脑电信号分析方法及其应用(李颖洁,邱意弘,朱贻盛编著)思维导图

功能磁共振成像（fMRI）：通过测量大脑的血氧水平和血流量来测量 脑电信号
近红外光谱（NIRS）：通过测量大脑的血氧水平和血流量来测量脑电 信号
脑电图（EEG）和功能磁共振成像（fMRI）结合：通过结合EEG和 fMRI的数据来测量脑电信号
Part Four
脑电的应用领域
医学诊断
癫痫病诊断：通过脑电图监测癫痫发作，帮助医生诊断癫痫病
脑电信号的处理
滤波：去除噪声和干扰信号 放大：提高信号强度 数字化：将模拟信号转换为数字信号 分析：对脑电信号进行时域、频域或时频域分析
脑电信号的分析方法
脑电图（EEG）：通过记录大脑的电活动来测量脑电信号
事件相关电位（ERP）：通过记录大脑对特定刺激的反应来测量脑电信 号
脑磁图（MEG）：通过测量大脑产生的磁场来测量脑电信号
脑电的测量与分析
,
汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题
02 脑 电 的 基 本 概 念
03 脑 电 的 测 量 方 法
04 脑 电 的 应 用 领 域
05 脑 电 分 析 的 常 用 技 术
06 脑 电 研 究 的 未 来 展 望
Part One
单击添加章节标题
Part Two
脑电的基本概念
脑电与虚拟现实技术的结合：通过脑电控制虚拟现实设备，实现更真实的体验
脑电与生物反馈技术的结合：通过脑电反馈，帮助用户更好地控制自己的情绪和行为
脑电与机器学习技术的结合：通过机器学习算法，分析脑电数据，预测用户的心理状态 和行为
脑电与脑机接口技术的结合：通过脑电控制外部设备，实现人机交互的新方式
扩散张量成像 （DTI）：记 录大脑白质纤 维束的扩散情 况，用于分析

感谢观看
本书还介绍了如何将提取的特征用于分类和预测任务。这涉及到机器学习和模式识别等领域的知 识。通过将提取的特征输入到分类器或回归模型中，可以对大脑活动进行分类或预测，进而应用 于认知科学、心理学和医学等领域。
《脑电信号处理与特征提取》这本书是一本全面介绍脑电信号处理和特征提取的著作，涵盖了基 本概念、采集方法、信号处理技术、特征提取方法以及应用等多个方面。通过阅读本书，读者可 以深入了解大脑电活动的原理和采集处理方法，掌握从脑电信号中提取有用信息的技术和方法， 并将其应用于认知科学、心理学、生物医学工程等领域。
脑电信号的基本概念和特性：书中详细介绍了脑电信号的产生机制、采集和 处理方法，以及其与大脑活动的关系。这让我对脑电信号有了更深入的了解，也 为我后续的学习和研究打下了坚实的基础。
脑电信号处理算法：书中详细介绍了许多经典的脑电信号处理算法，如滤波、 去噪、特征提取等。这些算法不仅在理论上有着重要的意义，而且在实践中也有 着广泛的应用。通过学习这些算法，我能够更好地理解和应用这些方法来解决实 际问题。
我想说的是，这本书对于推动脑电信号处理与特征提取领域的发展具有重要 的贡献。通过阅读这本书，我不仅对脑电信号处理与特征提取有了更深入的理解， 还学到了很多实用的技术和方法。我相信，这本书的对于推动相关领域的发展以 及启发读者的科研思路都会产生积极的影响。
《脑电信号处理与特征提取》这本书是一本非常值得一读的佳作。它既包含 了最新的研究成果和前沿技术，又通俗易懂，适合初学者。通过阅读这本书，我 对脑电信号处理与特征提取有了更深入的理解，也学到了很多实用的技术和方法。 我相信，这本书对于相关领域的发展以及启发读者的科研思路都会产生积极的影 响。
目录分析
在当今的科技领域，脑电信号处理与特征提取的技术发展日新月异。这本书， 以其目录分析，为我们揭示了这一领域的深度与广度，以及其未来的发展趋势。

