CN103169472B - 基于贴附式电极的无创伤神经肌肉疾病检查系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于贴附式电极的无创伤神经肌肉疾病检查系统，属于医疗器械领域。该系统包括表面电极采集装置、表面电刺激装置和控制终端；表面电极采集装置包括贴附式电极Ⅰ、信号处理模块、通信模块Ⅰ和电源Ⅰ，贴附式电极Ⅰ采集人体生理信号并将信号传送至信号处理模块，信号处理模块对信号进行处理后通过通信模块Ⅰ将信号传送至控制终端；表面电刺激装置包括贴附式电极Ⅱ、刺激信号产生模块、通信模块Ⅱ和电源Ⅱ，刺激信号产生模块通过通信模块Ⅱ接收到控制终端发送的控制信号后产生电刺激信号，并通过贴附式电极Ⅱ对人体表面进行电刺激。本系统克服了针式电极给患者带来巨大疼痛，为肌萎缩、运动神经元病等神经肌肉疾病提供了一种便携、无创的检测手段。

Description

基于贴附式电极的无创伤神经肌肉疾病检查系统

技术领域

本发明属于神经电生理检查仪器领域，涉及一种基于贴附式电极的无创伤神经肌肉疾病检查系统。

背景技术

神经电生理检查是神经系统检查的延伸，其主要是通过测试肌电图(electromyography，EMG)、神经传导(Nerveconductionvelocity,NCV)、重复神经电刺激(repetitivenervestimulation，RNS)等，了解神经、肌肉的功能状态。神经电生理检查在诊断及评估神经和肌肉病变时，起着非常关键的作用，同时也是康复评定的重要内容和手段之一。

肌电图是记录肌肉在静止、轻收缩、重收缩三种状态下的肌肉电位变化，并在显示器或者记录纸上显示供操作者参考，以帮助判断疾病究系神经源性或肌源性损害。神经传导测定运动神经或感觉神经传导速度，其操作是在神经干的近端或远端给以周期性电刺激，在远端效应肌或近端神经走行部位接收波形，测量两点之间的潜伏期和距离，即可计算出运动神经或感觉神经传导速度，可用于了解神经传导功能情况，确定有无神经损害，以及受损程度。重复神经电刺激是重复刺激神经干，并记录该神经所支配肌肉的复合肌肉动作电位，然后计算波幅比值，是检测神经肌肉接头功能的重要手段。

现有的专用检查仪器——肌电图诱发电位检测仪主要是由两部分组成：针式植入电极肌电采集装置和刺激系统以及数据处理系统。针式植入电极肌电采集装置的核心技术是弱信号肌电信号采集。珠海市迈康科技有限公司生产的NeuroExamM-800C设计了高输入阻抗、高增益的前置放大器，采用光电隔离技术解决信号串扰的问题。但是这种装置很容易受到工频干扰的影响，其采集信号的信噪比非常低。但其采用针电极刺入肌腹，采集肌电信号，操作者需要在肌腹中反复旋转，这给受试者带来难以忍受的痛苦。

中国专利CN102626309公布了一种高场强磁共振兼容的书中神经电生理监测用电极，其针型电极由针形头部、手柄、导线和插头组成，解决常规电极受高场强磁场影响，以及热效应和位移效应问题。但是这种电极仍然是针式植入电极，给受试者带来痛苦和伤害。再者，针电极在刺激时间很长的慢性实验中不适用，因在电流作用下，离子由电极进入组织，可产生毒性作用。因此现有的肌电图仪在康复评定等方面应用存在这样很多的缺陷。

中国发明专利CN101828919公布了一种带放大功能的有线表面肌电电极，该专利核心技术是采用有源放大技术解决电缆阻抗匹配问题，提高抗空间电磁场干扰能力；美国专利US6480731B1公布了类似带放大器的有源表面电极，该专利包含了各种几何电极布置方式以及电极材料特征。这类有线表面肌电的传感器与采集系统相连，能实现有线表面肌电采集，但是，由于电缆的束缚，影响表面肌电的可穿戴、便携应用，并且依赖于市电供电的采集系统，这种装置很容易受到工频干扰的影响，其采集信号的信噪比非常低，甚至因工频饱和而导致削顶失真。

