BIS原理主題知識(shí)講座

腦電雙頻指數(shù)原理邱遠(yuǎn)東BIS原理主題知識(shí)講座第1頁(yè)目錄1、腦電圖基礎(chǔ)2、傅里葉分析/傅里葉變換3、基于DFTBIS4、小波分析5、總結(jié)BIS原理主題知識(shí)講座第2頁(yè)討論臨床麻醉中假如某個(gè)病人用BIS監(jiān)測(cè)麻醉深度，在用藥量維持不變情況下，BIS數(shù)值出現(xiàn)周期性改變，可從40突然飆升到60，但生命體征無(wú)波動(dòng)。問(wèn)：1、是否能夠認(rèn)為麻醉深度不夠？2、是否能夠認(rèn)為是機(jī)器誤差造成？3、BIS監(jiān)測(cè)優(yōu)點(diǎn)與不足BIS原理主題知識(shí)講座第3頁(yè)腦電圖基礎(chǔ)正常人清醒時(shí)腦電圖：主要由快波（波）以及波組成。BIS原理主題知識(shí)講座第4頁(yè)腦電圖基礎(chǔ)波特點(diǎn)：額部頻率比枕部頻率慢。波對(duì)刺激改變：波衰減。BIS原理主題知識(shí)講座第5頁(yè)腦電圖基礎(chǔ)快波：即波。特點(diǎn)：覺(jué)醒時(shí)出現(xiàn)。一樣會(huì)因受刺激而衰減。BIS原理主題知識(shí)講座第6頁(yè)腦電圖基礎(chǔ)睡眠與腦電圖腦電圖特征睡眠分期國(guó)際分類波覺(jué)醒期覺(jué)醒期波開(kāi)始消失，波出現(xiàn)淺睡期

NREMⅠ期頂尖波輕睡眠早期紡錘波與中幅度慢波輕睡眠期NREM睡眠Ⅱ期紡錘波與高幅度慢波中度睡眠期NREM睡眠Ⅲ期慢波睡眠（恢復(fù)體力，無(wú)夢(mèng)，生長(zhǎng)激素分泌）高幅度慢波，無(wú)紡錘波深睡眠期NREM睡眠Ⅳ期低幅度慢波，快波出現(xiàn)REM睡眠期REM早期

快波睡眠（恢復(fù)精力，做夢(mèng)，代謝↑）慢波出現(xiàn)！BIS原理主題知識(shí)講座第7頁(yè)腦電圖基礎(chǔ)波形頻率正常麻醉

<4Hz20-200v嬰幼兒清醒，成人熟睡深麻醉，缺血，用藥過(guò)量

4-7Hz100-150v兒童清醒，成人淺睡全麻

8-13Hz8-12Hz20-100v清醒閉眼清醒放松，淺麻醉12-30Hz5-20v睜眼或思索精神集中，小劑量鎮(zhèn)靜

30-100Hza=安（an）靜/'θi:t?/θi≈s=sleepBIS原理主題知識(shí)講座第8頁(yè)腦電圖基礎(chǔ)全麻時(shí)深度監(jiān)測(cè)：清醒時(shí)捕抓

、波。麻醉時(shí)捕抓、波。BIS原理主題知識(shí)講座第9頁(yè)

傅里葉級(jí)數(shù)/傅里葉變換

時(shí)域隨時(shí)間改變，如:股票走勢(shì)，汽車行駛軌跡頻域BIS原理主題知識(shí)講座第10頁(yè)你眼中落葉紛飛看似繁雜無(wú)章世界其實(shí)是上帝早已譜寫(xiě)好樂(lè)章BIS原理主題知識(shí)講座第11頁(yè)傅里葉級(jí)數(shù)任何周期函數(shù)，都能夠看作是不一樣振幅，不一樣相位正弦波疊加。BIS原理主題知識(shí)講座第12頁(yè)傅里葉級(jí)數(shù)是一個(gè)郁悶正弦波cos（x）BIS原理主題知識(shí)講座第13頁(yè)傅里葉級(jí)數(shù)伴隨疊加遞增，全部正弦波中上升部分逐步讓原本遲緩增加曲線不停變陡

變陡變陡2個(gè)正弦波疊加cos(x)+a.cos(3x)BIS原理主題知識(shí)講座第14頁(yè)傅里葉級(jí)數(shù)而全部正弦波中下降部分又抵消了上升到最高處時(shí)繼續(xù)上升部分使其變?yōu)樗骄€逐步變成水平

