CN113274038B - 一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置，包括唇形传感器、信号采集装置、封装盒以及附属组件。其中，唇形传感器包括多通道表面肌电电极和单通道压力传感器，可同步检测使用者进行唇肌功能训练时的口轮匝肌多个位置的表面肌电信号和双唇之间的压力信号。唇形传感器设计有多种组合的折叠式的可拉伸结构，使之在水平方向和/或垂直方向具有一定的延展性。唇形传感器质量轻，测试过程无需导电凝胶，以及信号采集装置的便携式设计可用于使用者居家进行唇肌功能训练及检测。本发明设计的唇形传感器可用于检测肌电信号，或检测压力信号，或同步检测肌电和压力信号，用于临床唇肌肌力训练或检测，促进唇肌功能训练的量化评估。

Description

一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置

技术领域

本发明涉及传感器、生物医学工程等多个领域，尤其涉及一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置。

背景技术

异常的口周肌功能状态与错颌畸形的发展存在促进关系，其中唇肌肌力的缺失会引起患者习惯性的口呼吸，易造成不同类型的牙颌面畸形。为了避免异常肌力持续而影响生长发育，临床上通过唇肌功能训练平衡口周肌肉组织力量和纠正呼吸模式来改善口腔环境，达到阻断性矫治的目的。目前的唇肌肌力训练或检测手段一般是检测压力信号，只采集患者上下唇紧闭时的双唇之间的垂直压力，不能覆盖各种不同的口轮匝肌肌功能训练动作。

口轮匝肌是位于口唇内环绕口裂的环形肌，其收缩口唇能使口裂闭拢。口唇力有上下口轮匝肌的拉力的强度和口唇闭锁力。肌电信号含有大量的人体生理信息，在神经肌肉系统状态评估、临床诊断以及康复治疗等方面都具有重要的研究意义与应用价值。

如K.Yamaguchi在上口轮匝肌一侧肌腹处放置一对电极，记录上口轮匝肌肌电信号；SaoriYoshizawa在上下口轮匝肌一侧各放置一对电极，记录口轮匝肌肌电信号；BerndG.Lapatki在下口轮匝肌一侧放置柔性阵列电极，记录下口轮匝肌肌电信号。由此可见，上述方法使用的电极检测位置单一，导致所记录信号单一，不能满足唇肌功能训练效果全面评估的分析要求；另外口轮匝肌肌功能训练动作会引起口唇周围有较大的伸展和收缩需求，现有的柔性阵列电极基本不具有延展性，不能满足唇肌功能训练中嘴唇活动的要求，而且现有的信号采集装置不具有便携的特点。

因此，如何利用位于口轮匝肌一圈的多部位表面肌电信号，并联合压力信号设计制作用于唇肌肌力训练或检测手段的唇形传感器装置，成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置，主要针对现有临床上采用机械装置开展唇肌肌力训练和检测手段，以及学术界研究口轮匝肌表面肌电信号采用电极通道单一和电极器件不具备可拉伸性能的普通电极。

为达到上述目的，本发明采用如下发明构思：

本发明内容包括但不限于：1.联合表面肌电信号和压力信号的传感器设计，可检测患者的口轮匝肌多个肌肉部位的表面肌电信号，提高表面肌电信号采集的均匀分布性，或是患者上下唇之间的压力信号，或是同步检测两种信号，使唇肌功能训练的评估效果更全面；2.唇形传感器设计，本发明设计和制备的多通道肌电和单通道压力信号传感器为唇形传感器设计，可根据检测需要安装或拆卸压力传感器，可方便快速的固定传感器，提高传感器放置的重复性及稳定性；3.唇形传感器具有折叠式的可拉伸结构，使得其具有延展性，满足唇肌肌力训练和检测中嘴唇活动的要求，避免传感器对嘴唇活动的约束。同时本发明设计的唇形传感器具有多种组合的折叠式的可拉伸结构；4.可穿戴、移动式测量的能力，本发明设计和制备的肌电电极采用干式电极，测试过程无需导电凝胶，信号采集装置的便携式设计可满足患者居家进行唇肌功能训练时的口轮匝肌表面肌电信号和压力信号采集。

