一種用于經(jīng)顱磁刺激大腦誘發(fā)腦電偽跡去除的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種腦電信號(hào)獲取方法。特別是涉及一種用于經(jīng)顱磁刺激大腦誘發(fā)腦電偽跡去除的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)煩磁刺激(transcranial magnetic stimulat1n, TMS)技術(shù)是現(xiàn)代腦科學(xué)研究中重要的一種技術(shù)手段。經(jīng)顱磁刺激是利用時(shí)變磁場(chǎng)作用于大腦皮層產(chǎn)生感應(yīng)電流改變皮層神經(jīng)細(xì)胞的動(dòng)作電位，從而影響腦內(nèi)代謝和神經(jīng)電活動(dòng)的生物刺激技術(shù)。它具有無痛、無倉(cāng)|J、風(fēng)險(xiǎn)小、操作簡(jiǎn)單、能重復(fù)刺激等眾多優(yōu)點(diǎn)，為腦功能網(wǎng)絡(luò)研究提供了一個(gè)新的方法和途徑。
[0003]在人的頭皮采集到的腦電信號(hào)叫做頭皮腦電(electroencephalography，EEG)。EEG是一種觀測(cè)腦的電活動(dòng)的方法。EEG反映了大腦組織的電活動(dòng)和大腦的功能狀態(tài)，是了解人腦信息處理過程的一種極為重要的形式。EEG的研究可以了解腦活動(dòng)機(jī)制和大腦的網(wǎng)絡(luò)功能。
[0004]近年來，將TMS和EEG優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的TMS-EEG技術(shù)被廣泛應(yīng)用在皮層反應(yīng)、大腦振蕩特性及大腦功能網(wǎng)絡(luò)研究中。通過研究發(fā)現(xiàn)在TMS干預(yù)后幾百毫秒時(shí)間內(nèi)很難得到單純反映腦神經(jīng)活動(dòng)機(jī)制的腦電信號(hào)，普遍存在著嚴(yán)重的偽跡問題，這就意味著，TMS線圈中每一次電流脈沖所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)，都會(huì)使刺激位置附近的EEG電極記錄到一個(gè)幅度高且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的TMS放電偽跡。這種偽跡會(huì)嚴(yán)重影響EEG信號(hào)的研究，同時(shí)導(dǎo)致放大器的過載和飽和，損壞放大器?？梢?，想要揭示TMS對(duì)腦電活動(dòng)的影響，去除偽跡便是首要任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠充分體現(xiàn)TMS在腦網(wǎng)絡(luò)傳遞中作用的用于經(jīng)顱磁刺激大腦誘發(fā)腦電偽跡去除的方法。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種用于經(jīng)顱磁刺激大腦誘發(fā)腦電偽跡去除的方法，包括:利用電場(chǎng)仿真或利用電場(chǎng)測(cè)量，通過標(biāo)定磁刺激線圈產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)的方法，確定腦電采集裝置和磁刺激線圈相對(duì)應(yīng)的最佳位置，檢測(cè)并獲取腦電信號(hào)。
[0007]當(dāng)利用電場(chǎng)仿真時(shí)，通過標(biāo)定磁刺激線圈產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)的方法，確定腦電采集裝置和磁刺激線圈相對(duì)應(yīng)的最佳位置包括如下步驟:
[0008]I)按照半無界空間數(shù)學(xué)模型建立計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)；
[0009]2)采用數(shù)值積分方法模擬磁刺激線圈在不同初始條件下產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)值，取積分區(qū)間分割的最小步長(zhǎng)為10 7，積分精度定為10 9;
