神经和肌电信号的测量与处理Measurementa

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1、第十六章神经和肌电信号的测量与处理(MeasurementandProcessingofSignalsfromNeuralandMuscularSystem)第一节脑电信号的采集与处理(MeasurementandProcessingforEelectroencephalo-Signal)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

2、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：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。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（μV）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

3、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25μV以下为低幅，25～75μV为中幅，75～150μV为高幅，150μV以上为极高幅。脑波振幅的变化方式可大致分为三种：①非常快的突然性变化如癫痫波；②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；③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。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

4、，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。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α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。人类的脑电图中脑波频率一般在0.5～30Hz，通常按照频率进行分

5、类以表示各种成分。下面是国际上的分类标准。一般将比α波慢的δ波与θ波统称为慢波；而将比α波快的β波和γ波统称为快波。此外，对在特定条件下，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δ(Hz)θ(Hz)α(Hz)β(Hz)γ(Hz)δ(Hz)θ(Hz)α(Hz)β(Hz)γ(Hz)0.5~34~78~1318~30>310.5~34~78~1314~25>261．α波健康成人α波的平均振幅在30～50μV，主要分布于顶枕区，

6、一般呈正弦波样。大多数健康成人的脑电以α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，α波完全消失。清醒时睁开眼睛或注意力集中时其幅值降低，并由较高频率的β波代替。α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α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α波则逐渐变慢。可见α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。2．β波β波的频率范围为14～30Hz，振幅一般5～30μV，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β波活动为主。β波可能与性别、心理、个性及

7、年龄有关。一般女性较男性β波多见，老年人β波较成人为多。情绪不稳、应用镇静催眠剂等药物时β波常会增多，振幅增高。β波可进一步分为β1和β2，β1波的频率约为13～20Hz,它与α波一样受心理活动的影响，β2波的频率约为20～30Hz,它在中枢神经系统强烈活动或紧张时出现。3．θ波θ波的频率为4～7Hz，振幅10～40μV。从小儿到成人，θ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θ波。θ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θ波。疲劳状态或入睡后θ波将增多。在老年期和病理状态

8、下θ波是很常见的波形。4．δ波δ波出现在熟睡、婴儿及