CN106361323A - 基于表面肌电的吞咽功能检测系统 - Google Patents

基于表面肌电的吞咽功能检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，本发明提供一种基于表面肌电的吞咽功能检测系统，包括至少一个无线传感器模块以及上位机软件模块，无线传感器模块包括采集模块、预处理模块、微控制器模块以及第一无线传输模块，无线传感器模块采集吞咽过程中吞咽肌群上的肌电信号，对肌电信号进行放大、滤波以及A/D转换预处理后无线传输给所述上位机软件模块；上位机无线接收经过预处理后的肌电信号，并控制算法处理模块对经过预处理后的肌电信号进行分析，并将分析结果显示在所述显示模块上，通过将采集模块、预处理模块、微控制器模块以及第一无线传输模块同时集成在一起，体积小、成本低，集成度高、佩戴方便、操作简单、应用灵活、可重复长期利用。

Description

基于表面肌电的吞咽功能检测系统
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及基于表面肌电的吞咽功能检测系统。
背景技术
吞咽是维持生命健康的基本功能之一，其过程包括将食物或液体放入口中，并从口腔咽下到胃里。吞咽动作的完成是一个复杂的生理过程，涉及许多肌肉的协同运动，同时也与大脑皮层一些区域的神经活动密切相关。吞咽障碍是由于与吞咽有关的中枢部位或神经受损使得吞咽的一个或多个阶段损伤而导致的，可能由多方面因素引起，如神经控制和肌肉协调问题、炎症或者肿瘤等。通常引起吞咽障碍的病因有很多，如脑中风、帕金森、脑外伤、鼻咽癌化疗、小儿自闭症等。长时间吞咽障碍可导致脱水、抑郁、营养不良、支气管痉挛等并发症，延长康复时间，增加家庭及社会负担，严重影响患者生存质量，因此，采取及时、准确的评价与诊断具有重要的临床价值和社会意义。
目前，常用的吞咽评估手段主要有以下几种：X线荧光透视检查(VFSS)、吞咽光纤内窥镜检查(FESS)、咽部测压仪、MRI、超声成像和表面肌电法等。其中表面肌电法作为一种具有无创、安全、简单、能提供定量定性分析的肌肉功能状态检查手段而被广泛的关注。吞咽是一个非常复杂的肌肉协同运动过程，吞咽过程中吞咽肌收缩将产生电信号，在体表测量的神经肌肉活动电信号与吞咽功能有着较强的电生理相关性。吞咽肌电活动的认可是在20世纪80年代末，直到1997年才被正式用于脑卒中引起的吞咽障碍的研究。虽然在1998年表面肌电图技术并未被列入吞咽障碍临床评估的推荐方法，但是表面肌电法在吞咽障碍诊断方面的应用价值被很多学者肯定。2004年后，随着一系列研究的发展，表面肌电法正式出现在吞咽障碍的临床评估方法中。近些年来，该技术已经逐渐的从科研阶段走向临床。例如，利用表面肌电研究精神心理性吞咽障碍患者的病理特征，利用表面肌电图完成吞咽障碍的筛查和早期诊断等。
现有的吞咽功能和吞咽障碍评价诊断技术，取得了一些有意义的研究成果。但现有的技术仍存在着一些局限性和不足：
(1)目前吞咽障碍的评价诊断手段存在昂贵、费时、侵入性以及有辐射等缺点，并且其中有些诊断手段仅在专业中心才能获得。
(2)目前基于表面肌电的吞咽功能与吞咽障碍评价诊断方法，所采用的表面肌电采集方式是有线采集，所用电极通过导线连接，存在操作繁琐、使用不便等不足。
(3)目前基于表面肌电的吞咽功能与吞咽障碍评价诊断设备，所使用的肌肉功能评价指标有限，对吞咽肌肉的评价效果和可靠性存在一定的局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供基于表面肌电的吞咽功能检测系统，旨在解决针对现有技术中存在对吞咽功能的诊断昂贵、操作繁琐以及对吞咽肌肉的评价效果和可靠性存在一定的局限性的问题。