[0010]3)繪制三維空間分布特征曲線，繪制與線圈有設(shè)定間距的水平面上的各坐標(biāo)點(diǎn)的感應(yīng)電場(chǎng)值及各個(gè)位置的電場(chǎng)角度，標(biāo)定以線圈中點(diǎn)為圓心，線圈下方1cm，以0.5cm為半徑的圓上每45°的電場(chǎng)強(qiáng)度和方向，共標(biāo)記8個(gè)點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)方向；
[0011]4)將腦電采集裝置的信號(hào)采集電極、地電極和參比電極方向保持平行，導(dǎo)線方向也保持平行；
[0012]5)比較標(biāo)記的8個(gè)點(diǎn)的電場(chǎng)大小，選擇出8個(gè)點(diǎn)中電場(chǎng)最大的點(diǎn)X。，將腦電電極線方向與X。點(diǎn)電場(chǎng)方向保持垂直。
[0013]當(dāng)利用電場(chǎng)測(cè)量時(shí)，通過標(biāo)定磁刺激線圈產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)的方法，確定腦電采集裝置和磁刺激線圈相對(duì)應(yīng)的最佳位置包括如下步驟:
[0014]I)在磁刺激線圈空間中建立三維空間結(jié)構(gòu)為X，y，z方向，X方向代表線圈長(zhǎng)軸方向，y方向代表短軸方向，z方向代表與線圈長(zhǎng)軸短軸的形成的平面相垂直的方向；
[0015]2)倒置電場(chǎng)測(cè)量裝置并固定在X，y，z軸的空間中；
[0016]3)將電場(chǎng)測(cè)量裝置的探頭從磁刺激線圈的開口向下逐步深入，保持探頭方向與磁刺激線圈開口方向垂直，將檢測(cè)探頭固定在線圈上方Icm處，標(biāo)記以0.5cm為半徑的圓上每45°的電場(chǎng)強(qiáng)度和方向，共標(biāo)記8個(gè)點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)方向；
[0017]4)將腦電采集裝置的信號(hào)采集電極、地電極和參比電極方向保持平行，導(dǎo)線方向也保持平行；
[0018]5)比較標(biāo)記的8個(gè)點(diǎn)的電場(chǎng)大小，選擇出8個(gè)點(diǎn)中電場(chǎng)最大的點(diǎn)y。，將腦電電極線方向與y。點(diǎn)電場(chǎng)方向保持垂直。
[0019]所述的檢測(cè)并獲取腦電信號(hào)包括如下步驟:
[0020]I)進(jìn)行一定閾值經(jīng)顱磁刺激，經(jīng)顱磁刺激線圈與頭皮無接觸，逐次記錄經(jīng)顱磁刺激下得到的腦電信號(hào)；
[0021]2)利用腦電采集裝置采集每個(gè)導(dǎo)聯(lián)的腦電數(shù)據(jù)，刪除受干擾導(dǎo)聯(lián)數(shù)據(jù)；
[0022]3)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。
[0023]步驟I)所述的經(jīng)煩磁刺激中，刺激強(qiáng)度為運(yùn)動(dòng)閾值的120%，刺激頻率為1Hz。
[0024]步驟2)中采集腦電數(shù)據(jù)時(shí)，腦電采集裝置的腦電帽導(dǎo)電線能夠自主轉(zhuǎn)動(dòng)的角度范圍為5° -180°。
[0025]步驟3)所述的數(shù)據(jù)預(yù)處理包括:
[0026](I)將采集的腦電數(shù)據(jù)分割為刺激前1000毫秒和之后1000毫秒，進(jìn)行基線矯正，疊加平均；
[0027](2)利用零相位的二階巴特沃斯濾波器進(jìn)行濾波，通帶寬度為1-45HZ，最后獲得的腦電信號(hào)就是去除偽跡的腦電信號(hào)。
