I 摘要 生物電信號的分析對于評估人體機(jī)能的狀態(tài)具有重要的意義。本文提出了兩種新的生物電信號的分析方法，期望能夠更有效的對生物電信號的不可逆性及耦合程度進(jìn)行分析，并應(yīng)用于實(shí)踐。本文的工作主要有以下三個方面： 一、青老年腦電信號時(shí)間不可逆的分析及對比 本文提出了一種新的使用過程的前向概率和后向概率的方法來計(jì)算符號相對熵，并利用符號相對熵來估計(jì)熵增的方法，該方法可以證明腦電信號具有時(shí)間不可逆特性。最后應(yīng)用該方法對青老年腦電信號進(jìn)行數(shù)值計(jì)算及對比，結(jié)果是老年人的平均能量損耗顯著高于年輕人，證明符號相對熵可以作為一個物理過程不可逆程度的度量參數(shù)，這對評估腦功能具有重要的指針作用。 二、癲癇異常腦電信號不可逆性分析 本文應(yīng)用基于符號化相對熵算法對癲癇異常腦電信號及正常腦電信號進(jìn)行數(shù)值計(jì)算及對比，結(jié)果是癲癇患者的平均能量損耗顯著高于正常人的，證明符號相對熵可以作為衡量腦電信號是否異常的參數(shù)。 三、多參量生物電信號的耦合分析 本文提出了一種新的時(shí)間序列耦合信息分析方法符號化部分互信息熵。應(yīng)用該算法對生物電信號計(jì)算并進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，結(jié)果表明多參量的生物電信號各參量間具有耦合關(guān)系，清醒期的生物電信號耦合程度顯著高于睡眠期的。證明符號化部分互信息熵可以用來分析時(shí)間序列間的耦合信息，而且生物電信號的耦合程度可以作為深入理解人體各器官相互作用的重要參考。 關(guān)鍵詞: 腦電信號，符號化相對熵，多參量生物電信號，符號化部分互信息 n to of to is on of s it in on of In we of of We a to we to EG of It be as a to on in of It EGs. be as a to if EG of in on be to We to it be of BS s. to be as a to 錄 第一章 緒論.文研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排.二章 生物電信號基礎(chǔ)理論.腦電活動的生物學(xué)基礎(chǔ)及信號采集.心電活動的生物學(xué)基礎(chǔ)及信號采集.肌電活動的生物學(xué)基礎(chǔ)及信號采集.生物電信號的采集.生物電采集中干擾信號.生物電信號降噪處理方法.符號動力學(xué)基本理論.符號化映射方法及符號信息熵.三章 基于符號化相對熵的腦電信號時(shí)間不可逆性分析.相對熵理論.基于符號序列的相對熵方法.實(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果分析.四章 基于符號化相對熵的癲癇異常腦電信號分析.癲癇異常腦類疾病病理機(jī)制及研究意義.癲癇異常腦電信號研究現(xiàn)狀.基于符號化相對熵的異常腦電信號不可逆性分析基本理論.算法流程.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).實(shí)驗(yàn)方法.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.五章 基于符號化部分互信息的多參量生物電信號分析.互信息基本原理.部分互信息基本原理.基于符號化部分互信息算法的時(shí)間序列耦合分析基本理論.算法流程.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).實(shí)驗(yàn)方法.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析.六章 總結(jié)與展望.考文獻(xiàn).錄1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文.錄2 攻讀碩士期間參加項(xiàng)目.謝.京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒論 生命活動過程中，生物的器官、組織和細(xì)胞等會發(fā)生電位和極性的變化，這是正常生理活動的表現(xiàn)。生物電信號1定義為在生命活動過程中，在生物體內(nèi)或體表產(chǎn)生的各種電位和電流。心電、腦電、肌電、動作電位、細(xì)胞膜電位、眼電信號、誘發(fā)電位信號等等都屬于生物電信號。 