CN111973185B - 一种双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统，包括双丝电极，与双丝电极连接的肌电信号采集器，及与肌电信号采集器连接的数据分析装置；其中双丝电极直径为0.16mm，前端导电呈弯钩状，长3mm；中间绝缘；末端导电长度为20mm至30mm；数据分析装置，用于将肌电信号采集器采集的肌电信号传输至服务器，并采用傅立叶转换频谱分析程序得到数据分析结果；服务器用于将数据分析结果上传至云端数据库，并发送至用户终端。本发明提供的双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统，实现了准确、可靠、实时反馈所测肌肉的功能活动情况，克服了现有反馈肌肉功能活动检查的不够准确客观、检查限定于医院实施等受影响因素多、不便捷及不连续的局限性。

Description

一种双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统

技术领域

本发明涉及医疗管理技术领域，尤其涉及一种双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统。

背景技术

目前临床上反馈肌肉功能活动的管理系统，常常需要采集的两种肌电图为针电极肌电图与表面肌电图，它们均是将肌纤维收缩时产生的微弱电位差放大、记录、转化成数字信号进行分析，以反映神经肌肉功能状况。前者在采集信号时，采用一次性单个同心圆针电极，可选择性记录浅层或深层单一靶向肌肉的动作电位，但是针对浅层、分布范围较大的肌肉进行定位困难，因此存在局限性；且由于针电极较粗，在肌肉松弛时、肌肉收缩采集生物电情况时均产生明显疼痛；同时由于是单个的同心圆针电极，电极绝大部分被绝缘物质包围，只有针尖部分可以导电，因此导致记录面积小，难以收集足够的肌电信号反映所检测肌肉的功能情况。而表面肌电图采集信号时，由于采用的是表面电极，通常只能记录表层肌肉的电信号变化，无法记录单一靶向深层肌肉的肌电活动；同时由于表面电极记录的是电极下所有放电的运动单位的电位，可能是单一浅层肌肉的电信号，也可能是所测肌肉群肌电反应的总和，采集的肌电易受周围肌肉电信号的干扰，进而会影响数据统计分析装置分析结果的精确度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统，该系统采用双丝电极采集信号，既能够一次性导入两条记录电极可精准记录到单一靶向肌肉、尤其是深层肌肉足够多的肌电数据，又可以避免同一部分两次扎针的痛苦，减轻患者检测时的疼痛感及畏惧心理，实现准确、可靠、实时反馈分析所测肌肉的功能活动情况，同时将所检测数据上传到云端数据库并发送至医生和患者终端，以及时整合多次就诊记录对患者运动模式及肌电活动异常的评估结果及治疗数据进行跟进、随访及必要时调整治疗方案，弥补了表面电极只能记录电极下肌群电活动总和及同心圆针电极无法检测到足够运动单位电位分析肌肉功能情况的缺陷，克服了现有反馈肌肉功能活动检查的不够准确客观、检查限定于医院实施等受影响因素多、不便捷及不连续等局限性。

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统，包括：

双丝电极，与所述双丝电极连接的肌电信号采集器，及与所述肌电信号采集器连接的数据分析装置；

所述双丝电极，包括一组丝电极；所述丝电极直径为0.16mm，前端导电，末端导电且中间绝缘；所述前端导电的部分成弯钩状，且长度为3mm；所述末端导电的部分长度范围为20mm至30mm；

所述数据分析装置，用于将所述肌电信号采集器采集的肌电信号传输至服务器，并采用傅立叶转换频谱分析程序得到数据分析结果；

所述服务器用于将所述数据分析结果上传至云端数据库，并发送至用户终端。

进一步地，所述双丝电极还包括针导管，所述针导管套在所述丝电极的前端导电部分及中间绝缘部分的外侧。

进一步地，所述双丝电极的材料为铂金丝电极、不锈钢丝电极或铂－铱合金电极中的任意一种。

进一步地，所述双丝电极还包括：分别包裹在所述丝电极末端导电部分和所述针导管外侧的塑料套管，及用于固定两个所述塑料套管的连接件，塑料套管有刻度标识，可用于进针前对采集部位进行确定。