根据上述发明构思，本发明采用如下技术方案：

一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置，包括封装盒、信号采集装置、唇形传感器和附属组件；唇形传感器包括表面肌电电极和压力传感器，所述唇形传感器可同步检测表面肌电信号和压力信号；附属组件包括固定带、电线和标准接口，所述固定带为信号采集装置提供固定方式，所述电线和标准接口为信号采集装置和唇形传感器提供电气连接方式。

优选地，本发明联合肌电和压力信号的唇形传感器装置，在传感器形状上，其中所述唇形传感器包括全唇形传感器和半唇形传感器。全唇形传感器具有8个检测电极和、1个参考电极以及单通道的压力传感器，半唇形传感器具有4个检测电极、1个参考电极以及单通道的压力传感器；其中所述表面肌电信号检测电极均匀分布在唇形传感器底面；其中所述压力传感器位于全唇形传感器上唇部分的中央位置或半唇形传感器的中央位置。

优选地，在传感器结构上，所述唇形传感器为一体式唇形传感器或可拆卸唇形传感器；在所述可拆卸唇形传感器中，压力传感器与表面肌电电极通过纽扣连接器形成电联固定；而在所述一体式唇形传感器中，压力传感器与表面肌电电极具有同一柔性基底薄膜，以此形成一体式唇形传感器。

优选地，所述压力传感器为压电压力传感器、压阻压力传感器、电容式压力传感器和电磁压力传感器中的至少一种，具有单通道压力信号检测，用于检测患者上下唇之间的压力信号。

优选地，所述一体式唇形传感器的表面肌电电极和压力传感器在同一柔性基底薄膜上制备而成，其中表面肌电电极包括上基底薄膜、信号传导层、多通道电极、下基底薄膜和排线插座，其中压力传感器包括上基底薄膜、信号传导层、黏合垫片层、导电介质层和下基底薄膜；所述可拆卸唇形传感器的表面肌电电极和压力传感器通过纽扣连接器连接，所述纽扣连接器安装在全唇形传感器上唇部分的中央位置或半唇形传感器的中央位置，作为压力传感器与表面肌电电极电联结固定节点，其中表面肌电电极包括上基底薄膜、信号传导层、多通道电极、下基底薄膜、纽扣连接器的底针及公扣和排线插座，其中压力传感器包括纽扣连接器的母扣、上基底薄膜、信号传导层、黏合垫片层、导电介质层和下基底薄膜；所述信号传导层能够传导表面肌电信号和压力信号。

优选地，所述表面肌电电极具有多通道肌电电极，将表面肌电电极紧贴于口轮匝肌，可同时采集口轮匝肌多个部位的表面肌电信号。

优选地，所述唇形传感器与人体口唇的相对位置关系：

唇形传感器具有全唇形和半唇形两种形状，其中所述全唇形传感器中间部位设计有唇形镂空。人体口唇处于自然放松状态时，全唇形传感器沿上下唇红缘放置，传感器边缘距唇红缘2～3mm；所述半唇形传感器在人体口唇处于自然放松状态时沿上下唇红缘放置，传感器边缘距唇红缘2～3mm；所述唇形设计可方便快速的固定唇形传感器，提高传感器放置的重复性及稳定性。

优选地，所述全唇形传感器，传感器中间部位设计有唇形镂空，在其两侧口角处或口角上下处设计有多种组合的折叠式的可拉伸结构，使之在水平方向和/或垂直方向上具有一定的延展性，满足使用者进行唇肌功能训练时的唇部活动，避免训练动作幅度过大导致电极产生位移，影响表面肌电信号的检测。

优选地，一种可拉伸结构在全唇形传感器对应两侧口角设计有实现垂直方向延展的扇形折叠式的竖向可拉伸结构，同时在中央位置设计有实现水平方向延展的折叠式的横向可拉伸结构。

优选地，一种可拉伸结构在全唇形传感器对应四角处设计有扇形折叠式的可拉伸结构，可同时满足垂直和水平方向的延展。

优选地，本发明可拉伸结构在全唇形传感器对应两侧口角设计有实现垂直方向延展的扇形折叠式的半可拉伸结构，同时在中央位置设计有实现水平方向延展的折叠式的横向可拉伸结构。

