第一讲EEG信号基础解析
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EEG信号基础解析
诱发电位幅值较小，完全淹没在自发脑电信号中，一般要采 用叠加平均处理提高信噪比。
用途：特异性反应可在功能上判断病变部位、病变程度。非 特异性反应可显示心理活动过程的部分阶段，了解心理疾患 动因。
上肢体感诱发电位示意
N9：臂丛电位 N13：颈髓后 角 P15:内侧丘系 /背侧丘脑 N20:体感皮层 I区原发反应 N9-N13:脊神 经后根传导 N13-N20:中枢 传导时间 P15-N20:丘脑 顶叶束传导时 间 P25-P45：继 发反应
θ波：频率为4-7Hz，振幅约为10-50μV，在困倦时， 中枢神经系统处于抑制状态时所记录的波形。
α波：频率8-13Hz，振幅20-100μV，可在头的枕部 检测到，它是节律性脑电波中最明显的波。
β波：β波频率约为13—30Hz，振幅约为5-20μV,是 一种快波，β波的出现一般意味着大脑比较兴奋。
② 继发性特异性反应：指从一级感觉区附近的皮层区记录 到的诱发电位，出现于原发性特异性反应之后的继发波 形。这些反应经多次反复刺激后，很快产生习惯化。
非特异性反应
为广泛的皮层区对刺激的反应，不论其感觉刺激的形式 如何，都可获得同样的反应，它们广泛分布于额及颞区， 受意识影响。临床上用于神经心理学检测。
用置于头皮表面的电极探测各点的电势差 随时间的变化（EEG）。
头皮电极测量的电势差变化是大量脑细胞 叠加的结果。
极脑电记录
活动位置
+ _
+
vo
_
参考位置
双极脑电记录
记录两个活动位置电位的差
+
_
+
vo
_
电极的安放：10-20导联系统
更多的导联系统
如何放置电极
用途：特异性反应可在功能上判断病变部位、病变程度。非 特异性反应可显示心理活动过程的部分阶段，了解心理疾患 动因。
上肢体感诱发电位示意
N9：臂丛电位 N13：颈髓后 角 P15:内侧丘系 /背侧丘脑 N20:体感皮层 I区原发反应 N9-N13:脊神 经后根传导 N13-N20:中枢 传导时间 P15-N20:丘脑 顶叶束传导时 间 P25-P45：继 发反应
θ波：频率为4-7Hz，振幅约为10-50μV，在困倦时， 中枢神经系统处于抑制状态时所记录的波形。
α波：频率8-13Hz，振幅20-100μV，可在头的枕部 检测到，它是节律性脑电波中最明显的波。
β波：β波频率约为13—30Hz，振幅约为5-20μV,是 一种快波，β波的出现一般意味着大脑比较兴奋。
② 继发性特异性反应：指从一级感觉区附近的皮层区记录 到的诱发电位，出现于原发性特异性反应之后的继发波 形。这些反应经多次反复刺激后，很快产生习惯化。
非特异性反应
为广泛的皮层区对刺激的反应，不论其感觉刺激的形式 如何，都可获得同样的反应，它们广泛分布于额及颞区， 受意识影响。临床上用于神经心理学检测。
用置于头皮表面的电极探测各点的电势差 随时间的变化（EEG）。
头皮电极测量的电势差变化是大量脑细胞 叠加的结果。
极脑电记录
活动位置
+ _
+
vo
_
参考位置
双极脑电记录
记录两个活动位置电位的差
+
_
+
vo
_
电极的安放：10-20导联系统
更多的导联系统
如何放置电极
脑电PPT课件
注意事项
强调采集过程中的注意事项，如 避免干扰、保持安静等。
01
02
采集设备
介绍用于采集脑电信号的设备， 如电极帽、放大器等。
03
采集过程
详细描述脑电信号采集的过程， 包括准备工作、电极放置、信号 采集等步骤。
04
脑电信号预处理
1 滤波处理
介绍如何对采集到的脑电信号进行滤波处理，去除噪声 和其他干扰。
脑电的生理基础
大脑神经元
脑电的产生与大脑神经元的电生理活动密切相关。神经元在兴奋状态下会产生电位变化，这些变化通过头皮上 的电极被记录下来形成脑电信号。
脑波
脑电信号中包含多种脑波，如α波、β波、θ波、δ波等。不同脑波代表了不同的生理状态和认知功能，如α波主 要出现在放松状态，β波则出现在集中注意力或紧张状态。
2 基线校正
介绍如何对采集到的脑电信号进行滤波处理，去除噪声 和其他干扰。
3 伪迹去除
介绍如何对采集到的脑电信号进行滤波处理，去除噪声 和其他干扰。
4 数据压缩与降噪
介绍如何对采集到的脑电信号进行滤波处理，去除噪声 和其他干扰。
脑电信号特征提取
01
02ห้องสมุดไป่ตู้
03
04
时域特征
介绍如何从脑电信号中提取时 域特征，如幅度、频率和相位
精神疾病诊断
脑电技术在精神疾病诊断中的应用 ，为医生提供辅助诊断的依据。
05
脑电研究展望与挑战
脑电技术的未来发展
脑电信号采集技术
随着传感器技术和生物电信号处理技 术的发展，脑电信号的采集将更加准 确和稳定，能够更好地应用于临床诊 断和科学研究。
脑电信号解读技术