进一步地，所述丝电极在所述针导管内可移动并产生范围为0.5cm至1cm的位移差；所述双丝电极的长度根据所测肌肉深度可选，所述针导管的长度根据所测肌肉的解剖位置和形态结构可选，且在所述针导管上有用于判断进针深度的刻度标识。

进一步地，所述双丝电极的末端导电部分通过鳄鱼夹与所述肌电信号采集器连接，所述鳄鱼夹的电极线条数及颜色根据所测肌肉的解剖位置和形态结构可选。

进一步地，所述数据分析装置还用于采用傅立叶转换频谱分析程序处理采集的肌电信号；提取所测肌电信号的平均振幅、平均肌电值、均方根值、中位频率及平均功率频率及非线性指标LZ复杂度等数据；根据所述数据分析出中位频率的斜率及平均功率频率的斜率指标；根据所述指标得出肌肉活动功能状态及活动水平变化的结果。

进一步地，所述数据分析装置还用于采用非线性分析方法分析采集的肌电信号，从非线性动力学角度分析中枢参与动作调控复杂性；所需数据量少且具有更好的抗干扰能力，可以更准确地反映肌肉功能活动变化。

进一步地，所述肌肉活动功能的结果包括：肌肉力量较差、双侧肌肉力量不对称及耐力差结论中的一种或多种；所述肌肉活动变化包括：肌肉力量、肌纤维募集数量与速度、运动协调性及疲劳性指标的变化，还可分析从神经调控的角度分析完成某个动作中枢调控机制的复杂性，可一定程度反映肢体活动时局部肌肉的活动状态，分析肌肉收缩预神经调控之间的重要联系机理。

进一步地，所述云端数据库存储的数据包括就诊时间、不同运动模式的评估及治疗数据、不同肌肉活动下的评估及治疗数据，并将数据发送至医生和患者终端，以及时整合多次就诊记录对患者运动模式及肌电活动异常的评估结果及治疗数据进行跟进、随访及必要时调整治疗方案。

相对于现有技术，本发明提供的双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统，通过采用双丝电极作为记录电极，以一次进针同时导入两条记录电极，双丝电极采集的肌电数据互为参考，且在同一肌肉左右两侧同时检测对比，能够检测到更多的肌电信号以进行数据统计处理、更多参数分析，能更加客观准确地反映所测靶向单一肌肉(浅层或深层肌肉)的功能活动情况分析，并对肌肉力量、协调性、疲劳程度变化进行分析；同时，该系统从非线性动力学方面分析在执行某个动作时中枢参与调控的复杂程度，并结合云端数据库和手机端APP整合不同运动模式、不同肌肉活动的、明确量化的评估及治疗数据，实时有效地反馈所检测肌肉的功能活动状态变化情况。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统的结构示意图；

图2是本发明第一实施例提供的双丝电极的结构示意图；

图3是本发明第二实施例提供的双丝电极的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

第一方面：

请参阅图1，本发明第一实施例提供了一种双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统100，包括：

双丝电极01，与所述双丝电极01连接的肌电信号采集器02，及与所述肌电信号采集器02连接的数据分析装置03；

所述双丝电极01，包括一组丝电极；请参阅图2，所述丝电极直径为0.16mm，包括前端导电部分10，末端导电部分30及中间绝缘部分20；所述前端导电部分10成弯钩状，且长度为3mm；所述末端导电部分30长度范围为20mm至30mm。

本实施例中，需要说明的是，肌电(EMG)信号是众多肌纤维中运动单元动作电位(MUAP)在时间和空间上的叠加。表面肌电(sEMG)信号是浅层肌肉EMG和神经干上电活动在皮肤表面的综合效应，能在一定程度上反映神经肌肉的活动水平和功能状态变化；相对于针电极EMG，sEMG在测量上具有非侵入性、无创伤、操作简单等优点。因而，sEMG在临床医学、人体功效学、康复医学以及运动医学等方面均有重要的实用价值。