优选地，所述唇形传感器的尺寸设计需根据使用者的口唇部尺寸而决定，测量使用者口唇部处于自然放松状态和抿唇状态时的上唇高、下唇高和口裂宽等特征，根据测量结果设计唇形传感器的整体大小、唇形镂空部分、边缘部分和可拉伸结构等尺寸特征。

优选地，所述唇形传感器包括表面肌电电极和压力传感器，可同步检测使用者口轮匝肌表面肌电信号和上下唇之间的压力信号；其中所述表面肌电电极为干式电极，直接贴合在人体口轮匝肌表面，用于检测采集人体口轮匝肌多部位的表面肌电信号；其中压力传感器可以为压电式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力传感器或电磁式压力传感器，具有单通道压力信号检测，将其固定于患者上唇或下唇，可检测使用者进行肌功能训练时双唇之间的压力信号。

优选地，所述信号采集装置包括印刷电路板、按键显示模块、接口、信号处理模块和电源模块；所述信号采集装置设置在封装盒内；所述附属组件包括固定带、电线和标准接口；所述封装盒的顶部或反面安装有固定带，封装盒通过固定带固定在患者后脑部，或者通过固定带挂在患者脖子上；所述封装盒侧面留有接口与信号采集装置上接口之间电联，同时封装盒侧面接口通过软排线与唇形传感器电联；所述显示屏和按键与信号采集装置电联。

优选地，所述信号采集装置包括信号处理模块、电源模块和按键模块；信号处理模块电连接电源模块和按键显示模块，并通过插头电连接唇形传感器。

优选地，所述按键显示模块，包括多个按键和液晶显示屏，其中显示屏提供动作选择界面；其中上下选择按键提供上下选择训练动作的功能；其中，确认键1按键用于确认开始采集表面肌电信号，确认键2按键用于确认开始采集压力信号，确认键3按键用于确认开始采集表面肌电信号和压力信号，并配合核心控制模块为数据添加动作标签；停止键按键用于停止采集口轮匝肌表面肌电信号和/或压力信号，同时返回动作选择界面。

所述电源模块为各芯片、压力传感器和电路提供+3.3V电压和±5V电压。

与现有技术相比，本发明具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明是一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置，本发明的传感器将表面肌电电极和压力传感器以一体化或可拆卸的方式设计在一起，可根据检测需要单独检测口轮匝肌表面肌电信号，或单独检测上下唇之间的压力信号，或同步检测口轮匝肌表面肌电信号和上下唇之间的压力信号；其中唇形传感器设计有多种组合的折叠式的可拉伸结构，使之具有一定延展性，可以满足患者在使用传感器过程中的嘴唇活动需求，同时唇形传感器具有多通道的检测电极和单通道压力信号，全唇形传感器可直接依唇形镂空部分并沿使用者唇缘贴附在口轮匝肌上，半唇形传感器可依唇缘直接贴附在口轮匝肌上，两种传感器均可同时检测上下口轮匝肌多个位置的表面肌电信号和上下唇之间的压力信号；

