實(shí)測(cè)接觸工頻干擾帶給腦電信號(hào)的影響

腦電的項(xiàng)目現(xiàn)在做了一些電極的重新設(shè)計(jì)，嗯，再來(lái)總結(jié)一些問(wèn)題；在之前的文章里面寫了不少了，但是沒(méi)有現(xiàn)在的情況突出，首先是用了新的電極，果然不錯(cuò)：

微弱信號(hào)的采集，瓶頸在接口（以腦電采集 TGAM 模塊為例）

（另外還能看見這個(gè)眼電的干擾信號(hào)）這個(gè)blink信號(hào)，我是從來(lái)沒(méi)有觸發(fā)過(guò)，可能是我解碼寫錯(cuò)了吧。。。

一般來(lái)說(shuō)這個(gè)眼電偽跡的幅值和波形取決于具體的眼球運(yùn)動(dòng)方式：上面的圖是眨眼（Blink）干擾，幅值通常最高，可達(dá) 200 μV 至 1000 μV+。

在眼電通道上表現(xiàn)為突發(fā)的高尖單相或雙相大波，主要污染前額葉（如 Fp1、Fp2 通道）的腦電信號(hào)。

眨眼在時(shí)域上非常類似一個(gè)單相的正向高斯脈沖，因此可以在代碼使用了 np.exp() 高斯窗口來(lái)逼近真實(shí)的生理特征

在使用之前，需要使用酒精清潔腦袋，接著操作采集儀器的時(shí)候戴手套（另外還需要買一個(gè)隔離器，因?yàn)閯倓偮╇姲盐掖蛄艘幌拢?/span>

首先最大的問(wèn)題還是工頻干擾，之前的信號(hào)問(wèn)題也是，其實(shí)是在這些引腳的地方通過(guò)皮膚表面形成的電容耦合了進(jìn)去，這個(gè)信號(hào)非常的大，我用示波器做了一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。

這個(gè)浮電壓可以到16V，可不是把通道打滿。

這樣處理以后可以避免一些接觸性的干擾進(jìn)來(lái)。

腦電理想情況下測(cè)的是：

如果 EEG、REF、GND 三個(gè)電極都被同樣的 50 Hz 干擾抬高，這叫共模干擾。理論上差分前端可以抑制共模。

但現(xiàn)實(shí)中干電極很不對(duì)稱：EEG 接觸阻抗 ≠ REF 接觸阻抗，線長(zhǎng)不同，電極壓力不同，皮膚狀態(tài)不同，寄生電容不同；于是共模干擾會(huì)轉(zhuǎn)成差模干擾。差模干擾才是最麻煩的，因?yàn)樗鼤?huì)直接進(jìn)入 raw 波形。

比如人體上有 1 V 的工頻共模，只要 1% 不平衡轉(zhuǎn)成差模：1 V × 1% = 10 mV

而 EEG 只有：10–100 μV

也就是說(shuō)，1% 的不平衡就可能讓工頻干擾比 EEG 大 100 倍以上

其實(shí)GND這個(gè)電極就是用來(lái)給人體一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的偏置路徑，如果沒(méi)有這個(gè)點(diǎn)，人體就像漂浮天線：人體電位隨環(huán)境電場(chǎng)亂飄，EEG/REF ，輸入共模亂飄前端容易飽和；接上穩(wěn)定的 GND/RDL 后，相當(dāng)于把人體共模電位“拉住一點(diǎn)”，工頻干擾會(huì)明顯下降。

第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是不戴手套

對(duì)于我采集的文件：

樣本數(shù)：41908 持續(xù)時(shí)間：約 81.84 s 平均采樣率：約 512.07 Hz

這個(gè)圖我要解釋一下 Welch PSD 和時(shí)頻圖，50 Hz 及其諧波/相關(guān)高頻成分非常明顯；整段數(shù)據(jù) PSD 中，最強(qiáng)峰之一在：

100 Hz

另外 50 Hz 在多個(gè)分段里也非常明顯。比如：0~5 秒（50 Hz 是明顯峰值，65~100 Hz 高頻段占比約 77.7%），這不是正常 EEG 頻譜。

28~30 秒，這段沒(méi)有明顯飽和，但高頻仍然很重：65~100 Hz 占比約 73.1%。50 Hz 明顯，這說(shuō)明即使信號(hào)沒(méi)打滿，也存在較強(qiáng)工頻/高頻偽跡。

79~82 秒，嚴(yán)重飽和段：45~65 Hz 頻帶占比約 94.6%，50 Hz 峰值極大；這基本可以判斷為強(qiáng)工頻干擾/飽和主導(dǎo)。

小結(jié)

新電極能工作，腦電模塊已經(jīng)能持續(xù)輸出 512 Hz raw；整段數(shù)據(jù)仍然存在明顯工頻、接觸偽跡和飽和。 4. 最后 79~82 秒基本失效，raw 大量打滿 ±2048；接著實(shí)驗(yàn)

新的實(shí)驗(yàn)，戴手套

和上一組相比，質(zhì)量大幅改善，對(duì)比：

PSD 頻譜里，最強(qiáng)峰仍然是：100 Hz

當(dāng)前整段最強(qiáng)峰：100 Hz 峰值最大，其次是 2~8 Hz 附近的低頻成分，50 Hz 也存在，但沒(méi)有 100 Hz ：60/120 Hz 反而較弱

當(dāng)前整段 1~150 Hz 總功率中：

頻率成分隨時(shí)間變化，“工頻干擾不是全程穩(wěn)定一致，而是隨接觸狀態(tài)變化”。

PoorSignal / ALGO 結(jié)果

這一組 ALGO 共 142 條，大約每秒一條；PoorSignal 分布：

好得非常明顯

還使用相對(duì)較好的時(shí)間窗口進(jìn)行濾波后觀察,這個(gè)原始數(shù)據(jù)還是可以做不少文章的

另外也可以對(duì)工頻噪聲做處理：

后記

更多內(nèi)容放在下個(gè)文章，但是有點(diǎn)很重要，需要清潔，去去角質(zhì)層，穩(wěn)定的接觸不晃動(dòng)，以及GND這個(gè)共模位置一定要好好處理。