本实施例中，双丝电极直径只有0.16mm，由于其极其细小，同时柔韧性好，在不同动作下肌肉轻度收缩和大力收缩时丝电极几乎不引起疼痛感，可以减轻检查者焦虑的心情及畏惧心理，明显减轻疼痛感，这样以来医生的可操作性增强，患者主动配合性提高，检查时间亦得以缩短，诊断准确率提高。

通常，双丝电极的材料会采用铂金丝电极、不锈钢丝电极或铂－铱合金电极中的任意一种，通过利用其低阻抗，高灵敏度的优良特性，使得采集信号时对输出脉冲波、中低频波不产生影响。

进一步地，丝电极前端不绝缘以导电采集肌电，中间部分完全绝缘以避免表层肌肉肌电干扰，末端不绝缘的导电长度20－30mm，采用鳄鱼夹电极线将其与肌电信号采集器进行连接。丝电极前端导电部分固定长度为3mm，记录面积大可收集较多运动单位电位数据用于所测肌肉的功能分析；且记录面积精确固定，有助于建立统一的正常人肌电参考标准，例如经过大量数据检测得出，正常人肱桡肌反映肌肉力量的AEMG值为110±10μV；后期可根据肌肉运动时肌电变化特征分析出骨骼肌肉疼痛、神经系统疾病相关患者的肌肉功能活动情况以判定神经肌肉损伤情况，并可针对治疗前后数据对比对疗效进行判定及得出功能转归预测。

此外，丝电极的前端采用“弯钩”的方式，可以在测量较为表浅的深层肌肉时，例如肱肌，约深1－1.5cm或较深的深层肌肉，例如深层多裂肌，约3－5cm，勾住所测肌肉，以避免肌肉持续收缩时丝电极明显移动或滑出。

进一步，所述双丝电极的末端导电部分，采用鳄鱼夹电极线将其与所述肌电信号采集器进行连接，单块肌肉需要3条电极连接线，同一肌肉双侧同时检测需要6条鳄鱼夹电极线；鳄鱼夹为不锈钢，导线导体为银箔丝、直径约1.6mm、有不同颜色(红、黄、绿、白等)；当同时检测多块肌肉电信号时，可将导线颜色作为区别不同肌肉的方法，简单明了、易操作；

本实施例中，进一步地，所述数据分析装置03，用于将所述肌电信号采集器02采集的肌电信号传输至服务器04，并采用傅立叶转换频谱分析程序得到数据分析结果；

需要说明的是，肌电信号采集器02连接数据统计分析装置03，将检测过程中贮存在随机存取存储器(RAM)的肌电信号经光纤传输至计算机，并经快速傅立叶转换(FFT)频谱分析程序处理，提取所测肌肉运动时电信号的平均振幅、AEMG、RMS、MF、MPF等，分析出中位频率斜率(MFs)、平均功率斜率(MPFs)等多个时域和频域指标；并经过简单运算结合既往数据，得出“肌肉力量较差”“双侧肌肉力量不对称”“耐力差”“中枢对肌肉调控作用下降”等结论提示，以分析在不同收缩力度、不同动作下实时、客观地反馈所测肌肉功能活动变化情况，如肌肉力量、肌纤维募集数量与速度、运动协调性及疲劳性等；并加入非线性分析方法，从神经调控的角度分析完成某个动作中枢调控机制的复杂性，所需数据量少且具有更好的抗干扰能力，可以更准确地反映肌肉功能活动变化，分析肌肉收缩与神经调控之间的重要联系机理。

进一步地，所述服务器04用于将所述数据分析结果上传至云端数据库05，并发送至用户终端06，可以理解的是，用户终端可以是医生或病人所携带的智能终端设备，例如手机端APP，服务器可以将分析结果及时上传至云端数据库及手机APP端，用来实时反馈肌肉运动功能情况，并及时整合多次就诊记录对患者运动模式及肌电活动异常的评估结果及治疗数据进行跟进、随访及必要时调整治疗方案。

