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脑电图的发展史大脑结构大脑半球分五叶即：额、顶、颞、枕和岛叶脑波的产生「锥体细胞模型」－+神经兴奋通过树突传给下一个神经元时产生一个突触后电位白质灰质大脑皮质表层所产生的电位变动通过头皮上的电极进行记录「通过不同导电率的物质时,电位将衰减1/10～20」头皮颅骨脑膜脑髓液脑脑电信号的检测1875年英国的克顿首先在兔子以及猴子的大脳皮质层测到直流电压信号。1924年德国的精神科医生翰思贝鲁加发现人脑也产生一种电信号。1929年翰思贝鲁加首次发表了「人脑的电信号」的论文。1933年英国的尔多里安等人进一步证实并确认了脑电信号。从而形成了脑电图理论。脑波的发现脑电图的诞生1936年Grass公司推出的第一台脑电图（MODELI）德国的Toennies（1932年）、美国的Grass（1936年）开发了脑电图的模型。脑电图的发展过程１９５０１９６０１９７０１９８０１９９０２０００真空管晶体管微处理器数字脑电图电子文件第1代第2代第3代第4代第3代脑电图•笔记录•带数据保存日本光电（EEG-4418）第4代脑电图•无纸脑电•电脑控制•带视频美国尼高力（NicoletONE）脑电图的原理笔记录器输入盒缓冲器模拟脑电图的结构－＋振幅切換高通Filter切換低通Filter切換ACFilterON/OFFＤＣＩＮＰＵＴＥＸＴＯＵＴ差分放大器１ｃｈ２ｃｈＮｃｈ导联切换・Filter处理・导联配置处理・振幅处理计算机显示器打印机储存装置数字脑电图的结构输入盒AD转换切换差分放大器数据采样＋－＋－＋－＋－LowCutHighCut电极数据系统参考电极数字脑电图的优点在输入盒内已将脑波信号数字化。→数据不容易受外部噪音的影响。脑波数据是由每个电极与一个系统参考电极差分放大所产生的。→可重新配置导联。脑波数据可通过计算机进行处理。→可对数据进行各种滤波处理和解析。脑波数据以电子文件形式保存。→无纸，减少保存空间，便于携带搬运。差分放大器系统参考电极（Ref）中性电极（Ｚ）采样（时间方向的离散化）量子化（振幅方向的离散化）A/D转换分辨率滤波共模抑制比脑电图的主要术语差分放大器差分放大器?→将2个输入信号的差以一定倍率进行放大的放大器。在差分放大器的正负输入端同时输入一个相同的电压信号（同相输入）时，则输出几乎为0。在差分放大器的正负输入端输入2个不同的电压信号（差分输入）时，其电位差将被放大。同相输入差分输入－＋－＋输出输出为什么要采用差分放大器?脑波信号非常微弱。周围的仪器所产生的噪音很容易通过身体或电极连线混入脑波，该噪声常常比脑波信号还大，使得所导出的脑波信号被噪声覆盖。噪声发生源远离电极时，噪声作为同一大小，同一位相的同相成分信号混入脑波。使用差分放大器可以消除同相成分的噪声，使其差分放大后的信号只剩脑波信号。差分放大器可以从噪声中将脑波抽出。差分放大器可消除杂音＋脳波信号脳波信号同相杂音同相杂音差分放大器同相成分的杂音被抑制、脑波被放大。差分放大器可从杂音中抽出脑波信号。脑波信号–Z模拟脑电图的差分放大各导的数据为两个固定电极间的电位差。－＋－＋－＋Fp2Fp1A2A1A1O21ch的信号2ch的信号Nch的信号放大器=波导数无法重新配置导联。每个电极与系统参考电极之间的电位差进行放大。保存的数据为电极单位数据。－＋－＋－＋Fp1的信号Fp2的信号A2的信号Fp2Fp1A2系统参考电极导联的计算为两个电极数据的差。放大器=电极数数字脑电图的差分放大系统参考电极Ref（德力凯）Ｃ３和Ｃ４的平均电位(C3+C4)/2=VrefC4C3系统参考电位系统参考电极应选用那些不容易因体动等外界因素而引起干扰的电极。最好同时使用２个部位的电极。作为系统参考电位以电极单位保存数据－＋－＋－＋F3Fp1A1Fp1电极信号→Fp1－VrefF3电极信号→F3－VrefA1电极信号→A1－Vref→Vref系统参考电极导联的计算－＋－＋－＋A1－VrefF3Fp1A1Fp1－VrefF3－Vref(Fp1－Vref)－(F3－Vref)=Fp1–F3(Fp1－Vref)－(A1－Vref)=Fp1–A1VrefFp1-F3导联配置G1(-)G2(+)输出输出导联配置G1(-)G2(+)Fp1–A1系统参考电极导联配置的作用在脑波记录时，为了检查各电极的放大器是否正常。通常使用各电极与系统参考电极的导联配置记录10秒以上的脑波。系统参考电极导联配置的波形G2设为0V，可确认各电极的原始波形。中性电极（Ｚ）使用差分放大器对脑波信号进行放大时，一般在差分放大器的＋、－端连接2个脑电电极。但每个电极还必须有一个参考点。模拟脑电图的参考点为地，通常使用一个E（地）电极。数字脑电图规定需要采用浮地，参考点必须使用安装在身体内的电极。该电极通常称为中性电极（Z）。另外，从系统参考电极信号中检测出的同相信号，也是通过Z电极反馈到参考点，由此消除同相成分的噪声。中性电极（Z）一般装在前額部。如果中性电极（Z）不连接，则不能有效的排出噪音的干扰，使之无法记录安定的脑波波形。故此必须安装Z电极。