在同步脑电图与功能性磁共振成像期间可靠获取脑电图数据

摘要

本文提供了一种简单易行的方案，通过使用 readily available 的医疗产品，在同步进行脑电图（EEG）与功能性磁共振成像（fMRI）时获取高质量的脑电图数据。

摘要

脑电图（EEG）与功能磁共振成像（fMRI）同步联合技术（EEG-fMRI）结合了头皮EEG（良好的时间分辨率）和fMRI（良好的空间分辨率）的互补特性，通过被称为血氧水平依赖（BOLD）信号的血流动力学反应，来测量电生理事件期间的神经元活动。该技术是一种非侵入性研究工具，广泛应用于神经科学研究，并对临床医学界具有重要价值，尤其在神经系统疾病的诊疗管理中，前提是数据采集过程中采用适当的设备和规范的操作流程。尽管EEG-fMRI的记录过程看似简单，但正确的准备步骤，特别是电极的放置与固定，不仅对安全性至关重要，而且对确保所获取EEG数据的可靠性和可分析性也极为关键。这也是准备过程中对操作经验要求最高的环节。为解决这些问题，研究人员已制定了一套确保数据质量的标准化操作流程。本文提供了使用该流程在EEG-fMRI过程中获取可靠EEG数据的逐步操作指南，该流程仅需使用常规可得的医疗产品。所介绍的方案可适用于EEG-fMRI在科研与临床环境中的多种应用场景，对经验不足和经验丰富的操作人员均具有参考价值。

引言

功能磁共振成像（fMRI）通过测量脑电事件期间的血氧水平依赖性（BOLD）变化，以血流动力学反应来间接反映神经元活动。同步进行的脑电图（EEG）与fMRI（EEG-fMRI）是一种非侵入性研究工具，结合了头皮EEG（良好的时间分辨率）和fMRI（良好的空间分辨率）的优势，从而更精确地定位可在EEG中检测到的脑电事件的发生部位。该技术最早于20世纪90年代开发，应用于癫痫领域的研究^1,2，自2000年代以来也广泛用于神经科学研究^3,4。随着对安全性认识的提高⁵，以及针对MRI在EEG中诱发伪影的去除技术不断进步^3,6,7,8,9,10，EEG-fMRI目前已成为神经科学和临床研究中广泛应用的重要工具¹¹。

根据研究问题的不同，EEG-fMRI 可在静息状态下或执行任务期间采集。通常，静息态采集有助于识别参与特定 EEG 特征（例如波形、节律、频率、功率）产生的脑结构，并有助于理解自发性脑活动的变异性¹¹。许多神经科学研究以及大多数临床研究，尤其是癫痫相关研究¹²，均采用静息态 EEG-fMRI 采集¹¹。基于任务的采集则有助于识别与特定任务相关或归属于该任务的脑区及脑电活动，并有助于建立电活动与任务相关脑区之间的联系。基于任务的采集主要应用于神经科学研究¹¹以及部分临床研究¹³。大多数基于任务的 EEG-fMRI 采集采用事件相关设计。用于整合 EEG 与 fMRI 数据的建模类型决定了在任务设计中应最大化效率还是检测效能¹⁴。有关任务设计的详细信息，请参见 Menon 等人¹⁴以及 Liu 等人^15,16的研究。

尽管在进行脑电图-功能磁共振成像（EEG-fMRI）时的数据采集看似简单，其准备工作却需要丰富的经验。制定一套规范的准备流程对于确保数据采集的安全性及产出质量（即可分析且可靠的数据）至关重要。尽管目前已存在多种用于去除MRI引起的EEG伪迹的技术，但在记录的EEG信号中仍常出现不一致的伪迹，尤其是由设备引起的导线振动以及受试者大幅度运动所导致的伪迹，这些伪迹仍难以完全消除；因此，必须在数据采集过程中尽可能减少此类伪迹的产生。

本文介绍了一种简便的实验方案，该方案使用 readily available 的 MRI 兼容医疗产品。此方案提供了确保数据质量的关键步骤，特别是脑电图（EEG）数据的质量，这对于 EEG-fMRI 研究的成功至关重要。该方案基于蒙特利尔神经科学研究所 EEG-fMRI 研究团队 20 年的经验开发^12,17，并进一步针对大阪大学的使用需求进行了优化，适用于经验不足和经验丰富的操作人员。