2000 多年前人類就發(fā)現(xiàn)存在生物電現(xiàn)象2，并加利用。18 世紀(jì)末，物電”的觀點(diǎn)。20世紀(jì)初，922年，創(chuàng)了現(xiàn)代電生理學(xué)的先河。1939 年，胥黎使用微電極測量出烏賊大神經(jīng)纖維膜內(nèi)外的電位差。從此電生理學(xué)理論進(jìn)入迅速發(fā)展階段。近年來，生物電信號的測量和采集技術(shù)已經(jīng)趨于成熟。 生物體內(nèi)的生物電現(xiàn)象是一種正常的生理活動，一定的生理活動對應(yīng)于一定的生物電反應(yīng)，即生物電在統(tǒng)計(jì)意義上存在一定的規(guī)律性。因此，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度來分析生物電，可以為我們提供一定的生理活動的信息，據(jù)此可以判斷一個生理機(jī)制是否處于健康有序的狀態(tài)。目前生物電的研究已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)，如腦電圖、心電圖、肌電圖等等，醫(yī)務(wù)工作人員可以根據(jù)這些信息來診斷病情。在可預(yù)見的未來，生物電在仿生學(xué)、信息控制、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域也會產(chǎn)生巨大的作用。 大腦3作為人體最重要的器官之一，其健康狀況對人類的影響巨大，生活中的大腦一詞指的是端腦。端腦是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的最高級部分，由 140 億個腦細(xì)胞構(gòu)成，據(jù)估計(jì)人體每天約有10萬個腦細(xì)胞死亡，而且越不用腦死亡越多。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的工作強(qiáng)度和生活壓力也在不斷增加，提高人類大腦的學(xué)習(xí)和休息效率意味著提高人們的工作效率，人類能夠在相同的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)造更多的社會價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。因此越來越多的人們開始關(guān)注大腦的健康以及如何提高大腦的工作效率。腦電信號的采集、特征提取和分析是近年來醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。腦電信號分析在信息技術(shù)及仿生學(xué)方面的重要意義也不可忽視，目前主要有三個研究方向：腦電波理療程序和配套儀器的開發(fā)；腦電波多媒體技術(shù)的開發(fā)；基于腦電波的傳感器和“天網(wǎng)”的構(gòu)造。天網(wǎng)是指以腦電波為基礎(chǔ)的超媒體通信網(wǎng)絡(luò)，它由腦電波網(wǎng)絡(luò)、有線電話網(wǎng)絡(luò)、無線通信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)組成的巨大通信網(wǎng)絡(luò)，使得人機(jī)器的直接交互成為可能。未來腦電波信息技術(shù)不僅可以為人類提供理療保健功能，還可以傳遞包括南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章 緒論 2 溫度、觸覺、嗅覺、痛覺等感覺信息，為人類提供更全面真實(shí)的效果。因此腦電信號分析和研究具有極其重要的科研價(jià)值、社會價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值，帶來新的技術(shù)革命，能夠極大的推動社會和人類文明的進(jìn)步。 近年來心血管疾病的發(fā)病率越來越高，這是因?yàn)殡S著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活質(zhì)量和飲食條件不斷提高，但是又不能合理科學(xué)安排膳食及運(yùn)動，現(xiàn)在人群普遍存在身體超重、蛋白質(zhì)缺乏、膳食纖維缺乏、鹽量過度的問題。合理膳食及適度運(yùn)動隊(duì)心血管疾病的防治是非常重要的。心臟對人體的重要性不言而喻，它的健康狀況將會直接影響到人的身體健康質(zhì)量。