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脑电图的测量

脑电图的测量
脑电图记录的是各个电极点间的电势差。

脑电图测量仪怎么能不受外在环境电势的干扰,记录到各个神经元产生的微弱电信号呢?首先,让我们了解一下电势差,电流和电阻的定义。

高中物理讲到的电压等于电流乘于电阻,适用于用电池的直流电手电筒。

另一个相似的来自墙壁插座的交流电公式是电压等于电流乘于阻抗。

阻抗要比电阻复杂得多,阻抗与导体的电阻,电感,电容和交流电的频率有关。

在上面的公式里,电流即每秒通过垂直面的电荷数,电压是推动电子的力量,电阻和阻抗是物质所特有的阻碍电子流动的力量。

橡胶原子的最外层轨道电子饱和,原子释放电子需要对抗很大的阻力,因此橡胶是很好的绝缘体。

大脑产生类似于正玄波的交流电。

脑电的振幅从正向的顶点到负向的顶点。

A脑电图仪器:怎样采集脑电信号,去除掉不想要的电活动。

头皮任两点间的电势差很小,摩擦你的鞋底,同时把手伸向你的受试,电线中产生的电流就比脑电大几千倍。

所以,第一步:脑电仪包含前放大器,只放大脑电信号。

第二步:把连续的模拟信号转化成间断的数字信号。

第三步:按一定的方式把数字信号呈现,更容易滤波,来选取我们感兴趣的脑电。

1:放大器
放大器只放大脑电信号。

连接电极点到放大器的电线越短,比如放到受试肩膀或是头部绷带上的前置放大器,这样充当天线的电线很短,接受到更少的环境电信号。

另外,一条好的屏蔽线可以把环境电信号直接接地,而不影响脑电的电流。

所有电极点电流的采集都应用同一的电压,以保证电极点被同样的放大和过滤,我们推荐有两台脑电仪,这样当问题被发现,可以把受试的电极帽插到另一台脑电仪上。

放大器是怎样工作的?
放大器检测并同等放大两个输入电流,并翻转一个电极点的极性,并相减,把相同的干扰信号去除,叫做差比放大器,即共模抑制。

共模抑制比即输入的电压除去输出的电压,高达100 000倍。

共模抑制效应会在以下两种情况下失效。

第一:电极点的电阻值不同。

第二:接地电线导电不好。

后置放大器安放在信号过滤完成。

它只和接地电极相减,并放大脑电信号。

2:滤波
电脑的滤波器包括低通,高通和带阻。

滤波不只是删除频率过高或过低的波形。

它是减弱不想要的频率的波形的振幅。

比如我们不想要的,又不可避免的肌电伪差,可以通过缩小振幅和减慢频率而去除。

高通
脑电反馈里的高通滤波常逐渐从1或2赫兹开始过滤,频率设置在0.5赫兹,德尔塔波可以清楚的看到,但要与眼电伪差相区分,但外界的电信号干扰可覆盖这种低频的信号。

在其他的脑电仪里,高通可关闭或开着,适应于不同频率的波的分析。

低通
脑电反馈里的低通滤波常设置在32赫兹,当我们区分30赫兹的沉思脑电,40赫兹的认知脑电,相似频率的肌电,和60或50赫兹的灯光,电脑,延伸线干扰都需要用到低通滤波。

带通
带通用于数据比较或生物反馈治疗。

操作者可以抑制或增强某一频段的脑电信号,某些电脑软件可以通过选择模拟或数字转换的方法或频率的宽度来实现生物反馈治疗。

3:采样频率
原始的脑电信号是模拟的连续信号,波形必须经过断裂或采样才能被计算机分析。

采样的过程即A/D转换。

采样频率理论应该是分析波形频率的两倍,实际应用应该达到四倍,波形才不会失真。

采样频率和采样频率宽度是不能兼顾的,由于旧式电脑的运算速度很低。

4:滤波的方法
外界电信号频率不能完全消除,只能尽可能的减弱。

有FIR,IIR,FFT三种数字滤波方法。

谨记,无论选择哪种方法,所有的数据分析只能选择同一种方法,不同的分析方法代表不同的频段的数字意义。

快速傅里叶转换
傅里叶转换的程序发生在电脑里,可以把时间特征的波转化成x轴代表频率,y轴代表瓦特或者伏的波幅,可以直观的看到以频率为特征的脑电活动。

5:蒙太极分析
蒙太极分析有两种方法,适应于不同的研究目的和不同频率特征的波形分析。

6:电学术语
电流输出
电工用于识别电线性质的颜色不适用于电极帽。

电容
电容器由两个导体和中间的绝缘体构成,电容器的概念有助理解为什么不能用延长线,电流可以通过延长线构成的电容器,电流接地。

光隔离
光隔离可以保护病人避免与用墙壁插座供电的电脑直接相连。

B减少脑电伪差
首先:所有的电极点要有统一的材料构成。

每次使用过后,要把电极点清理干净,保证每个电极点的电阻值相同。

第二:实验时保证电极线紧密成束,电极点不要移动,有屏蔽线F1000,电极点到放大器的电线越短越好。

类似实验环境中的导电钢笔或延长线都可以使脑电信号失真。

脑电治疗时可以使用用电池供电的计算机。

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