周晓霞，遇涛，张鑫，张国君，杜薇，李勇杰

1.首都医科大学宣武医院 功能神经外科，北京市功能神经外科研究所，北京 100053；2.中国科学院自动化研究所 脑网络组研究中心，北京 100190

引言

脑电图（Electroencephalography，EEG）是通过医用电极记录下来的脑细胞群的自发性、节律性电活动[1-2]。通常提到的EEG是指头皮EEG，实际上是头皮电位差与时间之间的关系图。EEG是评价脑功能状态的一个敏感指标，现已广泛应用于中枢神经系统疾病及精神性疾病的诊断，也用于心理学和认知科学等领域的研究[3]。尽管高分辨率的解剖和功能成像技术发展日新月异，但在癫痫的诊断和治疗中EEG始终是其他无创检查无法替代的重要检查工具[4]。与各种影像学检查相比，EEG更加抽象晦涩，不易理解和掌握[5]。

EEG仪是放大并记录脑电信号的仪器，输入阻抗、共模抑制比、带宽、采样率等都是放大器的关键指标，目前关于脑电设备的研究相对较少，而脑电设备采集和使用对科研和临床应用上又至关重要，本文旨在介绍脑电采集技术的国内外现状，并帮助零基础的脑电人员初步掌握这门技术。

1 脑电采集技术的国内外现状

当前，应用于临床监测的视频EEG仪品牌繁多，就科研领域而言，国外的脑电采集系统主要包括美国EGI公司、NeuroScan公司和德国Brain Products公司，以上三个品牌的EEG仪采集精度都相对较高[6-7]，因此广泛应用在认知科学研究领域。就临床监测而言，国内大型三甲医院比较常用的EEG设备以进口品牌为主，常见的放大器品牌包括日本Nihon Kohden、美国Nicolet、意大利Micromed等，目前也有很多国内公司生产EEG仪，其中以北京云深科技、北京新拓、上海海神、成都智能、南京伟思等为代表，但国产EEG放大器的综合性能还是略低于国外的品牌。

1.1 国外脑电系统硬件方面的研究状况

由于临床上应用的各品牌放大器技术指标会涉及医疗仪器厂家的商业机密，我们仅就科研领域的放大器做讨论，国外品牌中以美国NeuroScan公司SynAmps 2放大器的综合性能最佳，其输入阻抗、带宽、精度、采样率、A/D位数均相对较高，共模抑制比较Brain Products 公司DC放大器的相对偏低。NeuroScan公司网站和放大器产品说明书上的资料显示，它的放大器具有DC和AC两种工作模式，在使用时需要进行AC/DC模式选择，如果选择AC模式，必须通过滤波器滤除原始脑电信号中的直流漂移，直流漂移会造成信号缺失[8]，损失脑电信号中的低频成分，此模式下脑电信号精度较高。如果选择DC模式，脑电信号的精度会下降，放大器可以通过降低放大倍数，提高A/D的参考电压范围，这样可避免原始信号中较大的直流漂移造成的信号失真。在DC模式下由于放大倍数偏小会导致共模抑制比偏低，在数字信号处理过程中需要滤除共模信号，导致破坏信号自身的频率特性，使此模式下脑电信号的精度下降[6-7]。

尽管各个国外放大器厂家标注的带宽为0至数百赫兹，但事实上，由于在脑电采集过程中存在很大的直流漂移，如果不滤除直流漂移，很容易造成放大器工作在饱和状态，因此，放大器的带宽很难实现低端为直流。所以很多厂家会在放大器中设置滤除直流漂移的高通滤波器，一般都将高通滤波器的截止频率设置在0.5 Hz[6]。同时由于在利用脑电信号进行脑功能成像研究时，往往需要多导脑电信号（从32导到128导、256导乃至512导），所以需要采集的数据量急剧增加，为克服数据量增加对系统稳定性产生的影响，厂家往往会降低采样频率。一般情况下采用256、512、1024 Hz的采集频率，很少采用1024 Hz以上的采样频率。根据耐奎斯特采样定律可知在使用512 Hz采样频率时，理论上最高可以采集到256 Hz以下的信号。实际中只能采集100 Hz左右的信号。而256 Hz的采样频率采集到的信号最大频率只能在50 Hz左右。大多数厂家生产的EEG采集系统均将其采集有效带宽设置于0.5～50 Hz[9]。大多数厂家的脑电采集系统使用这个带宽范围，除了上述采集技术的限制外，还因为在传统的脑电研究中认为人类脑电信号的频率范围主要分布在0.5～50 Hz，而这个范围外的信号都可以看做是无用信号或者干扰信号[6-7]。