從以往的統(tǒng)計(jì)材料來看，心臟疾病一直是危害人類健康的主要疾病之一，并且導(dǎo)致死亡的幾率很高4,5。目前常見的心血管類病重包括冠心病、高血壓、運(yùn)動猝死、心絞痛及高血脂等?，F(xiàn)在常見的一個認(rèn)識誤區(qū)是心血管疾病的發(fā)病集中于老年人群體，但是調(diào)查表明，這些疾病已經(jīng)以越來越高的比例困擾著所有年齡群體。在這種情況下，對心臟的功能狀況進(jìn)行定期的檢測與評價(jià)以及對心臟疾病進(jìn)行及時(shí)的預(yù)報(bào)和有效的診斷對人類健康就顯得非常重要。及時(shí)有效的對心血管疾病進(jìn)行檢測和預(yù)防可以有效的降低發(fā)病率。心電信號6是一種典型的生物電信號，具有振幅、相位、頻率等特征要素，能夠準(zhǔn)去的反映心臟的健康狀況，因此廣泛的應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)，對于心臟類及血管類基本的診斷和治療有重要意義。目前成人心血管疾病的診斷和治療已趨于完善，但是對嬰幼兒的心臟疾病的診斷和治療卻不盡如人意。人們在關(guān)注自身健康的同時(shí)，也越來越關(guān)注下一代的健康，尤其是優(yōu)生優(yōu)育的重要性。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)資料顯示，先天性心臟病是新生兒及兒童期的導(dǎo)致死亡的主要原因之一。在我國，新生嬰兒中患有先天性心臟病的比例約為新生嬰兒總數(shù)的 間，這意味著每年我國將會出生約10萬的先天性心臟病患兒。因此有必要采取措施對胎兒形成階段的生理和病理情況的做全面深入和細(xì)致了解，能給家庭和醫(yī)生提供有關(guān)詳盡的胎兒發(fā)育的基本信息，以便對妊娠過程做出有效的決策。這主要是因?yàn)樘盒纬呻A段所具有的質(zhì)量將直接影響嬰兒的健康狀況，并對后續(xù)的生長發(fā)育有深遠(yuǎn)的影響。因而在圍產(chǎn)期對胎兒和孕婦進(jìn)行監(jiān)護(hù)受到人們較為廣泛的重視7。 由于神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的研究工作對殘疾人的康復(fù)工程有重要意義，因此生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。世界各國越來越重視神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的研究工作，并投入大量人力物力。目前最主要的研究手段是針電極肌電信號的分解。肌電信號的分解在臨床神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疾病的診斷和治療領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。臨床神經(jīng)系統(tǒng)疾病常采用神經(jīng)肌電圖檢查法，可以對個神經(jīng)組織的功能狀態(tài)進(jìn)行判斷和評定。隨著研究的深入，肌電信號分析技術(shù)越來越成熟，促進(jìn) 圍產(chǎn)期是指懷孕28 周到產(chǎn)后一周這一分娩前后的重要時(shí)期。 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章 緒論 3 了各類神經(jīng)肌肉系統(tǒng)功能障礙的診斷和康復(fù)治療。 前常用的生物電分析方法8主要有以下幾類： 一、時(shí)域分析方法 時(shí)域分析方法是起源最早的生物電分析方法，其基本原理是從時(shí)域中直接提取信號特征，具有直觀性強(qiáng)、算法成熟等優(yōu)勢，是目前最成熟的生物電分析方法。在生物電信號的定量和定性分析中，特別是在瞬態(tài)波形的研究中，包括棘慢波（反映癲癇信息）和梭形波等，生物電信號的某些重要信息在時(shí)域上的反映更為突出， 所以至今仍廣泛應(yīng)用于實(shí)踐工作中。目前較為成熟的時(shí)域分析方法主要包括：相關(guān)分析方法、直方圖分析方法、波形識別、過零點(diǎn)分析方法、峰值檢測方法及相干平均等。目前臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域廣泛采用了這些時(shí)域分析方法，為患者的健康狀況的分析和診斷提供依據(jù)。 