癫痫脑电信号分析方法癫痫是困扰人类健康的常见疾病之一，是一种患病率较高的脑部疾病。

从电生理学的角度来看，其发病是由大脑内的神经元沿着神经回路产生高频率的异常放电所导致的。

这些高频放电可诱发大脑皮质各区的强直发作，同时会伴随着意识消失等症状。

脑电图(EEG)是癫痫疾病诊断过程中非常重要的一个手段，癫痫发作时产生的特殊波形如棘波、尖波等都可以通过脑电图体现出来。

1.癫痫脑电信号特征脑电活动的频率和节律在正常情况和癫痫发作的情况下有很大的区别，当癫痫疾病发作时，就会出现与正常脑电信号不同的信号波形，癫痫脑电信号的特点是幅值较高的阵发性的瞬态波形,它的频率和波形各式各样,主要可以分为下面四类:1.1棘波:多数棘波都是负相,且幅值在100μV 以上。

棘波通常是原发病灶的一个特征，从原发性病灶描记出现的棘波，其背景脑电图经常有慢活动，是比较典型的癫痫波。

1.2尖波:尖波也是癫痫发作时较为常见的波形，典型的尖波是由较快的上升支和缓慢的下降支组成的，波形为锯齿状。

尖波的幅值范围一般处于100μV 与200μV之间。

1.3 棘慢复合波:棘慢复合波是癫痫小发作时的特殊形式的放电，为 2.5～3 次/秒的复合波。

它的节律性和规则性比较强，多以负相波形式出现，慢波是其主要成分。

棘波在慢波的升支或者降支上出现，幅值大小不一，一般都比较高。

棘慢复合波多见于局限性癫痫。

1.4 尖慢复合波:尖慢复合波常见于颞叶癫痫，是1.5～2.5 次/秒的复合波，它经常同时出现几类不同的形式。

弥漫性慢波节律出现在癫痫的顽固性大发作或者失神性小发作中。

2 癫痫脑电特征提取方法2.1基于多分辨率分析的癫痫脑电特征提取方法脑电活动的频率和节律在正常情况和癫痫发作的情况下有很大的区别，癫痫脑电信号的特征波主要有棘波、尖波、棘慢复合波、尖慢复合波等。

在临床EEG 检查中，最重要的是识别EEG 中是否出现棘波和尖波[1]，这些脑电波大致在8～42Hz 的频率范围内出现。

目录
05 第二篇 脑电图的判读
07
第四篇 其他相关疾病 的脑电图
06 第三篇 癫痫的脑电图 08 附：希腊字母表
本书分四篇，28章。介绍了脑电图的电生理基础、仪器方法、基本概念、正常和异常脑电图、伪差和诱发试 验，以及癫痫、痫性发作、癫痫综合征、中枢神经感染和炎症、脑发育障碍、脑血管疾病、精神行为和认知障碍、 偏头痛、中毒性脑病、睡眠障碍、新生儿异常脑电图等。
05
第9章 脑 电图的诱发 试验
第一节 基本 1
术语的概念
2
第二节 脑电 图的诊断
3
第三节 脑电 图报告的书写
4 第四节 脑电
图专业人员的 资格
5
参考文献
第一节 正常清醒 期脑电图
第二节 正常睡眠 脑电图
第三节 不同年龄 阶段的正常脑电 图
参考文献
第二节 阵发性 异常
第一节 背景活 动异常
参考文献
理技术在癫痫
外...
第一节 发作间期 脑电图对癫痫的 敏感性和特...
第二节 发作间期 癫痫样放电的特 征
第三节 间期和发 作期放电的关系
参考文献
第一节 癫痫发作 类型的国际分类
第二节 发作期电 生理模式的一般 特征
第三节 全面性发 作的电-临床特征
第四节 局灶性发 作的电-临床特征
第五节 部位相关 性癫痫的电-临床
02
第17章 痴 呆及神经系 统变性病
03
第18章 神第19章 先 天性脑发育 异常
06
第21章 脑 血管疾病
05
第20章 智 力运动发育 障碍及精神 行为异常
第22章 颅内肿瘤
第23章 缺氧、代 谢紊乱和中毒性 脑病

