0450脑电图与肌电图仪器

脑电图与肌电图仪器设计原理脑电信号的产生机理脑电信号的一般性质及分类脑电图机脑的诱发电位测量临床脑电仪器的应用情况脑电图测量的最新技术概述肌电图概念肌电的引导与记录肌电图机诱发肌电图（神经电图）主要参考资料杨玉星，生物医学传感器与检测技术，北京：化学工业出版社，2005年9月。邓亲恺，现代医学仪器设计原理，北京：科学出版社，2005年5月。王保华，生物医学测量与仪器，上海：复旦大学出版社，2003年6月。脑电图机——数字脑电图仪脑电图机——脑电放大器脑电波形（electroencephalogram，EEG）在人脑的中枢神经系统中始终存在着的伴随脑神经活动所产生的电位活动——脑电图脑电信号的产生机理人的中枢神经系统主要由神经细胞和神经胶质细胞这两种细胞构成。脑电信号产生的物质基础神经细胞具有接收刺激和传导兴奋的作用，由细胞体和突起构成，突起分为树突和轴突。胶质细胞对神经细胞有支持、营养和保护作用，但不具有兴奋性，不能发放电冲动。脑电信号即神经细胞的电活动也属于生物电，生物电分为动作电位和静息电位两种。……知识回顾脑电图与肌电图仪器设计原理脑电图的产生机理脑电信号的一般性质及分类脑电图机脑的诱发电位测量临床脑电仪器的应用情况脑电图测量的最新技术概述肌电图概念肌电的引导与记录肌电图机诱发肌电图（神经电图）基本概念在人的大脑皮层中存在着频繁的电活动，而人正是通过这些电活动来完成各种生理机能的。大脑皮层的神经元具有自发生物电活动，因此大脑皮层经常具有持续的节律性电位改变，称为自发脑电活动。临床上用双极或单极记录方法在头皮上观察皮层的电位变化，记录到的脑电波称为脑电图。记录到的直接在皮层表面引起的电位变化（例如，进行脑外科手术将颅骨打开时）称为皮层电图（electrocorticogram，ECOG）。无论由头皮或皮层所记录到的波动的电位，都代表由各种各样的活动神经元电流发生器产生的容积导体电场的叠加。基本概念——记录脑电及脑电图的用途通过检测并记录人的脑电就可以对人的大脑及神经系统疾病（如急性中枢神经系统感染、颅内肿瘤占位性病变、脑血管疾病、脑损伤及癫痛等）进行诊断和治疗。脑电信号的一般性质及分类脑电图的一般性质脑电波的分类脑电图的导联脑电图的一般性质脑电图虽然不是正弦波，但可以作为一种以正弦波为主波的波形来分析，因此脑电图波形也可以用周期、振幅和相位等参数来描述。周期、振幅、相位是脑电图的基本特征。具有正弦波节律的脑电图波形头皮上两点间电位差随时间变化的曲线ΔE为电位的变化量脑电图的一般性质——周期（频率）脑电图的周期指由一个波底到下一个波底的时间间距或由一个波顶到下一个波顶的时间间距在基线上的投影。通常把单位时间内出现的正弦波波数（频率）的倒数称为平均周期。正常人脑电频率主要在8~12Hz范围内。脑电图的一般性质——振幅在脑电图中通常从波顶划一直线使其垂直于基线，由这条直线与前后两个波底连线的交点到波顶的距离称为脑电图的平均振幅。脑电图的一般性质——相位脑电图的相位有正相与负相之分。以基线为准，波顶朝上者为负相波，波顶朝下者为正相波。在记录两个部位的脑电波时，应予以考虑其相位差。当两个波的相位相差180˚时称为相位倒转。如果其相位相差为零，则称为同相。相位差一般不用度数表示，而把其转换成时间轴距离，以ms为单位。脑电波的分类现代脑电图学中脑电波的获取方法根据频率与振幅的不同将脑电波分α波、β波、θ波和δ波知识回顾脑电波的分类α波可在头颅枕部检测到，频率为8~13Hz，振幅为20~100μV，它是节律性脑电波中最明显的波；整个皮层均可产生α波。α波在清醒、安静、闭眼时即可出现，波幅由小到大，再由大到小规律性变化，呈棱状图形。β波在额部和颞部最为明显，频率为14~30Hz，振幅为5~20μV，是一种快波。β波的出现一般意味着大脑比较兴奋。θ波频率为4~7Hz，振幅为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。