

12、相应增加，因此应根据具体情况作出合理的取舍。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa 记录脑电图所使用的电极有漏斗状电极、盘状电极和针状电极，此外还有需要放置在特定部位的特殊电极如蝶骨电极、鼻咽电极、皮质电极和深部电极等。 关于头皮电极的位置，有许多放置法如Montreal、Cohn及Gibbs法等。但应用最多的是10/20系统法，即国际脑电图学会建议采用的标准电极安放法（Montreal），其放置方法如图16-2。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa图 16-2 1020 电极安放示意图神经和肌电信号的测量与处理Measurementa图16-3 32导电极位置分布示

13、意图。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa图16-4 64道电极位置分布示意图神经和肌电信号的测量与处理Measurementa 10/20系统共计21个电极，它的显著特点是，头部电极的位置与大脑皮质的解剖学分区较为明确，电极的排列与头颅大小几及形状成比例，在与大脑皮质凸面相对应的头部各主要区域均有电极放置。 近年随着信息技术和计算机科学的发展，脑电采集正在向多道系统发展，32，64 ，96，128甚至256道的系统也在开始进入实验室。就我们的观察而言，在电极数为32道时，采用的是在10/20系统的基础上，按其10/20原则进行补充而成，而当电极数为64或更多时，虽有10%、10

14、/5%电极规范推出，但更多的系统采用的实际上是在头表上尽可能的均匀分布。图16-3，图16-4，图16-5分别给出了有关系统中采用的32道、64道和128道电极位置的示意图。需要说明的是，不同的脑电系统对相似位置电极的命名也常略有不同。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa2脑电图导联方法脑电图导联方法 将电极按照一定的目的组合起来进行某种形式的记录称为一种导联(Montage)，如常用的单极导联和双极导联。 单极导联中有一个电极（如耳垂电极）被作为所有导联的公用电极，称为“不活动”电极或参考电极。脑电图仪每个导程的放大器均有两个输入端G1和G2 。单极导联就是将参考电极连接在所有

15、放大器的G2（+）端上，而将活动电极连接在放大器的G1（-）上。在这种导联情况下，活动电极下面的阴性电位将作为波顶朝上的阴性波被记录下来。在单极导联中，常用的是耳垂参考电极。在基于32及以上电极数的多道记录中，一般都是采用单极导联法。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa 耳垂参考电极与头部活动电极的连接方法有3种：左右侧耳垂电极分别与同侧半球的活动电极相连接；左右侧耳垂电极先连接在一起，再与左右侧半球的电极相连接；左右两侧耳垂电极分别与两侧半球的电极相连接。 平均电极(Average)是用每个时刻所有电极位置处的电位的平均值作为公用电极，它可以在用耳垂参考电极完成记录后，经过简单

16、的换算得到。 神经和肌电信号的测量与处理Measurementa图16-5 128道电极位置分布示意图神经和肌电信号的测量与处理Measurementa 双极导联是将两个头部活动电极分别连接到脑电图仪每个放大器的G1和G2端，这样记录下来的是两个活动电极间的电位差。双极导联在医学临床中有较多的应用。从物理上考虑，理想的导联应当是以某个真正的不活动电极为参考的记录，可是在脑电观测中根本就不存在这样的参考点，这是在当前脑电实践存在基于多种参考的多种导联的根本原因。 以耳垂为参考电极的导联易受颞部脑电活动的影响。在背景活动上，当耳垂受波影响时，会使原本很少有波的额部出现波，并与枕部的波呈位相倒置；有

17、关颞部附近出现爆发波时，因为耳垂电极在其附近，有时可在其它电极记录到与颞部异常波幅度相当，甚至波幅更高的异常波，这种情况称为参考电极活化。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa 脑电参考电极的活化问题是一个伴随脑电技术出现100年来一直未能很好解决的问题，Hagemann et al (2001)在一项研究中指出，EEG参考的选择对用alpha波进行额叶对称性的研究是一个关键性的因素，并指出在进行文献评述时，不能把基于不同参考得到的结果进行简单的互换。由此可见，选择一个公用且中性的参考，对于不同实验室的结果的交流有着十分重要而基础性的地位。我们新近的研究表明，在多道记录的情况下，可

