CN113576418B - 一种基于体感诱发电位信号的阴茎背神经检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于体感诱发电位信号的阴茎背神经检测方法。采集早泄患者阴茎背神经分支的体感诱发电位信号，并采用快速傅里叶变换将其从时域信号转换为频域信号，对得到的频域信号进行频域幅值提取，如果存在≥0.4毫伏的幅值，取该幅值对应的频率值的倒数乘以18.6，当结果<4.65×10^‑2毫秒，则判定该分支传导速度过快，是导致早泄的原因，为早泄的治疗提供了准确的参考依据。

Description

一种基于体感诱发电位信号的阴茎背神经检测方法

技术领域

本发明涉及对体感诱发电位(SEP)信号的自动化检测分析，具体涉及一种根据阴茎背神经体感诱发电位信号对阴茎背神经传导异常情况进行识别的方法。

背景技术

人类性生活时间的长短主要受中枢和外周神经影响。射精通过传入神经-脊髓及大脑-传出神经这一通路接受大脑及脊髓的协调。在周围神经中，感觉神经纤维传入信号足以引起排精甚至完整的射精反射。高敏感性和过度活跃阴茎背神经则易引发不可控制的射精。早泄是临床中最常见的男性性功能障碍。研究显示早泄的患病率为20％～30％，实际的早泄患病率可能更高。早泄不仅影响患者和配偶间的感情，还会使患者的自信心下降，引发焦虑、抑郁。阴茎背神经传导异常在某些患者的早泄发生中起关键作用，部分早泄患者阴茎背神经体感诱发电位的平均潜伏期明显较正常人短，说明其传递外周器官兴奋的速度比正常人要快，在临床上一般采用利多卡因乳膏治疗这类阴茎背神经敏感早泄患者。

阴茎背神经体感诱发电位潜伏期是确定早泄由阴茎背神经传导异常(过快)导致的主要指标。但现有的基于体感诱发电位信号的阴茎背神经检测通常采用人工判读的方法，存在以下问题：(1)由于信号的波动和检测中的各种干扰，使有效波幅的确定存在偏差，导致不同人通过主观上的判读所形成的识别结果存在较大差异；(2)人工判读存在耗时较长的缺陷。另外，仅仅从时域上进行分析，难以对信号进行全面综合的利用。

中国专利CN103948370A公开了基于体感诱发电位信号的脊髓损伤状况监测方法，采用短时傅里叶变换将体感诱发电位信号分解为时域信号和频域信号并监测其变化率，解决了判据不全面引起的脊髓损伤状况监测存在较大误差的问题，并缩短了判断时间。但该方法根据时域信号和频域信号变化率分别形成判据，所提取的潜伏期和谱峰特征也无法用于实现对阴茎背神经传导异常情况进行识别。

传统的体感诱发电位检测仅能反映个体阴茎背神经整体状态，无法用于对阴茎背神经各个分支的传导异常情况进行识别。中国专利CN204581229U公开了一种阴茎背神经分支传导速度的检测装置，实现了对阴茎背神经不同分支的体感诱发电位信号进行采集，并通过检测每个阴茎背神经分支的传导时间，确定阴茎背神经传导存在异常的分支。但仍然需要对阴茎背神经体感诱发电位信号进行有效反射波及潜伏期的人工识别。

由于目前对早泄患者的阴茎背神经传导异常的识别带有一定的主观性，因此对阴茎背神经体感诱发电位信号检测的作用仍存在较大争议。如何客观、准确的评估阴茎背神经传导异常，从而提高对早泄的治疗效果是临床应用的难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于体感诱发电位信号的阴茎背神经检测方法，可以对阴茎背神经(包括各个分支)传导异常情况进行快速、准确、客观的识别。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种阴茎背神经检测方法，该检测方法包括以下步骤：

