（一）诱发电位的基本概念
诱发电位相对于自发电位而言，人为地刺激感受器或传入神经引起中枢神经系统的电活动称为诱发电位，它具有四个特征：①反应是在受刺激后经一定潜伏期出现；②呈现特定的波形；③反应是在一瞬间出现（而自发脑电是长时间，周期出现）；④有相应的电位分布区，其分布位置与面积取决于有关组织的结构特征。
在前面已叙述，损伤性电极记录声诱发电位早在20世纪20年代就开始了，但用无损的表面电极记录声诱发电位，则是随着计算机技术的发展才逐渐出现并完善的。人体听觉系统声诱发电位是利用声音刺激在听觉系统不同结构中所引起的电反应，可用电极和放大器把它记录下来。然而从头皮上引导出来的声诱发电位振幅很小，大多＜1μV，只有自发脑电的1%，故常规的一般生物电记录技术不能获取人体听觉诱发电位。
诱发反应（evoked response），即诱发电位，是指机体对某个外加刺激所产生的反应，通过诱发反应可以了解生物体各部分之间的关系。但是与刺激无关的其他反应，例如自发反应（脑电、肌电、心电、皮肤电等）常常要比所要研究的诱发反应大得多，因此待测信号常常淹没在很强的自发反应或噪声之中。当试图通过放大记录待测信号时，噪声干扰通常也被放大。通常的抗干扰措施如屏蔽、去耦、接地等方法可以抑制测量系统外部的噪声，但对系统内部噪声（热运动、白噪声、其他生物电等）却是无能为力的。如果噪声的频谱高于或低于信号的频谱，可以应用滤波技术提取有用信号，但如果信号与噪声频谱相互重叠，则滤波技术也无能为力。早在1875年Richard Caton首次从兔脑表面直接记录到了诱发电位（evoked potential，EP）。但因其波幅小（0.1～10μV），并埋藏在自发脑电图（electroencephalogram，EEG）活动中，故无法进行细致和广泛的研究。所以只有采用有效的数据处理的方法，才能对待测信号进行提取和加工。
1947年，Dawson首先介绍用照相叠加技术记录EP，并首次从人记录到EP，应用EP对患者（肌阵挛癫癎）进行研究。1951年，Dawson又介绍了数字平均技术，并在生理学会上示范了第1台平均仪，从而开创了EP应用的新纪元。1958年，林肯实验室创制成了第1台平均相应计算机（ARC－1）。这是一通用的、带有磁芯贮存器的半导体化的高速数字计算机。计算机由诱发反应的刺激所触发，然后再触发一个模－数转换器（ADC），后者收集反应的瞬间振幅，并用二进制数字编码，然后将数字贮存在一系列磁心记录器之中。20世纪90年代初我国制造的TQ－19型计算机，能把重复的讯号对准相位进行累加，可以把淹没在噪声中无法辨认的微弱讯号清晰地显示出来。
（二）叠加平均仪的原理
1.基本原理 在人体听觉诱发电位（auditory evoked potential，AEP）的测试中，如果把实验重复记录几次就可以发现，诱发放电虽然在振幅方面没有什么特征，但是在时间方面都有一个特征，即它总是在刺激后经过一定的潜伏期才出现。如果严格地以刺激时间为标准，将每次实验结果相叠加，即将每一点的电位线性相加，叠加N次后将使诱发放电的振幅增加到原来的N倍；而来自自发反应的自发放电和来自机内机外的噪声所引起的干扰放电则都是随机信号，在矢量相加过程中由于相位不同会相互抵消一部分，从而不能使其振幅成倍地增加，而是增加到原来的
倍。假设叠加4次，那么待测信号将增加到原来的4倍，背景噪声增加到原来的2倍，信噪比将增加到原来的2倍。通过这样叠加将使得待测信号于噪声背景中突显出来。叠加法也称平均诱发反应法，简称AER（averaged evoked response），是处理微弱诱发放电的第一个关键步骤。
