临床脑电信号预处理中的时空滤波器设计

　　自HansBerger在1924年第一次记录到自发脑电(EEG)以来,EEG已成为研究大脑功能和临床诊治的常用手段。相对于CT、PET、MRI等手段,EEG具有无创,价格低廉,操作简单等优点,应用愈来愈广泛。但是在EEG的研究和临床应用中一个不可回避的问题就是干扰抑制问题。自发脑电是0~100μV的微弱电信号[1],很容易受到各种类型的干扰,如,眨眼,眼动,肌肉收缩,心脏跳动,电源噪声,电磁波辐射等都很容易使脑电信号畸变或淹没,导致采集到的EEG信号无法反映大脑的生理及病理情况。获得干净或有效脑电信号的途径有两个:一是采集时避免,即最大程度避开各类干扰源,如在屏蔽室采集脑电可避开空间电磁波辐射;利用电池给采集器供电可避开线上的电源干扰;要求受试者尽量合作,可避免眨眼、眼动、肌动等干扰。二是采集后去除,即利用信号处理的方法,对采集到的EEG信号滤波,滤出噪声和干扰,恢复原始的EEG信号后再分析,进而探讨该脑电信号所内含的生理或病理意义。

　　实际中往往是两种途径一起采用。由于电子仪器设备的有限性和脑电信号自身的微弱性,不可避免的在采集时要受到各种干扰,所以对采集到的信号必须进行前期滤波处理才能进行后继分析,即所谓的脑电信号预处理。在临床上,预处理问题显得更加有必要,因为病人的配合程度,采集状况(特别是病床边采集)等因素都使得脑电信号往往踪迹难寻。临床上一直提倡就在病床边进行各类检测,这样可以方便病人,减轻病人痛苦。然而,病房里采集到的脑电信号其预处理问题就不可避免地更加复杂和困难,也就是说诸如眨眼,眼动,肌肉收缩,心脏跳动,电源噪声,电磁波辐射等干扰会大量存在甚至同时存在。因而,病床边的脑电图检测要普及,首要的任务是脑电信号的预处理问题要取得突破。

　　本研究利用便携式脑电信号采集器,在重庆医科大学第一附属医院神经内科普通病房和监护室内对病人进行床旁EEG数据采集,病人保持正常躺姿,无需起身或坐立,也不用到脑电图室,该方式大大受到病人欢迎,对危重病人也能方便地采集到脑电图数据。采集时用电池供电切断了来自电源线上的干扰;在预处理中设计了一种基于独立分量分析(ICA)的时空滤波器,有效地去除了各类噪声和干扰,效果良好,为后继的分析提供了可靠保证。

　　1　临床数据采集

　　按照国际标准导联10—20系统安放电极,同时记录Fp1、Fp2、F3、F4、C3、C4、P3、P4、O1、O2、F7、F8、T3、T4、T5、T6共16导数据,使用A1、A2作为参考电极。采集对象为ICU病房和普通病房共计10人,主要为脑梗塞和脑出血病人,其中男性4名,女性6名,均为右利,平均年龄65. 3岁(范围47~84岁)。所有数据均在病人床边采集,病人均为躺姿。