麻醉小白也能看懂的脑电图（1）

术中进行麻醉深度的监测到底有什么用？我们学习脑电图之前不妨先在内心问一下自己。避免术中知晓，避免麻醉药物使用过量等等。但这又有什么意义，除此之外我们还能从脑电图中获得什么有关于患者大脑的信息，我们又应该如何根据脑电图来指导我们的临床决策，我想这才是学习麻醉学脑电图最重要的意义。我必须要承认脑电图的学习很难。但请你相信我，我明白本公众号的读者将会经历什么，我希望我能用我最朴素的语言让大家都能慢慢理解并掌握这项有趣又实用的技能。在开始之前，我们需要掌握一个最为基本的概念：Fourier transformation。等等！看到陌生的概念别急着划走。看上去非常吓人，但我们其实并不需要掌握如此详细的技术原理。

傅里叶变换

我们先来讲讲Fourier transformation。提到傅里叶变换，大家脑海中一定涌现的是对大学时期被高等数学支配的恐惧，计算傅里叶变换的级数系数长下图这个样子：

我懂你们。大家可能或多或少对上述的公式都有点印象，也可能已经完全忘了。但我们只需要明白上面这个公式大致讲的就是我们通过傅里叶变换可以将一个函数表达成多个周期函数的和。可我们为什么要这么做呢？

要回答这个问题就要回到还在医学院学习的时候，笔者记得有一次在讲睡眠生理时提到了非快动眼NREM期睡眠的脑电图可以见到K波和睡眠波，大概长下面这个样子：

可是在另外的图中K复合波和睡眠波感觉长得又是另外一个样子：

我的天啊，看到这里大家一定会和我崩溃，同样打起退堂鼓，觉得脑电图根本不是人能学得会的。这些波看起来长得一点都不一样，怎么都叫一个名字呢？给我一个图我根本不知道怎么读，更别说要看明白这些不知所云的波所代表的含义了。其实我们之所以会有这样的想法，是因为我们把学习心电图的一些思维带到了脑电图来。P波QRS波什么的，基本上都有一个固定且相似的形态，我们知道了波的名字也就知道了它在心电图中的位置和意义。但脑电图并不是这样的，脑电图并不是要看具体的波形（笔者注，见下），而是要看脑电图的频率和特征。

而之所以频率更为重要，是因为一个基本的神经生理学知识，经头皮测量的脑电图实际上是神经细胞之间电位传递的总和。比如下图中B表示的就是两个神经元细胞轴突之间的电活动的电位，而大脑有数不清的皮层神经元细胞还有皮层和皮层下神经元的电活动，这些电活动通过头皮测量的总和就是C测得的脑电图。

那既然我们测量所得的脑电图是不同的波的总和，有没有什么办法来得到各个小波呢。诶聪明的你一定想到了我们一开始提到的傅里叶变换。我们对原始的脑电图进行傅里叶变换就能得到一系列不同频率的波的信息。所以对脑电图的判读其实就是判读不同的脑电频率的判读。所以下次我们提到脑电图的某个波，就不要急着去看它在脑电图中的样子，而是要看这段波形的频率。

不同脑电的名称以及对应的频率：

名称 频率范围 (Hz) Slow
<1 Delta δ
1-4
Theta θ
5-8
Alpha α
9-12
Beta β
13-25 Gamma γ
26-80

上表是目前通用的脑电波的命名方法，我们可以看到某个具体的波其实指的并不是一个特定形状的波，而是在一定频率范围的波都叫这个波，比如Delta波指的就是频率在1-4Hz的波，不需要管它长什么样子。

不知道看到这里，小伙伴们有没有一种焕然大悟的感觉。怎么从来没人教会我这些，我之前每次看脑电图总是辛辛苦苦地寻找某个波的形态，结果每次又找不到一个固定的模式。但实际上人家的命名根本就不是这样的。至于每个不同的波代表什么意思，我会在之后的文章中给大家继续介绍。下面的下面我要要迎来最为激动人心且稍微复杂的内容了。究竟什么是脑电图的频谱Spectrogram.