包含肌电图、神经传导、重复神经电刺激的神经电生理检查可以确定等肌萎缩、运动神经元病、重症肌无力、先天性肌强直症等神经肌肉疾病。针式电极的检测系统降低测试者的工作效率，并给患者很大程度的疼痛，无创是众望所归的测试目标。现有表面肌电的检测装置影响信噪比、和便携性，并且不能与刺激装置同步工作。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于贴附式电极的无创伤神经肌肉疾病检查系统，该系统采用贴附式电极，不会对人体造成损伤，能够高效准确的对患者神经肌肉疾病进行检查。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于贴附式电极的无创伤神经肌肉疾病检查系统，包括用于采集人体生理信号的表面电极采集装置、用于对人体表面进行电刺激的表面电刺激装置、用于控制整个系统并生成测试参数的控制终端；表面电极采集装置包括贴附式电极Ⅰ、信号处理模块、通信模块Ⅰ和电源Ⅰ，贴附式电极Ⅰ采集人体生理信号并将信号传送至信号处理模块，信号处理模块对信号进行处理后通过通信模块Ⅰ将信号传送至控制终端；表面电刺激装置包括贴附式电极Ⅱ、刺激信号产生模块、通信模块Ⅱ和电源Ⅱ，刺激信号产生模块通过通信模块Ⅱ接收到控制终端发送的控制信号后产生电刺激信号，并通过贴附式电极Ⅱ对人体表面进行电刺激。

进一步，通信模块Ⅰ和通信模块Ⅱ为无线通信模块，表面电极采集装置与控制终端之间的通信以及表面电刺激装置与控制终端之间的通信采用无线通讯的方式。

进一步，所述信号处理模块包括信号电路放大模块和单片机Ⅰ，所述刺激信号产生模块包括单片机Ⅱ、驱动模块和升压模块。

进一步，所述贴附式电极Ⅰ采用非极化高纯度银丝，贴附式电极Ⅱ采用圆形高纯度银吸盘。

进一步，所述驱动模块是采用三极管、场效应管或集成电路搭建的电流驱动电路，用于给升压模块提供大功率电流。

进一步，所述升压模块采用高磁导率的变压器。

进一步，所述电源Ⅰ和电源Ⅱ包括锂电池以及电源管理模块。

进一步，所述控制终端采用PC或个人手持终端。

本发明的有益效果在于：本发明所述的无创伤神经肌肉疾病检查系统克服了针式电极给患者带来巨大疼痛，为肌萎缩、运动神经元病、重症肌无力、先天性肌强直症等神经肌肉疾病提供了一种便携、无创的检测手段，同时与康复设备结合，可以给理疗师提供重要参考。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述系统的结构示意图；

图2为表面电极采集装置的结构示意图；

图3为表面电刺激装置的结构示意图；

图4为肌电记录测试示意图；

图5为神经传导速度测试示意图；

图6为重复神经电刺激测试流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

图1为本发明所述系统的结构示意图，本系统包括用于采集人体生理信号的表面电极采集装置、用于对人体表面进行电刺激的表面电刺激装置、用于控制整个系统并生成测试参数的控制终端；它们的具体构成和信号传递关系为：表面电极采集装置包括贴附式电极Ⅰ、信号处理模块、通信模块Ⅰ和电源Ⅰ，贴附式电极Ⅰ采集人体生理信号并将信号传送至信号处理模块，信号处理模块对信号进行处理后通过通信模块Ⅰ将信号传送至控制终端；表面电刺激装置包括贴附式电极Ⅱ、刺激信号产生模块、通信模块Ⅱ和电源Ⅱ，刺激信号产生模块通过通信模块Ⅱ接收到控制终端发送的控制信号后产生电刺激信号，并通过贴附式电极Ⅱ对人体表面进行电刺激。

在本实施例中，通信模块Ⅰ和通信模块Ⅱ为无线通信模块，表面电极采集装置与控制终端之间的通信以及表面电刺激装置与控制终端之间的通信采用无线通讯的方式，这样提高了整个系统的便携性。

信号处理模块包括信号电路放大模块和单片机Ⅰ，刺激信号产生模块包括单片机Ⅱ、驱动模块和升压模块。如图2和图3所示，在本实施例中信号电路放大模块包括高通仪用放大器和带通放大器，高通仪用放大器采用三运放集成的仪用放大器，其高通的实施方案是采用电阻和电容串联的方式接入三运放仪用放大器的增益控制端。带通放大器是采用单运放单电源供电的巴特沃斯带通滤波器电路。两个放大器串联构成一个具有二阶高通和一阶低通的带通滤波器，高通截止频率设置为10Hz，低通截止频率设置为500Hz。放大器体现的高通滤波特性可有效地抑制运动伪轨迹引起的噪声干扰，为后继数据压缩的特征值信号提供高信噪比的模拟信号。单片机Ⅰ采用低功耗内置AD类型，优先考虑MSP430系列和STM320系列，单片机Ⅰ通过SPI总线或者自定义总线与无线通信模块通讯。驱动模块是采用三极管、场效应管或集成电路搭建的电流驱动电路，用于给升压模块提供大功率电流；升压模块采用高磁导率的变压器进行升压。