然而，持续近50年的EEG概念正在被逐渐挖掘和更新。数字化EEG实质上将EEG从以往的曲线图形转变为海量的数字信息，这种数字信息更加接近脑内细胞电活动的本质，可以通过信号分析、深度运算等信号后处理方式，例如：高频（超高频）活动、极低频活动、局部场电位、时频分析、相关性分析等信号处理、分析方法，展示神经电活动自身的特点，及其与其他脑区神经电活动的内在关系，这也是目前研究大脑功能活动的一个重要方式和工具。值得关注的是，EEG低频信号越来越受到学者们的广泛关注，对未成熟脑、癫痫发作和各种认知任务下脑状态进行的研究显示，生理性和病理性脑电信号频率可以低至0.01 Hz，高至数百赫兹[10-12]。在Gamma波同步的研究中，学者们发现频率在数百赫兹的脑电信号与人类的认知功能有极其紧密的关系[6]。在近年的静息态脑功能成像研究中，0.01～0.08 Hz的血氧水平依赖性功能磁共振 （functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）信号为研究者们提供了大量重要的信息[13-14]，因此，采集可靠的脑电低频信息，对基于脑电与fMRI信息融合的认知研究，有非常重要的意义。基于这些有关EEG信号频率和带宽的研究，学者们逐渐意识到传统的EEG采集系统已不能满足日新月异的科研工作，急需发展新型的全频段EEG采集系统[6-7,15]。

1.2 国内脑电系统硬件方面的研究状况

国内目前也有大量的公司和学校在生产或研发脑电放大器等产品，其中以北京新拓、南京伟思、上海海神、成都智能等为代表。通过对比国内外现状，可以发现我国所研制的系统在采样频率、转换精度、共模抑制比以及输入阻抗等方面都有较大的差距。而这些参数对于脑电采集来说都是至关重要的，导致目前国内的很多脑电放大器不能满足高级认知研究中的高精度需求，大多只能用于一般临床的辅助检测。随着我国经济水平和国际地位的逐渐提高，国际交流日益频繁，使得国内在该领域所能使用的电子元器件与国外的情况相比，已经没有明显的差距。

2 EEG临床采集技能培训的紧迫性和重要性

近年来，随着癫痫诊断治疗的蓬勃发展，EEG专业技术人才的缺口愈发明显，电生理专业人才培养是关键环节[16]。至今，我国的医科院校中很少有设立临床脑电图学这门专业课程，且目前尚未建立完善的EEG专业人员培训机构及制度，很多医学生、临床医生及技术人员都是步入专业临床科室后才有机会接触到EEG及其相关的知识，这种状况造成了临床医生和电生理技师EEG专业基础知识薄弱，不能有效地依据EEG结果指导临床治疗[17-18]。针对临床医生和技术人员这种“零起步”的学习现状，我们根据在本中心接受培训的医学生、临床医生以及神经电生理专业技术人员的学习经验，初步总结了一些EEG临床采集技能的有效培训方法与同仁一起探讨、提高。

3 技能入门的几个阶段

EEG“零基础”的学员在首次接触EEG时往往一头雾水，此时可引导每位学员依次进行以下四个阶段的系统学习。

（1）理论学习。在临床实际接触EEG之前，鼓励每位学员自学了解EEG的基本知识和基础理论，可以通过阅读《脑电图判读step by step》[19]和中国抗癫痫协会出版的《临床脑电图培训教程》[20]两本入门级参考书对EEG的概念有初步掌握。在初步学习的阶段，需要对EEG的电生理学基础、EEG仪器使用及参数调节、EEG导联和记录方法、EEG的基本概念有所了解。

（2）操作实践。每位学员都必须了解并掌握EEG监测的完整操作过程，且必须练习独立完成国际10-20系统头皮EEG的电极安放[21]。每个电极需根据颅骨标志的测量加以确定，尽可能与头颅的大小和形状成比例，同时每个电极点对应的大脑皮层位置必须牢记于心。亲手安装电极的过程有助于更直接地发现EEG监测过程中出现的伪迹，利于辨认。除了电极安放，学员还应熟悉全部的EEG监测过程，包括：导联的排列、EEG诱发试验、监测过程中的注意事项、镇定药物对EEG的影响等。

