EEG伪影类型详解和过滤工具的汇总(一)
什么是脑电图伪影?
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)。
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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