肌肉松弛程度测量方法、处理装置和肌松测量仪的制作方法
【专利摘要】本申请提供了一种肌肉松弛程度测量方法、装置和肌松测量仪，通过加速度传感器和角速度传感器或速度传感器和角速度传感器分别获取待测量部位的加速度采样值和角速度采样值，根据加速度采样值和角速度采样值计算肌肉松弛程度。由于计算结果结合了待测量部位的加速度采样值和角速度采样值，因此，计算结果准确性更高。另外，在进行测量时，结合了加速度传感器和角速度传感器或速度传感器和角速度传感器来获取待测量部位的加速度采样值和角速度采样值，使得相应的肌松测量装置可以放置在待测量部位的任意位置而不影响测量结果的准确性。
【专利说明】肌肉松弛程度测量方法、处理装置和肌松测量仪
【技术领域】
[0001]本申请涉及医疗器械领域，具体涉及一种肌肉松弛程度测量方法、处理装置和肌松测量仪。
【背景技术】
[0002]在手术过程中病人可能会产生一些不期望的运动，或者需要病人的肌肉处于某种程度的松弛状态，因此需要对病人注射使肌肉松弛的药物，例如肌松药。在注射药物后，通常需要对病人进行肌松监测，定量评价病人的肌肉松弛程度。对肌肉松弛程度的监测可以通过测量病人拇指短收肌的收缩力量，因为收缩力量反应了肌松程度，根据牛顿定理，力量与加速度成正比关系，通过测量拇指运动产生的加速度，就可以间接获得拇指短收肌的收缩力量。
[0003]测量肌肉松弛程度的常用方法是使用加速度传感器测量拇指运动产生的加速度值，以输出加速度采样值，然后通过一定的运动假设，通过加速度值推导出角速度值，然而该运动假设与拇指的实际运动存在偏差，导致肌松测量结果不准确。例如，假设拇指的运动为拇指绕固定点(如拇指根部)做圆周运动，那么加速度对时间积分可以求得线速度，线速度除以估计的拇指长度可求得角 速度。这样便能得到肌松测量所需的全部信息。显然拇指的实际运动并非完全是绕拇指根部做圆周运动，因此，这样的运动假设将给测量结果带来误差。
【发明内容】
[0004]根据本申请的第一方面，本申请提供一种肌肉松弛程度测量方法，包括下面步骤:
[0005]从加速度传感器或速度传感器获取待测量部位的加速度采样值。
[0006]从角速度传感器获取待测量部位的角速度采样值。
[0007]根据加速度采样值和角速度采样值计算肌肉松弛程度。
[0008]根据本申请的第二方面，本申请提供一种肌松测量处理装置，包括:
[0009]接收单元，用于从加速度传感器或速度传感器获取待测量部位的加速度采样值，和从角速度传感器获取待测量部位的角速度采样值。
[0010]处理模块，用于根据所述加速度采样值和角速度采样值计算肌肉松弛程度。
[0011]根据本申请的第三方面，本申请提供一种肌松测量仪，包括:
[0012]恒流源，所述恒流源用于产生刺激电流，并通过电流输出端对被检测对象施加电流刺激。
[0013]响应信号提取端，所述响应信号提取端包括加速度传感器和角速度传感器，或所述响应信号提取端包括速度传感器和角速度传感器。
[0014]处理器，所述处理器与恒流源连接，用于控制恒流源产生刺激电流；所述处理器还与响应信号提取端通信连接，用于从响应信号提取端输出的运动信息中获取加速度采样值和角速度采样值，并根据加速度采样值和角速度采样值计算肌肉松弛程度。
[0015]本申请在检测肌肉松弛程度时通过加入角速度传感器，可以同时获得待测量部位的加速度采样值和角速度采样值，根据加速度采样值和角速度采样值计算出肌肉松弛程度，由于计算结果结合了待测量部位的加速度采样值和角速度采样值，因此，计算结果准确性更高。另外，在进行测量时，结合了加速度传感器和角速度传感器或速度传感器和角速度传感器来获取待测量部位的加速度采样值和角速度采样值，使得肌松测量装置可以放置在待测量部位的任意位置而不影响测量结果的准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1a为本申请一种实施例中肌松测量仪通过拇指测量肌松程度的示意图；
[0017]图1b为本申请一种实施例中肌松测量仪的结构示意图；
[0018]图2为本申请一种实施例中肌肉松弛程度测量方法的流程图；
[0019]图3a为本申请一种实施例中加速度传感器和角速度传感器所处的坐标系；
[0020]图3b为根据图3a加速度传感器所处的坐标系旋转得到的参考坐标系；
[0021]图4为本申请一种实施例中肌松测量处理装置的模块示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面通过具体实 施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
[0023]实施例一
[0024]请参考图la、图lb，本实施例提供的肌松测量仪包括处理器201、恒流源202和响应信号提取端203。
[0025]处理器201与恒流源202连接，用于控制恒流源202产生刺激电流。恒流源202的电流输出端在测量时通过一对电缆分别连接到两个电极，两个电极可贴附于被测者的身体某部位，如图1a所示，两个电极贴附于被测者的手腕处，响应信号提取端203贴附于被测者的拇指上。当恒流源202输出刺激电流时，被测者手腕受到电击，拇指因刺激而产生运动，响应信号提取端203感应拇指的运动，输出运动信息。