脑电信号的分析方法脑电信号的分析方法是通过对脑电图（electroencephalogram, EEG）的采集和处理来研究脑电活动的方法。

脑电信号是来自人体头皮上电极的微弱电信号，反映出大脑神经元的集体活动。

脑电信号的分析方法对于研究大脑的功能和异常状态具有重要的意义，主要用于认知神经科学、神经生理学、神经工程学和临床神经医学等领域。

脑电信号的分析包括信号预处理和特征提取两个主要步骤。

信号预处理用于降低噪音干扰并增强有用信号，以便更好地解读脑电图。

特征提取则是从脑电信号中提取出与特定脑电活动相关的特征参数，用于定量分析和比较。

在信号预处理方面，常用的方法包括滤波、去除噪声和伪迹等。

滤波是将不同频率段的信号分离开来，以提取感兴趣的频率分量。

低通滤波器用于去除高频噪声，高通滤波器则用于去除低频噪声。

去除噪声的方法包括采用平均值滤波器和中值滤波器等。

伪迹则是因为头皮上电极和患者活动引起的信号干扰，可以通过参考电极和重采样等技术来进行处理。

特征提取是脑电信号分析的核心部分，可以从时域、频域和时频域等不同角度对脑电信号进行分析。

时域分析中，常用的特征包括振幅、功率、均值、方差和时域相关性等。

频域分析中，常用的特征包括频谱能量、频谱峰值、频带能量比和相干性等。

时频域分析则结合了时域和频域的特点，可以揭示脑电信号的时变特性。

除了传统的脑电信号分析方法之外，近年来还涌现出一系列新的分析方法，如事件相关电位（event-related potential, ERP）、脑网络分析和机器学习等。

事件相关电位是一种特殊类型的脑电信号，由于外部刺激或任务而引起，可以用于研究认知过程和脑功能异常。

脑网络分析则通过分析脑电信号的相互连接关系来揭示脑区之间的功能连接和信息传递。

机器学习是一种基于统计学和数据挖掘的方法，通过训练算法对大量的脑电数据进行分类、识别和预测，具有较高的自动化程度和预测性能。

总之，脑电信号的分析方法是多种多样的，涉及到信号预处理、特征提取和高级分析等多个环节。

心理学研究
通过脑电测量技术，可以 研究个体的心理特征、情 绪变化等，为心理学研究 提供客观指标。
CHAPTER 02
脑电信号基础知识
脑电信号产生机制
神经元活动
脑电信号主要来源于神经 元之间的电活动，包括突 触后电位、动作电位等。
离子流动
神经元内外离子的流动产 生电场，从而形成脑电信 号。
同步化活动
CHAPTER 05
脑电测量在医学领域应用
临床诊断与治疗
癫痫检测
通过脑电测量，医生可以检测癫痫患者的异常脑电活动，从而进 行诊断和治疗。
睡眠障碍诊断
脑电测量可以检测睡眠阶段的脑电活动变化，帮助医生诊断睡眠障 碍并进行针对性治疗。
精神疾病辅助诊断
脑电测量可为抑郁症、焦虑症等精神疾病的诊断提供客观依据，有 助于制定治疗方案。
情绪识别与调节训练
情绪识别
利用脑电测量技术对学 生的情绪进行识别，如 焦虑、抑郁等，为情绪 调节训练提供依据。
情绪调节策略
根据情绪识别结果，教 授学生有效的情绪调节 策略，如深呼吸、肌肉 放松等，帮助学生缓解 负面情绪。
情绪管理能力提升
通过持续的情绪调节训 练，提高学生的情绪管 理能力，促进身心健康 。
重要性
脑电测量是研究大脑机制、诊断 脑部疾病以及评估脑功能状态的 重要手段，对于神经科学、医学 和心理学等领域具有重要意义。
脑电测量历史与发展
早期历史
最早可追溯到19世纪末，当时科 学家们开始研究大脑的电活动， 并发展出脑电图（EEG）技术。
技术发展
随着科学技术的进步，脑电测量 技术不断发展，出现了多种新型 脑电测量技术，如事件相关电位 （ERP）、脑磁图（MEG）等。