2.本发明设计和制备的肌电电极采用干式电极，测试过程无需导电凝胶，信号采集装置的便携式设计可满足患者居家进行唇肌功能训练时的口轮匝肌表面肌电信号和压力信号采集。

附图说明

图1是本发明使用时唇形传感器装置穿戴示意图。

图2是本发明正视图的装置结构示意图。

图3是本发明的电路原理框图。

图4是本发明的信号采集装置系统原理控制图。

图5是本发明的可拆卸全唇形传感器原理图。

图6是本发明的一体式全唇形传感器原理图。

图7是本发明的一种口角与中央位置可拉伸的唇形传感器结构示意图。

图8是本发明的一种口角四角处可拉伸的唇形传感器结构示意图。

图9是本发明的一种口角处上半可拉伸与中央位置可拉伸的唇形传感器结构示意图。

图10是本发明的一种口角处下半可拉伸与中央位置可拉伸的唇形传感器结构示意图。

图11是本发明的可拆卸压力传感器原理图。

图12是根据本发明实施例的可拆卸半唇形传感器系统原理图。

图13是根据本发明实施例的一体式半唇形传感器系统原理图。

图中：1.封装盒；2.信号采集装置：21.印刷电路板、22.按键显示模块、221.显示屏、222.按键、23.接口、24.信号处理模块、241.传感器接口模块、242.信号调理模块、243.模数转换模块、244.数据存储模块、245.数据通信模块、246.核心控制模块、25.电源模块；3.唇形传感器：31.表面肌电电极、311.参考电极、312.上口轮匝肌检测电极、313.下口轮匝肌检测电极、314.信号传导层、315.排线插座、316.竖向可拉伸结构、317.唇形镂空、318.横向可拉伸结构、319.纽扣连接器公扣、32.压力传感器、321.导电介质层、322.纽扣连接器母扣、323.信号传导层、324.黏合垫片区、325.上基底薄膜、326.下基底薄膜；4.附属组件：41.固定带、42.电线、43.标准接口。

具体实施方式

下面将本发明优选实施例结合附图，对本发明进行清楚、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。

实施例一：

参见图1～图5，一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置，包括封装盒(1)、信号采集装置(2)、唇形传感器(3)和附属组件(4)；唇形传感器(3)包括表面肌电电极(31)和压力传感器(32)，所述唇形传感器(3)可同步检测表面肌电信号和压力信号；附属组件(4)包括固定带(41)、电线(42)和标准接口(43)，所述固定带(41)为信号采集装置(2)提供固定方式，所述电线(42)和标准接口(43)为信号采集装置(2)和唇形传感器(3)提供电气连接方式。

本实施例唇形传感器装置联合表面肌电信号和压力信号的传感器设计，可同步检测患者的口轮匝肌多个肌肉部位的表面肌电信号和双唇间压力信号，提高表面肌电信号采集的均匀分布性，使唇肌功能训练的评估效果更全面。

实施例二：

本实施例联合肌电和压力信号的唇形传感器装置。参阅图1-图3，该传感器装置可以包括唇形传感器3、信号采集装置2、按键显示模块22和电源模块25，其中唇形传感器3包括表面肌电电极31和压力传感器32，信号处理模块24包括传感器接口模块241、信号调理模块242、模数转换模块243、数据存储模块244、数据通信模块245和核心控制模块246，按键显示模块22包括显示屏221和按键222，电源模块25包括+5V升压电路、+5V电压反向电路和+5V转+3.3V稳压电路。

人体的大部分生理信息都通过生物电来传递，表面肌电信号含有大量的人体生理信息，在神经肌肉系统状态评估、临床诊断以及康复治疗等方面都具有重要的研究意义与应用价值。在人体肌肉活动时，大脑皮层首先发出信号致使神经元放电，动作电位沿肌纤维向各个方向传播，这种动作电位不断传播的过程会在检测位置处形成单纤维动作单位，在时间和空间上的综合叠加形成表面肌电信号。唇肌在活动时也会产生表面肌电信号，通过检测口轮匝肌表面肌电信号可以间接表征唇肌肌力大小，同时配合检测上下唇之间的压力信号，直接表征唇肌肌力大小，两者相互配合可以更精确的检测患者唇肌肌力，可以为唇肌功能训练动作提供多种检测方法。

实施例三：

本实施例针对肌电和压力信号同步采集的可拆卸全唇形传感器，以传感器为例做详细说明，参阅图4、图6、图7。

如图4所示，可拆卸全唇形传感器3包括表面肌电电极31和压力传感器32，其中表面肌电电极31包括参考电极311、上口轮匝肌检测电极312、下口轮匝肌检测电极313、信号传导层314、排线插座315、竖向可拉伸结构316和横向可拉伸结构318、唇形镂空317和纽扣连接器公扣43；其中压力传感器32包括导电介质层321、纽扣连接器母扣322、信号传导层323和黏合垫片区324、上基底薄膜325和下基底薄膜326；表面肌电电极31和压力传感器32通过连接器公扣43和纽扣连接器母扣322连接。

