基于表面肌电的骨关节损伤后废用性肌萎缩程度评估系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于柔性电极表面肌电的骨关节损伤后废用性肌萎缩程度评估系统。包括数据采集模块、数据前端模块、算法分析模块和柔性电极模块，柔性电极模块与待测位置紧密接触并接收肌电信号，数据采集模块负责柔性电极模块肌电信号的采集与模数转化并发送到数据前端模块，数据前端模块接收数据并进行滤波发送到算法分析模块，算法分析模块接收数据对废用性肌萎缩程度进行量化评估，内包含训练好的分类评估模型。利用本发明专利技术有效避免单独参数检测的不稳定性，实现废用性肌萎缩发生的早期诊断与预警，提高了肌萎缩监测的精确性和鲁棒性，整体操作便携与快捷性也得到了提高。整体操作便携与快捷性也得到了提高。整体操作便携与快捷性也得到了提高。

【技术实现步骤摘要】
基于表面肌电的骨关节损伤后废用性肌萎缩程度评估系统


[0001]本专利技术属于生物医学工程领域的一种医用诊断评估系统，尤其是涉及一种基于柔性电极表面肌电的骨关节损伤后废用性肌萎缩程度评估系统。

技术介绍

[0002]骨与关节损伤是一种古老的疾病，在全球范围内都是导致人类残疾乃至死亡的主要原因。对骨与关节损伤开展有效治疗和康复技术研发，不仅能显著提升人民的生活质量，而且可以极大降低医疗资源成本，对提高人民健康水平和经济效益上作用巨大。
[0003]废用性肌萎缩是指肢体因活动减退，活动受限，或机体失重引起骨骼肌功能，结构形态，生化指标及分子生物一系列的变化，主要症状是肌肉体积减小，肌肉重量减轻，肌纤维变细甚至消失及肌力下降等。面向骨与关节损伤后产生的废用性肌萎缩，如何进行精准科学的病理状况评估，包括康复过程中的疗效动态精准反馈以及康复措施的精准应用，具有重要的临床指导意义。
[0004]目前，临床针对废用性肌萎缩的临床上肢体肌肉生理状况评估主要依靠主观运动功能评估量表、周径测量、关节活动范围、软组织局部张力判断、肌肉收缩力量和持久性等外在表征方法。
[0005]谢龙汉等在《一种模拟肌力分级的人体上肢假肢装置》(CN201822107030.9)中提到采用了患肢与健肢周径差值，肢体肿胀分度标准将肿胀程度分为三个等级；肌力分级法将肌力分为六个等级：0级为无可测知的肌肉收缩，1级为有轻微收缩但不能引起关节运动，2级为在减重状态下能作关节全范围运动，3级为能抗重力作关节全范围运动，但不能抗阻力；4级为抗重力并能抗一定阻力运动；5级为抗重力并抗充分阻力运动，从肌肉收缩，关节运动，抗重力阻力能力三个方面评定肌萎缩的程度；高云园在《基于生物运动信息的上肢肩肘腕关节运动功能评价方法》(CN201310022821.0)中提到采用了简式Fugl
‑
Meyer运动功能评价将上肢下肢功能量化到百分制，用五级评分标准简单评价肌力恢复的有效程度，以及生命质量评分，也是从三个方面评价了废用性肌萎缩的康复情况。
[0006]然而，现有的评估方式存在的问题在于：(1)存在很大的主观性，只能进行定性等级评价，而不能做到客观精准的定量评估，结果很大程度上依赖于诊断者的经验与判断；(2)存在很大的不确定性，易受到外界因素如肿胀、血流量等的影响，抗干扰能力弱，系统的健壮性不足；(3)测量方式较为复杂，有时需要借助大型仪器，系统的操作难度大。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于柔性电极表面肌电的骨关节损伤后废用性肌萎缩程度评估系统，可以有效避免单独参数检测的不稳定性，实现废用性肌肉萎缩发生的早期诊断与预警。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]包括数据采集模块、数据前端模块、算法分析模块和至少一个柔性电极模块；
[0010]所述柔性电极模块，用于与待测位置紧密接触并接收肌电信号；
[0011]所述数据采集模块，用于负责控制柔性电极模块进行肌电信号的采集与模数转化，并将采集和模数转化后的数据发送到数据前端模块；
[0012]所述数据前端模块，用于接收来自数据采集模块的数据并进行滤波，并将滤波后的数据发送到算法分析模块；
[0013]所述算法分析模块，用于接收来自数据前端模块滤波后的数据对废用性肌萎缩程度进行量化评估，所述的算法分析模块内包含训练好的分类评估模型。
[0014]所述的柔性电极模块，设置在柔性电路基底的下表面，所述柔性电路基底的上表面设有透明薄膜层，透明薄膜层与待测位置紧密接触并感知接收肌电信号。
[0015]所述的待测位置为人体的体表。
[0016]所述的数据采集模块和数据前端模块集成在多通道表面肌电采集电路系统中，所述的数据采集模块与柔性电极模块之间、数据采集模块和数据前端模块之间通过有线线缆连接。
[0017]所述算法分析模块为带数据处理与运算能力的上位机，所述算法分析模块与数据前端模块之间通过有线或无线连接。
[0018]所述的骨关节损伤后废用性肌萎缩程度评估系统按照以下方式进行评估：
[0019]1)骨关节损伤前期肌肉功能评价过程，包括：
[0020](1
‑
1)：
[0021]将柔性电极模块分别与人体的胫骨前肌和腓肠肌紧密接触，人体双侧的踝关节分别作两种运动动作：
[0022]在主动背伸踝关节运动动作的同时，控制柔性电极模块分别采集胫骨前肌与腓肠肌两个通道的sEMG信号；
[0023]在主动跖屈踝关节运动动作的同时，控制柔性电极模块分别采集胫骨前肌与腓肠肌两个通道的sEMG信号；
[0024]上述两个运动动作均持续60s的时间；