[0026]处理器201还与响应信号提取端203通信连接，与响应信号提取端203进行数据交互，例如接收响应信号提取端203输出的运动信息，并根据该运动信息计算肌肉松弛程度。在另一实施例中，处理器201还可向响应信号提取端203发送配置、校准和/或身份信息。通信连接包括有线和无线连接。
[0027]在一实施例中，响应信号提取端203包括加速度传感器和角速度传感器，加速度传感器指能感受被检测对象加速度并将其转换成电信号输出的传感器。角速度传感器指能感受被检测对象角速度并将其转换成电信号输出的传感器。本实施例中，加速度传感器可输出实时的加速度信息，角速度传感器可输出实时的角速度信息，响应信号提取端203将加速度信息和角速度信息传送给处理器201，加速度信息和角速度信息可以是模拟电信号，也可以是数字信号，可以是连续的波形数据，也可以是离散的采样值。处理器201从加速度信息和角速度信息中获得加速度采样值和角速度采样值，然后基于加速度采样值和角速度采样值计算肌松程度。
[0028]在另一实施例中，响应信号提取端203包括速度传感器和角速度传感器，速度传感器指能感受被检测对象的运动速度的传感器，响应信号提取端203可以直接输出速度信息和时间信息，也可以根据速度信息和时间信息计算出加速度后将加速度信息转换为电信号输出。相应地，处理器201从响应信号提取端203获得的信息除了角速度信息，还有速度信息或加速度信息，当处理器201从响应信号提取端203获得速度信息时，处理器201可根据速度信息和时间信息计算出加速度。然后处理器201基于加速度信息和角速度信息计算肌松程度。
[0029]处理器201根据加速度采样值和角速度采样值计算肌肉松弛程度时采用以下方案:
[0030]处理器201根据初始重力加速度分量计算从初始坐标系到参考坐标系的旋转角度，根据旋转角度计算初始坐标系到参考坐标系的转换矩阵，根据初始坐标系到参考坐标系的转换矩阵得到参考坐标系到初始坐标系的转换矩阵。参考坐标系通过对初始加速度所在坐标系(即初始坐标系)转换得到，对应一个转换矩阵。不同的转换矩阵对应不同的参考坐标系，可以根据具体情况确定。一种简单的情况就是通过对初始加速度所在坐标系进行转换，使得重力加速度在仅在参考坐标系的某一维度存在分量，在其它维度分量为0，这将简化后续处理。
[0031]处理器201对角速度采样值进行分析处理求得待测量部位沿各轴运动方向的旋转角度，根据待测 量部位沿各轴运动方向的旋转角度求得运动状态矢量，在一具体实例中，处理器201由惯性导航算法求得运动状态矢量，惯性导航算法是指通过陀螺仪等角速度传感器所测数据求解物体在运动中姿态的算法，例如可以是比卡算法或多子样旋转矢量算法，求得待测量部位的运动状态矢量。运动状态矢量表示待测量部位在受刺激后运动时的运动信息，根据运动状态矢量求得初始坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵。运动信息至少包括待测量部位运动时的加速度信息或速度信息和角速度信息。
[0032]处理器201从加速度传感器或速度传感器获取重力加速度在tQ时刻的初始坐标系下的初始重力加速度分量，t0时刻为发出电刺激前、待测量部位处于静止状态下的任一时刻；然后基于初始重力加速度分量计算参考坐标系到h时刻初始坐标系的转换矩阵；根据角速度采样值计算初始坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵；根据参考坐标系到初始坐标系的转换矩阵与初始坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵，求得参考坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵。
[0033]处理器201根据tk时刻加速度传感器或速度传感器输出的加速度采样值和角速度传感器输出的角速度采样值计算参考坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵，根据重力加速度在参考坐标系中的投影分量与参考坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵求得重力加速度在加速度传感器坐标系或速度传感器坐标系中的分量，tk时刻为发出电刺激后的任一时刻，运动坐标系为tk时刻加速度传感器或速度传感器所在的坐标系，参考坐标系中重力加速度的分量为[0，1，0]。
[0034]处理器201根据加速度采样值和角速度采样值计算重力加速度在加速度传感器或速度传感器坐标系中的分量，将加速度采样值减去重力加速度的分量，得到加速度传感器或速度传感器所在坐标系中的真实加速度分量，将真实加速度的分量进行合成运算，得到待测量部位实际运动产生的加速度值，基于加速度值计算肌肉松弛程度。
[0035]因该肌松测量仪通过加速度传感器和角速度传感器感应待测量部位的运动，输出实时的加速度采样值和角速度采样值，肌松测量仪再根据加速度采样值和角速度采样值计算出肌肉松弛程度，计算结果结合了待测量部位的加速度采样值和角速度采样值，在计算过程中消除了重力的影响，从而使得计算结果具有更高的准确性。另外，肌松测量仪的肌松测量装置可以放置在待测量部位的任意位置而不影响测量结果的准确性。
[0036]在一具体实例中，角速度传感器可以具体为陀螺仪传感器。