在本实施例中，电源Ⅰ和电源Ⅱ包括锂电池以及电源管理模块，电源管理模块主要是用于稳压和欠压管理；贴附式电极Ⅰ采用非极化高纯度银丝，按照平行三级杆技术布置。如图4所示，极杆1、极杆2和极杆3平行布置，它们之间的间距在5cm-15cm，优先选择10cm。三根极杆中的任何一个极杆都可用作接地电极，另外两个电极直接与图2中的高通仪用放大器正反相输入端相连。贴附式电极Ⅱ采用圆形高纯度银吸盘，如图5所示，圆形高纯度银吸盘通过紧贴皮肤，与人体皮肤形成回路，表面电刺激装置总共包括两个圆形高纯度银吸盘电极5和电极6，其通过导线与无线表面电刺激装置的主体电路4相连。此外，控制终端作为控制整个系统并生成测试参数的装置，在本实施例中采用PC或个人手持终端。

本系统的具体工作流程如下：如图4所示，肌电图测试过程是首先用双面胶或绷带，将多个有源无线表面电极采集装置固定在目标肌肉群对应的皮肤上；然后要求受试者分别示范静息、小力收缩以及大力收缩动作，同时控制终端分别触发多个有源无线表面电极采集装置同时采集；采集装置将采集到的信号传送至控制终端，最后控制终端保存多个有源无线表面电极采集装置所传输来的数据，并生成固定时间内正锐波数目、运动单元电位形态、中值频率和积分肌电图。

如图5所示，神经传导速度测试过程是首先将无线表面电刺激装置的正极圆形高纯度银吸盘置于神经远端，负极圆形高纯度银吸盘置于神经近端，有源无线表面电极采集装置置于神经支配的肌腹；然后控制终端控制表面电刺激装置触发脉冲信号，同时触发有源无线表面电极采集装置采集肌腹电位；最后控制终端保存有源无线表面电极采集装置所传输来的数据，并计算生成神经传导距离、时间和速度。

如图6所示，重复神经电刺激幅值比测试过程是首先按照神经传导速度相同的布置方式；然后周期性地同步触发刺激波形产生和有源无线表面电极采集装置记录；最后控制终端保存有源无线表面电极采集装置所传输来的数据，并计算生成各周期记录电位的幅度比。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种基于贴附式电极的无创伤神经肌肉疾病检查系统，包括用于采集人体生理信号的表面电极采集装置、用于控制整个系统并生成测试参数的控制终端；

表面电极采集装置包括贴附式电极Ⅰ、信号处理模块、通信模块Ⅰ和电源Ⅰ，贴附式电极Ⅰ采集人体生理信号并将信号传送至信号处理模块，信号处理模块对信号进行处理后通过通信模块Ⅰ将信号传送至控制终端；

其特征在于：还包括用于对人体表面进行电刺激的表面电刺激装置，表面电刺激装置包括贴附式电极Ⅱ、刺激信号产生模块、通信模块Ⅱ和电源Ⅱ，刺激信号产生模块通过通信模块Ⅱ接收到控制终端发送的控制信号后产生电刺激信号，并通过贴附式电极Ⅱ对人体表面进行电刺激；所述刺激信号产生模块包括单片机Ⅱ、驱动模块和升压模块；

所述驱动模块是采用三极管、场效应管或集成电路搭建的电流驱动电路，用于给升压模块提供大功率电流；所述升压模块采用高磁导率的变压器；

所述通信模块Ⅰ和通信模块Ⅱ为无线通信模块，表面电极采集装置与控制终端之间的通信以及表面电刺激装置与控制终端之间的通信采用无线通讯的方式；

所述贴附式电极Ⅰ采用非极化高纯度银丝，贴附式电极Ⅱ采用圆形高纯度银吸盘；所述控制终端采用PC或个人手持终端。

2.根据权利要求1所述的基于贴附式电极的无创伤神经肌肉疾病检查系统，其特征在于：所述电源Ⅰ和电源Ⅱ包括锂电池以及电源管理模块。