二、頻域分析方法 生物電信號的頻域分析方法已經(jīng)日趨完善，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于心電及腦電信號健康狀況分析及研究。頻域分析的主要手段是功率譜分析，這種方法是從頻域提取出信號特征。需要對采集到的時(shí)域生物電信號進(jìn)行時(shí)頻變換8，把幅度隨時(shí)間變化的生物電信號變換為生物電功率隨頻率變化的譜圖，從而提取并分析生物電信號的頻域特征。經(jīng)典譜估計(jì)和現(xiàn)代譜估計(jì)是早期最常用的功率譜分析方法。這兩種方法有很大的局限性，沒有良好的方差特性，即估計(jì)值沿頻率軸的起伏劇烈。近年來興起的現(xiàn)代譜估計(jì)技術(shù)很好的克服了這種缺點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛的是參數(shù)模型法。參數(shù)模型法特別適合應(yīng)用于生物電信號的動態(tài)分析，具有高頻率分辨率及譜圖平滑的優(yōu)點(diǎn)，有利于參數(shù)的自動提取和定量分析。 三、時(shí)頻分析方法 單純使用時(shí)域分析方法或者頻域分析方法都不能很好的對其特征進(jìn)行提取和分析，這是由于生物電信號本身的特征決定的。因?yàn)樯镫娦盘柧哂袝r(shí)變、非平穩(wěn)特征。而譜分析要求信號是平穩(wěn)信號，且對于瞬態(tài)信號沒有良好的分析作用。生物電信號在不同時(shí)刻具有不同頻率成分，而時(shí)域分析又不能分析信號的頻域特征。為了對信號進(jìn)行更全面的分析，必須對生物電信號的時(shí)間和頻率結(jié)合起來進(jìn)行處理分析。時(shí)頻分析方法是把時(shí)域和頻域結(jié)合起來表示信號。目前最為常用的時(shí)頻域方法方法是小波分析方法。小波變換在高頻時(shí)使用短窗口，在低頻時(shí)使用寬窗口，相當(dāng)于一組中心頻率可變、帶寬相等的帶通濾波器，實(shí)現(xiàn)了信號的實(shí)時(shí)處理。小波分析方法特別適合腦電信號的分析，這是由于腦電信號具有很強(qiáng)的非平穩(wěn)性。在南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章 緒論 4 不同尺度上，腦電信號中的棘慢波、棘波具有不同的表現(xiàn)，根據(jù)這一特點(diǎn)，使用小波變換中的多尺度分析方法能夠檢測出這些異常波。因此小波變換在生物電信號分析領(lǐng)域具有重要研究意義。另外常用的方法還有多維統(tǒng)計(jì)分析方法、非線性分析方法等等。 雖然采用上述的時(shí)頻域分析方法研究生物電信號取得了很多有重要價(jià)值的結(jié)論，但是上述方法存在兩個局限：第一是對數(shù)據(jù)的需求量過大9，第二是算法效率不高，不能有效的滿足臨床診斷的快速精確的要求。隨著研究的不斷深入，出現(xiàn)了將符號動力學(xué)10與熵運(yùn)算結(jié)合的研究生物電的方法。其主要原理是首先是對生物電電信號進(jìn)行符號粗?；缓笤賹Ψ柣幚淼玫降男盘栠M(jìn)行不同的熵運(yùn)算，達(dá)到對生物電信號的特征的有效提取和分析，據(jù)此可以研究生物電信號的不可逆性和耦合程度。符號化的主要作用是去除噪聲的影響，同時(shí)能夠保持原始序列的大尺度信息。比較典型的改進(jìn)熵算法有基本尺度熵11、樣本熵12和多尺度熵13等等。 本文研究主要目的是如何能夠更有效的分析腦電信號的不可逆性以及多參數(shù)生物電信號的耦合程度，主要方向有：一是對腦電信號不可逆程度的分析研究，例如在相對熵基礎(chǔ)之上進(jìn)行改進(jìn)，提出了符號化相對熵算法；二是對多參數(shù)生物電信號的耦合程度進(jìn)行分析研究，提出了符號化部分互信息算法；兩種算法對生物電信號的不可逆性和耦合程度有很好的特征分析，對數(shù)據(jù)的需求量要求不高，并且算法具有高精度和高效率，能夠更好的應(yīng)用于臨床的診斷。 文研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排 本文在前人的工作基礎(chǔ)之上，主要對腦電信號時(shí)間不可逆性和多參量生物電信號耦合程度進(jìn)行了研究，所做的主要工作有： (一)針對傳統(tǒng)算法的不足并且根據(jù)腦電信號的特點(diǎn)，提出了改進(jìn)的符號化相對熵算法，該算法可以對生物電信號的不可逆性進(jìn)行分析，指出了青老年的腦電信號的不可逆性存在差異，并給出了青老年符號相對熵值的變換范圍，能夠?yàn)槟X電活動生理過程算法處于積極有序狀態(tài)的判斷提供依據(jù)，未來可應(yīng)用于生命狀態(tài)分析、臨床醫(yī)學(xué)、生物電傳感器等領(lǐng)域。