2025年医学课件-脑电信号感知与处理.pptx

2025年医学课件-脑电信号感知与处理汇报人：XXX2025-X-X

目录1.脑电信号概述

2.脑电信号的采集与预处理

3.脑电信号的时域分析

4.脑电信号的频域分析

5.脑电信号的时频域分析

6.脑电信号的非线性分析

7.脑电信号的机器学习处理

8.脑电信号处理在临床中的应用

9.脑电信号处理的发展趋势与展望

01脑电信号概述

脑电信号的基本概念脑电信号定义脑电信号是指大脑神经元群体在神经活动过程中产生的微弱电信号，其频率范围大约在1Hz到100Hz之间，平均振幅约为10μV。脑电信号的采集通常采用电极贴片方式，通过头皮表面收集大脑的电活动信息。信号特性脑电信号具有非平稳性、非线性、多通道等特点。其非平稳性表现在信号随时间变化较大，非线性特性则意味着信号不符合简单的线性关系。脑电信号通常涉及多个电极通道，需要综合考虑各个通道的信息。信号来源脑电信号的来源主要是大脑皮层的神经元活动。神经元之间的突触传递和神经元的同步放电是产生脑电信号的主要原因。大脑皮层不同区域的活动产生的脑电信号具有不同的特征，可以反映大脑的功能状态。

脑电信号的来源与特性信号产生源脑电信号主要来源于大脑皮层神经元电活动，包括突触后电位和神经元同步放电。神经元的动作电位触发突触释放神经递质，形成突触后电位，多个神经元同步放电产生脑电波。频率范围脑电信号的频率范围广泛，从1Hz至100Hz，主要分为δ、θ、α、β和γ等频段。不同频段对应不同的脑电状态，如δ波多见于深度睡眠，α波与清醒放松状态相关。信号特性脑电信号具有非线性和非平稳特性。非线性体现在神经元活动之间存在复杂的相互作用，非平稳性表现为信号随时间变化较大，需要采用合适的信号处理方法来分析。

脑电信号的应用领域神经心理学脑电信号在神经心理学研究中应用广泛，可用于评估认知功能，如注意力、记忆力、执行功能等。例如，通过分析α波和β波的变化，可以评估个体的注意力集中程度。睡眠研究脑电信号在睡眠研究中的应用至关重要，可以监测睡眠周期和睡眠质量。通过分析不同睡眠阶段的脑电波形，如睡眠潜伏期、睡眠周期转换等，有助于诊断睡眠障碍。临床诊断脑电信号在临床诊断中具有重要作用，如癫痫、脑损伤、精神疾病等。通过脑电图（EEG）技术，医生可以观察到异常的脑电活动，辅助诊断和监测病情进展。

02脑电信号的采集与预处理

脑电信号的采集方法头皮电极法头皮电极法是脑电信号采集中最常用方法，通过贴在头皮上的电极将大脑表面的电信号传递到记录仪。常用电极有单极和双极两种，一般使用16-32个电极采集大脑不同区域的活动。鼻咽电极法鼻咽电极法是一种非侵入性采集方法，通过鼻咽腔内插入电极来收集脑电信号。这种方法适用于不能接受头皮电极的患者，如婴幼儿或严重烧伤患者。鼻咽电极可以更接近大脑中心区域。脑深部电极法脑深部电极法是一种侵入性采集方法，通过在脑部植入电极来记录脑电信号。这种方法常用于癫痫定位、帕金森病等脑部疾病的诊断和研究，但存在一定的风险。

脑电信号的预处理技术滤波降噪脑电信号预处理中，滤波是关键步骤，用于去除工频干扰、电源线干扰等噪声。常用的滤波方法包括低通滤波、高通滤波和带通滤波，以保留特定频率范围内的信号。参考电极选择选择合适的参考电极对脑电信号的质量至关重要。常用的参考电极有平均参考、单极参考和双极参考。单极参考通过平均多个电极信号来减少噪声，而双极参考则通过相邻电极之间的差分来抑制共模干扰。去除伪迹伪迹是脑电信号中的非生理性干扰，如眼电伪迹、肌电伪迹等。去除伪迹的方法包括眼电校正、肌电校正和独立成分分析（ICA）等。眼电校正通过检测和去除眼电成分来提高信号质量。

预处理效果评估信噪比评估信噪比（SNR）是评估预处理效果的重要指标。理想的信噪比应大于20dB，表示信号强度远大于噪声。通过比较预处理前后的信噪比，可以评估预处理技术的有效性。伪迹去除效果伪迹去除效果通过观察预处理前后信号的变化来评估。例如，眼电伪迹的去除效果可以通过比较眼电成分的幅度和形状来判断。去除效果良好时，眼电成分应显著减少或消失。频谱分析频谱分析是评估预处理效果的有效手段。通过分析预处理前后信号的频谱特征，可以判断主要信号成分的频率范围和强度变化。频谱分析有助于识别预处理技术对信号频率成分的影响。

03脑电信号的时域分析

时域分析方法均值分析均值分析是时域分析的基础方法，通过计算信号在一定时间窗口内的平均值来分析信号的平稳性。例如，在1秒时间窗口内，如果信号均值波动较小，则认为信号较为平稳。自相关分析自相关分析用于研究信号自身的相关性，通过计算信号在不同时间延迟下的相关系数来分析信号的时域特性。自相关函数可以帮助识别信号中的周期性和重复性模式。时域波形分析时域波形分析直接观察信号的时域变化，通过绘制信号波形图来分析信号的变化趋势和特征。这种