所述可拆卸全唇形传感器3形状设计为全唇形，其中所述可拆卸全唇形传感器3中间部位设计有唇形镂空317，人体口唇处于自然放松状态时，全唇形传感器沿上下唇红缘放置，传感器边缘距唇红缘2～3mm；所述唇形设计可方便快速的固定唇形传感器，提高传感器放置的重复性及稳定性。

本实施例的表面肌电电极31放置患者口轮匝肌上，其上的上口轮匝肌检测电极312、下口轮匝肌检测电极313可以采集患者口轮匝肌多个位置的表面肌电信号，其中各个检测电极可与参考电极组成差分电极对，或各相邻检测电极组成差分电极对，再与参考电极形成差分信号，相对于单极信号，差分信号的抗共模干扰的能力较强，有利于对微弱表面肌电信号的采集。

本实施例的可拆卸全唇形传感器3，在两侧口角处或口角上下处设计有多种组合的折叠式的竖向可拉伸结构316和横向可拉伸结构318，使之在水平方向和/或垂直方向上具有一定的延展性，满足使用者进行唇肌肌功能训练时的唇部活动，可避免训练动作幅度过大导致电极产生位移，提高表面肌电信号的检测效果。

本实施例的唇形表面肌电电极31包含8个检测电极和1个参考电极311，其中8个检测电极分别为上口轮匝肌检测电极312和下口轮匝肌检测电极313。所述检测电极有多种组合方式：8个检测电极可与参考电极组成8对差分电极对；或是相邻检测电极两两差分，再与参考信号差分形成4对差分电极。唇形表面肌电电极31可同时采集口轮匝肌多个肌肉的表面肌电信号，唇形表面肌电电极31放置在上下口轮匝肌处，用医用胶带固定，或将唇形表面肌电电极31固定在口罩内层，戴上口罩即可实现电极固定在口轮匝肌上。参考电极311固定在患者鼻梁或额头处，用医用胶带固定。

本实施例的可拆卸压力传感器32通过纽扣连接器322与唇形表面肌电电极31进行电联结固定，可拆卸压力传感器32为柔性薄片状，根据唇肌训练动作的需要，可放置在双唇之间，或放置在唇前，或是拆卸下来。可拆卸压力传感器32具有单通道压力信号检测，将导电介质层321放置在上下唇之间，可以感应压力并将其转换为电压信号，通过信号传导层323将电压信号传导至信号采集装置2。

本实施例的柔性基底薄膜包括但不限于聚酰亚胺PI、聚酯纤维PET材料；导电介质层包括但不限于碳粉、石墨烯、金属粉末以及碳纳米管等力敏感材料。

实施例四：

本实施例是一种针对肌电和压力信号同步采集的一体式全唇形传感器，以传感器为例做详细说明，参阅图5。

如图5所示，一体式全唇形传感器3包括表面肌电电极31和压力传感器32，其中表面肌电电极31包括参考电极、8个检测电极、排线插座和信号传导层；其中压力传感器32包括导电介质层、信号传导层和黏合垫片区、上基底薄膜和下基底薄膜；所述表面肌电电极31和压力传感器32在同一柔性基底薄膜上制备而成。

本实施例的一体式全唇形传感器3形状设计分为全唇形，其中所述全唇形传感器中间部位设计有唇形镂空317，人体口唇处于自然放松状态时，全唇形传感器沿上下唇红缘放置，用医用胶带固定传感器边缘距唇红缘2～3mm；所述唇形设计可方便快速的固定唇形传感器，提高传感器放置的重复性及稳定性；参考电极用医用胶带固定在患者鼻梁或额头处。

本实施例的表面肌电电极31放置于患者口轮匝肌上，其上的检测电极可采集患者口轮匝肌多个位置的表面肌电信号，所述检测电极有多种组合方式：8个检测电极可与参考电极组成8对差分电极对；或是相邻检测电极两两差分，再与参考信号差分形成4对差分电极。相对于单端信号，差分信号的抗共模干扰的能力较强，有利于对微弱表面肌电信号的采集。