方案

大阪大学医院的研究伦理委员会和信息与神经网络中心（CiNET）安全委员会已批准本研究方案（大阪大学医院批准编号：18265 和 19259；CiNET 批准编号：2002210020 和 2002120020）。所有受试者均签署了书面知情同意书，同意参与本研究。

1. 实验装置的准备

1. 将磁共振兼容的脑电图（EEG）放大器和双极放大器连接至电池组（确保电池组已充满电），并连接至记录计算机。
2. 确保记录软件的工作区已正确设置。将幅值分辨率设为 0.5 µV，以避免放大器饱和；根据感兴趣的频带设置频率滤波器。采样率设为 5,000 Hz（本方案所用放大器的最高可能值），无论感兴趣的频带如何。
   注意：幅值分辨率为 0.5 µV 时，对应的最大值为 16.38 mV，足以记录梯度伪影，因为在高速情况下（>1,000 倍于持续脑电图变化速率），梯度伪影的峰值幅度可达自发头皮脑电图（约 10–100 µV）的 100 倍以上。理论上，采样率应至少为梯度切换频谱中最高频率的两倍（奈奎斯特采样定理），以便准确采样高频梯度切换伪影，并检测每个体素梯度活动的真实起始时间，用于后续去除^12,18。然而，提高采样率会导致文件体积显著增大，需要投入大量存储资源，并可能影响后续后处理效率。使用同步设备后，无需提高采样率即可实现脑电图与磁共振时钟之间的精确同步（见步骤 1.4）。5,000 Hz 的采样率对于常规脑电图/事件相关电位（ERP）记录已足够，更高的采样率并不能提升数据质量，因为后续的伪影校正过程包括将数据降采样至 500 Hz 以下并进行额外的低通滤波，从而消除所有可能存在的高频梯度伪影残余¹⁸。
3. 请参考操作手册，了解在磁共振成像环境中进行脑电图采集所需的记录软件正确设置，这些设置与磁共振环境外的设置有所不同。
4. 检查扫描仪发出的标记（即用于时钟同步的同步标记，默认开启）和体素触发标记（默认为 R128）是否在在线脑电图记录中周期性显示。同步标记的显示表明磁共振扫描仪与脑电图时钟已同步，R128 标记表示体素触发信号已被记录，用于后续后处理。磁共振扫描仪与脑电图时钟通过 SyncBox 设备实现同步，该设备检测扫描仪时钟输出信号（通常为 10 MHz 或更高），进行降采样后，通过 USB2 接口输出时钟信号及同步标记。
   注意：USB2 接口将来自所有放大器的脑电图数据传输至记录计算机，这些数据与扫描仪时钟信号相位锁定¹⁸。周期性出现的同步标记是由扫描仪电脉冲生成的触发信号，用于使脑电图信号采样与磁共振扫描仪速率同步，这是扫描仪伪影校正的必要条件。体素触发信号用于在离线脑电图处理过程中识别磁共振体素扫描的起始时间，以进行扫描仪伪影校正¹⁹。
5. 根据实际需求和设备可用性设置磁共振扫描仪。最好使用发射/接收一体式头部射频（RF）线圈，以最大限度降低射频加热风险。然而，本研究中使用了全身发射射频线圈和 20 通道仅接收头部射频线圈，因为所用扫描仪不具备发射/接收一体式头部线圈（这在大多数现代扫描仪中通常为常见情况）。
6. 用 10 mL 注射器（或根据需要准备多个）装入研磨型导电凝胶，用于 EEG 帽的施加。也可提前将研磨型凝胶装入 50 mL 大容量塑料注射器中用于液体分配，并在受试者到达前将凝胶注入 10 mL 注射器。
   ​注意：通常，一个 32 导 EEG 帽的使用约消耗 20–25 mL 凝胶。

