EEG伪影类型详解和过滤工具的汇总(一)

在处理脑电图信号(EEG)时，主要关注的问题之一是确保我们记录的数据干净与高信噪比。EEG信号的幅度在微伏范围内，很容易被噪声(称为“伪影”)污染，需要从神经过程中过滤掉它们，以保存我们所需的有价值的信息。在这篇文章中，主要介绍了不同的EEG伪影以及去除它们的主要工具和技术。1

什么是脑电图伪影？

 我们的大脑一直在运转。当神经元之间交流时，细胞之间的生物化学交换会产生微小的电活动。从神经元到神经元的单个电信号是不可记录的，但是当数以百万计的神经元同步时，产生的电场可以从头皮测量出来。这些脑电图信号(EEG)在被记录下来之前，通过组织、骨骼和头发传输，到那时，它的振幅非常衰减(Sornmo & Laguna, 2005;Nunez & Srinivasan, 2006)。
我们将“伪影”表示为不是由人脑活动直接产生的EEG信号的任何成分(在某些情况下，由大脑产生的神经过程本身也可能是伪影，但我们在文中跳过它们，因为它们仅限于非常具体的研究背景)。因此，伪影就是系统记录的干扰神经脑电图数据的噪声(Uriguen & Garcia-Zapirain, 2015)。2

脑电图伪影的类型

 
识别伪影的能力是去除伪影的第一步。EEG伪影可根据其来源进行分类，这些来源可能是生理性的，也可能是人体外部的(非生理的)。最常见的是(Sörnmo＆Laguna，2005;Urigüen＆Garcia-Zapirain，2015; Clark，1998; Ismal et al.，2016)：
生理上的伪影

眼部活动

肌肉活动

心脏活动

汗水

呼吸

非生理/技术伪影

电极弹出

电缆运动

参考放置不正确

交流电和电磁干扰

身体动作

生理上的伪影

眼部活动：

起源：眼睛可以用电偶极子建模，当它移动时它会扭曲该区域的电场。

为什么会影响EEG：这种失真被称为EOG(眼电图)信号，其幅度通常比EEG信号大一个数量级，达到100-200微伏左右。

影响类型：眨眼，横向运动，眼球运动

对时域的影响：:眨眼会使额叶区电极上的EEG信号上产生高幅度的快速变化，在靠近眼睛的电极中更明显。眼睛的横向运动也影响额叶区域，但越靠近太阳穴，其作用就越明显。通常，伪影的振幅几乎与注视角度成比例。

对频域的影响：在低频率上的效应，可能与delta和theta波段混淆。

肌肉活动

起源：肌肉收缩时会产生电活动。这种活动可以被测量，产生的信号称为肌电图(EMG)。

为什么会影响EEG：肌肉产生的电活动会干扰实际的脑电图活动。我们可以用肉眼观察这些高频伪影。

影响类型：咬紧牙关，脖子和肩膀肌肉紧张，吞咽，咀嚼，说话，吮吸，吸气，做鬼脸，皱眉或打嗝

对时域的影响：我们可以观察到与EEG信号重叠的高频信号。振幅与肌肉收缩的强度有关。

对频域的影响：脑电图beta和gamma波段在高频重叠伪影中的影响

心脏活动

起源：来自心脏的电活动。该信号称为心电图(ECG)，但也称为脉冲伪像。

为什么会影响EEG：尽管脑电图的心电图振幅很低，但有时，根据电极的位置或参与者的身体形状，我们会在脑电图信号上看到节律性失真。

影响类型：心脏活动，脉搏

对时域的影响：一种有节奏的模式，与EEG信号重叠的心跳相对应。

对频域的影响：ECG的频率成分与EEG频带频率重叠，因此肉眼难以看到。

汗水

来源：皮肤汗腺

为什么会影响EEG：腺体产生的少量汗水会导致电极的电基线的变化。在剧烈出汗的情况下，它甚至会导致电极之间短路。

影响类型：汗腺，皮肤电位。

对时域的影响：慢波与EEG信号重叠。

对频域的影响：低频伪影与delta和theta波段重叠。

呼吸

起源：呼吸时胸部和头部的运动(吸气/呼气)

为什么会影响EEG：在睡眠记录中更常见，因为如果参与者躺在床上，与呼吸有关的运动会改变电极与头皮之间的接触。

影响类型：吸气，呼气。

对时域的影响：与呼吸节律同步的慢波与EEG信号重叠。

对频域的影响：低频伪影与delta和theta波段重叠。

非生理/技术伪影

电极弹出

起源：由于接触传感器或电极-皮肤接触的自发变化而导致的传感器与头皮之间的接触暂时性故障。

为什么会影响EEG：这是由于头皮和电极之间的接触电势变化所致。

影响类型：电极弹出。

对时域的影响：对EEG信号的突然且通常是高幅度的干扰通常位于单个通道中。

对频域的影响：由于可能产生的畸变范围很大，因此很难确定电极爆裂的特征。

电缆运动

来源：连接电极和放大系统的电缆的运动。

影响的原因：电磁场的变化会在记录的信号以及头皮传感器接触中产生失真。

影响类型：电缆移动，电缆接触。

对时域的影响：这在很大程度上取决于电缆移动的类型。如果运动是有节奏的，则会出现与电缆运动节奏相同的失真重叠的脑电图信号。

对频域的影响：它也取决于运动的类型。如果运动是有节奏的，我们可以发现与EEG不相关的频率峰值。

不正确的参考位置

原点：未放置参考通道或参考通道接触不良。

影响原因：记录的信号不是EEG。

影响类型：未放置参考传感器。

对时域的影响：所有通道中的幅度都急剧变化。正确放置基准后，所有通道将缓慢收敛(滤波效果)为实际的EEG信号。

对频域的影响：:在所有通道都有很高的功率，在与脑电无关的脑电信号中也有很高的功率。

交流电和电磁干扰

起源：交流电线和设备

为什么会影响EEG：由于电线屏蔽不足或缺乏，信号可能会受到周围的电磁场(如交流电源和电线)的影响。

影响类型：50 Hz或60 Hz。

对时域的影响：可以观察到高频噪声连续重叠脑电图信号。

对频域的影响：在50 Hz或60 Hz附近看到一个大尖峰。具体是50Hz还是60 Hz取决于您所在国家/地区的交流频率标准。

身体动作

起源：身体运动，主要受头部运动影响。

为什么它会影响EEG：移动时(尽管无意间)会影响电极和皮肤之间的接触，并且EEG信号会损坏。

影响类型：头部动作，手臂动作，行走，跑步。

对时域的影响：与运动节奏相对应的暂时慢波。

对频域的影响：影响集中在重叠delta和theta频段的较低频率中。

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