本实施例的压力传感器32为柔性薄片状，根据唇肌训练动作的需要，可放置在双唇之间，或放置在唇前，或是拆卸下来。压力传感器32具有单通道压力信号检测，将导电介质层321放置在上下唇之间，可以感应压力并将电阻值转换为电压信号，通过信号传导层将电压信号传导至信号采集装置2。

本实施例的柔性基底薄膜包括但不限于聚酰亚胺PI、聚酯纤维PET材料；导电介质层包括但不限于碳粉、石墨烯、金属粉末以及碳纳米管等力敏感材料。

实施例五：

本实施例是一种针对肌电和压力信号处理的信号处理模块，以信号处理模块为例做详细说明，参阅图1-图3。

如图3所示，信号处理模块24包括传感器接口模块241、信号调理模块242、模数转换模块243、数据存储模块244、数据通信模块245和核心控制模块246。

其中，本实施例的传感器接口模块241包括7通道半唇形传感器接口和11通道全唇形传感器接口，分别用于和半唇形传感器3和全唇形传感器3连接；

其中，本实施例的信号调理模块242含有肌电信号两级放大滤波电路、50Hz工频陷波电路和压力信号模拟电路，可单独处理肌电信号，或单独处理压力信号，或是同时处理肌电信号和压力信号。肌电信号和压力信号在时域和频域上具有各自的特点，表面肌电信号主要频率范围在20～500Hz，信号调理模块242中的两级放大滤波电路具有1000倍增益放大和20～500Hz带通滤波，其中一级滤波放大电路参数为50倍增益放大，15～500Hz带通滤波；二级滤波放大电路参数为20倍增益放大，20～740Hz带通滤波；设计Fliege陷波滤波器去除50Hz工频干扰；以MCP6001R为电压放大器芯片建立压力电压放大电路；经信号调理模块242处理后，肌电信号和压力信号传输至模数转换模块243；

其中，本实施例的模数转换模块243选用8通道16bit的AD7606芯片作为模数转换模块，采用5V单电源供电，系统分辨率可达到152nV，最大采样频率可达到200kSPS，可将模拟肌电信号和模拟压力信号转换为数字信号，模数转换模块243通过SPI接口与核心控制模块246实现串行接口模式；

其中，本实施例的数据存储模块244，包括但不限于Micro SD卡和TF卡，由于不同肌肉间的交错与肌肉运动的复杂状态，需要长时间的观察与记录，获取大量的数据才可以对肌电信号进行深入的分析，因此需要大容量的存储设计。具体实施例中，配合FatFS文件系统，在SD通信模式下，使用Micro SD卡对肌电和压力数字信号进行长时间存储；

其中，本实施例的数据通信模块245具有串口传输和无线传输，其中串口传输主要用于调试使用，出于数据传输安全和稳定考虑，串口传输同样具有肌电数据和压力数据传输的功能；出于便携式设备使用，信号发射与接收方式主要是无线传输，包括但不限于蓝牙、WIFI和Zig-Bee，可将经过同步校准的数字化肌电数据和压力数据发送给上位机，如PC端、智能手机；

其中，本实施例的核心控制模块246，包括但不限于单片机、DPS和FPGA，用于信号处理控制：在控制芯片固件软件中写入对应的运算程序，可计算肌电信号或压力信号的平均值、极值等信号特征；在控制芯片软件中，通过控制硬件发射起始脉冲信号，实现肌电信号和压力信号硬件同步采集；配合按键显示模块22，控制芯片通过读取按键选择可以为采集的肌电数据和压力数据添加对应的动作标签。

实施例六：

该实施例是一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置的配合模块，以信号采集装置、按键显示模块和电源模块为例做详细说明，参阅图1-图3。