2. 应用 EEG 帽和 ECG 电极

1. 招募时，请受试者填写一份潜在磁共振成像（MRI）禁忌症的检查清单。在受试者到达前，确认其无任何MRI禁忌症。
   注：通常，任何符合MRI检查条件的受试者均可参与脑电图-功能磁共振成像（EEG-fMRI）研究。排除标准包括：不合作或不依从的受试者；患有基础疾病（例如慢性背痛）而无法在一定时间内（通常至少1小时）保持仰卧位者；或在扫描期间可能无法在MRI检查床上保持静止者。运动不仅会影响EEG和fMRI数据的质量，还可能对受试者自身造成潜在危害（例如，导线和电缆中产生电流，可能引起刺激）。对于基于任务的采集，还应考虑受试者的语言理解能力（避免招募无法理解指令的受试者）。本研究共招募了32名健康志愿者（平均年龄40岁；17名女性）和25名癫痫患者（平均年龄31岁；13名女性）。
2. 要求受试者在到达前使用不含护发素或蜡质成分的洗发水清洗头发。
3. 向受试者解释实验目的及后续步骤。
4. 使用柔软且不可拉伸的卷尺绕受试者头部一周，经过眶上嵴和枕骨隆突，测量头围（即枕额周径），并选择合适尺寸的电极帽。选择比头围大1 cm的电极帽，并在佩戴后始终询问受试者是否感到舒适（即不过紧）。
5. 将电极帽大致放置于受试者头部后，使用同一卷尺测量枕鼻弧长，即沿头部中线从枕骨隆突至鼻根的弧线长度，以及耳周弧长，即从一侧耳部经枕鼻弧中点至另一侧耳部的弧线长度，测量时沿电极帽表面进行。标记枕鼻弧与耳周弧的交点（即两条弧线中点的交汇处，又称Cz点），然后滑动电极帽，使电极Cz的位置对准该交点。手动检查Fz、Pz、Oz、参考电极和接地电极是否位于枕鼻弧上，以确保电极帽未发生水平旋转。
6. 使用棉签尾部将电极下方的头发拨至电极一侧，暴露每个电极下方的皮肤。
7. 将含有70%酒精溶液的棉签穿过电极开口，快速旋转以擦拭每个电极下方的皮肤。
8. 在电极开口处挤入少量研磨导电凝胶（约0.2 mL），并以类似方式快速旋转棉签对皮肤进行研磨处理。
9. 监测电极阻抗（由记录软件显示），并重复步骤2.8的操作，直至阻抗至少降至20 kΩ以下²⁰，理想情况下尽可能低（低于5 kΩ）²¹。
10. 当阻抗达到满意水平后，在开口处填满相同凝胶（通常约0.5 mL）。避免在开口处使用过多凝胶，以防电极间发生桥接。若反复研磨后阻抗仍不理想，可先进行下一电极操作，稍后再返回处理，因为有时涂抹凝胶后阻抗会随时间继续下降。
11. 对所有头皮EEG电极重复步骤2.6至2.9。
12. 在背部放置心电图（ECG）电极前，要求受试者保持直立坐姿，颈部不要弯曲。
13. 放置ECG电极时，确保ECG导线保持平直，但需预留一定长度以便沿颈部曲线铺设导线，防止受试者躺到MRI检查床上时电极移位。将ECG电极置于背部正中沟左侧2-3 cm处，正中沟可识别为背部中线上的垂直凹陷。垂直位置因受试者身高而异；对于身高约160 cm的受试者，通常位于下背部，大致与两侧肩胛骨尖端连线水平对齐。
14. 使用酒精棉签擦拭ECG电极下方的皮肤。
15. 使用双面粘附环将ECG电极固定于皮肤，并重复步骤2.8至2.9。粘附环还可作为垫层，避免电极与皮肤直接接触。
16. 将干燥的酒精棉签折叠成四层，置于ECG电极上，使用医用胶带（外科胶带）将其固定于皮肤。同时将ECG电极导线用胶带沿皮肤固定至肩部。

3. 使用碳丝环（如果具备双极放大器）

1. 将一组预编织的碳纤维丝（直径 1 mm）⁹ 放置在帽上，该碳纤维丝由六个环（直径 10 cm）组成，放置位置应使碳纤维丝束与头部顶部的电极束保持平行。
2. 使用手术胶带（1 × 2 cm）将环固定在电极周围，使每个环均匀覆盖头部近似相等的区域（即双侧额颞区、双侧颞枕区、枕区和顶点区）。如有需要，也可将环缝合到脑电帽上。
   ​注意：头部的碳纤维丝环用于捕捉运动信号，包括心动图（ballistocardiogram, BCG）。这些信号将在离线脑电数据处理过程中用于去除脑电中的 BCG 伪迹⁹。