无痫样放电的EEG片断
相邻且有痫样放电的EEG片断
癫痫（Epilepsy）
钙哺抓辗宰损散钾滦霓味松面载豢借目簧哟涣泅饥辐全稚得疚讫疼喂德肇脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取
第9页，共14页。
癫痫脑电信号中常见的特征波
锤大拿你耙曼溅诚评督芬卉屠欲闽翅缎麦来竣烧裹盘爷惯泞学抛滞挡抡釜脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取
灿锭兄签圭拽措校癣烟窿全啤吼但嵌氖窒邮契诲韩照吹仍延嫁艇豫渺肩脂脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取
第5页，共14页。
拟解决的主要问题
（1）最大化提取脑电信号的各种特征信息，并对其进行特征分析，为临床诊断提供更多、更准确和更综合的信息。 （2）分析脑电信号的产生机理及脑电信号中各种特征节律与病理关系，找出解决脑电疾病相关的信息，从而达到及早治疗的目的。 （3）将近似熵、功率谱估计等方法用于临床患者脑电信号的分析，探讨理论方法在临床上的价值。 （4）利用研究结果，为生物医学信号处理研究提供了新的思路。
诊哟育猪林毒寻牵灌叶吁孽佳毯矽痈丙回茵镀嚎盈渊聊鸵赶琴唬箭幽横参脑电信号分析与特征提取脑电信号分析与特征提取
第12页，共14页。
近似熵（Pincus，1991) 定义 用一个非负数来表示一个时间序列的复杂性方法，越复杂的时间序列对应的近似熵越大 。 算法 优点 计算所需数据短（100～5000点） 抗噪及抗野点能力强（特别是对偶尔产生的瞬态强干扰） 适用于确定性信号及随机信号
脑电信号的概述
脑电信号是由脑神经活动产生并且始终存在于中枢神经系统的自发性电位活动，是一种重要的生物电信号。 脑电信号非常微弱。主要有以下几个特点： 1）随机性及非平稳性相当强。 2）脑电信号具有非线性。 3）采集到的脑电信号背景噪声比较复杂，有50Hz的工频干扰，电极与皮肤的接触噪声以及电极与地之间的共模信号的干扰等等。

脑电信号的分析方法
脑电信号的分析方法包括以下几种：
1. 时域分析：主要是对脑电波形进行时间上的统计分析，例如平均幅值、峰值、振幅等。

2. 频域分析：对脑电信号进行频谱分析，可以得到不同频段的能量分布，常用的方法有傅里叶变换、小波变换等。

3. 相干性分析：用于分析不同脑区之间的相互作用，可以通过计算相干性或相关性来观察脑区之间的功能连接。

4. 事件相关电位（Event-Related Potentials, ERP）分析：通过将脑电信号与特定事件（例如视觉刺激或听觉刺激）时间上对齐，可以研究与该事件相关的脑电波形，从而推断脑功能。

5. 独立成分分析（Independent Component Analysis, ICA）：通过对脑电信号进行独立成分分解，可以将信号分解为多个独立成分，从而分离出不同源的脑电活动。

6. 时空分析（Spatio-T emporal Analysis）：结合时域和空域信息，对脑电信号进行综合分析，可以获得不同脑区在时间和空间上的动态变化。

以上是常见的脑电信号分析方法，根据具体的研究目的和问题，可以选择相应的方法进行分析。

双极导联原理图
正相波（阳性、向下）
同步或同时相
位相倒置（慢波） 针锋相对（尖波）
只有在双极导联出现
脑电图及其临床应用
11
频率波段
Beta
快波
Alpha
标准
Alpha
Theta
慢波
Delta
1秒.
频率--同一周期的脑波在1秒内重复出现的次数---赫兹 脑电图及其临床应用
14
β
+
13
α
8
7
θ
4 3
δ
0
脑电图及其临床应用
16
电极干扰
电极移动 头皮连接不当 电极没有连接好 输入端口没有 连接好
脑电图及其临床应用
17
癫痫样放电
• 癫痫样放电的定义：脑神经元群的异常超同步化放电
• 癫痫样放电的识别：明显区别背景活动的阵发性或爆发 性脑电活动
• 根据是否伴有临床发作分为 • 发作期放电 • 发作间期放电
• 正常范围：多数为正常变异，和正常小儿脑电图的临 床意义基本一致
• 界线性：可为正常变异，也可见于轻度脑功能障碍小 儿，临床不具有重要的诊断意义
• 异常：有明确的背景异常和（或）阵发性异常
避免以成人的标准判断小儿脑电图！
儿童EEG不再区分轻、中、重度异常，但需指明具体异常表现，如：
广泛性3Hz棘慢复合波节律暴发（伴临床失神发作）
脑电图及其临床应用
29
• 儿童失神癫痫：发作期脑电图：可见双侧性高波幅3次/秒的高
波幅棘慢波综合，呈现长程爆发出现，起始的律接近4次/秒。逐渐
变慢，结束时低于3次/秒，脑并电图且及其双临侧床应前用 部区域波幅最高。
30