本发明实施例提供的双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统，通过采用双丝电极采集信号，既可一次进针同时导入两条记录电极精准记录到单一靶向肌肉、尤其是深层肌肉足够多的肌电数据，又可以减轻患者检测时的疼痛感，且在同一肌肉左右两侧同时检测对比，能够检测到更多的肌电信号以进行数据统计处理、更多参数分析，能更加客观准确地反映所测肌肉功能状态和活动水平分析，并对肌肉力量、协调性、疲劳程度及中枢调控能力变化进行分析实现准确、可靠、实时反馈分析所测肌肉的功能活动情况，克服了现有反馈肌肉功能活动的管理系统的局限性。

第二方面：

请参阅图3，本发明第二实施例提供的双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统中，所述双丝电极还包括针导管40及塑料套管50，所述针导管套在所述丝电极的前端导电部分及中间绝缘部分的外侧；所述塑料套管分别包裹在所述丝电极末端导电部分和所述针导管外侧，并且通过一个连接件60固定两个塑料套管。

本实施例中，需要说明的是，在所述针导管上有刻度标识，用于判断进针深度。且针导管的长度根据所测肌肉的解剖位置和形态结构可选，包括50cm和60cm两种规格；其中，针导管的直径包括0.3mm和0.5mm两种规格。

进一步地，每个所述丝电极在所述针导管内可移动，并产生范围为0.5cm至1cm的位移差。

需要说明的是，所谓双丝电极采用两条丝电极置于一个针导管内，只需要一次进针即可同时导入两条记录电极，避免重复导入电极以引起受试者明显疼痛；并在针头导电部分到达所测肌肉时(超声确定位置后)。

其中，针导管长度的选择根据肌肉解剖位置和形态结构确定，有50cm、60cm两种规格，以不同颜色标识；关键的是，针导管有刻度标识，有助于判断进针深度，也有助于判断针导管退出过程中肌肉内丝电极长度的确定；针导管直径有0.3mm、0.5mm两种规格，这种细小直径的导管可明显减轻针头刺破皮肤的疼痛，减轻受检者的痛苦，减轻对检查的畏惧感，同时可于电极定位处皮肤表面涂抹一层厚厚的复方利多卡因软膏局部麻醉，进一步减轻针头刺破皮肤疼痛。

此外，在采集信号时，先选择一条丝电极稍退0.5－1cm、再固定两条丝电极位置缓慢退出针导管(退出之前测量外置电极线长度，退出后再次测量外置电极线长度，保证电极未移位)以使两条丝电极的导电部分在同一块肌肉不同位置上，即两个记录电极，二者检测的肌电数据结果互为参考，并左右双侧同时采集肌电数据进行对比，因此能够检测到更多的肌电信号以进行数据统计处理、更多参数分析，能更加客观准确地反映所测深层肌肉、小块肌肉的功能活动情况分析，并对肌肉力量、协调性、疲劳程度变化进行分析。

第三方面：

本发明第三实施例提供的双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统中，所述数据分析装置还用于采用非线性分析方法分析采集的肌电信号。

需要说明的是，由于运动神经系统本质上是一个高度非线性的动力学系统，肌电数据统计处理方面还加入了非线性分析方法，解决了线性分析方法对数据的依赖性太强、对干扰和噪声太敏感，存在信号不准的问题。同时，采用非线性动力学方法提取肌电信号中所蕴含的非线性动力学信息，能够提供更多、更有效的量化分析指标，是对时、频域特征分析的补充。如通过提取肌电信号的复杂度信息得出肌肉在静止、运动时的LZ复杂度变化特征，从神经调控的角度分析检查者在完成不同动作时中枢调控机制的复杂性，从中枢控制因素、大脑功能活动变化对肌电信号特征形成的作用机理方面，进一步综合反映肢体活动时局部肌肉的活动状态(线性分析方法，即频域和时域参数的分析，只能反映多个运动单位的电变化)。

第四方面：

本发明第四实施例提供的双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统中，所述云端数据库存储的数据包括就诊时间、不同运动模式的评估及治疗数据、不同肌肉活动下的评估及治疗数据，从而可及时整合多次就诊记录对患者运动模式及肌电活动异常的评估结果及治疗数据进行跟进、随访及必要时调整治疗方案。克服了现有反馈肌肉功能活动检查受限于医院实施等受影响因素多、不便捷及不连续的局限性。