4. 固定盖子和碳丝环

1. 确保脑电电极没有形成环路。
2. 使用弹性绷带将受试者头部连同脑电帽及碳环一起缠绕。绷带的作用是将脑电电极紧密压在皮肤上，减少磁共振成像设备引起的电极振动，并防止将受试者放入磁共振扫描仪时导电膏溢出到枕头上（参见步骤5）。
3. 缠绕绷带时，询问受试者头部是否感到不适的压力，以确保绷带覆盖所有电极且松紧适度。

5. 将受试者放入磁共振扫描仪

1. 对于静息态数据采集，指导受试者将磁共振兼容的耳塞插入耳内；对于任务态数据采集，根据实验要求指导受试者佩戴磁共振兼容的耳机或听筒。确保受试者能够通过耳机或听筒的两侧正常听到声音。
2. 在要求受试者躺下并将头部放入线圈之前，先将一个磁共振兼容的扁平记忆棉枕头放置在线圈的下半部分。
3. 将头部适当定位（头部顶端尽可能靠近头线圈顶部）后，将电极和碳导线束从头线圈顶部开口处笔直穿入。
4. 在头顶、前额和颞部区域添加记忆棉枕头。枕头应适当地填满头线圈内所有空隙，同时避免对受试者头部造成过紧压迫。
   1. 在安装头线圈上半部分并闭合线圈时，确保枕头不会挤压头部。若过紧，应调整枕头或更换为尺寸更小的枕头。通过这种方式，枕头可固定电极导线，减少磁共振设备引起的导线振动，并限制头部运动，同时保持受试者在扫描过程中的舒适性。
   2. 在颈部后方放置一个半圆柱形记忆棉枕头，使心电图（ECG）电极导线被良好地夹在枕头与颈部之间。穿过肩部后方的ECG电极导线部分则位于受试者背部与磁共振检查床之间，由受试者自身重量实现固定。
5. 对于任务态数据采集，在放置完所有记忆棉枕头后，需再次测试受试者是否仍能通过耳机或听筒两侧正常听到声音，以确认耳机或听筒未发生移位。闭合头线圈后，放置镜子，并指导受试者调整镜子位置（适用于需要视觉刺激的任务）。在将检查床移动以使受试者头部位于磁共振孔道等中心位置后，如有必要，再次指导受试者调整镜子。
6. 使用提供的光纤将位于磁共振孔道后端的放大器与控制室内的记录计算机连接。
7. 将脑电图（EEG）/心电图（ECG）电极及碳导线环连接至磁共振孔道后端的EEG和双极放大器后，打开放大器电源。再次检查所有电极的阻抗，确保其仍处于较低水平（至少低于20 kΩ）。若存在阻抗过高的电极，需将受试者 移出磁共振扫描仪进行调整。

6. 导线和放大器的配置

1. 将头部线圈顶部开口处的出口与放大器之间的所有导线（包括电极和碳纤维束、连接盒以及带状电缆）整理好，使其保持平直并位于磁共振成像（MRI）孔道的中心位置。这一点对于最大限度减少MRI诱导电流至关重要。
2. 将一个碳纤维环缠绕在从脑电图/心电图（EEG/ECG）电极连接盒通向放大器的带状电缆上，并将所有碳纤维环（参见步骤5.7）连接至双极放大器（EXG MR）的输入盒。该环主要用于捕获由氦泵引起的振动⁹。
3. 为最大限度减少MRI设备引起的振动，使用磁共振安全且无磁性的沙袋，沿头部线圈顶部开口出口至放大器之间的整个路径将所有导线夹紧固定。同时，在放大器上也放置沙袋。这些沙袋尺寸为330 mm × 240 mm × 50 mm，重量为4 kg，由脑电图设备制造商提供。
4. 将放大器置于磁体孔道外部，电缆长度由制造商提供，足以支持此种布置。