詳見第三章。 (二) 本文第四章應(yīng)用基于符號化相對熵算法法對癲癇異常腦電信號及正常腦電信號進(jìn)行數(shù)值計(jì)算及對比，結(jié)果是癲癇患者的平均能量損耗顯著高于正常人的，證明符號相對熵可以作為衡量腦電信號是否異常的參數(shù)。 (三)針對傳統(tǒng)互信息分析方法的缺陷以及算法的復(fù)雜性，提出了新的生物電信號耦合程南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章 緒論 5 度分析方法符號化部分互信息。主要方法是首先對原始序列進(jìn)行符號化，對符號化的序列提取部分互信息。針對 理循環(huán)效率低下的不足，算法的概率統(tǒng)計(jì)部分采用了 C 和算法未來可用于人體工作和休息等狀態(tài)的改進(jìn)。詳見第五章。 根據(jù)上文闡述，全文共分為六章內(nèi)容。第一章介紹了生物電信號的基礎(chǔ)知識、研究現(xiàn)狀、本課題所作的工作以及本論文的結(jié)構(gòu)安排，第二章首先介紹了多種生物電信號生物學(xué)基礎(chǔ)，然后介紹了生物電信號的采集方法以及在采集過程中存在的干擾類型，并給出了相應(yīng)的降噪預(yù)處理的方法。最后簡單介紹了目前比較常用的標(biāo)準(zhǔn)心電信號數(shù)據(jù)庫。第三章首先對傳統(tǒng)的相對熵算法以及腦電信號不可逆研究現(xiàn)狀做了介紹，在此基礎(chǔ)上提出了符號相對熵的計(jì)算方法，對青老年腦電信號的時(shí)間不可逆性的分析和比較，得到了有意義的結(jié)論。第四章應(yīng)用基于符號化相對熵算法，對癲癇異常腦電信號及正常腦電信號進(jìn)行數(shù)值計(jì)算及對比，結(jié)果是癲癇患者的平均能量損耗顯著高于正常人的，證明符號相對熵可以作為衡量腦電信號是否處于健康或平衡狀態(tài)的參數(shù)。第五章對傳統(tǒng)的耦合信息分析方法做了介紹，并提出了符號化部分互信息熵算法。該算法能夠有效的對三種及以上相互耦合的序列進(jìn)行耦合分析，并使用該方法對腦電、心電、肌電多參量生物電信號進(jìn)行了分析，證明可以有效的獲得耦合信息。第六章對本文的研究工作做出總結(jié)，并指出了本文存在不足以及需要下一步改善的地方。南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章 生物電信號基礎(chǔ)理論 6 第二章 生物電信號基礎(chǔ)理論 腦電活動的生物學(xué)基礎(chǔ)14及信號采集15 人類大腦是世界上最靈敏最精密的器官。端腦由一百四十億個腦細(xì)胞構(gòu)成，蘊(yùn)含了無數(shù)待開發(fā)的資源。端腦分為左、右半腦兩部分。研究表明，左腦和右腦各有分工。人類左腦主要控制知識、判斷、思考等顯意識功能。人類右腦具有自主性，主要是根據(jù)接收到的訊息衍生出創(chuàng)造性的訊息。人類日常的學(xué)習(xí)等行為主要集中于對左腦的訓(xùn)練，而對右腦相關(guān)的功能未給予足夠的重視，一般人右腦的五感都受到左腦理性的控制與壓抑?？茖W(xué)已經(jīng)證明，大腦皮層是一個整體的導(dǎo)體，其作用是傳導(dǎo)神經(jīng)元活動產(chǎn)生的微弱的電位變化到大腦表面，現(xiàn)了大腦的生理病理信息。所以在大腦的表面安放電極就可以記錄下來大腦在工作時(shí)產(chǎn)生的此可以通過對人體無創(chuàng)傷的節(jié)我們先研究大腦的結(jié)構(gòu)及功能、生機(jī)制、聯(lián)放置方法以及 基本波。 人類大腦的構(gòu)成復(fù)雜，主要包括腦干、間腦、小腦和端腦四部分，大腦結(jié)構(gòu) 腦干：主要功能是維持生命體征，例如心跳、呼吸等基本生理功能。 間腦：主要負(fù)責(zé)管理血壓以及內(nèi)臟等活動。 小腦：主要作用是控制機(jī)體運(yùn)動、協(xié)調(diào)身體平衡。 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章 生物電信號基礎(chǔ)理論 7 端腦：是實(shí)現(xiàn)腦的高級功能的神經(jīng)中樞，其健康狀況影響著人的智力，是語言、情感等生命活動的控制中心。 神經(jīng)元細(xì)胞是大腦的基本單位。