ch3生物医学信号处理

1、常见医学信号及其检测常见医学信号及其检测脑电信号l脑电信号（脑电信号（Electroencephalogram, EEG）l大脑中大量神经细胞进行自发和节律性活动时所表大脑中大量神经细胞进行自发和节律性活动时所表现出的电位信号。现出的电位信号。l可从头皮、脑皮层和脑皮层内部记录得到。可从头皮、脑皮层和脑皮层内部记录得到。l一定程度上反映大脑的功能状态和信息处理过程。一定程度上反映大脑的功能状态和信息处理过程。l科学研究和临床诊断。科学研究和临床诊断。脑电信号的产生脑电信号的产生l信号产生信号产生l大脑中大量神经细胞产生并传导动作电位进行信息大脑中大量神经细胞产生并传导动作电位进行信息交互和处理

2、过程中，导致的细胞膜外负电位在头皮交互和处理过程中，导致的细胞膜外负电位在头皮和脑皮层的表现和脑皮层的表现l特点特点l自发性自发性l节律性节律性l低频低频自发性自发性l脑电信号自发产生，伴随整个生命过程脑电信号自发产生，伴随整个生命过程l神经元自律性放电神经元自律性放电l神经元回路神经元回路兴奋冲动的循环兴奋冲动的循环神经元突触的连接形式（神经元突触的连接形式（CNS）神神经经元元突突触触的的连连接接形形式式节律性节律性l大脑神经细胞放电同步化大脑神经细胞放电同步化l大量神经元的一致性排列大量神经元的一致性排列低频低频l神经细胞产生的动作电位的时间宽度神经细胞产生的动作电位的时间宽度12msl

3、脑电信号频率脑电信号频率10Hz左右左右l椎体细胞的胞体和顶树突产生的椎体细胞的胞体和顶树突产生的突触后电位突触后电位突触电位突触电位兴奋性突触后电位兴奋性突触后电位突触电位突触电位抑制性突触后电位抑制性突触后电位脑电信号的分类和特点脑电信号的分类和特点节律类别节律类别 频率频率(Hz) 振幅振幅(V) 明显部位明显部位 心理状态心理状态波波81250150枕、顶叶枕、顶叶清醒、安清醒、安静、闭目静、闭目波波14301030前中央回前中央回和额叶和额叶皮层兴奋皮层兴奋波波47100150顶叶和颞顶叶和颞叶叶睡眠睡眠波波0.5320200额和颞叶额和颞叶深睡深睡各种正常脑电波图形各种正常脑电波图

4、形脑电信号采集脑电信号采集l采集要求采集要求l放大器性能较好放大器性能较好l采集环境有效接地采集环境有效接地l受试者尽量避免肢体运动受试者尽量避免肢体运动l采集装置采集装置l头皮头皮EEG电极帽电极帽l位置确定位置确定国际标准导联国际标准导联10-20系统系统l矢状位矢状位l鼻根和枕外隆凸连接线鼻根和枕外隆凸连接线10等分，中点为头顶。等分，中点为头顶。l冠状位冠状位l鼻根、外耳孔和枕外隆凸连接所形成的冠状线也鼻根、外耳孔和枕外隆凸连接所形成的冠状线也10等分等分l以头顶为中心的同心圆与半径的交叉点来确定以头顶为中心的同心圆与半径的交叉点来确定电极部位电极部位临床脑电图的临床脑电图的10-20

5、电极系统电极系统电极命名规则电极命名规则l电极名称：左侧为奇数，电极名称：左侧为奇数，右侧为偶数右侧为偶数l接近中线的用较小的数接近中线的用较小的数字，较外侧的用较大的字，较外侧的用较大的数字数字l电极名称包括电极所做电极名称包括电极所做头部分区的第一个字母头部分区的第一个字母各电极中文名称各电极中文名称lFP1左额极左额极lF3左额左额lC3左中央左中央lP3左顶左顶lO1左枕左枕lF7左前颞左前颞lT3左颞左颞lT5左后颞左后颞lFZ额中线额中线lCZ中央中线中央中线lFP2右额极右额极lF4右额右额lC4右中央右中央lP4右顶右顶lO2右枕右枕lF8右前颞右前颞lT4右颞右颞lT6右后颞