[0025](1
‑
2)：对上述采集到的sEMG数据经过数据前端模块进行20
‑
500Hz的带通滤波处理后发送给算法分析模块；
[0026](1
‑
3)：算法分析模块提取sEMG数据中的时域与频域特征值，进一步计算时域与频域的多个参数值，对人体的肌肉功能状况进行评估；
[0027]2)术后肌萎缩程度的量化评估过程，包括：
[0028](2
‑
1)：重复上述(1
‑
1)和(1
‑
2)，将sEMG数据发送给算法分析模块提取时域与频域特征值，进一步计算时域与频域的多个参数值，
[0029]利用训练好的分类评估模型实现对术后废用性肌萎缩程度发展阶段的量化评估。
[0030]在(1
‑
3)中，在骨关节损伤前期肌肉功能评价过程中，时域与频域的多个参数值包括第一时域参数和第一频域参数，第一时域参数为均方根值、积分肌电值和方差，第一频域参数为过零点数、中值频率和平均功率谱频率，采取上述六个参数对骨关节损伤前期肌肉功能状况进行评估。
[0031]对骨关节损伤前期肌肉功能状况进行评估具体处理如下：以人体两侧中的健侧为标准，人体两侧中的患侧的各项参数数值均下降到健侧对应参数数值的80％及以下，则判
断骨关节损伤对肌肉功能的损害已经形成。
[0032]在(2
‑
1)中，在术后萎缩程度发展的量化评估过程中，计算时域与频域的多个参数值包括第二时域参数和第二频域参数，第二时域参数为均方根值和方差，第二频域参数为过零点数、中值频率和平均功率谱频率，将上述五个参数输入训练好的分类评估模型得到当前所处肌萎缩阶段。
[0033]在骨关节损伤前期肌肉功能评价过程和术后萎缩程度发展的量化评估过程中，算法分析模块提取时域与频域特征值具体为：
[0034]针对60s持续时间，剔除发力前期与后期力量不稳定的5s时间后针对性提取获得第5s
‑
第55s之间各个数据，然后设置0.25s时长的窗长，窗与窗之间重叠1/4，每个窗的时间段从第5s
‑
第55s之间各个数据中提取800个样本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于表面肌电的骨关节损伤后废用性肌萎缩程度评估系统，其特征在于：包括数据采集模块、数据前端模块、算法分析模块和至少一个柔性电极模块；所述柔性电极模块，用于与待测位置紧密接触并接收肌电信号；所述数据采集模块，用于负责控制柔性电极模块进行肌电信号的采集与模数转化，并将采集和模数转化后的数据发送到数据前端模块；所述数据前端模块，用于接收来自数据采集模块的数据并进行滤波，并将滤波后的数据发送到算法分析模块；所述算法分析模块，用于接收来自数据前端模块滤波后的数据对废用性肌萎缩程度进行量化评估，所述的算法分析模块内包含训练好的分类评估模型。2.根据权利要求1所述的基于表面肌电的骨关节损伤后废用性肌萎缩程度评估系统，其特征在于：所述的柔性电极模块，设置在柔性电路基底的下表面，所述柔性电路基底的上表面设有透明薄膜层，透明薄膜层与待测位置紧密接触并感知接收肌电信号。3.根据权利要求1所述的基于表面肌电的骨关节损伤后废用性肌萎缩程度评估系统，其特征在于：所述的数据采集模块和数据前端模块集成在多通道表面肌电采集电路系统中，所述的数据采集模块与柔性电极模块之间、数据采集模块和数据前端模块之间通过有线线缆连接。4.根据权利要求1所述的基于表面肌电的骨关节损伤后废用性肌萎缩程度评估系统，其特征在于：所述算法分析模块为带数据处理与运算能力的上位机，所述算法分析模块与数据前端模块之间通过有线或无线连接。5.根据权利要求1所述的基于表面肌电的骨关节损伤后废用性肌萎缩程度评估系统，其特征在于：所述的骨关节损伤后废用性肌萎缩程度评估系统按照以下方式进行评估：1)骨关节损伤前期肌肉功能评价过程，包括：(1
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1)：将柔性电极模块分别与人体的胫骨前肌和腓肠肌紧密接触，人体双侧的踝关节分别作两种运动动作：在主动背伸踝关节运动动作的同时，控制柔性电极模块分别采集胫骨前肌与腓肠肌两个通道的sEMG信号；在主动跖屈踝关节运动动作的同时，控制柔性电极模块分别采集胫骨前肌与腓肠肌两个通道的sEMG信号；上述两个运动动作均持续60s的时间；(1
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2)：对上述采集到的sEMG数据经过数据前端模块进行20
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500Hz的带通滤波处理后发送给算法分析模块；(1
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3)：算法分析模块提取sEMG数据中的时域与频域特征值，进一步计算时域与频域的多个参数值，对人体的肌肉功能状况进行评估；2)术后肌萎缩程度的量化评估过程，包括：(2
‑
1)：重复上述(1
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1)和(1
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2)，将sEMG数据发送给算...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯刚，裴夏川，陈海鲁，颜瑞健，董树荣，金浩，
申请(专利权)人：海宁树健科技有限公司，
类型：发明
国别省市：