我们先来看一个简单的波的例子：

如果我问大家这个波是哪两个波的叠加。我们目测一下大概就会发现有一个大的波，周期大概为6。然后还叠加了一个周期更短的小的波。没错，因为我就是这么画的。

这个例子比较简单，我们一眼就能看出来。但真实的脑电图要复杂很多，我们是很难一眼就看出来原始的成分的，这就需要计算机用算法帮我们处理。这个算法就是傅里叶变换。

我们从脑电监测的机器上得到了形如下图中A的原始脑电图，我们对其进行傅里叶变换就能得到不同的频率的成分也就是B，我们不同成分的相应的强度用一个连续的图表示就会得到C这样的结果。在C图中横坐标为频率，纵坐标为该频率的相应的强度。这样我们就能一眼看出来A这段脑电图中不同频率的波的相应的强度了。因为这是频率的谱，所以我们称之为频谱图。我们来一起阅读一下C的结果：我们会发现频率大概在1-2Hz之间的脑电图的强度最大，1-2Hz是什么波，Delta波。频率在11-12Hz的波次之，对应的就是Alpha波。而其他的频率都很弱。所以A这样的脑电图可以总结为Delta波和Alpha波为主，16Hz以上的高频几乎不可见。我们今天第一节课如果大家看到这里能理解的话，就已经非常了不起了。笔者半年多的学习大部分时间其实就花在这里。我必须要承认这是脑电图分析中最难最难理解的部分。

但C这样的图总归还是不太好看的，所以聪明的人就会将其进行颜色编码，用颜色来表示信号的强度。红色最强，深蓝色最弱。然后随着时间进行变化就形成了D这样的图，称之为3D频谱，将其压扁就变成E，就成了脑电图的频谱分析。

这其实就是频谱分析名字的由来。频谱分析分析的就是频率的谱。上图中E这样的频谱图横坐标为时间，纵坐标为频率，而颜色代表了该时刻该频率对应的波形的强度。我们一起来看看上图E中黑线的部分。黑线代表了24分钟时的脑电信号，我们会看到在1Hz和12Hz特别红，而其他的频率都没有不强，在20Hz以上基本就是蓝色，代表基本没有20Hz以上的脑电。我们就说这时病人的脑电的特征是1Hz和12Hz为主，也就是Delta和Alpha波为主，高频率的Beta和Gamma波不明显。

如果理解了上面的全部内容，那么恭喜你，你已经掌握了脑电图分析的大部分内容。笔者在学习脑电图时最困难的阶段就在这里，花了相当长的时间才看明白并理解上述内容。而我希望本公众号的读者都能花一些时间学习并尝试理解。掌握了这部分的知识我们其实已经掌握了一大半的知识了。

写在最后：我们花了一些时间终于把脑电图中最为基本的概念给讲明白了。但我必须要承认这还是很难的，我希望大家都能花一些时间仔细理解这些概念。如果在学习的过程中有任何不明白的地方，也希望大家留言给我，我会在下一期给大家统一解答。

*笔者注：脑电图中的某些特征性的波形也有对应的含义，但这并不影响我们在总体上学习脑电图。麻醉医生并不需要掌握这些神经电生理医生才需要掌握的知识。

参考阅读：

[1] Purdon, P. L., Sampson, A., Pavone, K. J., & Brown, E. N. (2015). Clinical electroencephalography for anesthesiologistspart I: background and basic signatures. Anesthesiology: The Journal of the American Society of Anesthesiologists, 123(4), 937-960.

[2] Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., & Koch, C. (2012). The origin of extracellular fields and currents—EEG, ECoG, LFP and spikes. Nature reviews neuroscience, 13(6), 407-420.

[3] Babadi, B., & Brown, E. N. (2014). A review of multitaper spectral analysis. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 61(5), 1555-1564.

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