本实施例中，需要说明的是，双丝电极还可以与针电极肌点图或者表面肌电图进行连接，开展骨骼肌肉系统疾病、神经系统疾病相关诊断和治疗的大数据收集与管理，建立所检测患者及正常人的运动健康云端数据库，因此在云端数据库存储的数据包括所有就诊时间、不同运动模式、不同肌肉活动的，客观、量化、实时的评估和治疗数据。最后通过对云端大数据的综合处理分析，开发运动健康管理系统及手机端APP(包括医生、患者端)，实现基于云数据的运动整体健康管理，实时有效地反馈所检测肌肉的功能活动状态变化情况，建立患者、亚健康、健康人群等不同人群的运动健康管理模式及处理方案。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统，其特征在于，包括：

双丝电极，与所述双丝电极连接的肌电信号采集器，及与所述肌电信号采集器连接的数据分析装置；

所述双丝电极，包括一组丝电极；所述丝电极直径为0.16mm，前端导电，末端导电且中间绝缘；所述前端导电的部分成弯钩状，且长度为3mm；所述末端导电的部分长度范围为20mm至30mm；所述双丝电极还包括针导管，所述针导管套在所述丝电极的前端导电部分及中间绝缘部分的外侧；所述针导管的长度根据所测肌肉的解剖位置和形态结构可选，且在所述针导管上有用于判断进针深度的刻度标识；

所述双丝电极还包括分别包裹在所述末端导电部分和所述针导管外侧的塑料套管，及用于固定两个所述塑料套管的连接件；其中，所述塑料套管有刻度标识，用于进针前对采集部位进行定位；

所述双丝电极，作为记录电极，以一次进针同时导入两条记录电极；其中，双丝电极采集的肌电数据互为参考，且在同一肌肉左右两侧同时检测对比，以将检测的肌电信号进行数据统计处理和参数分析；

所述数据分析装置，用于将所述肌电信号采集器采集的肌电信号传输至服务器，并采用傅立叶转换频谱分析程序得到数据分析结果；

所述服务器用于将所述数据分析结果上传至云端数据库，并发送至用户终端。

2.根据权利要求1所述的双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统，其特征在于，所述双丝电极的材料为铂金丝电极、不锈钢丝电极或铂-铱合金电极中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统，其特征在于，所述丝电极在所述针导管内可移动并产生范围为0.5cm至1cm的位移差。

4.根据权利要求1所述的双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统，其特征在于，所述双丝电极的末端导电部分通过鳄鱼夹与所述肌电信号采集器连接，所述鳄鱼夹的电极线条数及颜色根据所测肌肉的解剖位置和形态结构可选。

5.根据权利要求1所述的双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统，其特征在于，所述数据分析装置还用于，

采用傅立叶转换频谱分析程序处理采集的肌电信号；提取所测肌电信号的平均振幅、平均肌电值、均方根值、中位频率和平均功率频率及非线性指标LZ复杂度数据；根据所述数据分析出中位频率斜率及平均功率斜率指标；根据所述指标得出肌肉活动功能状态的结果及肌肉活动水平变化的结果。

6.根据权利要求1所述的双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统，其特征在于，所述数据分析装置还用于采用非线性分析方法分析采集的肌电信号，及从非线性动力学角度分析中枢参与动作调控复杂性。

7.根据权利要求5所述的双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统，其特征在于，所述肌肉活动功能状态的结果包括：肌肉力量较差、双侧肌肉力量不对称及耐力差结论中的一种或多种；所述肌肉活动水平变化的结果包括：肌肉力量、肌纤维募集数量与速度、运动协调性及疲劳性指标的变化。

8.根据权利要求1所述的双丝电极下实时反馈肌肉功能活动的管理系统，其特征在于，所述云端数据库存储的数据包括就诊时间、不同运动模式的评估及治疗数据、不同肌肉活动下的评估及治疗数据。

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