脑电应用领域拓展
脑电技术的应用领域将不断拓展，不 仅局限于神经科学和心理学领域，还 将应用于医学、教育、体育等领域。
EEG培训课件
大脑神经电活动的同步性
大脑神经电活动是产生EEG信号的主要来源。大脑神经元放电活动的同步性，可 以在头皮上通过EEG仪器记录到。
EEG信号的采集和处理
EEG信号的采集
EEG信号采集时，通常采用多个电极和多通道同时采集。电 极通常放置在头皮的不同位置，以记录不同区域的神经电活 动。
EEG信号的处理
EEG信号处理包括预处理、特征提取和数据分析等环节。预 处理包括滤波、放大和数字化等，特征提取和数据分析则涉 及到多种算法和技术。
神经康复
EEG可以评估神经康复患者的康复进程和疗效，如脑卒中康复、认知康复等，有 助于制定个体化的康复计划。
06
EEG的未来发展
EEG技术的未来趋势
增加通道数和降低侵入性
01
利用更多的电极和更先进的信号处理技术获取更精细的脑电信
号，同时采用非侵入性方式如干电极和光学成像技术等。
移动和可穿戴设备
02
由于EEG信号易受多种因素影响，不同研究 之间、不同实验室之间的结果难以直接比较 和重复。
隐私和伦理问题
技术普及和推广难度
采集和分析EEG信号时可能涉及到隐私和伦 理问题，需要制定相应的规范和标准。
EEG技术专业性较强，普及和推广难度较大 ，需要更多的教育和培训资源。
THANKS
谢谢您的观看
焦虑症
EEG可以检测焦虑症患者的神经生理异常，如β 波活动增强、α波抑制等，有助于焦虑症的诊断 和治疗。
精神分裂症
EEG可以检测精神分裂症患者的神经生理异常 ，如慢波异常、α波抑制等，有助于精神分裂症 的诊断和治疗。
EEG在脑机接口和神经康复领域的应用
脑机接口（BMI）
EEG可以用于脑机接口中，实现人脑与计算机或其他设备的直接通信和控制，如 脑控机器人、脑控家居等。
大脑神经电活动是产生EEG信号的主要来源。大脑神经元放电活动的同步性，可 以在头皮上通过EEG仪器记录到。
EEG信号的采集和处理
EEG信号的采集
EEG信号采集时，通常采用多个电极和多通道同时采集。电 极通常放置在头皮的不同位置，以记录不同区域的神经电活 动。
EEG信号的处理
EEG信号处理包括预处理、特征提取和数据分析等环节。预 处理包括滤波、放大和数字化等，特征提取和数据分析则涉 及到多种算法和技术。
神经康复
EEG可以评估神经康复患者的康复进程和疗效，如脑卒中康复、认知康复等，有 助于制定个体化的康复计划。
06
EEG的未来发展
EEG技术的未来趋势
增加通道数和降低侵入性
01
利用更多的电极和更先进的信号处理技术获取更精细的脑电信
号，同时采用非侵入性方式如干电极和光学成像技术等。
移动和可穿戴设备
02
由于EEG信号易受多种因素影响，不同研究 之间、不同实验室之间的结果难以直接比较 和重复。
隐私和伦理问题
技术普及和推广难度
采集和分析EEG信号时可能涉及到隐私和伦 理问题，需要制定相应的规范和标准。
EEG技术专业性较强，普及和推广难度较大 ，需要更多的教育和培训资源。
THANKS
谢谢您的观看
焦虑症
EEG可以检测焦虑症患者的神经生理异常，如β 波活动增强、α波抑制等，有助于焦虑症的诊断 和治疗。
精神分裂症
EEG可以检测精神分裂症患者的神经生理异常 ，如慢波异常、α波抑制等，有助于精神分裂症 的诊断和治疗。
EEG在脑机接口和神经康复领域的应用
脑机接口（BMI）
EEG可以用于脑机接口中，实现人脑与计算机或其他设备的直接通信和控制，如 脑控机器人、脑控家居等。
EEG脑电图PPT
★痫样放电的类型：棘波、尖波、棘-慢综合波或尖慢综合波、高幅失律、发作性节律波。
EEG对癫痫的特异性
非癫痫的痫样放电:
1.正常成人中EEG 0.3%~6.4%痫样放电,3.5% 癫痫患者的健康亲属
2.非癫痫性病变0.2 % ~10.6% 抽动症 偏头痛 小儿脑瘫,儿童孤独症,发育性或获得性语言 障碍 抗精神病药 中枢神经系统疾病 代谢性脑病
6. 出现病理波
2. 过度换气 方法：频率20—25次/分，持续3分钟 正常反应：成人90%无变化，10%成人和80%儿童 出现慢波演变（多在过度换气1分钟后脑波波 幅逐渐增高，频率变慢a 变θ或δ节律，深呼 吸停止10秒左右恢复正常）
异常反应：
1. 早期突破：30秒内出现强烈的慢波演变。 2. 延缓反应；HV停止30秒后仍有慢波演变。 3. 出现异常脑波， 4. 阵发性节律性异常。 5. 不对称性反应：成人反应明显一侧为异常，儿童
●波幅：电位差的大小，用微伏(uv)表示,表示脑电活动 的强度 。波 顶引一垂直于基线的直线到 波谷。
定标1mm=10uv (国际1mm= 7uv) 分类：低幅≤25uv
中幅25—75uv 高幅≥75uv
●位相：以基线为准的波幅随时间而变的相对 关系。位于基线以上称为负相，位于