18、以通过一个数学的变换，近似地把基于上述参考的记录，换算成以无穷远点为参考的记录。由于无穷远点远离所有实际的脑电活动点，因此可以被看成是一个真正的不活动点，从而为对脑电数据的客观分析提供了可能。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa4脑电图记录的基本要求脑电图记录的基本要求 过去记录EEG需要在声光电磁隔离很好的屏蔽室（三层金属网，内外层为铁磁材料，中层为铜材料，还要夹以吸声材料）内进行，需有良好的本地接地装置。由于电子技术的进步，特别是放大器性能的提高，对电磁屏蔽的要求有所降低，甚至不需电磁屏蔽。但由于声光刺激对EEG的影响大，故仍需采取相应的屏蔽措施。 在放大器方面，由于EEG信

19、号非常微弱，一般在V数量级。输入级应具有如下特性：低输入噪音（3V P-P）,高增益（0.510310104）,高共模抑制比（KCMR80dB）, 低漂移和高输入阻抗（10M）等。要达到上述要求，除采用低噪音差动电路外，还必须对元器件进行严格的挑选，并注意工艺过程。仪器必须有良好的接地。根据目前仪器的设计水平，一般可不要屏蔽室，但如果周围环境电磁干扰较强，还是需要装屏蔽室。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa 在电极方面，记录电极本身不应产生噪声和漂移。实验证明，用火棉胶固定的银-氯化银或金质盘状电极是较好的电极。但由于现在的放大器具有高输入阻抗，由其他材料制成的电极和电极膏也可

20、以取得很好的效果。为减少噪声，电极必须保持清洁。电极应尽可能按系统建议的方法放置。电极间阻抗在记录前必须作常规测量，一般不超过5K。在记录过程中出现伪迹时需重新测量。 常规记录时低频滤波器不应高于1Hz(-3dB)，高频滤波器不低于70Hz(-3dB)。一般情况下不要用50/60Hz陷波，因为可能导致棘波失真或变小。除非想尽一切办法都不能去除50/60Hz干扰时才使用。 自发脑电的记录至少应包括技术操作非常满意的20分钟记录。如果要进行一些诱发实验，如过度呼吸、闪光刺激等，则应记录更多的时间。脑电图记录时间越短，出现异常的机会就越少。 脑电记录的趋势在于发展佩带更加方便、迅速和舒适的记录系统，

21、其中包括蓝牙技术的采用等。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa5脑电图记录中的伪差脑电图记录中的伪差在分析脑电图时，必须注意混入脑电图记录中的脑电活动以外的活动，即伪差（artifact）。伪差的出现给脑电的处理和解释都带来了很大的困难。为此在记录时应尽可能地减少伪差，同时也必需能够熟练地识别伪差。当然，发展先进的伪差识别与剔除方法也是当前脑电研究中的一个很重要的方面。检查者在记录过程中应耐心细致地观察被试的状态，若发现伪差应及时予以纠正并将伪差出现的原因作好记录。表16-2中列出了常见的几种伪差。表16-2脑电检查中的常见伪差来自被检人体的伪差来自仪器的伪差眼睑及眼球运动体动及

22、肌电位的伪差心电伪差皮肤出汗呼吸动作、哭泣血管搏动记录仪故障电极接触不良或电极线晃动电极故障及电极线断开交流电干扰（如地线不良）电子表的影响等神经和肌电信号的测量与处理Measurementa图16-6 32道脑电图波形举例图16-6 32道脑电图波形举例神经和肌电信号的测量与处理Measurementa 图16-6是利用一个32道脑电仪采集的一段EEG信号，图中伪差非常明显（红线内）。EEG的记录点为国际标准1020脑电系统的FZ、F3、F4、FP1、FP2、F7、F8、FT7、FT8、FC3、FCZ、FC4、CZ、C3、C4、T7、T8、TP7、TP8、CP3、CPZ、CP4、P3、P4、

23、PZ、P7、P8、O1、O2、OZ共30道，加上水平眼动和垂直眼动一共32道，电极分布位置如图16-3所示。这些电极用系统提供的标准化电极帽固定，头皮与电极之间的阻抗10010580510k70岁）的研究结果，岁）的研究结果，HPS的参数确实符合这样的最大值的参数确实符合这样的最大值过程。根据这些参数的实验数据的统计平均绘出的图过程。根据这些参数的实验数据的统计平均绘出的图16-20，示出，示出了了HPS参数随时间变化的最大值过程。参数随时间变化的最大值过程。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa 图16-20中的横坐标的分度代表时间（年龄）分段，其中成年（20岁）以前按儿科学分段