脑电图的信号处理与应用一、脑电图的基本原理脑电图（Electroencephalogram, EEG）是利用头皮上的电极探测脑皮质电位的方法，记录下脑部电活动的变化。

它是一种无创、非侵入性的检查手段，通过对脑电活动进行分析，可以了解到人类的认知活动、情绪变化等多方面信息。

二、脑电图的信号特征1. 频谱特征：脑电图信号的频率范围为0.1~100Hz，可分为α、β、θ、δ、γ五种频带，每种频带代表不同的脑电波的振幅和频率特征。

2. 空间特征：脑电图信号的源头可以是大脑的任何位置，因此观察脑电图信号的时候要考虑多个电极的信号，通过空间分析可以了解不同位置之间的关系。

3. 时间特征：脑电图信号的时间特性对于诊断脑部疾病有着很大的意义，它可以反映不同脑区的交流和同步作用，也可以反映神经元的反应速度和电位传递速度。

三、脑电图的信号处理方法1. 滤波处理：脑电图信号的频域特征非常重要，滤波处理可以去除高频和低频成分，提高信号的质量，清除杂波干扰。

2. 时频分析：时频分析是将信号在时域和频域上进行分析，可以更加直观地观察信号的变化，同时还可以提取出信号中的周期性成分。

3. 谱分析：谱分析是利用傅里叶变换将信号从时域转换到频域，可以得到信号的频域特征，包括频谱密度、频率特征、功率谱等。

四、脑电图的应用1. 神经疾病的诊断：脑电图是诊断癫痫、中风、脑损伤等疾病的重要手段，它可以帮助医生了解患者的脑电活动状况，寻找病变的部位和程度。

2. 脑机接口技术：脑机接口技术是利用脑电波信号控制计算机和外设设备的技术，可以实现不需要肌肉操作的人机交互，广泛应用于康复、游戏、教育等领域。

3. 情绪识别：脑电波与情绪变化有着密切的关系，通过对脑电波信号的处理和分析，可以了解人的情绪变化和心理状态，为心理咨询和治疗提供重要信息。

4. 情感计算：情感计算是一种将脑电波与情感状态相关联的人工智能技术，可以通过监测脑电波信号来识别人的情感状态，为社交媒体、广告等领域提供个性化服务。

正常波形变化
解释正常脑电图在不同年龄、 性别和生理状态下的变化范围 。
正常参考值
提供正常脑电图的参考值，如 电压、频率和波形等。
异常脑电图图谱
异常脑电图图谱
展示异常脑电图的波形，用于诊断癫痫、脑 炎等神经系统疾病。
异常波形分类
根据异常程度和表现形式，将异常脑电图分 为不同类型。
异常波形描述
描述异常脑电图的波形特点，如棘波、慢波 等。
个性化定制
未来脑电图图谱将更加注重个性化定制，根据不同个体的脑电信号特征，为其提 供更加精准的脑电图图谱分析和解读。
多模态融合
将脑电图图谱与其他神经影像技术（如MRI、fMRI等）进行多模态融合，可以更 全面地揭示大脑活动的机制和功能，为神经性疾病的诊断和治疗提供更多依据。
常波形。
解读
由专业医生根据分析结 果解读脑电图图谱，并
给出诊断意见。
03 脑电图图谱解读
脑电图波形分析
脑电图波形分类
脑电图波形主要分为α波、β波、 θ波和δ波，每种波形具有不同的 频率和特征，代表了大脑的不同
活动状态。
波形识别
通过对脑电图波形的形状、幅度 、频率和分布进行分析，可以识 别出不同的波形，并判断大脑的
分析波形意义
根据不同类型的波形，分析其 代表的大脑功能状态和可能的
异常情况。
综合分析
结合多个时间段的脑电图数据 ，进行综合分析和比较，以获
得更准确的诊断结果。
04 常见脑电图图谱示例
正常脑电图图谱
正常脑电图图谱
展示正常人的脑电图波形，用 于比较异常脑电图。
波形描述
描述正常脑电图的波形特点， 如频率、幅度、节律等。
0Hale Waihona Puke 脑电图图谱的未来发展脑电图技术的进步与挑战