7. EEG-fMRI 数据采集

1. 在离开扫描室之前，确保受试者对体位感到舒适，以避免采集过程中出现不必要的移动。指示受试者在必要时按下警报按钮（例如发生紧急情况或感到不适时）。操作人员从控制室与受试者沟通，确认受试者能够听到指令。告知受试者在数据采集期间将出现较大噪声。根据实验要求对受试者进行指导，并明确要求其在数据采集期间保持不动。
2. 在开始功能性磁共振成像（fMRI）采集之前，先启动脑电图（EEG）记录。通常按顺序采集以下图像：用于定位fMRI视野的定位像（二维图像）、fMRI图像，以及用于在后期处理中与fMRI图像配准的结构像。在采集每种类型的图像前，均需运行匀场（shim）序列，以校准相应参数。
   注意：必须使用经证实与放大器兼容的安全MRI序列，以确保安全并避免对放大器造成损坏¹⁸。有关安全序列的具体细节此处不作详述，建议读者查阅用户手册或联系技术支持团队。通常推荐使用梯度回波序列，应避免使用自旋回波序列或任何具有类似射频（RF）发射参数的序列，因其可能导致过度的射频诱导加热。可通过比吸收率（specific energy absorption rate, SAR）和10秒内平均的B₁+均方根值（B₁+rms）等指标间接量化加热效应。近年来，B₁+rms正逐渐成为设定限值的新标准，其取决于成像参数但与受试者体重无关²²。例如，使用Brain Products EEG帽在3 T下进行采集时，当前标准帽的B₁+rms阈值为1 µT，而新型标准EEG帽（配备较短的10 cm捆扎电缆）的阈值为1.5 µT²³。翻转角、切片数量和重复时间（TR）是需要综合考虑的参数，以确保SAR和B₁+rms保持在较低水平。建议采用较小的翻转角（<90°）。只要最终序列的B₁+rms值低于阈值，切片数量和TR可相应调整²³。
3. 开始采集后，需再次确认扫描仪的标记信号（见1.4节）是否周期性地显示在在线EEG记录中。

结果

采用本方案放置脑电图（EEG）帽后，每个电极的阻抗通常会降至20 kΩ以下（图1）。图2和图3分别展示了参与神经认知研究的一名受试者（20岁男性）以及在相同磁共振成像（MR）扫描仪中采用本方案参与癫痫研究的另一名受试者（19岁女性）所获得的代表性脑电信号。接受神经认知测试的受试者被要求在执行视觉任务时保持睁眼但身体静止。癫痫研究中的受试者则被要求闭眼并入睡，因为癫痫样活动通常在睡眠期间更为频繁。两项研究在处理前采集到的脑电信号相似（图2）；磁共振成像梯度伪影掩盖了真实的脑电信号。两项研究的脑电信号均进行离线处理：采用减法方法去除磁共振成像伪影²⁴；利用碳纤维线圈记录的信号回归法去除血流搏动（BCG）、运动及氦泵伪影^7,9。处理后的脑电信号（图3B）质量可用于分析，且未见明显的BCG伪影污染（图3A）。在癫痫研究期间，脑电图上可清晰观察到癫痫样活动（图3B）。在神经认知研究期间采集的脑电图中，尽管已去除伪影，仍可见眨眼、眼动及肌电伪影，尤其是在额部导联（Fp1和Fp2）上（图3B），这是由该研究本身的性质决定的，必要时可进一步采用其他方法予以去除。在两项研究中，后处理后的脑电信号均未见来自机械振动的伪影（图3B），其质量可与在磁共振成像设备外采集的脑电信号相比（如图3C所示）。同时采集的磁共振图像上未见来自脑电电极的伪影（图4）。

图1：在参与一项神经认知研究的受试者头上佩戴32通道脑电图帽后，各脑电图电极阻抗降至5 kΩ以下的代表性结果。 每个圆形彩色圆圈代表一个脑电图电极，圆圈内标注了电极名称；每个圆圈的位置对应于脑电图帽上电极的实际位置。右侧的颜色条及数字表示所测阻抗的范围（本例中为0–5 kΩ）；绿色表示阻抗值低于良好水平，红色表示不良水平。在此示例中，电极CP1、O1、Oz、O2和ECG显示为浅绿色，表示这些电极的阻抗值为2 kΩ；其余电极显示为深绿色，表示这些电极的阻抗值为0 kΩ。 请点击此处查看该图的放大版本。

