EEG中常见的干扰与伪迹
EEG信号是随时间变化的随机信号,且幅值很小(通常是微伏uV级别),极易受到与脑活动无关的其他 信号干扰,这些信号称为伪迹。
眼电伪迹
眼电伪迹是EEG信号中最常见的伪迹,其可以大致分为眨眼伪迹与眼动伪迹,是指由眼球的运动带来的 电势差变化,眼球可以简化为一个前面(面部方向)电位为正,后面(脑内方向)电位为负的球体,造 成这种前后电位差的电荷对称为偶极子(dipole),这个偶极子的电势差从前往后逐渐减弱,因此在靠近 面部的额叶部位的EEG信号会受到该偶极子的较大影响,当没有眨眼或眼球运动时,该偶极子的电势较 为恒定,可以通过滤波等手段去除。
– 眨眼伪迹当眨眼时,眼睑覆盖眼球然后再离开眼球,这会导致偶极子电势差的急剧变化,该种电势差变化被EEG 采集系统捕捉,便形成了眨眼伪迹。图1所示是典型的眨眼伪迹,其中1和2是在Fp1电极上记录到的眨眼 伪迹,其特征是波形有一个很窄的尖峰,且幅值很大,随着电极排布位置的靠后,其幅值会逐渐变小, 且尖峰的时间范围也会变宽,如3所示。图1 眨眼伪迹波形眨眼伪迹一般用垂直眼电记录(VEOG),但也可以用Fp1、Fp2以及FpZ处的EEG信号代替,不过会损失
几个通道的脑电数据。
– 眼动伪迹眼动伪迹是眼球上下或左右运动带来的偶极子电势差变化,眼球运动方向的电位会变得更正。快速的眼
球运动一般称为眼跳(saccade),在实验中眼跳的典型过程是从一个注视位置跳到另一个注视位置,然后再跳转回原来位置,这会导致一个类似方波的“篷车”或“斜篷车”波形。肌电伪迹
肌电伪迹来源于肌肉活动时肌肉细胞的电位变化,由于EEG在头皮进行采集,因此头部和颈部的肌肉活动是EEG肌电干扰的最主要来源,颈部以下的肌肉活动一般不会对EEG产生较大的干扰。肌电EMG信号一般频率较高,在25Hz以上,幅度较大,表现出爆发式的密集波形,被试的咬牙、吞咽、打哈欠等活动均会产生明显的肌电伪迹.
心电伪迹
心电伪迹(ECG)是由心脏跳动带来的,容易在乳突出现,如果以乳突作为参考电极的话,那么ECG会
以颠倒的形状在所有电极中观察到。虽然有时可以通过稍微移动乳突或耳垂参考电极来减小ECG,但是一般不能完全消除,在时域中表现为QRS波,一般通过ICA算法去除。直流偏移
直流偏移(DC Offset)是由EEG采集系统中的放大器带来的,为了存储EEG信号电压的负值,在一些EEG系统中将信号整体迭代偏移了几千微伏,造成EEG信号逐渐向上偏转,在分析时需要首先使用高通滤波器去除DC Offset,高通滤波器的频率一般是0.5Hz,但不同的设备有不同的建议频率,需要查看用户手册。工频干扰
工频干扰也叫市电干扰、交流电干扰、线路噪声(line noise)等,是由于交流电通过空间耦合到EEG信号中造成的干扰,其频率与市电的频率一致,一般还伴随着谐波,在我国使用的市电是50Hz,因此工频干扰也是50Hz的,其谐波干扰频率一般是50Hz的整数倍。当电极由于头皮油脂、脏污、角质层过厚等导致阻抗较高时,更容易引入工频干扰。其在时域中表现为整体的极高频,使得信号看起来像是“一整块”,淹没了信号的细节。皮肤慢电位
当被试出汗,导致某些电极的电阻降低时,根据欧姆定律会导致电压的升高,从而出现皮肤慢电位伪迹,由于电阻降低的过程较为缓慢,因此皮肤慢电位的频率比较低(0.2-0.5Hz),其表现为较慢的波形飘移,一般通过高通滤波可以去除。放大器饱和
缓慢的波形飘移有时会使得记录到的EEG信号超过放大器能记录的最大值,造成放大器的饱和,也叫做阻塞(block),在时域波形上表现为一条直线。如果在实验中经常出现该现象,则应该适当降低放大器对原始信号的放大倍数(放大器增益)。
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