[发明专利]利用下颌表面肌电检测颏舌肌肌功能的检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学工程领域，尤其涉及一种利用下颌表面肌电检测颏舌肌肌功能的检测装置。

背景技术

肌电图(Electromyography，EMG)是用电子仪器记录肌肉静止或收缩时的电活动的曲线；一条肌纤维的动作电位在传播过程中形成了单纤维动作电位(Single Fiber Action Potential，SFAP)；一个运动单位内所有SFAP在时间和空间上的叠加形成运动单位动作电位(Motor Unit Action Potential，MUAP)(Peter，2005)；运动单位持续放电过程中产生运动单位动作电位序列(Motor Unit Action Potential train，MUAPt)；肌肉活动时，参与肌肉活动的多个运动单位形成的MUAPt经过肌肉、皮下组织和皮肤等组成的容积导体的滤波作用后在检测电极处叠加形成肌电信号。

传统的EMG检测是将针状电极、线状电极、勾状电极等细小电极直接插入肌肉组织内进行采集，得到插入式肌电信号(intramuscular EMG Signal，iEMG)。针状电极、线状电极、勾状电极能够很好地与肌纤维接触，MUAP互相叠加程度较低，因此可以容易地检测出不同类型运动单位的MUAP序列。然而，iEMG检测的有创性，给受试者带来了较大的痛苦。表面肌电信号(Surface EMG，SEMG)是将检测电极放置在皮肤表面采集EMG信号(Hermens et al，1984)，是一种无创的EMG检测方法，但也存在以下一些不足，具体如下：

1)与iEMG相比，SEMG是EMG信号经过肌肉、脂肪、皮肤等组织后得到的，对于不同生理状态、年龄、性别、骨骼形态、皮肤状况的人，上述组织对EMG信号的影响差异较大，难以形成一个统一的检测标准。

2)EMG信号在传播过程中，受到了由各种组织组成的容积导体的滤波作用，波形易发生一定的变形，容积导体也使近处与远处的多个MUAP互相叠加产生串扰，难以区分。

3)工频干扰、心电、电极移动等会对SEMG的测量产生干扰，具有较大阻抗的皮肤会降低SEMG的信噪比。

SEMG信号检测具有无创、便捷的优点，同时也存在波形叠加和变异的问题。因此，提高SEMG电极的信号质量需要从电极材料、生物电信号采集处理电路和信号处理算法方面进行改进。

段晏文等(2007)研制了一种Ag/AgCl粉末烧结电极，与传统Ag/AgCl镀层电极或银电极相比，具有较低的电极-皮肤阻抗，有效地提高了电极的信噪比。一般在使用电极时，需要涂抹导电膏，以减小电极的阻抗，Griss等(2002)研制了一种具有100μm间距的钉状微机械结构电极，这种电极在不使用导电膏的情况下，仍能获得与湿电极相似的低阻抗。

有源电极是将电极与放大电路集成在一起的电极，采用有源电极可以避免电极连线引入的干扰。Nishimura等(1992)将电压跟随器与电极集成在一起，降低了电极连线的阻抗，有效抑制了噪声干扰；何庆华等(2003)研制了一种具有两级放大电路的有源电极，成功应用于SEMG信号检测。

目前的电极设计方面的研究主要方法是利用空间电极阵列检测SEMG信号，并通过空间滤波来提高信号质量。Block等(2002)和Kleine等(2000，2007)利用125通道的阵列电极采集SEMG信号，得到了各类MUAP的波形。Lapatki等(2003)研制了一种聚酰亚胺材料的柔性高密度电极阵列，可以用于颈部和面部等弯曲部位的SEMG检测。

SEMG信号是一种复杂的生物电过程。肌肉运动的动作电位通过肌肉组织、皮下组织、皮肤等容积导体，在皮肤表面间接被检测到，在它的形成与传输过程中会引入大量的噪声干扰。主要的干扰包括：1、肌肉组织内部、皮下组织、真皮表皮等具有不同的分布电阻和分布电容，各动作电位在这些组织里叠加和滤波；2、皮肤表面相对干燥致密的角质层，使SEMG电极的接触阻抗高达几百kΩ-几十MΩ；3、电极与皮肤之间会使用导电膏等，形成一个金属-电解质溶液界面，这个界面的化学反应会产生一个电极电位，该电位随电极与皮肤的接触程度而变化。

由于SEMG信号本身比较微弱(uV-mV级)，容易受噪声干扰，且肌电信号经过皮下组织和皮肤后又有所衰减，使表面肌电信号的采集和处理具有较高的难度，因此有必要从源头上进行改进，即对电极的材料和排布方式进行研究。