从上述原理可知，通过累加可以增加信噪比，增加叠加次数可使信噪比加大，具体如下：同步反应的振幅（A）随累加次数N而增加，即：
而无规噪声（B）是随其均方根值增加的，即：
实际增加的信噪比等于：
由上式可见，信噪比的增加与累加次数的平方根成正比，即累加900次可提高信噪比30倍，而把累加次数增加到2 500次（即增至2.8倍）仅能使信噪比提高50倍（即仅比原来增加1.7倍）。看来过多的累加次数获益不大，而且有耗费时间与易使受试者疲劳的缺点。
用诱发电位和噪声叠加平均的过程如图3－17所示，平均之前，待测信号被淹没在噪声信号中，随平均次数的增加，噪声信号逐渐变小，而待测信号变大，从而提高了信噪比。目前常用的微机平均器系统结构如图3－18所示。
图3－17 数字平均器原理
这种平均方法对听觉脑干诱发电位来说是适用的，而源于大脑皮质的长潜伏期EP的波幅和形态，会随觉醒和注意水平的不同而有相当大的变化，叠加后的效果不理想。另外短潜伏期的EP，在某些疾病状态下也可能变为无定形、不规律的反应，叠加平均后的效果就比较差，故临床应用中应根据此原理，对反应的波形变异做具体分析。
图3－18 微机平均器系统结构
2.增加信噪比的方法 事实上，＜0.1μV的EP平均技术很难记录出来。如要成功检测到待测信号，就要增加信噪比（single noise ratio，SNR），即增强信号和（或）降低噪声。尽管背景噪声可以控制在一定强度下，但完全消除背景噪声是不可能的。除了通过平均技术达到提高信噪比的目的外，通常还用以下方法增加信噪比：
（1）剔除伪迹，力求反应的波形、潜伏期和波幅精确可靠。干扰电刺激和肌电波常为待测信号的数十倍到数百倍，如不剔出将严重影响检测结果。
（2）重复测试：当刺激重复N次时，待测信号的幅度原则上增加到N倍，噪声增加到
倍，最终信噪比将增加到原来的
倍。
（3）平均技术：多数用加减平均技术。加减平均技术（±averaging）也称Wiener滤过后技术（aposterior Wiener filtering），即在进行标准单纯加法平均技术处理的同时，对输入的信号也进行一套交替的加减法的平均处理，此时EP信号因相位不同而相互抵消，而无规律的噪音残余反而被显现出来。将残存噪声的频谱用计算机滤过处理，能使噪声减少。
（4）时间变换滤波（time－varying filtering）：此技术不只是单处理频率范围的问题，而是同时测定EP和噪声的时间和频率的相对强度。优点是能够区别出和EP有同样频率，但发生时间不同的噪声；能减少所用的刺激和扫描次数。
在时变滤波处理的过程同时也会带来相应的缺点，即电位幅值可能变小，测量不准确，在极端的情况下反应甚至可能小至不能鉴别，从而出现误判。
在下列情况下的信号是无法平均的：①起源于刺激的电伪迹。但可因交替相位刺激，以消除电伪迹；②和50Hz干扰有谐波关系的刺激率；③记录长潜伏期EP时，若刺激率是有规律的，而受试者又能预料到刺激开始的时间；④跟随视听刺激出现的某些肌电伪迹（微反射micro reflexes）；⑤吞咽和变换体位时出现的暴发性的肌电伪迹。
不要过分强调平均技术的作用，因为盲目增加平均次数是不可能把这种伪迹消除掉的。应该注意到当诱发信号不一定完全相同，以及反应时间的波动常会使波形失真，从刺激到反应时间的波动，使瞬态特性受到影响，当高频成分受到阻断的情况下，特别是当时间波动恰好使反应波形落在180°的时候，平均结果会相互抵消。而叠加次数过多，失去的高频成分也多，因此平均次数还应视诱发电位大小、频率变动情况而定。
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