本发明提供一种基于表面肌电的吞咽功能检测系统，所述吞咽功能检测系统包括至少一个无线传感器模块以及上位机软件模块，所述至少一个无线传感器模块与所述上位机软件模块无线连接；
所述无线传感器模块包括采集模块、预处理模块、微控制器模块以及第一无线传输模块，所述微控制器模块分别与所述采集模块、预处理模块以及第一无线传输模块连接；
所述微控制器控制所述采集模块采集吞咽过程中吞咽肌群上的肌电信号，控制所述预处理模块对将所述肌电信号进行放大、滤波以及A/D转换预处理，并控制所述第一无线传输模块将经过预处理后的肌电信号无线传输给所述上位机软件模块；
所述上位机软件模块包括第二无线传输模块、上位机、算法处理模块以及显示模块，所述上位机分别与所述第二无线传输模块、所述算法处理模块以及所述显示模块连接；
本发明涉及医疗器械技术领域，本发明提供一种基于表面肌电的吞咽功能检测系统，包括至少一个无线传感器模块以及上位机软件模块，无线传感器模块包括采集模块、预处理模块、微控制器模块以及第一无线传输模块，无线传感器模块采集吞咽过程中吞咽肌群上的肌电信号，对肌电信号进行放大、滤波以及A/D转换预处理后无线传输给所述上位机软件模块；上位机无线接收经过预处理后的肌电信号，并控制算法处理模块对经过预处理后的肌电信号进行分析，并将分析结果显示在所述显示模块上，通过将采集模块、预处理模块、微控制器模块以及第一无线传输模块同时集成在一起，体积小、成本低，集成度高、佩戴方便、操作简单、应用灵活、可重复长期利用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种实施例提供的一种基于表面肌电的吞咽功能检测系统的结构示意图；
图2是本发明一种实施例提供的一种基于表面肌电的吞咽功能检测系统中的预处理模块的结构示意图；
图3是本发明一种实施例提供的一种基于表面肌电的吞咽功能检测系统中的电源模块的结构示意图；
图4是本发明一种实施例提供的一种基于表面肌电的吞咽功能检测系统中的算法处理模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
本发明一种实施例提供一种基于表面肌电的吞咽功能检测系统，如图1所示，吞咽功能检测系统包括至少一个无线传感器模块10以及上位机软件模块20，至少一个无线传感器模块10与上位机软件模块20无线连接；
无线传感器模块10包括采集模块101、预处理模块102、微控制器模块103以及第一无线传输模块104，微控制器模块103分别与采集模块101、预处理模块102以及第一无线传输模块104连接；
微控制器控制采集模块101采集吞咽过程中吞咽肌群上的肌电信号，控制预处理模块102对将肌电信号进行放大、滤波以及A/D转换预处理，并控制第一无线传输模块104将经过预处理后的肌电信号无线传输给上位机软件模块20；
上位机软件模块20包括第二无线传输模块201、上位机203、算法处理模块202以及显示模块204，上位机203分别与第二无线传输模块201、算法处理模块202以及显示模块204连接；
上位机203通过第二无线传输模块201无线接收经过预处理后的肌电信号，并控制算法处理模块202对经过预处理后的肌电信号进行分析，并将分析结果显示在显示模块204上。
对于采集模块101，具体的，采集模块101包括多个电极，多个电极与微控制器连接；
多个电极以阵列的方式均匀分布在吞咽肌群上，以获取吞咽过程中吞咽肌的表面肌电信号。
具体的，对采集到的不同动作吞咽肌的表面肌电信号进行分组；对每组信号进行时域特征参数提取；对提取的时域特征参数构建多参数的特征向量；对不同动作的相同参数做横向比较并归一化处理；用BP神经网络对特征向量进行训练和识别。