EEG Signal Analysis Methods and Their Applications
【 Writers 】 ZHOU Jingjing1, 2, YE Jilun1, 2, 3, ZHANG Xu1, 2, 3, LI Chenyang1, 2, TAN Xue1, 2 1 Biomedical Engineering Department，School of medicine, Shenzhen University, Shenzhen, 518060 2 Shenzhen Key Lab for Biomedical Engineering, Shenzhen, 518060 3 Guangdong Key Lab for Biomedical Measurements and Ultrasound Imaging, Shenzhen Key Lab for Biomedical Engineering, Shenzhen, 518060
Chinese Journal of Medical Instrumentation
研究与论著
文章编号：1671-7104(2020)02-0122-05
脑电信号分析方法及其应用
2020 年 44 卷 第 2 期
【作
者】 周晶晶1, 2，叶继伦1, 2, 3，张旭1, 2, 3，李晨洋1, 2，檀雪1, 2
典功率谱估计方法的性能较差，分辨率较低。性
能差的主要原因是不能实现功率谱密度原始定义
中平均值和极限的运算，分辨率低的原因是周期
图法假设数据窗外的数据全是零，对于自相关方
法是假设在延迟窗以外的自相关函数全是零。参
数模型法是现代谱估计的主要内容，具有较高的
频率分辨率和性能。

脑电波信号分析方法及其在脑功能研究中的应用脑电波信号分析方法是一种用于研究人类大脑功能活动的重要工具。

它能够捕捉到脑部神经元的电活动，并通过分析这些电信号的特征来了解脑的功能与疾病。

在过去的几十年里，脑电波信号分析方法已经取得了许多重要的进展，并在神经科学研究和临床实践中发挥了重要的作用。

脑电波信号分析方法主要包括数据采集、数据预处理、信号特征提取和信号分类等几个步骤。

首先，通过将电极阵列放置在头皮表面，可以获取到大脑区域的电活动。

这些电活动信号被记录下来，并传输到计算机中进行后续处理。

然后，数据预处理来消除来自酒精、眼球运动和肌肉活动等干扰信号。

接下来，通过信号特征提取，可以从原始信号中提取出与特定脑功能相关的特征。

最后，通过信号分类方法，可以将脑电波信号分为不同的类别，以研究脑的特定功能。

脑电波信号分析方法的应用非常广泛，可以帮助研究者深入了解脑部的功能与疾病。

首先，它可以用于研究脑的感觉、认知、运动和情绪等不同功能的变化。

通过分析不同频段的脑电波信号，研究者可以了解到特定区域的活跃程度和信息传递。

例如，alpha波和beta波与认知任务和注意力密切相关，研究者可以通过分析这些波形的变化来研究认知功能的改变。

其次，脑电波信号分析方法可以用于研究脑的疾病和异常。

例如，癫痫是一种脑电异常活动引起的疾病，通过分析脑电波信号，可以帮助医生更好地诊断和治疗癫痫。

此外，脑电波信号分析方法还可以用于研究神经退行性疾病，如阿尔茨海默病和帕金森病。

通过分析不同频段的脑电波信号，可以发现与这些疾病相关的特征，为早期诊断和治疗提供重要线索。

除了疾病研究，脑电波信号分析方法还可以应用于脑机接口技术。

脑机接口是一种直接将大脑和外部设备连接起来的技术，通过分析脑电波信号，可以实现人脑与计算机之间的交互。

脑机接口技术在康复医学和辅助生活方面有巨大的潜力。

例如，通过分析脑电波信号，可以将残疾人的意识和动作转化为计算机指令，实现人机交互，帮助残疾人恢复肢体功能和独立生活能力。

脑电图信号处理和分析方法第一章：绪论脑电图（Electroencephalogram，简称EEG）是一种记录人脑皮层神经元电活动的生物电信号，具有精度高、时间分辨率高、非侵入性、安全无害且易于操作等优点。

