脑电正问题建模通过构建颅内神经放电源和脑电头皮测量信号之间的电传导关系，为脑电源成像提供模型基础，对于无创在体地探索颅内真实的脑神经活动规律和研究脑认知功能具有重要科学意义和临床应用价值。其中，电极模型作为连接测量信号和头体积传导模型的枢纽，是脑电正问题建模的关键一步。然而，现有最先进的电极面建模方法未能考虑真实电极中面接触电导分布不均匀的问题，导致建模过程中边界条件的不准确表达，影响脑电正问题建模精度。
为此，中国科学院苏州医工所戴亚康课题组刘燕副研究员等提出一种基于电极灵活中心帽状面模型的脑电正问题建模方法（Flexible-center Hat Complete Electrode Model, FCH-CEM）。该方法首先基于电极内电化学传播规律和电阻定律，创新性地提出导电介质-头皮界面的接触电导帽状分布；然后，为准确描述不同电极结构的个性化分布，引入向量空间的偏心率和偏离方向两个参数构建灵活中心帽状分布，提高模型的泛化能力和适应性；最后，整合该灵活中心帽状分布到脑电正问题数理描述，实现更准确的边界条件构建。
基于真实头模型的高精度有限元仿真结果表明，相比于现有的两种电极建模方法（点建模、传统面建模），所提方法可实现对头皮电势分布的显著调整，具有提升正问题建模和逆向定位精度的潜力，特别是在接触电导位于10-3S/m2至10-1S/m2之间时（对应电极等效电阻为：5.090kΩ至31.8kΩ）；当模型的网格分辨率下降至2mm时，所提方法相比于点模型（Point Electrode Model, PEM），具有更高的鲁棒性。
该成果发表于生物医学工程国际主流期刊IEEE Transactions on Biomedical Engineering，以上工作得到了国家自然科学基金、江苏省重点研发计划、科技创新2030“脑科学与类脑研究”重大项目的支持。
论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10436342
图1 两种常用电极帽的电极结构及两种帽状接触电导分布分析和建模
图2 灵活中心帽子函数建模示意图
图3 不同电极建模方法、电极直径（ED）和接触电导的头皮电势分布（1mm网格分辨率）
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