基线以下称为正相。 ★ 在双极导联中如果相邻两个电极间有公共
★ 所以虽然痫样放电为癫痫的客观依据， 但有痫样放电并不等于癫痫，需结合临 床表现对EEG作出综合分析，才能得出 正确结论。 ★ 痫性放电：临床发作＋痫样放电＝癫 痫
有明显抑制反应。 5. 4—7岁：枕区a波为主，可有少量θ波（第一个里
程碑）。
6. 8—9岁：枕区a节律优势建立，枕区除单个3— 4HZ慢波散在出现外，呈段的θ波活动消失。
EEG对癫痫的特异性
非癫痫的痫样放电:
1.正常成人中EEG 0.3%~6.4%痫样放电,3.5% 癫痫患者的健康亲属
2.非癫痫性病变0.2 % ~10.6% 抽动症 偏头痛 小儿脑瘫,儿童孤独症,发育性或获得性语言 障碍 抗精神病药 中枢神经系统疾病 代谢性脑病
6. 出现病理波
2. 过度换气 方法：频率20—25次/分，持续3分钟 正常反应：成人90%无变化，10%成人和80%儿童 出现慢波演变（多在过度换气1分钟后脑波波 幅逐渐增高，频率变慢a 变θ或δ节律，深呼 吸停止10秒左右恢复正常）
异常反应：
1. 早期突破：30秒内出现强烈的慢波演变。 2. 延缓反应；HV停止30秒后仍有慢波演变。 3. 出现异常脑波， 4. 阵发性节律性异常。 5. 不对称性反应：成人反应明显一侧为异常，儿童
●波幅：电位差的大小，用微伏(uv)表示,表示脑电活动 的强度 。波 顶引一垂直于基线的直线到 波谷。
定标1mm=10uv (国际1mm= 7uv) 分类：低幅≤25uv
中幅25—75uv 高幅≥75uv
●位相：以基线为准的波幅随时间而变的相对 关系。位于基线以上称为负相，位于
基线以下称为正相。 ★ 在双极导联中如果相邻两个电极间有公共
★ 所以虽然痫样放电为癫痫的客观依据， 但有痫样放电并不等于癫痫，需结合临 床表现对EEG作出综合分析，才能得出 正确结论。 ★ 痫性放电：临床发作＋痫样放电＝癫 痫
有明显抑制反应。 5. 4—7岁：枕区a波为主，可有少量θ波（第一个里
程碑）。
6. 8—9岁：枕区a节律优势建立，枕区除单个3— 4HZ慢波散在出现外，呈段的θ波活动消失。
EEG基本知识及判读(进修)
Sleep spindles V waves and K complexes
Stages 1-4 of NREM can disinguished 14 and 6 HZ PBM
asleep
老年人正常EEG（＞60岁）
清 醒 (α节律)
频率减慢
－大多数健康老年人α频率保持在9.5～10Hz －根据综合研究，在60岁以后，后部主要频率衰减平均0.08/年 －10例精神正常的百岁老人的EEG资料显示α 频率在8～9cps之间 （Hubbard et al, 1976）
认识
诊断异常脑电图，主要不是根据它缺少正常脑电图的 成份或类型，而应根据它是否含有不正常的脑电活动 或类型。一份脑电图，如果含有异常的电活动，不管 它含有多少正常的成份，都应认定它为异常。
在大多数异常脑电图中，异常类型不完全代替正常电 活动，它们可能间歇地或仅于某个或某些区域出现， 或添加在正常背景之上。
睡眠深度减少，Ⅲ、Ⅳ期睡眠比例减少，而睡眠 期中的醒觉时间随年龄增加。REM睡眠减少， 70－80岁REM睡眠减少到总睡眠时间的20％以 下。
正常脑电图 <小结>
EEG的成熟发展过程
从不同年龄组EEG的改变（EEG的成熟发育到衰退）显 示了脑功能经历了不成熟→成熟→衰退的过程
在生物成熟的上升（发展）阶段，是生理的自然的过程， 而老化尽管完全无病理改变的可能性不能除外，但主要 是由病理决定的。随年龄的增加，脑萎缩，脑室扩大。N. 元数目选择性改变。不同脑区改变不同（额颞明显）
颞区间歇性慢波
－非节律的中至高波幅θ或δ以单个或短程出现（3～8cps），其 内可能含一过性尖波
－背景活动正常
－75~90％出现在左前、中颞 －出现在正常老年人，CVD及变性病
脑电图的基本知识
脑电图的基本知识、录像脑电图和24小时脑电图脑电活动的性质和电磁波一样有四个基本因素即频率、波幅、波形和位相（极性）。
除此之外脑电活动又有其本身的特殊性，脑电图不是记录某一点的电位，而是在头皮上记录大脑两半球各个部位的电活动，因此还存在各个部位之间的差异及特殊性的问题。
脑电活动是随机非线性电信号，因此还有出现方式的不同。
人脑功能与外界和本身内在环境的变化密切相关，对各种刺激的反应性也是应该注意的问题。
这些都是判断脑电图是否正常以及何种程度异常的基础。
频率频率（Freguency）是每秒种以基线为准波动的次数。
其单位为C/S（次/秒），亦即Hz （Hertz）。
每一次波动的起点和止点在基线上的跨度叫时限（Duration）其单位为毫秒（ms,1ms=1/1000秒）。
频率与时限互为倒数。
如某一脑电活动的时限为100ms即1/10秒，其频率为10Hz；亦即一个5Hz的波，其时限为200ms。