24、，成年（20岁）以后每10年一段，如表16-7所列。纵坐标为自规一化的相对单位。表16-7 图16-20中的年龄分段对应表12345678910111205天630天112月13岁36岁712岁1220岁2030岁3040岁4050岁5060岁6070岁神经和肌电信号的测量与处理Measurementa图16-20 HPS参数随年龄的变化神经和肌电信号的测量与处理Measurementa 图16-20 a)分别示出了四个复杂性参数：HRD、HLE、HFD和HCC（参数意义已于本节第二小节叙述）随时间的变化具有最大值过程的特征。图16-20 b) 分别示出了三个谱参数：总功率TPV和高频带参数A

25、PH和RPH（参数意义已于本节第二小节叙述）随时间的变化具有最大值过程的特征，HLE作为这三个谱参数与混沌特征参数的对比参照。图16-20 c) 分别示出了另外二个谱参数：超低频带绝对功率APU和低频带绝对功率APL（参数意义已于本节第二小节叙述）随时间的变化具有最大值过程的特征，TPV和APH作为对比参照。图16-20 d)分别示出了超低频和低频带相对功率RPU和RPL及反映交感神经和副交感神经活动的平衡特征参数RUH（参数意义已于本节第二小节叙述）的随时间变化具有最小值过程的特征，RPH参数作为对比参照。 图16-20 d)说明对于儿童和老人，交感神经活性相对增强。图16-20 C)说明，

26、在成年以后，副交感神经（以APH表征）的衰减最甚，因此，采取措施，抑制成年以后的副交感神经活性的衰减，将能有效抗衰老。这些结果同时也说明，保护副交感神经功能具有重要医学意义。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa第五节第五节 胃电信号处理胃电信号处理（Electrogastrosignal Processing）表16-7 胃肠电的主节律（cpm：次/分）胃窦(胃体远端2/3)十二指肠回肠结肠人31189710狗51720222435猫51520125兔41722712大鼠341115神经和肌电信号的测量与处理Measurementa 由平滑肌组成的器官或系统的功能异常会产生平滑肌

27、电信号异常。平滑肌的形态学改变（器质性变化），如肿瘤、溃疡等也会引起功能异常，也会反映到平滑肌电信号中来，且往往比临床可见的形态学异常更早期出现。因此，平滑肌信号分析有重要的临床应用意义。 对胃电活动的研究开始于20世纪初，一般认为，Alvarez（1921）最先报告了“胃肠道的动作电流（Action current in stomach and intestine）”。他将电极放置在病人的腹部皮肤上记录到了约3次/分的胃电波形（现称为慢波）。Bozter第个系统报告了胃的平滑肌电位。他发现了胃平滑肌的慢电位(slow potentials)和峰电位(spike potential)。但是对胃

28、肠电活动的兴趣和细致研究是在近20年的事情。本节主要讨论与胃电相关的内容。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa一、胃的结构（一、胃的结构（Gastric constructure）1. 胃的解剖分区胃的解剖分区 胃是一个复杂的电化学器官。胃平滑肌本身可周期性地产生电活动，以调节胃的机械活动。胃电活动的产生与波形变化因部位不同而有差异。因此有必要在叙述胃电之前先介绍一下胃的简单解剖结构。胃是一个袋状器官，是消化道上端最膨大的部分。上接食管，下与十二指肠相连，如图16-21。胃从解剖上分前、后壁和上、下缘。上缘为胃小弯，凹向前方，其最低点弯曲成角状为角切迹。胃与十二指肠连接处为胃的出

29、口，称幽门（pylorus）。幽门表面有一缩窄的环形沟，是幽门所在之处。其前端狭窄部分为幽门管。胃的分区，自贲门（念bimen：caidia）门平面向下的膨大部分为胃底，以下至胃窦部之间为胃体，自角切迹向胃大弯作一联线，自联线向右至幽门为胃窦部，胃窦部的大弯侧有一中间沟，将幽门区分为胃窦和幽门管。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa神经和肌电信号的测量与处理Measurementa2. 胃壁的构造胃壁的构造 胃壁的构造由浆膜，肌层、粘膜下层及粘膜层构成，如图16-22。胃壁肌层较厚，由外层纵行肌，中层环行肌及内层斜形肌三层平滑肌构成。外层的纵行肌，是食管纵肌的连续，在胃体部分成两