（3）理论结合实践。这个阶段的培训重点是稳扎稳打，把基础打牢，后期才能循序渐进地提高阅图水平。培训步骤可按照：正常EEG的识别→异常EEG的识别→伪差识别的顺序展开。只有先熟悉了正常EEG波形，才能甄别出癫痫患者的异常脑电波。然而异常EEG在不同发作类型和不同神经系统疾病中的表现往往不同，有些发作类型具有典型的放电形式，例如：失神发作、痉挛发作、强直发作、肌阵挛发作等等。在临床中亲自看到各种发作类型之前，最好的方法是认真阅读经典的EEG图谱及相关参考书，可见参阅《临床脑电图学》[22]《小儿脑电图图谱》[23]《癫痫：发作和综合征的诊断与治疗》[24]等非常经典的自学书籍。在判读EEG时，对伪差的识别绝对不可忽视，有时候在EEG的记录过程中，很多伪差是不可避免的，例如：肌电、眼动、心电等干扰信号比脑电信号强很多，如果试图以滤波的方法剔除所有伪差，可能会造成脑电信号的丢失，导致脑电波形失真。

（4）经验积累与学习提高。学好EEG没有捷径可走，多阅读临床上有经验的神经电生理医师出具的EEG报告，发现问题，及时答疑解惑[25]。此外，积极参加临床病例讨论，学习EEG医生和临床医生判读EEG的思路和方法，进一步积累经验，提升自身的EEG阅图水平。学员还可以登录中国抗癫痫协会的网站，到网上的EEG学院中学习EEG基础课程和EEG专题讲座。网络课程利用多媒体技术的综合处理和控制，把文本、图形、图像、视频和声音等承载的内容结合在一起，更有利于学生接受和掌握[3,26-28]。此外，学员还可利用业余时间参加与EEG相关的培训、讲座和会议，聆听各地区有丰富经验的电生理专家们在癫痫诊断、治疗和EEG阅图上的经验和见解。

4 视频脑电图的学习特点

数字化的视频脑电图（Video EEG，VEEG）为医学生学习EEG带来许多便利条件。首先，需要熟练掌握视频EEG仪的使用，相比于旧时走纸型EEG仪，在VEEG仪的操作界面上可以更加直观地看到脑电波形在不同参数调节下所发生的变化，屏幕上直接显示高通滤波、低通滤波、灵敏度、走纸速度等放大器参数的调节效果，将教科书上的理论和操作实践完美地结合，更加深入理解放大器参数的作用和意义。其次，在电脑上，学习者可以亲自动手排列导联，观察单极导联、双极导联、环形导联之间的区别和各自显示特点。便于日后针对不同部位的病灶选择最佳的阅读导联方式。再次，VEEG在鉴别伪差方面有着独特的优势，只要接上心电导联，就可以轻松排除。然而，很多时候肌电伪差不容易判定，如果打开与异常波出现时间一致的同步视频，就能对伪差的来源一目了然，常规无视频EEG和便携式EEG都无法轻易排除这类肌电伪差。而且，VEEG本身就是最佳的多媒体教学工具，我们可以反复回放每次发作时的EEG，不仅可以精确分析每一个发作过程中的细微动作及其对应的EEG变化，给临床诊断癫痫及外科致痫灶的精准定位提供直接帮助，还可以将典型或特殊的癫痫病例或发作情况直接转录出来，应用于临床教学或病例交流讨论，非常便于大家反复自学典型或特殊的EEG或与同仁分享自己的学习经验。

5 结语

本研究对国内外EEG采集技术做了简要的概述，并分析了脑电系统在硬件方面仍面临滤除直流漂移的问题，使读者们对国内外EEG采集技术有了一定认识，此外，本文帮助EEG“零基础”的学员总结出一套临床采集技能的学习技巧，并详细探讨了VEEG的学习特点。按照本研究总结的培训步骤和方法，可以比较快速和全面的掌握EEG的操作、阅读和临床诊断，使学习者在逐步掌握脑电采集知识的过程中，发现脑电采集技术的规律和临床应用价值。随着脑电采集设备性能的逐渐优化、电信号分析能力的逐步提升，癫痫外科与脑科学研究定会同步发展，未来的脑电采集设备不但可以实现全频段采集，还可以实现多模态采集和脑电信号定量分析，不仅可以全面地满足临床需求，还会成为揭示脑功能变化的重要窗口。