在脑电图的描述中常用频率而少用时限。
在Hans Berger首次描述脑电活动时使用频率的概念延续至今。
用频率的不同划分脑电活动为若干段，仅在形容非常慢的脑电活动时才使用时限。
脑电活动的测量应从一个波的起点量到终点即“从谷到谷”。
可以用公尺测量，测出波的宽度的毫米数，然后可用下列公式换算为频率：频率=30/波宽（mm）或用时限（ms）数除1000ms即为频率。
但用公尺测量常不够精确，如不易区分8Hz及7Hz 的波，因8Hz相当于3.75mm,7Hz相当于4.26mm。
但区分这两者是有实际意义的。
最好用专用尺测量。
这种尺的刻试以纸速30mm为1秒作标准。
按频率数每一长方格分为3等份，4等份以至于30等份，代表每秒3次，4次以至30次的频率。
测量时将尺在脑电图纸上移动，直到某一波的起止点正好在某一频率刻度之间。
此频率就是个波的频率数。
人类脑电活动的频率在0.5-30Hz间。
分为若干频率组叫频带（Frequency band）。
EEG基本知识培训医学课件
Theta波 4－7
100－150 顶叶和颞叶 睡眠
Delta 波 0.5－3 20－200 额和颞叶 深睡
人在入睡过程中脑电图变化
兴奋 放松 昏昏欲睡 睡着
深睡
脑电波形成的机制
• 大量皮层N元(特别是锥体C)同步发生的突触后电 位总合引起皮层表面的电位变化；
• 同步化(α波节律): 因丘脑非特异投射活动； • 去同步化(α波 快波): 皮层兴奋加强。
感觉系统的某一部位，在给予刺激或撤消 刺激时，在脑区引起的电位变化。因此 ERP又称事件相关脑电压。
EEG与听觉ERP关系示意图
脑功能监护的优势
• 最早期的脑功能监护仪（CFM）特点 • 常见脑功能评价方法对比 • 通过监测脑皮层电活动来监护脑功能变化的优势 • 既往制约临床开展脑功能监测的因素 • 趋势图特点
• 当大脑皮层神经元的活动步调不一致时，出现高 频低幅快波，称为去同步化。如: α波阻断后出 现的β波，就是一种去同步化波。
事件相关电压（ERP）
• ERP定义:
• • 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 统任何部位引起的电位变化 。
• • 狭义: 凡是外加一种特定的刺激，作用于
最早期的脑功能监护仪（CFM）特点
• 早期的只有aEEG（幅度整合趋势图）一种趋势图 监护，且无原始的脑电图。无法鉴别脑功能变化 是疾病导致还是干扰所为。
• 早期的脑功能监护通道数少，不能满足全脑的监 护。现有监护高达16或32通道同时可记录或显示 其它生理参数，如: 心电、呼吸、血氧饱和度等 等。
• 皮层诱发电位(evoked cortical potential): 感 觉传入系统受刺激时,在皮层上某局限区域引出的 电位变化，与特异感觉投射系统活动有关。
EEG信号处理基础和特征讲解
❖ 随机过程或随机信号统计量
自相关函数与功率谱 双谱等高阶谱
EEG信号常用统计特征
❖ 设m个电极通道采集的脑电信号表示为
x ( n ) x 1 ( n )x 2 ( n ) x m ( n ) T
❖ 其N点的采样数据为
x1(0) X x2(0)
xm(0)
x1(1) x2(1)
xm(1)
x1(N1) x2(N1)
i E [ x i( n ) ] N 1 N k 0 1 x i( k ) N N 1 ( N 1 1 N k 0 2 x i( k ) ) N 1 x i( N 1 )
i(n)nn 1i(n1)1 nxi(n)
平稳EEG信号时序特征
❖ 自相关函数 i(k ) E [x i(n )x i(n k ) ]N 1N n k 0 1 x i(n )x i(n k )
❖ 多维AR模型：对应多通道
p
mp
yi(n) aikyi(nk) ajkyj(nk)xi(n)
k 1
j 1k 1
ji
由模型化神经元活动产生EEG信号
❖ AR模型 ❖ ARMA模型
由模型化神经元活动产生EEG信号
❖ AR模型
EEG信号常用统计特征
❖ 随机变量或向量统计量
均值、方差、协方差与相关系数矩阵 偏度(skewness)： 峭度或峰度(kurtosis)：
EEG信号处理基础和特征讲解
❖ EEG信号模型 ❖ EEG信号特征
EEG信号的特点
❖ 随机信号 ❖ 非平稳 ❖ 非线性 ❖ 非高斯过程
EEG信号模型
❖ 基于神经元的生化物理模型
Hodgkin and Huxley 模型 Morris–Lecar 模型
自相关函数与功率谱 双谱等高阶谱
EEG信号常用统计特征
❖ 设m个电极通道采集的脑电信号表示为
x ( n ) x 1 ( n )x 2 ( n ) x m ( n ) T
❖ 其N点的采样数据为
x1(0) X x2(0)
xm(0)
x1(1) x2(1)