图 2：处理前的脑电图信号。 注意，MRI 梯度伪影掩盖了真实的脑电图信号。请点击此处查看此图的放大版本。

图3：参与神经认知与癫痫研究的受试者代表性脑电图信号。 顶部一行的脑电图信号来自一项神经认知研究，底部一行的信号来自一项癫痫研究。脑电图信号为离线处理。（A）去除MRI梯度伪迹后的脑电图信号。浅蓝色方框标示BCG伪迹。（B）使用碳丝线圈记录信号回归法去除伪迹后的脑电图信号。（C）在MRI环境外使用相同脑电图设备记录的脑电图信号。脑电图以参考导联法显示（参考电极为FCz）；为便于观察癫痫样活动，同时展示了癫痫研究中获取的同一脑电图片段的双极导联法结果（每个通道代表一对相邻电极之间的电压差）。蓝色箭头头（B和C，顶行）指示眨眼（Fp1和Fp2处的高幅慢速向下偏转/双相电位），黑色箭头头（B，顶行）指示由扫视或自发性眼球运动引起的眼动伪迹（Fp1和Fp2处的小而快速的偏转），绿色矩形框（B，顶行）指示在神经认知研究中记录的脑电图上可见的α节律。主要出现在Fp1和Fp2的低幅高频活动为肌电伪迹（脑电图描记增粗，顶行）。红色箭头头（B和C，底行）指示在癫痫研究中记录的脑电图上识别出癫痫样活动的时间点（尖锐的向上或向下偏转，有时后跟一个慢波）。请点击此处查看该图的放大版本。

图4：使用本方案从受试者获取的代表性MRI数据。 请注意，脑电图（EEG）电极未在同步采集的MR图像上产生可见伪影。（A）梯度回波序列的磁化准备快速采集图像；（B）回波平面成像。 请点击此处查看该图的放大版本。

讨论

本方案强调了安全同步获取高质量脑电图-功能磁共振成像数据的重要要点。

以下是一些导致脑电图（EEG）中出现难以去除伪迹的常见错误及相应的故障排除方法。首先，选择依从性好且配合度高的受试者，并在数据采集过程中确保其舒适，可防止因受试者移动而导致实验过早终止（步骤 2.1 和 5.4）。其次，在反复摩擦头皮后阻抗仍无法降至 20 kΩ 以下（步骤 2.9），最可能的原因是电极帽清洗后刷洗不充分。在清洗 EEG 电极帽时，彻底刷洗每个电极孔，可避免此问题。第三，硬件和软件设置不当可能导致 EEG 信号饱和，从而在离线 EEG 处理过程中严重影响伪迹的去除。最后，为防止记录到饱和的 EEG 信号，在将受试者放入磁共振扫描仪并开始数据采集前，应确保每个电极的阻抗保持在 20 kΩ 以下；通过固定 EEG 电极帽（即固定受试者头部）、电缆和导线，充分减少机械振动；使用记录软件实时监测原始 EEG 信号，并确保采样率和幅值分辨率设置正确。

同时采集脑电图（EEG）和功能磁共振成像（fMRI）数据会引发重要的安全问题，主要涉及射频（RF）引起的加热效应以及由于受试者连接了导线，在快速变化的磁场中由梯度切换引发的感应电流⁵。多年来，随着相关研究的深入，人们对这一领域的认识不断加深，同时磁共振兼容脑电设备的技术也取得了显著进步，这些安全问题已得到很大程度的缓解。然而，若准备过程疏忽大意，缺乏足够的专业知识或未采取适当的安全预防措施，仍会使受试者面临风险。例如，电路中任何位置形成的环路都可能产生感应电流，导致热损伤。电极阻抗过高不仅会严重影响脑电信号质量，还可能对受试者造成潜在危害（因电流密度升高导致的热损伤）。破损的电极同样存在此类风险。电缆若紧贴磁共振成像仪孔道壁放置（即远离中心位置），也可能因天线效应引起局部加热，对受试者构成潜在热损伤风险²⁵。本操作规程重点强调以下安全要点：受试者与放大器之间的电路中不得形成任何环路；所有电极在磁共振扫描期间必须保持低阻抗；所有电缆均应置于孔道中心位置。建议初学者操作人员接受专业培训，并严格遵循用户手册及演示视频中制造商提供的指导说明²⁰，以避免任何安全隐患。