δ波频率为0.5~3Hz，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。知识回顾脑电波的分类脑电图的波形随生理情况的变化而变化。一般来说，当脑电图由高振幅的慢波变为低振幅的快波时，兴奋过程加强。当脑电图由低振幅快波转化为高振幅的慢波一时，则意味着抑制过程进一步发展。知识回顾脑电图在临床诊断上有极为重要的价值正常的成年人、儿童、老年人的脑电图均有自己的特点——因人而异清醒和睡眠时的脑电图不同——因时而异不同疾病患者的脑电图也各不相同——因病而异现代脑电图学已经建立起了正常人的脑电图诊断标准和异常脑电图诊断标准。知识回顾脑电图的导联导联选择取决于所进行的研究目的，有各自的适用条件。例如，类似于心电图中的Wilson中心电端单极导联，头皮上各测量点通过高阻值的相等电阻，连到一个公共点而形成系统的参考点，此点仍称之为中心电端，构成脑电的单极导联方式。双极导联单极导联脑电图的导联——单极导联单极导联连接方法记录的波幅高，异常电活动表现较明显，但干扰较大。单极导联安放示意图脑电图的导联——单极导联单极导联将活动（探查）电极置于头皮上，并通过导联选择开关接至前置放大器的一个输入端。无关（参考）电极置于耳垂，并通过导联选择开关接至前置放大器的另一个输入端。这样产生于活动电极处的电位变化将作为波形被记录下来。单极导联大致可以记录到探查电极下脑电位变化的绝对值，即把耳垂的参考电极电位看做相对零电位。脑电图的导联——单极导联的特点优点单击导联能记录活动电极下脑电位变化的绝对值，其波幅较高且较稳定，异常波常较局限，这有利于病灶的定位。缺点头皮电极距离皮层表面还相当远，探查电极记录到的是电极下直径3~4cm范围内脑组织电活动的总和，此范围内某一小的局部所产生的电活动，就有可能被周围组织的电活动所掩盖。参考电极不能保持零电位，易混进其他生物电干扰。例如，当颞部出现振幅较大的异常波时，耳垂电极本身就可以记录到这个异常电位，这种现象称之为参考电极的活动化。脑电图的导联——双极导联双极导联的两个电极由于距离短，所以干扰小，定位精确，但波幅较低。双极导联安放示意图脑电图的导联——双极导联双极导联不使用无关电极，只使用头皮上的两个活动电极记录电极间的电位差。两个头皮电极通至一个导程。可将相邻的电极依纵向或横向连接。一般将前面（或左面）的电极通至放大器正端，将后面（或右面）的电极通到放大器负端，双极记录至少应有一种前后串联和一种横行串联。脑电图的导联——双极导联的特点优点（1）双极导联记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值，因此可以大大减小干扰，并可排除无关电极引起的误差。（2）双极导联对于某一电极下面有局部病灶产生局部电活动，则能够比单极导联方式更突出地显现出来。（3）双极导联适合记录局部性异常波，并能消除无关电极活动化所造成的误差。缺点双极导联不适合测量电极间距离很小（例如，在3cm以内）的情况。距离小使记录的波幅较低，将来自较大范围的脑电位视为共模信号，结果电位差值互相抵消。所以两电极的距离应在3-6cm。脑电图的导联——10~20系统电极法临床监测脑电图，放置电极最常用的方法是脑电图学会国际联合会的10~20系统。为了区分电极和两大脑半球的关系，通常右侧用偶数，左侧用奇数。脑电图的导联——10~20系统电极法前后方向的测量以鼻根到枕骨粗隆连成的正中线为准，将该距离十等分，按10，20，20，20，20，10（%）的顺序画好记号。在此线左右等距的相应部位定出左右前额点（FP1，FP2）、额点（F3，F4）、中央点（C3，C4）、顶点（P3，P4）和枕点（O1，O2）。前额点的位置在鼻根上相当于鼻根至枕骨粗隆的10%处，额点在前额点之后相当于鼻根至前额点距离的两倍即鼻根正中线距离20%处，向后中央、顶、枕诸点的间隔均为20%。