如图1所示，本实施例的信号采集装置2包括PCB电路板21、按键显示模块22、接口23、信号处理模块24和电源模块25，PCB电路板21安装在封装盒1的内部，PCB电路板21正面的左侧安装有信号处理模块24，PCB电路板21正面的右侧安装有电源模块25，电源模块25包含有+5V升压电路、+5V电压反向电路和+5V转+3.3V稳压电路，可以为不同芯片、压力传感器和电路提供+3.3V电压和±5V电压，同时串口作为备用电源通过电源模块25的电压转换也可为信号采集装置2提供电源，显示屏221设置在封装盒1正面的凹槽内，显示屏221与信号处理模块24以插针插座的方式进行连接，按键222设置在封装盒1正面的右侧，接口23设置在封装盒1的左侧，按键222与信号处理模块24通过电线进行连接，按键显示模块22包含LCD或OLED显示屏221、上下选择按键、确认键1～3和停止键按键222，上下选择按键提供上下选择训练动作的功能，确认键1用于确认开始采集表面肌电信号，确认键2用于确认开始采集压力信号，确认键3用于确认开始采集表面肌电信号和压力信号，并配合核心控制模块为数据添加动作标签，停止键用于停止采集口轮匝肌表面肌电信号和/或压力信号，同时返回动作选择界面，接口23为传感器接口23、Micro SD卡接口23和串口接口23，封装盒1上表面开设有按键222插口和屏幕插口221，封装信号处理模块的封装盒1可通过固定带41固定在患者后脑部，或者通过固定带41挂在患者脖子上。

实施例七：

本实施例是一种针对肌电和压力信号同步采集的可拆卸半唇形传感器和一体式半唇形传感器，以传感器为例做详细说明，参阅图11、图12。

本实施例的可拆卸半唇形传感器3包括表面肌电电极31和压力传感器32，其中表面肌电电极31包括1个参考电极、4个检测电极、信号传导层、排线插座和纽扣连接器公扣；其中压力传感器32包括导电介质层、纽扣连接器母扣、信号传导层和黏合垫片区、上基底薄膜和下基底薄膜；表面肌电电极31和压力传感器32通过连接器公扣和纽扣连接器母扣连接。

本实施例的一体式半唇形传感器3包括表面肌电电极和压力传感器，其中表面肌电电极包括1个参考电极、4个检测电极、排线插座和信号传导层；其中压力传感器包括导电介质层、信号传导层和黏合垫片区、上基底薄膜和下基底薄膜；所述表面肌电电极和压力传感器在同一柔性基底薄膜上制备而成。

实施例八：

本实施例是针对一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置在唇肌功能训练中一种具体使用方法：根据唇肌训练动作的需要，选择合适的唇形传感器3；将唇形传感器3放置于患者口轮匝肌上，唇形传感器3通过电线42和信号采集装置2的接口23实现电气连接，信号采集装置2上电后，患者根据训练计划在显示屏221上选择唇肌功能训练动作，通过启停按键222启停信号采集行为，核心控制模块246通过控制硬件发射起始脉冲信号实现肌电信号和压力信号硬件同步采集，唇形传感器3采集患者的口轮匝肌表面肌电信号和/或上下唇之间的压力信号，信号调理模块242对肌电信号和压力信号进行信号调理，模数转换模块243对调理后的信号进行模数转换处理，最后通过数据通信模块245中的无线传输将数据传输至上位机，或将数据存储在数据存储模块244中的Micro SD卡。本实施例装置可同步检测患者的口轮匝肌多个肌肉部位的表面肌电信号和/或上下唇之间的压力信号，提高表面肌电信号选择性，使肌电信号的评估效果更全面。本实施例唇形传感器可方便快速的固定传感器，提高传感器放置的重复性及稳定性。本实施例唇形传感器具有折叠式的可拉伸结构，使之具有一定的延展性，满足患者进行唇肌肌功能训练时的唇部活动需求，避免训练动作幅度过大导致电极产生位移，影响表面肌电信号的检测。本实施例装置具有可穿戴、移动式测量的能力，设计和制备的传感器质量轻，测试过程无需导电凝胶，以及信号采集装置的便携式设计可满足患者居家进行唇肌功能训练时的口轮匝肌表面肌电信号和/或压力信号采集。