xm(1)
x1(N1) x2(N1)
i E [ x i( n ) ] N 1 N k 0 1 x i( k ) N N 1 ( N 1 1 N k 0 2 x i( k ) ) N 1 x i( N 1 )
i(n)nn 1i(n1)1 nxi(n)
平稳EEG信号时序特征
❖ 自相关函数 i(k ) E [x i(n )x i(n k ) ]N 1N n k 0 1 x i(n )x i(n k )
❖ 多维AR模型：对应多通道
p
mp
yi(n) aikyi(nk) ajkyj(nk)xi(n)
k 1
j 1k 1
ji
由模型化神经元活动产生EEG信号
❖ AR模型 ❖ ARMA模型
由模型化神经元活动产生EEG信号
❖ AR模型
EEG信号常用统计特征
❖ 随机变量或向量统计量
均值、方差、协方差与相关系数矩阵 偏度(skewness)： 峭度或峰度(kurtosis)：
EEG信号处理基础和特征讲解
❖ EEG信号模型 ❖ EEG信号特征
EEG信号的特点
❖ 随机信号 ❖ 非平稳 ❖ 非线性 ❖ 非高斯过程
EEG信号模型
❖ 基于神经元的生化物理模型
Hodgkin and Huxley 模型 Morris–Lecar 模型
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❖ 电气隔离：信号通路 隔离+电源供应隔离。
信号通路电气隔离的方式
❖ 变压器隔离 ❖ 电容隔离 ❖ 光电隔离
信号调制 （500kHz）
隔离器件
❖ 事件相关电位（ERP）的定义：当外加一种特定的 刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在给予刺 激或撤消刺激时，或/和当某种心理因素出现时在脑 区所产生的电位变化。
❖ 特性：
被自发脑电淹没，约2微伏 ~ 10微伏。 两个恒定：潜伏期、波形。
EEG对ERP的淹没与叠 加基本原理
事件相关电位（ERP）的研究应用
电极引线中也会感应工频干扰
假定： 引线1中的电流是id1， 引线2中的电流是id2，
接地回路的电流=id1+ id2
因Z1和Z2的不一致而转 变为差模电位： V+ –V- = id2 Z2 – id1 Z1 = id (Z2 –Z1)
❖ 降低电极阻抗Z2 和Z1 ❖ 降低id，将各引线屏蔽接地。
屏蔽线驱动
髓脑
延髓
基本生命中枢，感觉核，网
myelencephalo medulla oblongata
状激活系统
n
原始神经管 神经管
脊髓 spinal cord
低位中枢，基本反射活动
神经嵴
外周神经节
神经通路或换元
1．脑的表面结构
2．大脑皮层功能分区
脑电的产生与测量
❖ 在大脑活动时，大脑外层皮质细胞所产生 的生物电将随时间和空间出现变化
Instrumentation Amplifier AD620
❖ EASY TO USE ❖ Gain Set with One
External Resistor (Gain Range 1 to 1000) ❖ Wide Power Supply Range (±2.3 V to ±18 V) ❖ Higher Performance than Three Op Amp IA Designs ❖ Low Power, 1.3 mA max Supply Current
2．脑脊液 脑脊液是一种比重低而清晰的液体，含有较多的
电解质(氯化纳、氯化钾、氯化钙等)，及少量的蛋白 质和葡萄糖。
3．脑屏障 ❖ 血—脑屏障(blood brain barrier) ❖ 血—脑脊液屏障(blood cerebrospinal fluid barrier) ❖ 脑脊液—脑屏障 (brain cerebrospinal fluid barrier)
strobe light flashes, elicits evoked potential +EEG:
vo:
=
“single trial”
+
_
+
vo
_
EP
+ EEG
诱发电位记录原理
皮层诱发电位的反应
❖ 特异性反应：
① 原发性特异反应：指刺激特定感受器后，从皮层一级感 觉接受区记录到的诱发电位。潜伏期和波幅除受刺激的 物理参数的影响外，很少受意识影响。波形多保持一致， 没有习惯化(多次重复刺激后反应强度减弱) 。
❖ 诱发电位幅值较小，完全淹没在自发脑电信号中，一般要采 用叠加平均处理提高信噪比。
❖ 用途：特异性反应可在功能上判断病变部位、病变程度。非 特异性反应可显示心理活动过程的部分阶段，了解心理疾患 动因。
上肢体感诱发电位示意
N9：臂丛电位 N13：颈髓后 角 P15:内侧丘系 /背侧丘脑 N20:体感皮层 I区原发反应 N9-N13:脊神 经后根传导 N13-N20:中枢 传导时间 P15-N20:丘脑 顶叶束传导时 间 P25-P45：继 发反应