1)采集阴茎背神经的体感诱发电位信号，然后通过快速傅里叶变换将该体感诱发电位信号转化到频域，得到频域信号；

2)从频域信号中提取频域幅值并构成特征集合I，将提取的每个频域幅值所对应的频率值的倒数(体感诱发电位的时间值)与固定值相乘，得到由相应乘积构成的特征集合II；

3)设定限值A1；若特征集合I中存在数值在A1以上的频域幅值，则提取特征集合II中对应于该幅值的乘积，得到用于评估阴茎背神经传导异常的一个或多个候选特征。

优选的，所述体感诱发电位信号采集自个体(例如早泄患者)任意一个阴茎背神经分支。

优选的，所述检测方法还包括以下步骤：

4)设定限值A2；按照相应乘积的数值对所述候选特征进行筛选，并将该数值低于A2的候选特征构成判据子集。

优选的，若经过步骤4)的筛选后，判据子集内的候选特征的数目为0，或者经过步骤3)后未得到可供步骤4)进行筛选的候选特征，则判定阴茎背神经(具体为某阴茎背神经分支)不存在传导速度过快的异常情况(并且当各阴茎背神经分支均无传导速度过快的异常情况时，判定阴茎背神经体感诱发电位的潜伏期与正常人相当，相应早泄患者不属于阴茎背神经敏感早泄患者)；若经过步骤4)的筛选后，判据子集内的候选特征的数目大于等于1，则判定阴茎背神经(具体为某阴茎背神经分支)存在传导速度过快的异常情况(并且当一个以上阴茎背神经分支存在传导速度过快的异常情况时，判定阴茎背神经体感诱发电位的潜伏期较正常人短，相应早泄患者属于阴茎背神经敏感早泄患者)。

优选的，所述A1为0.4毫伏，A2为4.65×10^-2毫秒，固定值的取值范围为16～22。

一种阴茎背神经检测仪，包括体感诱发电位采集模块以及信号分析模块，信号分析模块包括信号转化子模块以及异常识别子模块；

所述信号转化子模块用于从体感诱发电位采集模块获得早泄患者阴茎背神经(例如，某阴茎背神经分支)体感诱发电位信号，并采用快速傅里叶变换将该体感诱发电位信号转化到频域；

所述异常识别子模块用于从信号转化子模块获得转化得到的频域信号、从该频域信号中提取频域幅值，并计算对应于频域幅值的频率值的倒数(体感诱发电位的时间值)，以及用于根据以下判断标准确定阴茎背神经敏感早泄患者：

针对一个以上阴茎背神经分支，若在A1以上的频域幅值所对应的频率值的倒数与上述固定值的乘积存在低于A2的情况，则判定早泄患者属于阴茎背神经敏感早泄患者(阴茎背神经体感诱发电位的潜伏期较正常人短)；若针对每个阴茎背神经分支，所有在A1以上的频域幅值所对应的频率值的倒数与固定值的乘积均不低于A2，或者针对每个阴茎背神经分支，频域幅值均低于A1，则判定早泄患者不属于阴茎背神经敏感早泄患者(阴茎背神经体感诱发电位的潜伏期与正常人相当)。

本发明的有益效果体现在：

本发明将阴茎背神经体感诱发电位信号从时域信号转换为频域信号，通过提取频域信号的频域幅值以及计算其对应的频率值的倒数(体感诱发电位的时间值)与固定值的乘积作为候选特征，可以用于对阴茎背神经传导异常情况进行快速、准确、客观的识别。

进一步的，本发明在频域幅值(≥A1)基础上，充分利用了有效体感诱发电位的时间值形成用于判断阴茎背神经传导异常的判据子集(频域幅值越大仅提示阴茎背神经越敏感，无法用于准确评估阴茎背神经体感诱发电位潜伏期)，为早泄治疗提供了客观、准确的参考依据。

附图说明

图1为阴茎背神经分支体感诱发电位信号采集示意图。

图2为临床判断阴茎背神经体感诱发电位潜伏期的原理示意图；图中：N1、P1分别为体感诱发电位第一个有效的波峰、波谷，3行波形是重复采集3次的信号。

图3a为采集自某早泄患者阴茎背神经一个分支的体感诱发电位信号。

图3b为图3a所示一个阴茎背神经分支体感诱发电位信号经转换后形成的频域信号分布。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。所述实施例仅用于解释本发明，而非对本发明保护范围的限制。

