腦電參考之平均參考

這篇文章在2019年5月30號(hào)，就已經(jīng)寫(xiě)了發(fā)布在了我的知乎專(zhuān)欄了，今天拿出來(lái)和零參考技術(shù)放一起，僅供參考閱讀。https://zhuanlan.zhihu.com/p/67481145

在腦電實(shí)驗(yàn)中，記錄的指標(biāo)是電壓值。我們理應(yīng)知道，兩點(diǎn)之間才能形成電勢(shì)差即電壓，所以，其實(shí)在腦電記錄時(shí)，其實(shí)是兩個(gè)電極間的差值。在最開(kāi)始的記錄中，除了貼在大腦部位的單個(gè)電極外，就應(yīng)該還有一個(gè)參考電極。在我們?nèi)粘５碾娮与娐分校覀兺ǔ?huì)選擇大地作為參考，所以，它記錄的電壓就是其兩者的電壓差。當(dāng)然，在我們的腦電設(shè)備中也可以以大地作為參考點(diǎn)，但是，這樣記錄下來(lái)的腦電信號(hào)則是由我們的頭皮上信號(hào)和大地的差值，這里面就記錄到了由我們身體的其它部位產(chǎn)生的電位信號(hào)，這樣一來(lái)就不能說(shuō)是測(cè)量的大腦產(chǎn)生的電壓信號(hào)，更嚴(yán)重的接上市電的設(shè)備，因?yàn)榕c大地相連，還有可能產(chǎn)生觸電的危險(xiǎn)，所以為了避免上述情況，市場(chǎng)上廠商就在放大器電路上建立了一個(gè)虛擬地電極，但是建立的虛擬地電極也不是絕對(duì)的零電位點(diǎn)，在測(cè)量信號(hào)時(shí)，這個(gè)虛擬的地電極也會(huì)產(chǎn)生噪聲信號(hào)，這個(gè)信號(hào)就是影響到測(cè)量的數(shù)據(jù)。所以為了更精確采集到數(shù)據(jù)，于是就引用的另一個(gè)電極做為參考點(diǎn)。所以，現(xiàn)在市場(chǎng)上的腦電放大器均是采用的差動(dòng)放大器。不知道你有沒(méi)有明白，我們就通過(guò)數(shù)學(xué)公式進(jìn)行線(xiàn)性的變換就知道，假設(shè)GND的電壓A，ref的電壓B，單個(gè)電極的電壓C，所以我們?cè)谟涗浀臄?shù)據(jù)就應(yīng)該是，（C-A）-（B-A）= C-B ，所以我們其實(shí)記錄的數(shù)據(jù)時(shí)測(cè)量的單個(gè)電極與參考電極的差值。這樣我們就消除了GND電極帶來(lái)的信號(hào)干擾。

參考電極的選擇

理想狀態(tài)下的選擇是，我們需要一個(gè)絕對(duì)的零電位點(diǎn)拿來(lái)作為EEG Reference。但這是在實(shí)際測(cè)量中是不可能的事情，會(huì)存在一個(gè)問(wèn)題是在于頭部（或人體）上沒(méi)有哪個(gè)位置是隨時(shí)間進(jìn)程穩(wěn)定不變的，身體上任何給定點(diǎn)的電位總是在不斷變化......如果我們要用它來(lái)測(cè)量其他電極的變化，真正的參考值必須有一個(gè)固定的值甚至于是零值。

所以在目前的研究中選擇的參考點(diǎn)很多，（雙側(cè)耳垂或乳突、前額中心電極、鼻尖、下顎、非頭部的胸椎、踝關(guān)節(jié)和膝蓋等），不同的參考點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)是存在一定的誤差的，可以參考上面的文章參考的選擇與轉(zhuǎn)換。

在這里，我將詳細(xì)說(shuō)說(shuō)平均參考的選擇。

為什么把平均參考拿出來(lái)單獨(dú)說(shuō)？這是因?yàn)檫@可能是最接近固有（零）值的方法，平均參考的方法是消除原有參考電極變化所造成的誤差影響，將所有電極信號(hào)進(jìn)行總和平均獲得一個(gè)固有值。

我們可以想象一下，將頭部當(dāng)做一個(gè)球體，在頭部的中央放置一個(gè)偶極子（即放電源），這樣在頭部全部放上電極來(lái)進(jìn)行信號(hào)采集，然后將采集下來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行總和，理論上這樣獲取的值應(yīng)該是零值。這樣的話(huà)，所有的電極就不會(huì)受到其它電極的影響。

當(dāng)然，這是一種理想狀態(tài)下的情況，就目前的腦電電極來(lái)說(shuō)，電極數(shù)目過(guò)少就達(dá)不到這樣的情況，但是在電極點(diǎn)數(shù)目足夠多的情況下，建議還是使用平均參考為最佳的選擇。

平均參考為什么沒(méi)有普及？

這是受當(dāng)前文獻(xiàn)的約束，在以往的研究中，更多的是乳突參考比較多，所以造成了一個(gè)固定的思維，乳突的參考才是正確的參考，其實(shí)不然，若能找到絕對(duì)的零值，這是我們最理想的參考點(diǎn)。在當(dāng)前的腦電的設(shè)備中，會(huì)有越來(lái)越多的人來(lái)使用高導(dǎo)聯(lián)來(lái)采集數(shù)據(jù)，這就是為了找到更合適的參考點(diǎn)。

謝謝大家觀看，如有幫助，來(lái)個(gè)關(guān)注或者轉(zhuǎn)發(fā)吧！

本文作者：陳銳

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