常用的诱发电位
❖ 视觉诱发电位(pattern reversal visual evoked potential，
PR-VEP),
❖ 脑干听觉诱发电位(brain stem auditory evoked potential，
BAEP)
❖ 体感诱发电位(somatosensory evoked potential，SEP)。
基线漂移与高通滤波 -波形
[B,A]=ellip(4,0.5,20,0.5*2/200,'high') y=filter(B,A,x)
基线漂移与高通滤波 -频谱
电气隔离
目的：保证病人安全
❖ 当人体因漏电等原因 与市电（如220V）接 触，由于仪器与病人 相连的应用部分是与 仪器使用市电的电路 部分电气隔离的，电 流i不能构成回路，因 此病人是安全的。
心理生理
注意、记忆、语言加 工、知觉、意识等
临床应用
神经精神科、昏迷愈 后、辅助诊断等
特因条件
航空、航天、航海、 恶劣环境条件等
功能评估
智能评估、音乐认知 能力、健康评估等
脑电信号的特点
❖ 幅度：0.1 ~ 100 V ❖ 频带: 0.5 ~ 3000 Hz • 干扰信号：眼电干扰、肌电干扰、
工频干扰、环境电磁噪声干扰、基 线漂移等 • 信号源的内阻大，且具有时变性
❖ 生物电放大器的形式（差分放大器） ❖ 生物电放大器的增益设置（多级放大） ❖ 电极电位的考虑：采用卤化银电极，其次采
用金或铜电极 ❖ 干扰的抑制
屏蔽线驱动：抑制共模干扰 右腿驱动：抑制共模干扰 滤波
❖ 电气隔离
前置放大器
❖ 差分放大器增益： ❖ 差模增益：
Gd1=1+2R2/R1， ❖ 共模增益：Gc1=1， ❖ 总增益：
Vc
idb R o
2R f Ra
Vc
右腿驱动电路
Vc
idb R o 1 2R f R a
❖ 直接接地Vc=idbRG
❖ 使用右腿驱动可使共模 干扰减少（1+2Rf /Ra） 倍。
Ro是一个比较大的值，它的作用是在D5饱和时流过
人体的电流仍是安全的，如10A以下，因此Ro的存 在也会抵消右腿驱动电路的作用。
大脑的结构
❖ 人的大脑(Brain)包括左、右两个半球及连接两个半 球的部分。
❖ 大脑半球被覆灰质，称大脑皮质，其深部为白质， 或称为髓质。大脑两半球间由巨束纤维（胼胝体， corpus callosum）相连。
❖ 脑主要包括大脑、间脑、小脑、中脑、脑桥及延髓 等六个部分。
原始分区 再分区
主要部位
工频共模干扰
❖ 在进行生物电测量时，被测体（通常是人体）受到 电网形成的交流电场的作用，会在人体上产生交流 电位，这个电位在体表各部分是相同的，是一个共 模干扰
脑电信号放大器的性能要求
❖ 高放大倍数 ❖ 高输入阻抗 ❖ 低噪声 ❖ 适当的通频带 ❖ 高共模抑制比 ❖ 低漂移
脑电信号放大器的设计考虑
功能
前脑
端脑
嗅脑 rhinencephalon
嗅觉中枢
forebrain （大脑）
基底神经节 basal ganglia 运动控制
cerebrum
大脑皮层 cerebrum cortex 高级功能
间脑
丘脑
感觉传入冲动传向大脑皮质
diencephalon thalamus
的中继站，粗浅感觉分析
下丘脑 hypothalamus
第一讲 EEG信号基础
主讲人：谢宏 信息工程学院
大脑的外部环境
❖ 人的大脑位于颅腔内，大脑分为左右两 半球
❖ 脑组织外的颅骨、脑膜、血管、脑脊液 和血-脑屏障等构成了脑的物理、化学 环境
❖ 正是这些理化环境的相对稳定才保证了 脑的正常生理功能
1．脑膜(meninges)：硬膜(或称韧膜)、蛛网膜和软膜 3层组成。
脑电波的分类
❖ 自发脑电：人的大脑皮层有自发的电活动， 其电位随时间发生变化，用电极将这种电位 波形提取出来并加以记录就可以得到脑电图。
❖ 诱发脑电：如果给机体以某种刺激后经过一 定的潜伏期，在脑的特定区域出现的电位反 应，其特点是诱发电位与刺激信号之间有严 格的时间关系。
自发脑电波形
❖ δ波：频率为1-3.5Hz，振幅为20-200μV，在睡眠、 深度麻醉、缺氧或大脑有器质性病变时出现。
ECG
VEP ERG EOG
EEG
AEP SEP PCG
ENG EMG
高频治疗/电刀/电疗 医用遥测 宇宙射线 无线电 灯管放电
电刷火花 雷电
0.1
1
10 50 100
1k
10k
100k
1M
10M 100M
1G /Hz
信号及干扰源的频率分布
SEP somatosensory evoked potential身体感觉激发电位
② 继发性特异性反应：指从一级感觉区附近的皮层区记录 到的诱发电位，出现于原发性特异性反应之后的继发波 形。这些反应经多次反复刺激后，很快产生习惯化。
❖ 非特异性反应