对于预处理模块102，具体的，如图2所示，预处理模块102包括放大滤波模块1021和A/D转换模块1022；
放大滤波模块1021对将肌电信号进行放大和滤波；
A/D转换模块1022对经过放大和滤波后的肌电信号进行A/D转换。
对于第一无线传输模块104和第二无线传输模块201，具体的，第一无线传输模块104和第二无线传输模块201为蓝牙模块或者WIFI模块或者射频芯片。
进一步的，如图3所示，无线传感器模块10包括电源模块105，电源模块105与微控制器连接；
电源模块105为微控制器模块103供电。
对于电源模块105，如图4所示，具体的，电源模块包括锂电池1051和USB接口1052，电源模块105通过锂电池1051为微控制器模块103供电，并通过USB接口1052为锂电池充电。
进一步的，无线传感器模块10的外形采用体积为20mm x 20mm x 15mm的立方体结构。
对于算法处理模块202，具体的，上位机203通过算法处理模块202从经过预处理后的肌电信号中获取时域特征信息和频域特征信息，根据时域特征信息和频域特征信息对吞咽肌的功能进行等级划分，并将划分结果显示在显示模块204上，其中，根据时域特征信息建立时域特征信息和频域特征信息与各吞咽肌之间的对应关系，得到特征时间下的高密度动态电势图，并将高密度动态电势图显示在显示模块204上。
并且，上位机203通过算法处理模块202从经过预处理后的肌电信号中获取吞咽起始时间、吞咽结束时间以及吞咽时长，并将吞咽起始时间、吞咽结束时间以及吞咽时长显示在显示模块204上。
进一步的，上位机软件模块20包括存储模块，存储模块与上位机203连接；
上位机203通过存储模块存储经过预处理后的肌电信号。
本发明提供了一种基于表面肌电的吞咽功能无线检测系统，由多个相互独立的无线传感器模块10和上位机软件模块20组成，其中无线传感器模块10通过差分电极采集人体在吞咽过程中吞咽肌群的肌电信号，所采集的肌群包括面部、颈部的部分吞咽肌群，所采集的肌电信号首先传送给专用肌电处理芯片进行放大、滤波和A/D转换等预处理，然后传输给微控制器，通过其自带的蓝牙模块无线发送给上位机203。无线传感器模块10有自己单独的电源模块，可以为数据采集、预处理以及蓝牙传输提供所需的电量。上位机软件模块20包括蓝牙接收模块、存储模块、算法处理模块202和显示模块204。其中上位机203通过蓝牙接收模块接收蓝牙传输过来的肌电信号并通过USB传递给上位机203进行存储和显示。同时通过算法处理模块202，提取肌电信号的时域和频域特征值，采用数字信号处理的方法，对吞咽肌肉功能进行评价，并对吞咽肌肉的功能情况进行等级划分；同时，采用统计学方法对吞咽起始时间、吞咽时长等参数进行分析，最后通过上位机203显示模块204将评价结果实时显示出来，最终实现对吞咽功能和吞咽障碍的评价诊断。
本发明基于表面肌电的吞咽功能无线检测系统具有以下技术效果：采用多个无线传感器模块对吞咽过程中人体面部和颈部吞咽肌群的表面肌电信号进行采集，并将信号在传输前进行预处理，有利于减少信号噪声、提高信号能量和质量；通过无线传感器模块所采集的信号，采用微控制器自带蓝牙模块，无线传输给上位机，集成度高、缩小体积，另外无线传输减少传输过程中对信号的干扰，保证了信号的质量；无线传感器模块外形采用体积为20mm x 20mm x 15mm的立方体式设计，将表面肌电采集功能、预处理功能、电源功能以及蓝牙无线传输功能同时集成在立方体中，体积小、集成度高、佩戴方便、操作简单、应用灵活、可重复长期利用，符合穿戴式设计理念；上位机软件模块中的算法处理模块完成对所采集的表面肌电信号的处理，通过采用表面肌电信号的时域特征值与频域特征值作为参数，采用数字信号处理的方法，对吞咽肌肉功能进行评价，并结合统计学方法对吞咽起始时间、吞咽时长等参数进行分析，所选取的参数评价指标充分、可靠性高。另外，通过以上参数和算法，完成对吞咽肌肉功能的等级划分，从而实现对吞咽障碍的等级区分，并实时显示，医护人员可实时观察受试者吞咽功能的状况，及时对受试者的吞咽功能进行评价和诊断。
