医学仪器与测量教学 11.03 脑电测量及仪器.pdfVIP

生物电测量与仪器 ——脑电测量及仪器 华中科技大学 ·生命科学与技术学院 BIoMedical Measurements and Instrumentation（BMI） 3-2 内容 ? 脑电的产生和脑电图（EEG） ? 脑电图机 ? 脑电信号分析 ? 诱发脑电（EP） 脑 Brain 3-3 器官 10cm 脑区 1cm 回路 1mm 细胞 10μm 分子 10nm Scientific American, June 2012 3-4 脑电的起源 ? 静息状态下，神经细胞的 跨膜静息电位为-70mV ? 受刺激后，膜内电位上升 （除极化）形成动作电位 动作电位的形成条件 ? 细胞膜两侧存在离子浓度差 ? 膜内K+浓度高于膜外，而膜外Na+、Ca2+、Cl-高于膜内 ? 依靠离子泵的主动转运，主要是Na-K泵 ? 细胞膜在不同状态下对不同离子的通透性不同 ? 去极化由大量Na通道开放引起Na+大量、快速内流所致 ? 复极化由大量K通道开放引起K+快速外流所致 ? 可兴奋组织或细胞受 阈刺激或阈上刺激 ? 电、热、机械、化学 3-5 动作电位的特点 ? 全或无 ? 只有阈刺激或阈上刺激才能引起动作电位，阈刺激与任 何强度的阈上刺激引起的动作电位水平是相同的 ? 不能叠加 ? 不可能产生任何意义上的叠加或总和 ? 不衰减性传导 ? 细胞膜上任一点产生动作电位，那整个细胞膜都会经历 一次完全相同的动作电位，形状与幅度均不发生改变 3-6 神经电活动与脑电的关系 ? 单个神经元电活动非常微小，不能在头皮记录到 ? 头皮上测量的是由大量神经同步化电活动的叠加 ? 脑电波是由大脑皮层中无数个神经元同步化的电活 动形成的，同步化作用通常认为受脑干的控制 3-7 3-8Markram et al., 2015, Cell 163, 456–492. /10.1016/j.cell.2015.09.029 3-9 脑电的测量 ? 自发脑活动：在无明显感觉刺激情况下，大脑皮层 经常自发产生的节律性电位变化 ? 10~100uV, 1~50Hz ? 诱发脑电位：由于外界诱发引起的脑电位变化 ? 0~10uV ? 脑电图 EEG：应用记录电极在头皮表面所记录的自 发脑电活动 ? 脑皮层电图 ECoG：在开颅情况下，应用记录电极 在皮层表面所记录的自发脑电活动 ? 可达到 1mV 3-10 脑电图EEG ? 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 ? 临床上将用双极或单极记录方法，在头皮上观察大 脑皮层的电位变化而记录到的脑电波称为脑电图 3-11 脑电记录历史 ? 英国医生理查德·卡顿在1875年首先在动物身上观 察到了脑电波 ? 法国精神病学家伯格，受到威廉心电图获得成功 的影响，于1924年用头皮电极第一次记录脑电活 动，并发现了α波和β波 第一张人类脑电图（Hans Berger, 1924） 3-12 脑电图机 ? 脑电图机通常有8通道或16通道，同时测量和描记8 道或16道脑电波形 ? 现代脑电图机还有64道及128道，甚至更多 3-13 脑皮层的主要分区 脑电图的电极安放 3-14 国际标准10-20系统 ? 电极有各自的名称（位于左侧的是奇数，近中线的用较小的数字） ? 电极名称包括电极所在头部分区的第一个字母 ? 诸点电极的间隔均以10%和20％来测量 基于头皮4个标准点间的百分比距离而来，其特点是： 鼻根 枕外粗隆左耳前点 3-15 脑电图电极的安放位置 测量眉毛和耳上方头围的下10%圈定出最外侧电极的 位置： 左右前额点FP1、FP2 前颞点F7、F8 中颞点T3、T4 后颞点T5、T6 枕点O1、O2 3-16 脑电图电极的安放位置 前后方向的测量是以鼻根到枕骨粗隆连成的正中线为 准，在此线上有： 额中线点Fz 中央头顶点Cz 顶中线点Pz 3-17 脑电图电极的安放位置 根据耳屏前凹径中央头顶到对侧耳屏前凹的测量结果 ，可确定冠状线电极： 中央点C3、C4 此外还可确定： 额点F3、F4 顶点P3、P4 脑电图电极的安放位置 3-18 21-Channel 36-Channel 74-Channel 3-19 单极导联法 ? 单极导联法是将活动电极置于头皮上，并通过导联选 择开关接至前置放大器的一个输人端(G1) ? 无关电极置于耳垂，并通过导联选择开关至前置放大 器的另一个输入端(G2) ? 无关电极与活动电极有多种配对方式 ? 一侧耳垂无关电极对应同侧头皮活动电极 ? 一侧耳垂无关电极与另一侧头皮活动电极相对应 ? 左右两侧耳垂的电极连接在一起作为无关电极使用(也可接地)， 再与各活动电极依次配对 G1 G2 + - 3-20 单极导联法的优缺点 ? 优点 ? 能记录活动电极下