为广泛的皮层区对刺激的反应，不论其感觉刺激的形式 如何，都可获得同样的反应，它们广泛分布于额及颞区， 受意识影响。临床上用于神经心理学检测。
❖ 用置于头皮表面的电极探测各点的电势差 随时间的变化（EEG）。
❖ 头皮电极测量的电势差变化是大量脑细胞 叠加的结果。
极脑电记录
活动位置
+ _
+
vo
_
参考位置
双极脑电记录
记录两个活动位置电位的差
+
_
+
vo
_
电极的安放：10-20导联系统
更多的导联系统
如何放置电极
❖ 皮下针电极：医院用于诱发电位等的检测 ❖ 表面湿电极：带电极帽，电极灌注导电膏 ❖ 表面干电极：带电极帽
Gd=Gd1Gd2，
❖ 总益的，共 共模 模增 抑益 制比GcC为MDR3R组=成Gd的/G差c。模放大器的共模增 ❖ 电路中的R1常被用来调节增益
信号通路电气隔离的方式
❖ 变压器隔离 ❖ 电容隔离 ❖ 光电隔离
信号调制 （500kHz）
隔离器件
❖ 事件相关电位（ERP）的定义：当外加一种特定的 刺激，作用于感觉系统或脑的某一部位，在给予刺 激或撤消刺激时，或/和当某种心理因素出现时在脑 区所产生的电位变化。
❖ 特性：
被自发脑电淹没，约2微伏 ~ 10微伏。 两个恒定：潜伏期、波形。
EEG对ERP的淹没与叠 加基本原理
事件相关电位（ERP）的研究应用
电极引线中也会感应工频干扰
假定： 引线1中的电流是id1， 引线2中的电流是id2，
接地回路的电流=id1+ id2
因Z1和Z2的不一致而转 变为差模电位： V+ –V- = id2 Z2 – id1 Z1 = id (Z2 –Z1)
❖ 降低电极阻抗Z2 和Z1 ❖ 降低id，将各引线屏蔽接地。
屏蔽线驱动
髓脑
延髓
基本生命中枢，感觉核，网
myelencephalo medulla oblongata
状激活系统
n
原始神经管 神经管
脊髓 spinal cord
低位中枢，基本反射活动
神经嵴
外周神经节
神经通路或换元
1．脑的表面结构
2．大脑皮层功能分区
脑电的产生与测量
❖ 在大脑活动时，大脑外层皮质细胞所产生 的生物电将随时间和空间出现变化
Instrumentation Amplifier AD620
❖ EASY TO USE ❖ Gain Set with One
External Resistor (Gain Range 1 to 1000) ❖ Wide Power Supply Range (±2.3 V to ±18 V) ❖ Higher Performance than Three Op Amp IA Designs ❖ Low Power, 1.3 mA max Supply Current
2．脑脊液 脑脊液是一种比重低而清晰的液体，含有较多的
电解质(氯化纳、氯化钾、氯化钙等)，及少量的蛋白 质和葡萄糖。
3．脑屏障 ❖ 血—脑屏障(blood brain barrier) ❖ 血—脑脊液屏障(blood cerebrospinal fluid barrier) ❖ 脑脊液—脑屏障 (brain cerebrospinal fluid barrier)
strobe light flashes, elicits evoked potential +EEG:
vo:
=
“single trial”
+
_
+
vo
_
EP
+ EEG
诱发电位记录原理
皮层诱发电位的反应
❖ 特异性反应：
① 原发性特异反应：指刺激特定感受器后，从皮层一级感 觉接受区记录到的诱发电位。潜伏期和波幅除受刺激的 物理参数的影响外，很少受意识影响。波形多保持一致， 没有习惯化(多次重复刺激后反应强度减弱) 。
❖ 诱发电位幅值较小，完全淹没在自发脑电信号中，一般要采 用叠加平均处理提高信噪比。
❖ 用途：特异性反应可在功能上判断病变部位、病变程度。非 特异性反应可显示心理活动过程的部分阶段，了解心理疾患 动因。
上肢体感诱发电位示意
N9：臂丛电位 N13：颈髓后 角 P15:内侧丘系 /背侧丘脑 N20:体感皮层 I区原发反应 N9-N13:脊神 经后根传导 N13-N20:中枢 传导时间 P15-N20:丘脑 顶叶束传导时 间 P25-P45：继 发反应
常用的诱发电位
❖ 视觉诱发电位(pattern reversal visual evoked potential，
PR-VEP),
❖ 脑干听觉诱发电位(brain stem auditory evoked potential，
BAEP)
❖ 体感诱发电位(somatosensory evoked potential，SEP)。
基线漂移与高通滤波 -波形
[B,A]=ellip(4,0.5,20,0.5*2/200,'high') y=filter(B,A,x)
基线漂移与高通滤波 -频谱
电气隔离
目的：保证病人安全