(一)传统的早泄患者阴茎背神经传导异常检测

针对早泄患者进行阴茎背神经检测时，传统的做法是将所有的阴茎背神经分支作为一个整体。具体检测中，首先采集获得阴茎背神经体感诱发电位信号，即将每次电刺激后形成的脑电波接收并以波形的形式表现出来。然后在时域中确定体感诱发电位信号波形的有效波幅，并根据第一个有效波幅确定的潜伏期(潜伏期是指从刺激起始点测量到有效波幅的向上或向下偏转的起点的长度，图2)进行判断：潜伏期＜37ms为阴茎背神经传导速度过快，是构成患者发生早泄的主要原因；而＞45ms提示阴茎背神经受损。由于以上阴茎背神经检测过程中是人工识别判断，无法客观、准确确定潜伏期，此外，传统检测并未能够识别存在神经传导异常的具体分支，使得依据潜伏期判断患者早泄原因变得更加困难，导致对早泄患者的临床干预效果较差。

(二)早泄患者阴茎背神经分支传导异常检测

步骤1对某早泄患者的阴茎背神经分支进行体感诱发电位信号采集，以及将采集的体感诱发电位信号进行处理。

参见图1，利用中国专利201520101391.6的电极结构完成各阴茎背神经分支的体感诱发电位信号采集(正常男性一般存在5～7个阴茎背神经分支，检测时在阴茎冠状沟设置10个固定的检测点，有些点可能没有神经支配)。以患者能耐受的最大电刺激为检测有效刺激，对每一阴茎背神经分支叠加刺激200次，获得稳定的脑电图形及对应的波形幅值。采集获得的阴茎背神经某分支的体感诱发电位信号如图3a所示，可以看出检测获得的结果比较稳定，前后3次检测所得的波形基本一致，确保了检测的可重复性。但从图3a还可以看出，即便仅是针对阴茎背神经单个分支，根据采集获得的体感诱发电位信号难以直观的判断出阴茎背神经体感诱发电位的潜伏期，导致不同检测人员的判断结果仍会存在较大差异。

体感诱发电位信号的处理在MATLAB中完成：将采集的体感诱发电位信号以一定数据形式输入矩阵Fn1，使用fft(Fn1,NFFT)函数对所得数据矩阵进行快速傅里叶变换，从而将时域数据转化为频域数据。

步骤2根据体感诱发电位信号准确获得阴茎背神经分支在不同时域的频域幅值，并利用每一个频域幅值各自所对应的时间值，从而客观的量化阴茎背神经分支的传导特征，具体流程如下：

根据转化后的频域数据，通过绘制曲线获得峰值能量集中的频率区域，确定有效的频域值(如图3b所示，纵轴显示的是频域信号，对应体感诱发电位的幅值；横轴显示不同幅值对应的频率，该频率的倒数为对应幅值的时域，即有效体感诱发电位的时间值)。

步骤3根据传导特征准确判断对应的阴茎背神经分支传导是否异常。

本发明通过对大量阴茎背神经敏感早泄患者的临床数据分析，并结合这类早泄患者阴茎背神经体感诱发电位在时域和频域上的数值变化特点，提出了用于判断阴茎背神经分支传导异常的经验标准。具体的，当满足以下两个条件时：(1)频域信号中出现≥0.4毫伏(4×10⁵纳伏)的幅值，(2)同时该幅值对应的频率值的倒数与固定系数(系数具体取值为18.6)的乘积<4.65×10^-2毫秒；则可以确定早泄患者的阴茎背神经分支传导异常，即早泄是由阴茎背神经分支传导速度过快导致(属于阴茎背神经敏感早泄患者，即只要有一个分支存在在0.4毫伏以上的频域幅值，且该幅值对应的频率值的倒数与固定系数的乘积低于4.65×10^-2毫秒，就可以判定早泄患者属于阴茎背神经敏感早泄患者)，并且可以采用局部麻醉药物(例如，利多卡因乳膏)实现有效治疗干预。若针对各个阴茎背神经分支，以上两个条件无法同时满足，则判定早泄患者不属于阴茎背神经敏感早泄患者。