因此，脑电信号成为了认知神经科学、神经信息处理、神经可视化等领域中的热门研究对象。

虽然脑电信号对于研究人类大脑具有重要的意义，但是由于其具有噪声干扰、低振幅、非线性等特点，因此需要对脑电信号进行处理和分析，以获得更为准确的分析结果。

因此，本文将介绍脑电图信号处理和分析方法。

第二章：脑电信号预处理脑电图信号预处理可用于提取脑电信号的有用信息。

预处理包括去噪、滤波、重采样等步骤。

（一）去噪由于脑电信号包含了大量的干扰噪声，可能会对信号处理和分析造成干扰。

因此，去噪是脑电信号预处理的重要步骤。

主要的去噪方法有基线漂移去除、空间滤波、小波变换、盲源分离等方法。

（二）滤波脑电信号的频谱范围广泛，包括了0.5Hz到100Hz之间的频率波段。

为了获取有用信息，需要对信号进行滤波。

常用的滤波方法包括带通滤波、带阻滤波等。

（三）重采样脑电信号的采样率通常为256Hz，过高的采样率会增加计算负担，而过低的采样率则会影响信号质量。

因此，需要对脑电信号进行重采样以获得足够的时间分辨率。

重采样可以采用线性插值、最近邻插值等方法。

第三章：特征提取脑电图信号的特征提取是指分析信号的特征来识别信号中的有用信息。

在脑电信号分析中，常用的特征包括功率谱密度、时域平均值、时域方差、幅度谱等。

（一）功率谱密度功率谱密度（Power Spectrum Density，简称PSD）是指信号在时域上的功率分布。

PSD分析可以获得信号在不同频率上的相对强度分布。

（二）时域平均值时域平均值是指信号在时域上的平均值。

通过对信号进行时域平均值分析，可以获得信号在不同时间段内的平均功率值。

（三）时域方差时域方差是指信号在时域上的方差。

通过对信号进行时域方差分析，可以获得信号在不同时间段内的方差值。

脑电波信号的分析与应用人类的大脑是十分神奇的，它能够接受信息、处理信息、存储信息，甚至创造信息。

而作为人脑的活动之一，脑电波信号的研究及应用也日益引起人们的关注。

一、脑电波信号简介脑电波是指在脑部神经元活动中产生的微弱电信号。

通常在人类的头皮上布置多个电极，利用放大、滤波等技术，可以测得到一组形态各异、频率不等的脑电波信号，并进行分析和研究。

目前，国际上常使用的脑电波分类主要分为四类。

即：阿尔法波(α,8~12 Hz)、贝塔波(β,13~30 Hz)、θ波(θ,4~7 Hz)、δ波(δ,0.5~4 Hz)。

不同波段的脑电波在不同的状态下出现，说明了不同波段和状态下人脑的工作模式存在差异。

例如，α波主要出现在人体放松、注意力集中的状态下，而β波则常常出现是在人体活动、紧张的情况下。

又比如，θ波出现在人体情绪波动、失神等状态下，δ波可能表现出人体处在沉睡、昏睡等状态。

二、脑电波信号分析脑电波信号分析是将脑电波从原始信号中提取和表征，进而为脑电波理解和应用提供支持的过程。

常常被应用到脑电信号的特征提取、分类、模式识别、身份认证等领域。

1. 特征提取特征提取是脑电波信号分析中比较基础的一种方法。

它通过对原始数据进行滤波、时域特征提取、频域特征提取等措施，将原始的电信号剖分成为一组带有不同重要性特征值的数据，并据此建立模型。

2. 分类分类是将已经提取出特征的数据，通过训练模型的方式归属到各个分类中的过程。

通过利用已分类的数据进行训练，然后将其用来预测和分析其他数据。

例如，将具有特定脑电波模式的数据进行分类，以发现其与不同状态下的脑活动有何关系。

3. 模式识别模式识别，便是将已经分解好的理论模式与实际情况进行对比，从而发现其潜在的模式。

一旦确定了特定的模式，就可以通过与同一种模式进行比较来分析其不同之处，并推断模式的形成原因。

三、脑电波信号应用脑电波信号不仅可以对人脑活动进行分析和研究，还可以应用到各个领域。

信号滤波目的：排除脑电信号中无关频率的成分，降噪。 涉及：低通、高通、带通、陷波。