总之，上述实施例联合肌电和压力信号的唇形传感器装置，包括唇形传感器、信号采集装置、封装盒以及附属组件。其中，唇形传感器包括多通道表面肌电电极和单通道压力传感器，可同步检测使用者进行唇肌功能训练时的口轮匝肌多个位置的表面肌电信号和双唇之间的压力信号。唇形传感器设计有多种组合的折叠式的可拉伸结构，使之在水平方向和/或垂直方向具有一定的延展性。唇形传感器质量轻，测试过程无需导电凝胶，以及信号采集装置的便携式设计可用于使用者居家进行唇肌功能训练及检测。本发明设计的唇形传感器可用于检测肌电信号，或检测压力信号，或同步检测肌电和压力信号，用于临床唇肌肌力训练或检测，促进唇肌功能训练的量化评估。

上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置，包括封装盒（1）、信号采集装置（2）、唇形传感器（3）和附属组件（4），其特征在于：唇形传感器（3）包括表面肌电电极（31）和压力传感器（32），所述唇形传感器（3）可同步检测表面肌电信号和压力信号；附属组件（4）包括固定带（41）、电线（42）和标准接口（43），所述固定带（41）为信号采集装置（2）提供固定方式，所述电线（42）和标准接口（43）为信号采集装置（2）和唇形传感器（3）提供电气连接方式；

所述唇形传感器（3）具有多种组合的折叠式的可拉伸结构，使之在水平方向和/或垂直方向上具有延展性；

其中一种可拉伸结构，在唇形传感器（3）对应两侧口角有实现垂直方向延展的扇形折叠式的竖向可拉伸结构（316），同时在中央位置有实现水平方向延展的折叠式的横向可拉伸结构（318）；

或者，所述可拉伸结构在唇形传感器（3）对应四角处有扇形折叠式的可拉伸结构，可同时满足垂直和水平方向的延展；

或者，所述可拉伸结构在唇形传感器（3）对应两侧口角有实现垂直方向延展的扇形折叠式的竖向半可拉伸结构（316），同时在中央位置有实现水平方向延展的折叠式的横向可拉伸结构（318）。

2.根据权利要求1所述的一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置，其特征在于：所述唇形传感器（3）形状为唇形，在唇形传感器（3）中间部位有唇形镂空（317），人体口唇处于自然放松状态下，唇形传感器（3）沿上下唇红缘紧密放置，传感器边缘距唇红缘2~3mm。

3.根据权利要求1所述的一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置，其特征在于：所述表面肌电电极（31）具有多通道肌电电极（312、313），将表面肌电电极（31）紧贴于口轮匝肌，可同时采集口轮匝肌多个部位的表面肌电信号。

4.根据权利要求1所述的一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置，其特征在于：所述唇形传感器（3）为可拆卸唇形传感器（3）或一体式唇形传感器（3）；所述可拆卸唇形传感器（3）中，压力传感器（32）与表面肌电电极（31）通过纽扣连接器（319、322）形成电联固定；所述一体式唇形传感器（3）中，压力传感器（32）与表面肌电电极（31）具有同一柔性基底薄膜，以此形成一体式唇形传感器（3）。

5.根据权利要求1所述的一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置，其特征在于：所述压力传感器（32）为压电压力传感器、压阻压力传感器、电容式压力传感器和电磁压力传感器中的至少一种，具有单通道压力信号检测，用于检测患者上下唇之间的压力信号。

6.根据权利要求1所述的一种联合肌电和压力信号的唇形传感器装置，其特征在于：所述信号采集装置（2）包括信号处理模块（24）、电源模块（25）和按键模块（22）；信号处理模块（24）电连接电源模块（25）和按键显示模块（22），并通过插头电连接唇形传感器（3）；所述按键显示模块（22），包括多个按键（222）和液晶显示屏（221），其中显示屏（221）提供动作选择界面；其中上下选择按键（222）提供上下选择训练动作的功能；确认键1按键（222）用于确认开始采集表面肌电信号，确认键2按键（222）用于确认开始采集压力信号，确认键3按键（222）用于确认开始采集表面肌电信号和压力信号，并配合核心控制模块（246）为数据添加动作标签；停止键按键（222）用于停止采集口轮匝肌表面肌电信号和/或压力信号，同时返回动作选择界面。

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