需要说明的是，本发明基于表面肌电的吞咽功能无线检测系统还可以用于采集人体腰背部或者腿部等其他部位的肌肉电生理信息，并对其肌肉功能进行评价。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种基于表面肌电的吞咽功能检测系统，其特征在于，所述吞咽功能检测系统包括至少一个无线传感器模块以及上位机软件模块，所述至少一个无线传感器模块与所述上位机软件模块无线连接；
所述无线传感器模块包括采集模块、预处理模块、微控制器模块以及第一无线传输模块，所述微控制器模块分别与所述采集模块、预处理模块以及第一无线传输模块连接；
所述微控制器控制所述采集模块采集吞咽过程中吞咽肌群上的肌电信号，控制所述预处理模块对将所述肌电信号进行放大、滤波以及A/D转换预处理，并控制所述第一无线传输模块将经过预处理后的肌电信号无线传输给所述上位机软件模块；
所述上位机软件模块包括第二无线传输模块、上位机、算法处理模块以及显示模块，所述上位机分别与所述第二无线传输模块、所述算法处理模块以及所述显示模块连接；
所述上位机通过所述第二无线传输模块无线接收经过预处理后的肌电信号，并控制所述算法处理模块对经过预处理后的肌电信号进行分析，并将分析结果显示在所述显示模块上。
2.如权利要求1所述的吞咽功能检测系统，其特征在于，所述上位机通过所述算法处理模块从经过预处理后的肌电信号中获取时域特征信息和频域特征信息，根据所述时域特征信息和所述频域特征信息对吞咽肌的功能进行等级划分，并将划分结果显示在所述显示模块上。
3.如权利要求1所述的吞咽功能检测系统，其特征在于，所述上位机通过所述算法处理模块从经过预处理后的肌电信号中获取吞咽起始时间、吞咽结束时间以及吞咽时长，并将所述吞咽起始时间、所述吞咽结束时间以及所述吞咽时长显示在所述显示模块上。
4.如权利要求1所述的吞咽功能检测系统，其特征在于，所述预处理模块包括放大滤波模块和A/D转换模块；
所述放大滤波模块对将所述肌电信号进行放大和滤波；
所述A/D转换模块对经过放大和滤波后的肌电信号进行A/D转换。
5.如权利要求1所述的吞咽功能检测系统，其特征在于，所述采集模块包括多个电极，所述多个电极与所述微控制器连接；
所述多个电极以阵列的方式均匀分布在吞咽肌群上，以获取吞咽过程中吞咽肌的表面肌电信号。
6.如权利要求1所述的吞咽功能检测系统，其特征在于，所述无线传感器模块包括电源模块，所述电源模块与所述微控制器连接；
所述电源模块为所述微控制器模块供电。
7.如权利要求6所述的吞咽功能检测系统，其特征在于，所述无线传感器模块的外形采用体积为20mm x 20mm x 15mm的立方体结构。
8.如权利要求1所述的吞咽功能检测系统，其特征在于，所述第一无线传输模块和所述第二无线传输模块为蓝牙模块或者WIFI模块或者射频芯片。
9.如权利要求1所述的吞咽功能检测系统，其特征在于，所述上位机软件模块包括存储模块，所述存储模块与所述上位机连接；
所述上位机通过所述存储模块存储经过预处理后的肌电信号。
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Application publication date: 20170201