➢ 低通滤波：排除肌电等高频噪声 ➢ 高通滤波：排除皮肤电等低频噪声 ➢ 陷波滤波：去除50Hz工频干扰 滤波器的比较： ➢ IIR满足相同特性阶数较低，只能近似线性相位，必须浮点运算。 ➢ FIR满足相同特性阶数较高，可以做到严格线性相位，可以采用 整数运算。
1. 脑电图伪迹分析及数字滤波方法 2. 脑电信号的经典分析方法 3. 脑电信号的现代分析方法
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4.1 脑电图伪迹分析
典型的EEG伪迹成分
脑电信号是非常微弱的信号，只有微伏极。由于脑电信号是一种易变的 非平稳信号，其在采集过程当中，会不可避免地混入由非脑神经组织产生 的各种伪迹(干扰)成分。
常见的干扰有：眼动伪迹（EOG），心电伪迹（ECG），肌电伪迹 （EMG）和工频干扰。
不要动舌头，不要吞咽口水，保持身体不动等等。 2. 直接移除法
指通过观察或者自动识别的方法找出包含伪迹的EEG信号片段，直 接删除这些信号。但是这种方法会丢弃有用的信号。 3. 伪迹消除法
从脑电信号中识别并保留有用信号，分离出伪迹信号，这是伪迹去 除中比较理想的方法。
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4.1 脑电信号数字滤波
EEG信号滤波
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4.1 脑电图伪迹分析
物理性伪迹
1. 50Hz工频干扰：其伪迹可以出现在脑电图的所有导联中。 2. 电极接触不良：由于电极与头皮间接触面积发生改变，电阻抗 变化，产生干扰伪迹。
含工频干扰和去除干扰后时域图
含工频干扰和去除干扰后频域图
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4.1 脑电图伪迹分析
伪迹去除方法
1. 避免伪迹产生法 实验前告知受试者不要做可能产生伪迹的动作。比如保持闭眼状态，

病理波
• • • • • • • • 棘波 尖波 棘－慢综合波 尖－慢综合波 阵发性节律波 高幅失律 慢波爆发 三相波
• 脑电图的病理波形并不是某种疾病的 标志，而是疾病所引起的脑功能紊乱 的表现，在不同疾病下脑功能改变可 以相似，因而可具有类似的脑电图变 化，如脑肿瘤、脑脓肿可出现类似的 慢活动，反之，病因虽然相同，但脑 电波的改变可以不同。
导联组合
• 单级导联 • 双级导联
诱发实验
• 睁闭眼诱发（正常人睁眼时α波抑制，闭眼 时又出现α波） • 过度换气诱发（大脑缺血缺氧，脑电波的频 率逐渐变慢，并可能出现病理波） • 闪光刺激诱发（10-50HZ，可同步出现频率 相似的脑电波） • 睡眠诱发 • 药物诱发
3脑电图的分析
• • • • • 脑电节律 β 〉13Hz---快波 α 8-13Hz Θ 4-7Hz δ 0.5－3.5Hz
部分性癫痫的脑电图(发作时)
癫痫大发作
发作时EEG： 先兆期：散发性慢波、棘波或不规则棘 慢波 强直期：广泛高波幅棘节律 阵挛期：交替出现慢波和棘波 恢复期：平坦波或低幅慢波
全身型癫痫的脑电图
肌阵挛发作
全身强直—阵孪发作时的脑电图
癫痫小发作（失神发作）
发作时EEG：3周/秒高波幅棘慢波综合
间歇期EEG：背景活动大多正常约80%可 出现棘慢节律
精神运动性癫痫
• 发作时EEG：1. 双颞同步性高波幅θ节律 2. 阵发性快波 3. 低平波型 4. 无明显改变 • 间歇期EEG：1. 颞或额散发性棘波 2. 尖慢性、棘波性或爆发性慢波 3. 梯形波发放（锯齿波）
非典型小发作 （Lennox-Gastaut综合征）
炎症性脑疾病的脑电图
• 脑的炎症性疾病时脑电图异常分类如 下： • (1)急性期：分广泛性的慢波化和局 限性的慢波化。 • (2)慢性期：后遗重症的精神神经障 碍和癫痫发作分基本节律的局限性或 者广泛性异常、出现爆发性异常波。