ERP技术原理精讲.ppt
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1、一、一、EEG对对ERP的淹没与叠加基本原理的淹没与叠加基本原理(一)特性:(一)特性: 1淹没,约淹没,约2微伏微伏 10微伏。微伏。 2 两个恒定:潜伏期、波形。两个恒定:潜伏期、波形。(二)出现:(二)出现: 1947 Dawson 首次报道用照相叠加技术记录人体首次报道用照相叠加技术记录人体EP。 1951 Dawson 首次发明机械驱动首次发明机械驱动-电子存储式电子存储式EP叠加与平均叠加与平均方法(张明岛等,方法(张明岛等,1995),开创了神经电生理学的新时代),开创了神经电生理学的新时代。Nd1N2P3(P300)l 计算机不设置负值,只有正值,波的低谷也为正值,故噪声计算机
2、不设置负值,只有正值,波的低谷也为正值,故噪声叠加也增大,而不是互相抵消。叠加也增大,而不是互相抵消。l 信噪比的提高值与叠加次数信噪比的提高值与叠加次数: 。 例:例:原原信号信号2微伏微伏 / 噪音噪音10微伏微伏 = 0.2,叠加,叠加100次后次后 (2微伏微伏100)/(10微伏微伏 )= 200微伏微伏 / 100微伏微伏 = 2 二、二、 噪音、干扰、伪迹的概念噪音、干扰、伪迹的概念噪音:自发电位、仪器的本底噪音。噪音:自发电位、仪器的本底噪音。干扰:干扰:50Hz 市电。市电。伪迹:被试的伪迹:被试的EOG、运动电位等。、运动电位等。 /S Nnnn100EEG 放大 A/D
3、叠加 总 测量 转 排伪 存盘 平 绘图EOG 模滤 换 数滤 均 统计 光盘 记录 (离线式)三、三、ERP 数据提取过程数据提取过程(一)增益(一)增益(Gain, 放大倍数放大倍数Amplification): (1)一般取)一般取 10 5 。 (2)含)含Head Box 150倍。倍。 (3)VEOG与与HEOG应减小。应减小。 (4)分贝与放大倍数的关系:)分贝与放大倍数的关系:1dB = 20 log A, log A = dB/20 例如,例如,A=10000,则可表示为,则可表示为80dB。 120dB,则,则 log A = 120/20 = 6, A=106 。 (5)
4、易犯错误:取值过大而超限,表现为削顶,甚至成为直线。)易犯错误:取值过大而超限,表现为削顶,甚至成为直线。(二)共模抑制比(二)共模抑制比(辨差比,(辨差比,Common model rejection ratio, CMRR) 减少减少50周干扰的能力周干扰的能力 CMRR = Ad/Ac, Ad:异相信号放大倍数。:异相信号放大倍数。Ac:同相信号放大倍数。:同相信号放大倍数。 Ac 1 。 例如,例如, Ad=50000, Ac=1/20,则,则CMRR = 106 = 120 dB。(三)通过模拟滤波(设定频带宽度)(三)通过模拟滤波(设定频带宽度) 减少噪音与干扰减少噪音与干扰(1)
5、频响曲线:任何放大器只能对一定频率范围内的信号进行频响曲线:任何放大器只能对一定频率范围内的信号进行放大,对超过者不放大;该范围表示为频响曲线。放大,对超过者不放大;该范围表示为频响曲线。频率Hz放大倍数 Ad0.7FLFh频率响应曲线频带宽度:频带宽度: (约(约0.7)倍)倍Ad 时,高低频响间频带宽。时,高低频响间频带宽。范围的两端皆可调。范围的两端皆可调。1/ 2(2)时间常数:时间常数:TC = 1/TC = 1/(2f2fL L),),f fL L为低端频响。为低端频响。 低端频响低端频响 = 高通高通(high-pass)(high-pass)值,高端频响值,高端频响 = 低通低
6、通(low-pass)(low-pass)值。值。(3)设定频带宽度,使其仅够放大拟研究的设定频带宽度,使其仅够放大拟研究的ERPERP信号,则落信号,则落在频带外的噪音与干扰信号不被放大,达到排除噪音在频带外的噪音与干扰信号不被放大,达到排除噪音与干扰信号目的。与干扰信号目的。频带宽度的设定数值将直接影响频带宽度的设定数值将直接影响ERPERP波形是否失真,至关重要。波形是否失真,至关重要。 时间常数对波形的影响时间常数对波形的影响若TC = 10,则 F L = 1 / / 2TC = 1/62.8 = 0.0159 HzTC = 1/62.8 = 0.0159 Hz若TC = 1,则 F
7、 L = 1 / / 2TC = 1/6.28 = 0.159 HzTC = 1/6.28 = 0.159 Hz若F L = 0.01 Hz Hz,则 TC = 1 / / 2F L = 1/0.0628 = 15.9 = 1/0.0628 = 15.9若F L = 0.05 Hz Hz,则 TC = 1 / / 2F L = 1/0.314 = 3.18 = 1/0.314 = 3.18若F L = 0.1 Hz Hz,则 TC = 1 / / 2F L = 1/0.628 = 1.59 = 1/0.628 = 1.59ERPERP晚成分一般应取晚成分一般应取 F L = 0.01 Hz H
8、z,最多取,最多取0.050.05,见上图。,见上图。(4)易犯的错误:)易犯的错误: off-line 进行不必要的数字滤波进行不必要的数字滤波(digital filter)。 on-line 进行陷波进行陷波(Notch)。 低端不够低。低端不够低。(四)(四)数字滤波:数字滤波:一般不用。用于陷波去一般不用。用于陷波去50周干扰,或只留慢波等特殊情周干扰,或只留慢波等特殊情况。况。(五)(五)ERPERP采样采样(sample) (sample) 分辨率及分辨率及A/DA/D转换原理。举例说明。转换原理。举例说明。(1)A/D转换卡Analog to digital converter
9、 采样分辨率12 bit(位), 输入电压范围=5V. 超过者视为5V而失真. 12bit 意味着212=4096,可将输入电压10伏分为4095个等级, 每个等级 10V4095=2.442 mV. 若Ad=20000, 则还原为放大前的脑电分辨率=2.442mV20000=0.1221V. 即0.1221V的脑电变化就测不出来。 为提高脑电分辨率,根据上列公式,可以 1提高采样分辨率,现已多用14 bit,每个等级10V16383=0.61 mV. 若Ad=20000, 则还原为放大前的脑电分辨率0.61mV20000=0.0305V. 2在可能的范围内增大Ad。 若Ad=20000,则还
10、原为放大前的脑电分辨率0.61mV20000=0.0306V. 若Ad=40000,则还原为放大前的脑电分辨率0.61mV40000=0.0153V.例如,有5V的脑电信号.若基线为15V,则处于20V的位置,放大后不得超过5V,则最多只能放大5V/ 20V =250,000倍因为20V250,000=5V,已达极限值.若基线为0V,则处于5V的位置最多可放大5V/ 5V = 1,000,000倍因为5V1,000,000=5V,才达极限值.为了增大放大倍数Ad,应调节脑电基线接近零,以便进一步充分放大脑电信号,又不致超出5伏的采样范围。调节脑电基线接近零可防止不必要的失真。例如脑电20V,基
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