❖ 当人体因漏电等原因 与市电（如220V）接 触，由于仪器与病人 相连的应用部分是与 仪器使用市电的电路 部分电气隔离的，电 流i不能构成回路，因 此病人是安全的。
心理生理
注意、记忆、语言加 工、知觉、意识等
临床应用
神经精神科、昏迷愈 后、辅助诊断等
特因条件
航空、航天、航海、 恶劣环境条件等
功能评估
智能评估、音乐认知 能力、健康评估等
脑电信号的特点
❖ 幅度：0.1 ~ 100 V ❖ 频带: 0.5 ~ 3000 Hz • 干扰信号：眼电干扰、肌电干扰、
工频干扰、环境电磁噪声干扰、基 线漂移等 • 信号源的内阻大，且具有时变性
❖ 生物电放大器的形式（差分放大器） ❖ 生物电放大器的增益设置（多级放大） ❖ 电极电位的考虑：采用卤化银电极，其次采
用金或铜电极 ❖ 干扰的抑制
屏蔽线驱动：抑制共模干扰 右腿驱动：抑制共模干扰 滤波
❖ 电气隔离
前置放大器
❖ 差分放大器增益： ❖ 差模增益：
Gd1=1+2R2/R1， ❖ 共模增益：Gc1=1， ❖ 总增益：
Vc
idb R o
2R f Ra
Vc
右腿驱动电路
Vc
idb R o 1 2R f R a
❖ 直接接地Vc=idbRG
❖ 使用右腿驱动可使共模 干扰减少（1+2Rf /Ra） 倍。
Ro是一个比较大的值，它的作用是在D5饱和时流过
人体的电流仍是安全的，如10A以下，因此Ro的存 在也会抵消右腿驱动电路的作用。
大脑的结构
❖ 人的大脑(Brain)包括左、右两个半球及连接两个半 球的部分。
❖ 大脑半球被覆灰质，称大脑皮质，其深部为白质， 或称为髓质。大脑两半球间由巨束纤维（胼胝体， corpus callosum）相连。
❖ 脑主要包括大脑、间脑、小脑、中脑、脑桥及延髓 等六个部分。
原始分区 再分区
主要部位
工频共模干扰
❖ 在进行生物电测量时，被测体（通常是人体）受到 电网形成的交流电场的作用，会在人体上产生交流 电位，这个电位在体表各部分是相同的，是一个共 模干扰
脑电信号放大器的性能要求
❖ 高放大倍数 ❖ 高输入阻抗 ❖ 低噪声 ❖ 适当的通频带 ❖ 高共模抑制比 ❖ 低漂移
脑电信号放大器的设计考虑
功能
前脑
端脑
嗅脑 rhinencephalon
嗅觉中枢
forebrain （大脑）
基底神经节 basal ganglia 运动控制
cerebrum
大脑皮层 cerebrum cortex 高级功能
间脑
丘脑
感觉传入冲动传向大脑皮质
diencephalon thalamus
的中继站，粗浅感觉分析
下丘脑 hypothalamus
第一讲 EEG信号基础
主讲人：谢宏 信息工程学院
大脑的外部环境
❖ 人的大脑位于颅腔内，大脑分为左右两 半球
❖ 脑组织外的颅骨、脑膜、血管、脑脊液 和血-脑屏障等构成了脑的物理、化学 环境
❖ 正是这些理化环境的相对稳定才保证了 脑的正常生理功能
1．脑膜(meninges)：硬膜(或称韧膜)、蛛网膜和软膜 3层组成。
脑电波的分类
❖ 自发脑电：人的大脑皮层有自发的电活动， 其电位随时间发生变化，用电极将这种电位 波形提取出来并加以记录就可以得到脑电图。
❖ 诱发脑电：如果给机体以某种刺激后经过一 定的潜伏期，在脑的特定区域出现的电位反 应，其特点是诱发电位与刺激信号之间有严 格的时间关系。
自发脑电波形
❖ δ波：频率为1-3.5Hz，振幅为20-200μV，在睡眠、 深度麻醉、缺氧或大脑有器质性病变时出现。
ECG
VEP ERG EOG
EEG
AEP SEP PCG
ENG EMG
高频治疗/电刀/电疗 医用遥测 宇宙射线 无线电 灯管放电
电刷火花 雷电
0.1
1
10 50 100
1k
10k
100k
1M
10M 100M
1G /Hz
信号及干扰源的频率分布
SEP somatosensory evoked potential身体感觉激发电位
② 继发性特异性反应：指从一级感觉区附近的皮层区记录 到的诱发电位，出现于原发性特异性反应之后的继发波 形。这些反应经多次反复刺激后，很快产生习惯化。
❖ 非特异性反应
为广泛的皮层区对刺激的反应，不论其感觉刺激的形式 如何，都可获得同样的反应，它们广泛分布于额及颞区， 受意识影响。临床上用于神经心理学检测。
❖ 用置于头皮表面的电极探测各点的电势差 随时间的变化（EEG）。
❖ 头皮电极测量的电势差变化是大量脑细胞 叠加的结果。
极脑电记录
活动位置
+ _
+
vo
_
参考位置
双极脑电记录
记录两个活动位置电位的差
+
_
+
vo
_
电极的安放：10-20导联系统
更多的导联系统
如何放置电极
❖ 皮下针电极：医院用于诱发电位等的检测 ❖ 表面湿电极：带电极帽，电极灌注导电膏 ❖ 表面干电极：带电极帽
Gd=Gd1Gd2，
❖ 总益的，共 共模 模增 抑益 制比GcC为MDR3R组=成Gd的/G差c。模放大器的共模增 ❖ 电路中的R1常被用来调节增益