30、个肌束，其中较粗强的束沿胃小弯行走，宽薄的束则覆盖着胃大弯，在胃的前后壁处则稀疏。中间环行肌层最厚，肌纤维的排列与胃的长轴垂直，覆发着胃的全部。环行肌至幽门的部位进一步加厚，形成幽门括约肌。在环肌层与纵肌层间有肌间神经丛分布。斜肌层位于最内层，数量很少，它从胃底部呈放射形发出，于胃的尾部与环形肌汇合在一起(图16-22-3)。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa二、胃的电活动二、胃的电活动不同的部位、不同的电极配置记录到的胃电波形是不同的。体表电极只能记录到胃电的慢波，称为胃电信号（electrogastrosignal）。黏膜或浆膜电极和微电极还可以记录到重叠在胃电慢波上的峰电

31、位，称为胃平滑肌肌电信号（gastroelectromyosignal 或 gastric electromyosignal）。 图16-23 微电极记录的胃的单个平滑肌细胞的慢波和峰电位a：静息膜电位； b：去极化相； c：平顶相，载有或无锋电位； d：极化恢复相。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa1. 单个平滑肌细胞胃电波形单个平滑肌细胞胃电波形 用尖端直径不到0.5m的微电极插入单个胃平滑肌细胞记录的静息电位(resting membrane potential，RMP)，在狗的胃环肌细胞静息膜电位约70mV。有人在人的胃肌细胞中也发现与狗类似的电位。在人或猫、狗的细胞内

32、记录到的胃电波形如图16-23所示，先出现一个正相的较高的初发电位(又称初发去极化期，第一成分，锋成分，升支电位)，随后出现高而慢的第二电位。明显可见重叠其上的峰电位（尖波）。2双极记录细胞外胃电波形双极记录细胞外胃电波形 作双极记录时二电极均放在胃的肌肉上。Bozter用细胞外双极引导记录出狗胃窦部胃电波形，如图16-24。图形与心肌电活动相似，表现出R、S、T波。R波为起始部分，接着个小的负相波S，经过3-4S有个复合的T波。R-T波的间隔与放置电极的距离有关，两个电极的间距大则R波幅增大。若电极间距超过1cm以上，则波幅变得更宽和不明显。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa

33、图16-24 细胞外双极引导记录出狗胃窦部胃电波形 3单极记录的细胞外胃电波形单极记录的细胞外胃电波形 单极记录时，一个电极放于胃壁肌肉上，另一个电极需离开一段距离，放置于皮肤上。单极记录的胃电波形由第一成分(initial rapid component)三相复合波和一个继发第二成分(second slow component) 所组成。第二成分延续到下个三相波出现。一般第二成分是由第一成分触发的。三相复合电位起初是个正电位，随后出现个较大的负电位，后者回复到基线，通常这种回复还带点小小的超射，如图16-25。胃体的负电位幅度最小(0.10.5mV)，而在胃窦区幅度增加，可达到24mV。神经

34、和肌电信号的测量与处理Measurementa图图16-25 单极记录细胞外胃电波形单极记录细胞外胃电波形 4经口吸附电极经口吸附电极(peroral suction electrode)记记录的胃电波形录的胃电波形 用经口内进入的胃内粘膜双极吸附电极，可记录到人胃电慢波电位。实验对象吞入电极，在X光机控制下将电极定位于胃体或胃窦部，可记录到正常人胃每分钟3次规律的典型慢波电位如图16-26 a)。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa图16-26 黏膜和皮肤电极记录的胃电信号a)胃黏膜电极记录； b)皮肤电极记录5用银一氯化银电极记录体表胃电图波形用银一氯化银电极记录体表胃电图波

35、形 1922年Alvarez首先在人腹壁表面记录到一个频率为每分钟3次的电信号，以后有许多人进行这方面的研究，证明体表胃电图与粘膜电位相同，波形与频率相似，如图16-26 b)。粘膜电极记录到的平均振幅为0.80.156mV，皮肤表面电极则为0.15mV0.3 mV。体表电极可用用银氯化银一次性电极，也可有实验室自行制作（见文献22p277）。因为银氯化银电极具有低阻抗和低噪声的良好性，能适合体表记录需要。也有园帽形可重复使用的专用体表胃电电极。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa三、胃电发生机理三、胃电发生机理（Electrogastosigal genesis mechani