脑电图的导联——10~20系统电极法侧面观头顶在面观基于头皮4个标准点（鼻根、枕外粗隆、左和右耳前点）间的百分比距离而来。脑电图的导联脑电图的导联——注意事项利用脑电图定位病灶和诊断病情，并非只由一对电极来实现，而是要用多对电极（多个导联），根据不同的情况和要求，连接成不同的方式，记录多个波形，分析这多个波形的基本特征和相互联系才能完成病灶定位和疾病诊断。因此，脑电图机有多个放大器和记录器，一般有8导联、16导联、32导联，甚至更多导联。脑电图与肌电图仪器设计原理脑电信号的产生机理脑电信号的一般性质及分类脑电图机脑的诱发电位测量临床脑电仪器的应用情况脑电图测量的最新技术概述肌电图概念肌电的引导与记录肌电图机诱发肌电图（神经电图）脑电图机的特点本质上，脑电图机是用来测量脑电信号的生物电放大器。脑电图机的主要单元——脑电放大器的工作原理与心电放大器基本相同。脑电图机的特点——与心电放大器比较（1）由于脑电信号的幅值范围为10~100μV，比标准心电信号小两个数量级，因此要求的放大增益要高得多。（2）由于信号太微弱，同样大小的共模电压对脑电检测将会造成更为严重的影响，因此要求脑电放大器有更高的共模抑制比，一般为100dB。（3）噪声电压应在1μV以下，供给前置放大级的电源纹波电压应小于0.5mV。（4）为了防止极可能出现的基线漂移，对电极也有更严格的要求，应采用Ag-AgCl非极化电极，以减少极化电压影响和提高稳定性。（5）由于脑电电极比心电电极要小得多，因此具有较高的信号源阻抗，这就要求脑电放大器有更高的输入阻抗（大于5MΩ）。脑电图机的特点——临床检查的特殊要求（1）由于脑电信号一般由若干个头部电极从统一的部位引出，引出的电极线有若干根，因此经常采用中间接线盒（又称输入盒），电极引出线直接与输入盒相连，通过输入盒引出线再将脑电信号送到脑电图机中去。（2）由于导联数较多，而且为了观察脑电场分布的对称情况和瞬时变化，一般要求进行同步记录。因此必须有多通道的放大器和记录器同时工作。常见的有8导联、16导联、32导联等。（3）为了便于分析各导联脑电信号波形之间的相互联系，机器内设置了时钟信号和定标信号。脑电图机的特点——临床检查的特殊要求（续）（4）脑电图机还应设有电极-皮肤接触电阻测量装置，以估测接触电阻，提示采取改进措施来保证良好的接触。一般接触电阻应小于20kΩ，如果超过此值，则必须清洁皮肤，处理电极和采用更好的电极膏。为保证人身安全和测量的准确，测量电源应采用交流恒流源和隔离电源。（5）由于脑电信号幅值变化比较大，故要求增益控制能有更多挡级，包括粗、细调节，定标电压也设置有多种幅值。（6）由于脑电信号的频率差别变化显著，为了适应各种不同频率波形记录的需要，脑电放大器应有各种不同频率的通频带滤波器，并随时都可以转换。（7）时间常数、走纸速度均应有多挡的选择。脑电图机——基本结构脑电图机包括输入盒、低噪声和高输入阻抗EEG前置放大器，实现EEG的导联选择、频段选择、灵敏度选择等。现代的脑电图机设计，通常由计算机实现控制。脑电图机——基本结构脑电图与肌电图仪器设计原理脑电信号的产生机理脑电信号的一般性质及分类脑电图机脑的诱发电位测量临床脑电仪器的应用情况脑电图测量的最新技术概述肌电图概念肌电的引导与记录肌电图机诱发肌电图（神经电图）脑的诱发电位测量脑组织的各向异性的电学特性，往往引起头皮描记的脑电图图形变弱，而且模糊不清。总之，相对来说脑电测量中对信号的各种干扰因素较多。在临床上除了检测自发脑电信号脑电图以外，还可用刺激的方法引起大脑皮层局部区域电活动，称为脑的诱发电位（evokedpotential，EP）。测量部位：脑的诱发电位通常是在与刺激感觉通道相对应的感知部位测量。脑的诱发电位测量的意义/用途脑的诱发电位是用于寻找感觉投射部位的重要方法，在研究皮层功能定位方面起着重要的作用。在临床上也逐渐应用于神经、中枢疾患的诊断。诱发电位的形成和出现与特定的刺激有严格的对应关系，故通过诱发电位可以反映出神经系统的功能与病