脑电图测试时必须安装的电极系统参考电极(Ref)阻抗检测用(A1,A2)中性电极(Z)Ref采样（时间方向的离散化）模拟信号的振幅（电圧）以一定的时间间隔将其数值化如果采样频率增高?可以更加细致，更加精确地再现波形，但保存的数据量也随之增多。如果采样频率降低?保存的数据量减少，但可再现的波形的频率成分也随之降低。如何确定采样频率采样频率多少时，才能精确地再现原来的模拟信号？采样频率至少为模拟信号所具有的频率成分中的最高频率的2倍，才能精确地再现原来的模拟信号。最高频率为50Hz时，采样频率为100Hz即可。正弦波采样例fs：采样频率f0：信号频率在采样频率的整数倍处都将出现信号频率。为了得到正确的信号频率，采样频率与信号频率必须满足以下关系：即2|f0|fsAliasing使用100Hz的采样频率对40Hz和60Hz的正弦波进行采样。其结果40Hz的正弦波刚刚能够正确再现，但60Hz的正弦波则有变形（Aliasingnoise）100Hz如何消除Aliasingnoise?使用一个称之为Anti-Aliasingfilter的高切滤波器，先将不能忠实再现的高频（超过采样频率1/2以上的频率）成分屏蔽掉，然后再进行采样。采样频率(Hz)Anti-Aliasingfilter切除频率(Hz)→可选择的最大值10003005001202006010030*Anti-Aliasingfilter的频率一般为采样频率的1/3推荐的采样频率推荐采用500Hz的采样频率目前医院脑波检查时通常使用的采样频率为500Hz。(HF120Hz)高切滤波器选用120Hz。量子化（振幅方向的离散化）•以一定的时间间隔对一个连续的模拟信号进行采样，并将每个采样值（信号的振幅值）转换成一些离散性的数值。这个过程通常称为量子化。•对一个输入信号究竟能够以多小的值进行量子化，取决于A/D转换的位数。•N位的A/D转换器，量子化的最小刻度为最大振幅（A/D转换的最大电压输入范围）除以2N。量子化的位数越高的话?得到的波形越平滑，但保存的数据量越多。（例如）使用一个8位的A/D转换器对一个±１[V]的输入信号进行量子化时，量子化的刻度为输入信号范围2[V]除以28=256.即输入信号的最大振幅值可分为256等分。详见下图。量子化的位数越低的话?保存的数据量越少，但量子化越粗。例如：使用一个3位的A/D转换器对一个±１[V]的输入信号进行量子化时，由于输入信号的最大振幅值只可分为23=8等分。如下图所示，波形呈现阶梯形，原波形失真。这种因量子化引起的波形失真被称为「量子化误差」NSD/EEG所使用的A/D转换器是16bit的A/D转换器。其最小分辨率(LSB)为97.45nV,约等于0.1uV。则输入电压范围约为65536X0.1uV=6.55mV。16bit的A/D转换器最大表示数据为→对于50uV的脑波信号具有足够大的容许值幅来表示。*如果采用8bit的A/D转换器的话，则最大表示数据为输入电压范围约为256X0.1uV=25.6uV。A/D转换的分辨率高切滤波器（HighCut）切除高频成分（比如肌电）。ｆ＝１／２πＲＣ入力输出遮挡频率ｆ输出电压（振幅）频率低切滤波器（LowCut）切除低频成分（如发汗，分极电压的变动等）。ｆ＝１／２πＲＣ输入输出低切频率ｆ频率输出电压（振幅）时间常数脑电图经常使用时间常数（秒）来描述低切滤波器。对低切滤波器施加一个直流电压，该直流电压经过多少时间才衰减完，该时间常用时间常数来描述。一般当衰减的电压值等于输入电压的37%时的时间称为时间常数。低切频率与时间常数的关系低切频率ｆ＝１／２πＲＣ（Hz）时间常数τ=CR低切频率与时间常数的关系ｆ＝１／２πτ（Hz）时间常数(秒)低切频率（Hz）0.0011590.003530.035.30.11.60.30.530.60.2710.1620.08交流滤波器（AC滤波器）该滤波器用于消除电源交流噪声（主要来自电源插座以及电缆的噪声）。它只对某一特定的频率进行滤波（中国为50Hz）。该滤波器在一般的情况下不使用，除非交流杂音特别明显时才使用。保存数据的频率范围振幅周波数120Hz2秒(0.08Hz)时间常数（低切滤波器）高切滤波器时间常数：2秒或者10秒（0.08Hz或者0.016Hz）高切滤波器：Aliasing滤波器的值（采样频率的1/3）交流滤波器：OFF*采样频率为500Hz时。也称为同相信号抑制比（CMRR：Commonmoderejectionratio）共模抑制比表示差分放大器对同相信号的衰减程度。即：ＣＭＲＲ＝Ad／ＡｃＡｄ：异相成分的放大率Ａｃ：同相成分的放大率共模抑制比越大，表示非同相成分（脑波信号）与同相成分（杂音）的比也越大。也就是说同相信号的衰减程度越大，则意味着差分放大器的性能越好。ＣＭＲＲ＝２０ｘｌｏｇ异相增益同相增益（ｄＢ）共模抑制比EEG/NSD的共模抑制比CMRR：105dB以上。同相成分的杂音可减少到原杂音信号的1/180000。（例）１Ｖ→５．５μＶ即1V的同相杂音可衰减为5.5uV。100,000倍100dB小结脑电信号的产生记录脑电信号的仪器→脑电图脑电图的结构脑电图的主要参数