36、sms）实验证实了胃壁上始终存在着一种周期性变化的电活动。这种电活动在离体实验，麻醉动物和清醒动物实验中都能记录到。这种电活动称为慢波(slow wave)，或称起步电位(pacesetter potential), 或称基本电节律(BER：basic electrical rhythm)，或称电控活动(electrical control activity，ECA)，或称始发电位(initial potential)等，这些不同的名称都是一个意思。这里用“慢波”这个名称。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa1. 胃电的特征胃电的特征 胃电慢波只存在于胃远端23区域，胃近贲门13

37、区域属电静息区(electrically silent area)，如图16-27。越向幽门推移，波幅越大。人的平均慢波频率为每分钟3次，狗为每分钟5次。在任何情况下，全胃记录到的频率是一致的，每天平均频率几乎没有变化。正常胃的节律相当稳定，只是偶尔在个别周期中看到不规则现象。这种恒定不变的频率提示有支配胃电节律的“起步点”区域存在。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa图16-27 胃电慢波的起步点区域神经和肌电信号的测量与处理Measurementa2. 胃电慢波的起源胃电慢波的起源 自从心脏起步点的概念建立以后，Openchowski(1889)就提出胃运动的起步点问题。18

38、98年Cannon最先用X线观察，发现蠕动波由胃的中部开始，向幽门部推进，现已证明，胃电慢波发生于胃大弯侧上部约在贲门（cardia）和胃底部中央处的纵行肌区域，此处的内在电节律比胃的其他部位要高，并证明该区域有起步点细胞，是胃运动的起步点(pacemaker)，见图16-27。慢波电位由起步点开始，然后往幽门方向传播。若将起步点区域切除则引起慢波频率的永久性降低。如将胃横切，切口远端胃的慢波频率降低。在体实验观察到起步点频率的慢波向胃窦部传播并决定后者的慢波频率。 由于慢波发生于肠壁的平滑肌细胞，所以它属于肌源性，而不是神经源性。关于胃电起源还有一种振荡器学说，认为胃的许多区域，都各像一个电

39、学的振荡器，能发生有节律的电波。具有较高频率的一个振荡器，能控制其他振荡器，即由它发起胃电的慢波。这一学说的要点是认为起决定作用的区域不是在一个固定的位置。 慢波的产生与离子通过细胞膜的流动有关。胃电慢波的第一成分是由于钠内流，而第二成分则是由于钙内流的结果。钠离子进入就使细胞膜去极化。用微电极记录单个胃平滑肌细胞时，可看到慢波是由细胞膜部分去极化引起的。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa3. 胃电慢波的功能胃电慢波的功能 胃电慢波电位不直接引起收缩，但能引起动作电位，慢波使相邻区域的细胞协调同步，这样在发生去极化时，在许多细胞中引发动作电位，产生一次有效的收缩。慢波与动作电位

40、在长轴上向尾端传播，这有利于推动内容物向肛门方向行进。慢波在环行肌上的传播速度比之在纵行肌上的传播速度要快810倍，这保证了横轴的同步活动和环行肌收缩相互协调。慢波能决定胃蠕动波传导的速度和方向以及决定蠕动的节律。此外，慢波与胃窦运动有很大关系，因为慢波到达胃窦时，电压变大，此时就容易产生峰电位，引起肌肉收缩。胃电慢波的节律失常，有胃动过速（tachygastria）、胃动过缓（bradygastria）和节律紊乱（rhythmic disorder）等。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa四、体表胃电电极系统四、体表胃电电极系统图16-28 体表电极位置图 神经和肌电信号的测量

41、与处理Measurementa1体表电极的实验室制作体表电极的实验室制作用直径为0.81cm圆形银片，将外径为1 mm多股铜导线焊接在银片上，再用环氧树脂加固。在电极使用前要经氯化处理，使成为银氯化银电极。银电极的氯化处理方法为：用00号细砂纸擦平银电极表面，然后用棉纱布将其擦净，再用75酒精棉球轻擦以脱去油脂，最后放人清水中洗净备用。另取碳棒一根(可利用废干电池的碳蕊)，在其顶端焊接根导线并接于1.5V干电池的负极，电池的正极则接银电极的导线。再取一干净的500ml棕色玻璃瓶，内盛0.9的盐水400ml，然后将碳棒放入盐水中。同时，把与干电池正极相接的银电极也放进盐水中。碳棒与电极的隔距离约