神經(jīng)元細(xì)胞由三部分構(gòu)成：細(xì)胞體、軸突、樹突，基本神經(jīng)元結(jié)構(gòu)示意圖 細(xì)胞體：主要由細(xì)胞核、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和核糖體構(gòu)成，是神經(jīng)元的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。 軸突：神經(jīng)元的索狀突出部分，其主要作用是傳導(dǎo)電位和沖動到其他神經(jīng)元，屬于傳出纖維。 樹突或者神經(jīng)末梢：神經(jīng)元的樹枝狀細(xì)小突出，主要作用是與其他細(xì)胞相連，接受刺激，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元間的感知和傳遞，是傳入纖維。 腦電信號產(chǎn)生的生物機(jī)制如下：在大腦的生理活動過程中，大腦皮層的神經(jīng)元會進(jìn)行傳導(dǎo)電位活動。神經(jīng)元細(xì)胞膜內(nèi)外離子濃度發(fā)生變化會產(chǎn)生電位活動。在普通狀態(tài)下，細(xì)胞外的鈉離子濃度較高，使得細(xì)胞電位是內(nèi)負(fù)外正。在受到刺激時(shí)，細(xì)胞膜的通透性變強(qiáng)，大量鈉離子進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)部，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)電位上升，從而變?yōu)閮?nèi)正外負(fù)。繼而細(xì)胞關(guān)閉納通道，鉀離子流出細(xì)胞，導(dǎo)致膜外電位迅速回升，回到內(nèi)負(fù)外正的狀態(tài)。這一系列的電位變化就產(chǎn)生出神經(jīng)沖動并通過神經(jīng)纖維傳導(dǎo)出去。大量神經(jīng)元傳導(dǎo)信號混合在一起，通過在頭皮上設(shè)置電極就可以檢測到腦電信號神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診治的客觀指標(biāo)。 南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章 生物電信號基礎(chǔ)理論 8 國際10美國其中8、8例外) 目前，臨床上采用的電極安放法為國際種電極安放方法和大腦物理構(gòu)造相符合并且各重要區(qū)域都有電極分布。從鼻根（眼睛下緣）到腦后枕骨外凸點(diǎn)中線，依次放置電極Z，Z，O。電極名稱依次為：額極、額點(diǎn)、中央點(diǎn)、頂點(diǎn)、枕點(diǎn)，T 為顳點(diǎn)，A 為耳垂電極，Z 為中線電極。0%南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章 生物電信號基礎(chǔ)理論 9 處，Z，從左耳前點(diǎn)到右耳前中線上一次放置4，4。依次為：左顳中、右顳中、左中央、右中央。， ， 4，3，因此該電極安放系統(tǒng)叫做10極下標(biāo)序號左半球?yàn)槠鏀?shù)右半球?yàn)榕紨?shù)。 根據(jù)頻率、波幅和電位的不同，齒狀波、正弦波、類正弦波、雙峰波、棘波、尖慢波等16 。臨床上常采用頻率作為劃分參數(shù)，頻率是單位時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的周期數(shù)，用 示，周期指的是相鄰的波峰到波峰的時(shí)間或波谷到波谷的時(shí)間。臨床上按頻率分為：(、(、(、(，正常人的稱 波幅 頻段 波 波的一半 13波 25波 20波 20京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章 生物電信號基礎(chǔ)理論 10 波 頻率為1330幅為520V，較波頻率高、幅度低，故稱之為快波。在額、顳和中央?yún)^(qū)較為明顯，在皮層張力增高即神經(jīng)元興奮性增高導(dǎo)致的情況下出現(xiàn)，比如在情緒波動較大、突然受到刺激時(shí)急劇增多。 波 是正常成年人的基本節(jié)律，清醒安靜閉眼時(shí)出現(xiàn)，在頂、枕區(qū)最為明顯。當(dāng)睜眼注意思考或者接受其他刺激時(shí)16 波消失，出現(xiàn)低幅快波，稱為 波阻斷。正常人頭顱兩側(cè)對應(yīng)導(dǎo)聯(lián)得到的波頻率一般相同。 