[0028]本發(fā)明的一種用于經(jīng)顱磁刺激大腦誘發(fā)腦電偽跡去除的方法，在確定經(jīng)顱磁刺激大腦刺激區(qū)域時(shí)將腦電采集裝置和刺激線圈的相對(duì)位置和角度進(jìn)行了考慮，通過仿真或測(cè)量線圈感應(yīng)電場(chǎng)強(qiáng)度和方向，逐步修正導(dǎo)線和線圈的相對(duì)位置，修正TMS下腦電信號(hào)。能除去絕大部分TMS下EEG的偽跡，能夠使TMS誘發(fā)腦電信號(hào)更加精確，減輕TMS的副作用，且保證其刺激效果，充分體現(xiàn)TMS在腦網(wǎng)絡(luò)傳遞中的作用，對(duì)TMS誘發(fā)腦電的研究有非常重要的意義。本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單、成本低廉，為TMS-EEG研究提供指導(dǎo)。利用本方法可將偽跡的幅值減少10?20倍，可將偽跡的持續(xù)時(shí)間減少30%。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明中感應(yīng)電場(chǎng)仿真圖形和標(biāo)定位置及方向(以8字線圈為例)的效果圖；
[0030]圖2是本發(fā)明方法中利用仿真方法仿真出感應(yīng)電場(chǎng)在線圈下Icm處感應(yīng)電場(chǎng)角度分布;
[0031]圖3是本發(fā)明的電場(chǎng)檢測(cè)裝置；
[0032]圖中:1:檢測(cè)探頭；2:檢測(cè)電路；3:二層鹽水球頭模型；4:電場(chǎng)屏蔽網(wǎng)；
[0033]5:校準(zhǔn)線圈；6:激勵(lì)線圈；7:脈沖電場(chǎng)發(fā)生器
[0034]圖4本發(fā)明的一種用于經(jīng)顱磁刺激大腦誘發(fā)腦電偽跡去除的方法的流程圖；
[0035]圖5是本發(fā)明線圈標(biāo)定示意圖；
[0036]圖6是未利用本方法時(shí)所得的腦電信號(hào)；
[0037]圖7是利用本發(fā)明方法進(jìn)行腦電信號(hào)測(cè)量時(shí)得到的信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一種用于經(jīng)顱磁刺激大腦誘發(fā)腦電偽跡去除的方法做出詳細(xì)說明。
[0039]本發(fā)明的一種用于經(jīng)顱磁刺激大腦誘發(fā)腦電偽跡去除的方法，考慮不同角度擺線對(duì)于腦電信號(hào)采集偽跡的不同影響，避免或減少磁刺激變化的電場(chǎng)對(duì)于運(yùn)動(dòng)區(qū)腦電采集產(chǎn)生的偽跡問題。是依據(jù)8字線圈的兩個(gè)環(huán)內(nèi)的電流方向相反，8字線圈的中點(diǎn)位置的電流強(qiáng)度最大。而不同擺線角度對(duì)于腦電信號(hào)的偽跡影響不同，采用任意角度擺線在磁刺激過程中采集腦電信號(hào)會(huì)有很大的誤差。本發(fā)明根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律的原理，分析了磁刺激線圈的電場(chǎng)分布，標(biāo)定了腦電采集裝置擺放位置，使得采集到的偽跡信號(hào)最小。
[0040]如圖3所示，本發(fā)明的一種用于經(jīng)顱磁刺激大腦誘發(fā)腦電偽跡去除的方法，包括:利用電場(chǎng)仿真或利用電場(chǎng)測(cè)量，通過標(biāo)定磁刺激線圈產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)的方法，確定腦電采集裝置和磁刺激線圈相對(duì)應(yīng)的最佳位置，檢測(cè)并獲取腦電信號(hào)，所述標(biāo)定磁刺激線圈產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)的方法是計(jì)算或檢測(cè)線圈電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)方向，標(biāo)定以線圈中點(diǎn)為圓心，以0.5cm為半徑的圓上每45 °的電場(chǎng)強(qiáng)度和方向，共標(biāo)記8個(gè)點(diǎn)(如圖5的點(diǎn)I?8)的電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)方向。
[0041]在本發(fā)明的一種用于經(jīng)顱磁刺激大腦誘發(fā)腦電偽跡去除的方法中，當(dāng)利用電場(chǎng)仿真時(shí)，通過標(biāo)定磁刺激線圈產(chǎn)生感應(yīng)電場(chǎng)的方法，確定腦電采集