42、为10cm，不要互相碰接。接通电源后，电极即开始氯化。经过24hr左右，(负端)电极表面变成均匀的灰褐色，取出用请水水冲洗干净，轻轻擦干后放人生理盐水中浸泡备用。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa2. 体表电极放置体表电极放置 受检者仰卧床上，暴露腹部，用75酒精擦去皮肤表面油脂。检查前应先确定电极安放的位置。严格的检查需在X射线在线定位。用单极体表导联记录胃体和胃窦部时，电极位置如图16-28。胃体位置在剑突与脐连线中点向上1cm，再向左旁开4cm(图中位置1)。胃窦位置在剑突与脐连线中点向右旁开3cm (图中位置2)。无关电极置于右前臂内侧。若用双极电极记录则可将2个电极分

43、别放在图中的位置1和2。放置电极前，应将导电糊涂在电极上，并用橡皮膏把电极牢牢地固定在皮肤上。 神经和肌电信号的测量与处理Measurementa五、三维胃电分析系统五、三维胃电分析系统1系统参数系统参数(1)导联系统导联系统采用X、Y、Z三维几何正交导联系统。胃电专用电极。电极配置：理论上，根据床旁胃的X射线成象体表投影定位。X：X轴电极对置于胃窦、胃体的腹部体表投影部位，如图16-28的位置1和2。Y：Y轴电极对置于X轴电极连线的中垂线上，两电极距X轴约3cM。Z：X与Y的腹部体表交点及对应的背部投影部位。(2)放大系统放大系统胃电专用放大器。输入阻抗： 5M。共模抑制比： 90dB。放大

44、倍数： 5000。时间常数6.4秒。高端截止频率：4.5CPM。带宽为：1.54.5CPM, 中心频率3CPM（=0.05Hz）, 可有效通过3CPM的胃电信号，抑制呼吸波（18CPM=0.3Hz）和心电信号(60CPM=1Hz)。 (3)模数转换器：模数转换器：12位，4（/16）通道。(4)计算机系统计算机系统：微型计算机、打印机。神经和肌电信号的测量与处理Measurementa2信号处理流程信号处理流程受检者的标识信息输入空腹三维（X、Y、Z）胃电信号采集，采样频率：1Hz/通道（维）空腹三维胃电（功率谱和动态谱）分析进餐餐后三分钟延时餐后三维（X,Y,Z）胃电信号采集餐后三维胃电（功

45、率谱和动态谱）分析显示和或打印结果。3三维胃电动态谱分析软件系统三维胃电动态谱分析软件系统本软件是汉化面。软件系统共有5项功能，如图16-29，分别叙述如下：(1) 胃电检查：完成上述全部信号处理流程。(2) 采样和分析：用于受检者的标识信息输入后，由于某种原因（如临时断电等）未能进入前项（1）中的后续操作的情况。(3) 餐后采样和分析：用于受检者进餐后，由于某种原因（如临时断电等）未能进入第一项（1）中的后续操作的情况。(4) 回顾分析：对于曾经作过完整的胃电分析的受检者的胃电的分析。与（1）项的区别是不输入受检者的基本信息，没有进餐和餐后延时。(5) 结束：返回总控或操作系统。神经和肌电信

46、号的测量与处理Measurementa图16-29 三维胃电分析软件系统主选单4. 分析结果（分析结果（analysis results）(1) 三维胃电信号时域图，如图三维胃电信号时域图，如图16-30。 图16-30 三维（X、Y、Z）胃电时域图神经和肌电信号的测量与处理Measurementa 本图有三幅子图，分别示出以X、Y、Z为通道（导联）标识符的三通道时域胃电信号的幅度(纵轴)时间（横轴）特性（amplitude-time characteristics）。对每个通道给出了4个参数，共12个参数。4个参数的意义为：平均功率（在通道标识符的左边，如Z通道的0.0232mmW(W: 微瓦)。图右外侧的数据，从上到下，分别为方均根幅值，平均绝对幅值，幅度最大绝对值位置（点数：点间隔为1秒）及最大绝对幅度值，除位置参数外，单位均为mV。程序中还有表示信号对称性的平均幅值参数未在图中示出。在图的下部，左为数据文件名，最后一个字符“p”(postprandial：餐后的)的意义为餐后数据，餐前数据的对应字符为“f”（fast：禁食的）。图的右下部为分度单位，10points/scale表示：10点/分度。(2) 三维胃电信号周期图三维胃电信号周期图(periodogram, 即功率谱即功率谱)，如图