繼續(xù)疊加4個(gè)正弦波BIS原理主題知識(shí)講座第15頁(yè)傅里葉級(jí)數(shù)無(wú)窮多個(gè)正弦波疊加起來(lái)會(huì)形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)90度角矩形波呢疊加10個(gè)正弦波變成總數(shù)為19個(gè)正弦波BIS原理主題知識(shí)講座第16頁(yè)

畫(huà)出一個(gè)sin（x）圖形畫(huà)一個(gè)sin（3x）+sin（5x）圖形??再把sin（5x）從圖形單獨(dú)取出？BIS原理主題知識(shí)講座第17頁(yè)傅里葉級(jí)數(shù)cos(x)+a.cos(3x)最前面黑色線就是全部正弦波疊加而成總和，也就是越來(lái)越靠近矩形波那個(gè)圖形。而后面依不一樣顏色排列而成正弦波就是組合為矩形波各個(gè)分量。BIS原理主題知識(shí)講座第18頁(yè)傅里葉級(jí)數(shù)每?jī)蓚€(gè)正弦波之間都還有一條直線，那并不是分割線，而是振幅為0正弦波！也就是說(shuō)，為了組成特殊曲線，有些正弦波成份是不需要。BIS原理主題知識(shí)講座第19頁(yè)功率譜BIS原理主題知識(shí)講座第20頁(yè)傅里葉級(jí)數(shù)正弦波就其實(shí)是一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)在一條直線上投影。所以頻域基本單元也能夠了解為一個(gè)一直在旋轉(zhuǎn)圓。BIS原理主題知識(shí)講座第21頁(yè)傅里葉級(jí)數(shù)相位偶聯(lián)是指一個(gè)腦電復(fù)合波其中一個(gè)成份波相位角依賴于其它成份波相位角。BIS原理主題知識(shí)講座第22頁(yè)傅里葉級(jí)數(shù)經(jīng)過(guò)時(shí)域到頻域變換，我們得到了一個(gè)從側(cè)面看頻譜，不過(guò)這個(gè)頻譜并沒(méi)有包含時(shí)域中全部信息。相位譜BIS原理主題知識(shí)講座第23頁(yè)傅里葉級(jí)數(shù)相位波峰BIS原理主題知識(shí)講座第24頁(yè)傅里葉級(jí)數(shù)于是，經(jīng)過(guò)傅里葉級(jí)數(shù)變換后得到了個(gè)兩譜：1、頻譜2、相位譜BIS原理主題知識(shí)講座第25頁(yè)傅里葉變換傅里葉級(jí)數(shù)本質(zhì)是將一個(gè)周期信號(hào)分解成無(wú)限多分開(kāi)（離散）正弦波，不過(guò)宇宙并不是周期。BIS原理主題知識(shí)講座第26頁(yè)人生在世，往昔很多事情只能一期一會(huì)。且永不再來(lái)。唯有刻骨銘心事才標(biāo)識(shí)在時(shí)光中，成為記憶。BIS原理主題知識(shí)講座第27頁(yè)傅里葉變換往昔是一個(gè)連續(xù)非周期信號(hào)，而回想是一個(gè)周期離散信號(hào)。BIS原理主題知識(shí)講座第28頁(yè)傅里葉變換傅里葉變換，則是將一個(gè)時(shí)域非周期連續(xù)信號(hào)，轉(zhuǎn)換為一個(gè)在頻域非周期連續(xù)信號(hào)。BIS原理主題知識(shí)講座第29頁(yè)傅里葉變換離散譜連續(xù)譜BIS原理主題知識(shí)講座第30頁(yè)傅里葉變換這里有一條數(shù)軸，在數(shù)軸上有一個(gè)紅色線段，它長(zhǎng)度是1。當(dāng)它乘以3時(shí)候，它長(zhǎng)度發(fā)生了改變，變成了藍(lán)色線段，而當(dāng)它乘以-1時(shí)候，就變成了綠色線段，或者說(shuō)線段在數(shù)軸上圍繞原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)了180度。BIS原理主題知識(shí)講座第31頁(yè)傅里葉變換我們知道乘-1其實(shí)就是乘了兩次i使線段旋轉(zhuǎn)了180度，那么乘一次i呢——答案很簡(jiǎn)單——旋轉(zhuǎn)了90度。BIS原理主題知識(shí)講座第32頁(yè)傅里葉變換歐拉公式當(dāng)x等于Pi時(shí)候BIS原理主題知識(shí)講座第33頁(yè)傅里葉級(jí)數(shù)/傅里葉變換歐拉公式是將正弦波統(tǒng)一成了簡(jiǎn)單指數(shù)形式右側(cè)投影是正弦函數(shù)左側(cè)投影是余弦函數(shù)BIS原理主題知識(shí)講座第34頁(yè)傅里葉變換在時(shí)頻上投影BIS原理主題知識(shí)講座第35頁(yè)BIS原理主題知識(shí)講座第36頁(yè)基于FFTBIS是一個(gè)復(fù)合指數(shù),包括到時(shí)域、頻域和雙譜域，它綜合了三個(gè)完全不一樣EEG參數(shù)，突發(fā)抑制率(BSR)，SynchFastSlow（雙頻譜分析相對(duì)比率，得到一個(gè)無(wú)量綱變量。