对于实际检测设备，可以针对阴茎背神经每一个分支分别计算频域幅值及频域幅值所对应的频率值的倒数与固定系数的乘积，并将符合以上两个条件的计算结果突出显示。

(三)早泄患者治疗效果验证

本发明对200例临床早泄患者随机分组，其中，一半的早泄患者在采集了阴茎背神经各分支的体感诱发电位后，由三位医生按(一)中方法进行了阴茎背神经传导异常的识别，对所有被判定为阴茎背神经分支传导速度过快的患者给予对应分支利多卡因乳膏进行治疗。另一半早泄患者则按(二)中方法进行了阴茎背神经传导异常的识别，治疗原则和过程与上一组相同。

结果表明，对采用(二)中方法判定为阴茎背神经分支传导速度过快的早泄患者，应用利多卡因乳膏进行治疗的有效率达82.1％(23/28例；共计28例早泄患者被判定为阴茎背神经传导异常)。而采用(一)中方法判定为阴茎背神经分支传导速度过快的早泄患者，应用利多卡因乳膏进行治疗的有效率仅为16.7％(4/24例；共计24例早泄患者被判定为阴茎背神经传导异常)。

以上实验证实了本发明可以实现对因阴茎背神经传导异常(过快)导致的早泄患者(阴茎背神经敏感早泄患者)进行准确识别，从而提高治疗效果。

Claims (6)

1.一种阴茎背神经检测方法，其特征在于：该检测方法包括以下步骤：

1)采集阴茎背神经的体感诱发电位信号，然后通过快速傅里叶变换将体感诱发电位信号转化到频域，得到频域信号；

2)从频域信号中提取频域幅值并构成特征集合I，将提取的每个频域幅值所对应的频率值的倒数与固定值相乘，得到由相应乘积构成的特征集合II；固定值的取值范围为16～22；

3)设定限值A1，A1为0.4毫伏；若特征集合I中存在数值在A1以上的频域幅值，则提取特征集合II中对应于该幅值的乘积，得到用于评估阴茎背神经传导异常的一个或多个候选特征。

2.根据权利要求1所述一种阴茎背神经检测方法，其特征在于：所述体感诱发电位信号采集自阴茎背神经分支。

3.一种阴茎背神经检测仪，其特征在于：包括体感诱发电位采集模块以及信号分析模块，信号分析模块包括信号转化子模块以及异常识别子模块；

所述信号转化子模块用于从体感诱发电位采集模块获得阴茎背神经的体感诱发电位信号，并采用快速傅里叶变换将体感诱发电位信号转化到频域；

所述异常识别子模块用于从信号转化子模块获得转化得到的频域信号、从该频域信号中提取频域幅值，并计算频域幅值所对应的频率值的倒数与固定值的乘积，以及用于将在A1以上的频域幅值所对应的频率值的倒数与固定值的乘积作为用于评估阴茎背神经传导异常的候选特征，并将低于A2的相应乘积作为用于评估阴茎背神经传导异常的判据；其中，A1为0.4毫伏，A2为4.65×10^-2毫秒，固定值的取值范围为16～22。

4.根据权利要求3所述一种阴茎背神经检测仪，其特征在于：所述体感诱发电位采集模块采集早泄患者阴茎背神经分支的体感诱发电位信号。

5.根据权利要求3所述一种阴茎背神经检测仪，其特征在于：若针对早泄患者一个以上阴茎背神经分支，提取自所述频域信号中的在A1以上的频域幅值所对应的频率值的倒数与固定值的乘积存在低于A2的情况，则异常识别子模块判定该早泄患者属于阴茎背神经敏感早泄患者。

6.根据权利要求3所述一种阴茎背神经检测仪，其特征在于：若针对早泄患者每个阴茎背神经分支，提取自所述频域信号中的在A1以上的频域幅值所对应的频率值的倒数与固定值的乘积均不低于A2，或者提取自所述频域信号中的频域幅值均低于A1，则异常识别子模块判定该早泄患者不属于阴茎背神经敏感早泄患者。