在EEG-fMRI中常见的伪迹主要来源于MRI梯度场的切换、BCG（血流-脑脊液搏动伪迹）、受试者的大幅度或细微运动（如面部运动、咬牙、吞咽等）。在某些MRI设备中，氦泵和呼吸机引起的伪迹也会显著干扰EEG信号。MR梯度伪迹在波形上通常较为稳定，只要使用具有足够动态范围的放大器完整记录且未发生失真，便可采用基于模板的减法技术进行充分校正²⁴。BCG伪迹通常可通过减法技术²⁶、独立成分分析⁶、最优基集方法⁸，或这些技术的组合进行校正¹⁰。近年来，已发展出一种基于碳丝环同步采集信号的简单回归方法用于去除伪迹^7,9。本文介绍的方案侧重于技术细节，旨在为有意采用该方法的研究人员提供入门指导。该方法可有效去除BCG伪迹、受试者的细微运动伪迹以及氦泵引起的伪迹，据报道，所得EEG信号质量优于其他校正方法的结果^7,9。然而，较大的运动伪迹，尤其是包含晃动的运动，即使使用该方法也无法完全消除⁷。尽管多年来伪迹去除方法已有显著改进，但由MRI设备引起的振动等不一致伪迹仍难以彻底清除。此外，伪迹去除步骤越复杂，丢失真实EEG信号的风险也越高。因此，在EEG-fMRI数据采集过程中，充分的准备工作以最大限度减少不一致伪迹仍是最关键的环节。本方案通过以下措施最小化此类伪迹：（1）使用弹性绷带包裹头部，并配合记忆泡沫枕头将头部在头线圈内固定，以减少导线可能产生的振动，同时保证受试者的舒适性；（2）使用棉垫和医用胶带固定ECG电极导线，防止其因受试者体重无法完全压住而产生振动（尤其在体型较瘦的受试者中，导线可能在身体与检查床之间部分悬空）；（3）使用沙袋固定放置于MRI扫描孔内的电缆。这些技术对于减少难以去除的MRI设备诱导振动伪迹至关重要，而此前发表的EEG-fMRI方案中并未描述这些措施²⁰。在以往方案中，受试者进入扫描仪时未在EEG帽外部额外包扎，头周也缺乏充分填充，电缆仅在少数位置用胶带固定，未使用沙袋进行固定。根据蒙特利尔神经学研究所20年的实践经验，我们发现这些疏漏可能导致电极导线和电缆更容易受到MRI设备引起的振动影响，尽管这一点在大多数EEG-fMRI研究中极少被强调⁶。有效减少MRI设备引起的振动，可显著提升EEG信号的质量和可读性，这对于识别EEG中的细微变化或事件尤为关键⁶，例如癫痫研究中的微小癫痫样放电，以及神经认知研究中的单次试验事件相关电位（ERPs）。

在认知神经科学研究中，检测脑电图（EEG）信号中的事件相关电位（ERP）是一项基本前提。与传统的跨试验总平均反应相比，ERP单次试验检测能够揭示大脑对特定刺激的动态响应，正逐渐成为现代认知神经科学研究和无创脑机接口研究的新目标²⁷。本方案的应用可能有助于提高这些研究领域的效率。

本方案最适合本研究中使用的磁共振成像兼容脑电图系统。然而，我们认为其中的关键要点也可能适用于其他磁共振成像兼容脑电图系统。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
BrainAmp EXG MR	Brain Products, GmBH, Germany		磁共振成像兼容的双极放大器
BrainAmp MR Plus	Brain Products, GmBH, Germany		磁共振成像兼容的脑电图放大器
BrainCap MR	Brain Products, GmBH, Germany		磁共振成像兼容的脑电图帽
ESPA 弹性绷带	Toyobo co., Ltd.		用于包裹受试者头部的弹性绷带
One Shot Plus P EL-II 酒精棉片	Shiro Jyuji, Inc.		用于皮肤准备的酒精棉片
Power Pack	Brain Products, GmBH, Germany		磁共振成像兼容的电池组，用于为放大器供电
SyncBox	Brain Products, GmBH, Germany		实现脑电图设备与磁共振成像扫描仪之间的相位同步
USB 2 适配器（BUA）	Brain Products, GmBH, Germany		用于将放大器连接至记录计算机的 USB 适配器
V19 磨砂导电凝胶	Brain Products, GmBH, Germany		用于安装脑电图帽的磨砂凝胶
Yu-ki Ban GS 医用胶带	Nitoms, Inc.		用于固定心电图电极和碳纤维导线环的医用胶带