BIS原理主題知識(shí)講座第37頁(yè)基于FFTBISBSR/QUAZI（時(shí)域分析）BSR（突發(fā)抑制率）：突發(fā)抑制發(fā)生在深麻醉期,其特征是EEG信號(hào)周期性地從正常高電位轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娢簧踔亮汶娢弧Ｓ扇砺樽碇写髣┝坑盟幰l(fā)地突發(fā)抑制被認(rèn)為與大腦新陳代謝要求降低和大腦缺血性保護(hù)相關(guān)。QUAZI:它是當(dāng)電壓出現(xiàn)基線漂移，BSR不起作用時(shí),用來(lái)檢測(cè)突發(fā)抑制。

BIS原理主題知識(shí)講座第38頁(yè)基于FFTBIS相對(duì)比率：即兩段頻帶功率比對(duì)數(shù)log(P30-47Hz/P11-20Hz)BIS原理主題知識(shí)講座第39頁(yè)基于FFTBISSynchFastSlow（雙頻譜分析）：頻率0.5～47Hz內(nèi)全部雙譜峰值和與40～47Hz內(nèi)全部雙譜值和之比對(duì)數(shù)ZBIS原理主題知識(shí)講座第40頁(yè)基于FFTBISBSR/QUAZI（時(shí)域分析）X相對(duì)比率（頻域分析，log(P30-47Hz/P11-20Hz)）YSynchFastSlow（雙頻譜分析）Z

商業(yè)機(jī)密BIS原理主題知識(shí)講座第41頁(yè)基于FFTBIS綜上，相比之下，BIS必定具備以下優(yōu)點(diǎn)：1、不受肌電影響。2、與生命體征波動(dòng)無(wú)相關(guān)。3、與睡眠、麻醉有相當(dāng)良好相關(guān)性。4、滯后時(shí)間短（＜5s）。BIS原理主題知識(shí)講座第42頁(yè)基于FFTBIS但對(duì)應(yīng)而來(lái)缺點(diǎn)是：1、無(wú)法充分利用EEG信息（時(shí)域分析缺失）*2、無(wú)法監(jiān)測(cè)部分顱腦及頭面部手術(shù)。3、無(wú)法監(jiān)測(cè)小于6個(gè)月嬰兒。*詳見(jiàn)小波分析BIS原理主題知識(shí)講座第43頁(yè)小波分析對(duì)非平穩(wěn)過(guò)程，傅里葉變換存在不足。做完FFT（快速傅里葉變換）后，能夠在頻譜上看到清楚四條線，信號(hào)包含四個(gè)頻率成份。這是一個(gè)有規(guī)律周期信號(hào)BIS原理主題知識(shí)講座第44頁(yè)小波分析假如是頻率伴隨時(shí)間改變非平穩(wěn)信號(hào)后兩個(gè)個(gè)時(shí)域上有巨大差異信號(hào)，頻譜（幅值譜）卻近乎一致BIS原理主題知識(shí)講座第45頁(yè)小波分析然而平穩(wěn)信號(hào)大多是人為制造出來(lái)，自然界大量信號(hào)幾乎都是非平穩(wěn)，所以在比如生物醫(yī)學(xué)信號(hào)分析等領(lǐng)域中，基本看不到單純傅里葉變換這么幼稚方法。BIS原理主題知識(shí)講座第46頁(yè)小波分析對(duì)于處理非線性波形，傅里葉分析里面一個(gè)簡(jiǎn)單可行方法就是——加時(shí)間窗。BIS原理主題知識(shí)講座第47頁(yè)小波分析這種經(jīng)過(guò)加時(shí)間窗傅里葉分析稱為短時(shí)傅里葉變換（STFT）。用這么方法，能夠得到一個(gè)信號(hào)時(shí)頻圖了BIS原理主題知識(shí)講座第48頁(yè)小波分析STFT存在一個(gè)問(wèn)題，我們應(yīng)該用多寬窗函數(shù)？答案是無(wú)法確定BIS原理主題知識(shí)講座第49頁(yè)小波分析因?yàn)楦道锶~分析無(wú)