波 慢波，在頂區(qū)、額顳區(qū)活動較為明顯，疲勞時(shí)會出現(xiàn)，輕睡時(shí)，波首先會出現(xiàn)在兩側(cè)額部，逐漸消失。皮質(zhì)下的病變可導(dǎo)致產(chǎn)生爆發(fā)性 波，屬不正常表現(xiàn)。正常情況下出現(xiàn)的百分比小于15%。 波 慢波，在嬰兒至兒童期或者成年人的正常睡眠期出現(xiàn)在額區(qū)，代表皮層張力降低，在嬰兒直至少年期屬正常。病灶性 波意味著皮層發(fā)生了病變，如果出現(xiàn)在雙側(cè)和爆發(fā)性 節(jié)律，則提示通常是皮層下發(fā)生了病變。 小波變換特別適用于腦電信號的分析， 波、 波、 波、 波在小波的不同尺度上表現(xiàn)不一。實(shí)驗(yàn)證明，在受試者睜眼和閉眼時(shí)，會有 阻斷現(xiàn)象，這一現(xiàn)象在尺度 31 22 上出現(xiàn)明顯變化；癲癇患者發(fā)病時(shí)期腦電信號常見為3c/尺度 51 22 會有顯著改變。影響 因素有很多，年齡和精神活動狀態(tài)均會對 成影響。普遍來講，相當(dāng)于中老年群體，青少年對外界刺激反應(yīng)較為敏感，腦電波容易出現(xiàn)異常，但是恢復(fù)也比較快。如眼球運(yùn)動、呼吸、血管搏動、哭泣、肌肉收縮等生理過程都可能對 號的檢測造成干擾。因此如何克服各種干擾因素的影響也是 究領(lǐng)域中的重要課題。 類心臟的外形類似于桃子，其大小與成人拳頭相當(dāng)，呈倒置圓錐體狀。從外形來看心臟可分為前面、側(cè)面和后面。心臟由左心房、左心室、右心房和右心室組成。分隔心房和心室的標(biāo)志是冠狀溝。冠狀溝位于心臟的底部，橫著繞心臟一周。心臟作為人體血液循環(huán)的動力器官，是人體機(jī)械活動強(qiáng)度最大的人體器官，其相應(yīng)的生物電信號強(qiáng)度也最大。心臟主要由主要由心肌組織組成。心肌組織是心臟生物電活動的基本單位，自律性、收縮性、興奮性、傳導(dǎo)性是心肌組織四大特性。心臟生物電活動具有三大特點(diǎn)：自律性、興奮性和傳導(dǎo)性。自律性是指心肌細(xì)胞能夠在缺乏外來刺激的情況下自發(fā)的產(chǎn)生除極等生物電活動。興奮性是指在外來或內(nèi)在的刺激作用下，心肌細(xì)胞能夠產(chǎn)生一次興奮即一個電位變化，并向鄰近的組織南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第二章 生物電信號基礎(chǔ)理論 11 傳導(dǎo)。傳導(dǎo)性是指心肌細(xì)胞將興奮即動作電位傳遞給其他心肌細(xì)胞。 一、心肌細(xì)胞的生物電活動機(jī)制 每個心肌細(xì)胞都被一層質(zhì)膜包圍，將細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境相互隔開。在代謝產(chǎn)生的過程中，心肌細(xì)胞質(zhì)膜兩側(cè)的離子濃度環(huán)境會產(chǎn)生變化。主要表現(xiàn)是心肌細(xì)胞內(nèi)的 子的濃度低，而K 離子濃度高；即離子分布處于不平衡狀態(tài)。這種不平衡狀態(tài)的存在，使心肌細(xì)胞膜兩側(cè)產(chǎn)生了靜息電位，讓細(xì)胞內(nèi)外兩側(cè)產(chǎn)生了大小約為電位差，處于內(nèi)負(fù)外正狀態(tài)。在不平衡的狀態(tài)下的刺激下，隨著膜內(nèi)外電位差的改變，細(xì)胞質(zhì)膜的通透性產(chǎn)生周期性的變化。細(xì)胞膜首先變成導(dǎo)通狀態(tài)，對 子通透性的增加；由于擴(kuò)散和電位梯度的共同作用，造成大量 子向細(xì)胞內(nèi)流動，進(jìn)而形成 子流，使得該細(xì)胞和其相鄰細(xì)胞間產(chǎn)生一個電位差變化。這種電位差變化會刺激周圍相鄰心肌細(xì)胞進(jìn)行傳導(dǎo)興奮。因此，興奮一旦形成就可以在心肌細(xì)胞間不停地進(jìn)行傳導(dǎo)。由于周期性的作用，當(dāng)細(xì)胞膜回歸到靜息狀態(tài)時(shí)，由于離子分布不平衡狀態(tài)形成的心肌細(xì)胞動作電位即告結(jié)束，重新處于靜息狀態(tài)。行代表單細(xì)胞的穿膜動作，中行代表心肌纖維的動作電位曲線，下行是與之對應(yīng)的心電圖 二、心電圖生理學(xué) 在心臟正常的情況下，心肌動作電位開始于竇房結(jié)。竇房結(jié)是人體心臟的原發(fā)性起搏興南