6、右后颞lPZ顶中线顶中线脑电信号的应用脑电信号的应用l神经和精神疾病的诊断和康复治疗神经和精神疾病的诊断和康复治疗l预测癫痫、脑部肿瘤定位等预测癫痫、脑部肿瘤定位等l基于脑电信号的生物反馈治疗基于脑电信号的生物反馈治疗l纠正某些脑电信号中失调的成分，以长时间调整和纠正某些脑电信号中失调的成分，以长时间调整和保持精神状态。保持精神状态。l脑机接口脑机接口诱发电位信号诱发电位信号l诱发电位（诱发电位（Evoked potentials, EPs）l当某一特定的刺激，如声音、光线等作用于人体的当某一特定的刺激，如声音、光线等作用于人体的感觉系统时，大脑中枢神经系统产生的与刺激具有感觉系统时，大脑中枢

7、神经系统产生的与刺激具有一定相位差的电位。一定相位差的电位。l各种诱发电位有特定的波形和相位各种诱发电位有特定的波形和相位l反映相关神经系统的功能反映相关神经系统的功能常用的诱发电位常用的诱发电位l皮层诱发电位皮层诱发电位l刺激于感觉系统刺激于感觉系统l神经系统高级认知功能的体现神经系统高级认知功能的体现l皮层下诱发电位皮层下诱发电位l神经纤维诱发电位神经纤维诱发电位常见诱发实验常见诱发实验l过度呼吸诱发试验过度呼吸诱发试验l在闭眼情况下让被试者以在闭眼情况下让被试者以2025次次/min的速度作有的速度作有规则的深呼吸规则的深呼吸3min，或不限时间而只作，或不限时间而只作100200次深呼

8、吸。次深呼吸。l正常表现：正常表现：波波幅增高，节律性增强；慢波增强，波波幅增高，节律性增强；慢波增强，随深呼吸的进行，脑波波率渐慢，波幅渐高。在深随深呼吸的进行，脑波波率渐慢，波幅渐高。在深呼吸停止后呼吸停止后30秒，慢波完全消失。秒，慢波完全消失。l睁闭眼诱发试验睁闭眼诱发试验l在在波出现较好，波幅较高时，令受试者睁眼，持波出现较好，波幅较高时，令受试者睁眼，持续续510s后令其闭眼，间隔后令其闭眼，间隔510s再重复一次。正再重复一次。正常人在睁眼后约常人在睁眼后约0.090.17s的潜伏期后出现的潜伏期后出现抑制抑制而被而被节律代替，在闭眼节律代替，在闭眼0.090.17s内内节律又迅

9、节律又迅速恢复。速恢复。l闪光刺激诱发试验闪光刺激诱发试验l强更光线作闪光刺激视网膜引起脑电图变化。强更光线作闪光刺激视网膜引起脑电图变化。事件相关电位事件相关电位 l人体诱发电位（人体诱发电位（evoked potential，EP）l平均诱发电位（average evoked potentials, AEP）l“事件相关电位”（event-related potential, ERP）：由于）：由于ERP是脑产生的，所以有人有时是脑产生的，所以有人有时称之为事件相关脑电位（称之为事件相关脑电位（event-related brain potentials）。）。ERP定义定义l广义：凡是外加一种特定的刺激作用于机体，广义：凡是外加一种特定的刺激作用于机体，在给予刺激或撤消刺激时，在神经系统任何部在给予刺激或撤消刺激时，在神经系统任何部位引起的电位变化位引起的电位变化 。l狭义：凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉狭义：凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统的某一部位，在给予刺激或撤消刺激时，系统的某一部位，在给予刺激或撤消刺激时，在脑区引起的电位变化。在脑区引起的电位变化。ERP的成分的分类按潜伏期分类：按潜伏期分类：l早成分、中成分、晚成分早成分、中成分、晚成分 按照刺激来源分类：按照刺激来源分类：l外源性成分、内源性成