[0037]本实施例中，肌松测量仪还包括显示器204，处理器201将肌肉松弛程度计算结果发送到显示器204进行显示。
[0038]下面以响应信号提取端203处于三维坐标系中通过拇指测量肌松程度为例说明处理器201如何基于加速度采样值和角速度采样值进行肌松测量。
[0039]肌松测量仪的测量装置安装在拇指的任意位置上，与拇指具有相同的运动状态，此时，Xa, Ya, Za为加速度传感器所处坐标系的三个轴，xb、Yb、zb为角速度传感器所处坐标系的三个轴。仪器通过连接在手腕上的双电极对被检测对象进行电流刺激，被检测对象受刺激后拇指发生运动，加速度传感器和角速度传感器则分别输出拇指运动时的三轴加速度采样值和三轴角速度采样值。处理器201根据该三轴加速度采样值和三轴角速度采样值计算重力加速度在加速度传感器坐标系中的三轴分量，将三轴加速度采样值减去重力加速度在加速度传感器坐标系中的分量得到待测量部位的真实加速度分量，将真实加速度的分量进行合成运算，得到待测量部位实际运动产生的加速度值，基于加速度值计算肌肉松弛程度。
[0040]被测量部位静止时，加速度传感器的初始坐标系为Atci,对初始坐标系Attl进行旋转得到参考坐标系R,本具体实例中，参考坐标系R为有一轴与重力加速度方向重合的坐标系，例如对于三维坐标系，参考坐标系R可以为使得重力加速度的分量为[0,1,0]的坐标系。参考坐标系R可通过初始坐标系旋转得至Li。例如，可将初始坐标系Atci沿z轴旋转φ角度，再沿X轴旋转Θ角度得到参
考坐标系R，其中旋转角度
【权利要求】
1.一种肌肉松弛程度测量方法，其特征在于包括: 从加速度传感器或速度传感器获取待测量部位的加速度采样值； 从角速度传感器获取待测量部位的角速度采样值； 根据加速度采样值和角速度采样值计算肌肉松弛程度。
2.如权利要求1所述，所述根据加速度采样值和角速度采样值计算肌肉松弛程度的步骤包括: 根据加速度采样值和角速度采样值计算重力加速度在加速度传感器坐标系或速度传感器坐标系中的分量； 将加速度采样值减去重力加速度分量，得到加速度传感器或速度传感器所在坐标系中的真实加速度的分量； 将真实加速度的分量进行合成运算，得到待测量部位实际运动产生的加速度值，基于这个加速度值计算肌肉松弛程度。
3.如权利要求2所述的肌肉松弛程度测量方法，其特征在于，所述根据加速度采样值和角速度采样值计算重力加速度在加速度传感器坐标系或速度传感器坐标系中的分量的步骤包括: 根据tk时刻从加速度传感器或速度传感器获取的加速度采样值和从角速度传感器获取的角速度采样值计算参考坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵；所述tk时刻为发出电刺激后的任一时刻，所述运动坐标系为tk时刻加速度传感器或速度传感器所在的坐标系，所述参考坐标系为通过对初始坐标系进行旋转得到，初始坐标系为发出电刺激前、待测量部位处于静止状态下的任一时刻加速度传感器或速度传感器所在的坐标系； 根据重力加速度在参考坐标系中的投影分量与参考坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵求得重力加速度在加速度传感器坐标系或速度传感器坐标系中的分量。
4.如权利要求3所述的肌肉松弛程度测量方法，其特征在于，所述计算参考坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵包括: 从加速度传感器或速度传感器获取重力加速度在h时刻的初始坐标系下的初始重力加速度分量，所述h时刻为发出电刺激前、待测量部位处于静止状态下的任一时刻； 基于初始重力加速度分量计算参考坐标系到h时刻初始坐标系的转换矩阵； 根据所述角速度采样值计算初始坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵； 根据参考坐标系到初始坐标系的转换矩阵与初始坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵，求得参考坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵。
5.如权利要求4所述的肌肉松弛程度测量方法，其特征在于， 所述基于初始重力加速度分量计算参考坐标系到h时刻初始坐标系的转换矩阵的步骤包括: 根据初始重力加速度分量计算从初始坐标系到参考坐标系的旋转角度； 根据旋转角度计算初始坐标系到参考坐标系的转换矩阵； 根据初始坐标系到参考坐标系的转换矩阵得到参考坐标系到初始坐标系的转换矩阵。
6.如权利要求4所述的肌肉松弛程度测量方法，其特征在于，所述根据所述角速度采样值求得初始坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵的步骤包括: 对所述角速度采样值进行分析处理求得待测量部位沿各轴运动方向的旋转角度；根据待测量部位沿各轴运动方向的旋转角度求得运动状态矢量，所述运动状态矢量表示待测量部位在受刺激后运动时的运动信息； 根据所述运动状态矢量求得初始坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵。
7.如权利要求6所述的肌肉松弛程度测量方法，其特征在于，所述根据待测量部位沿各轴运动方向的旋转角度求得运动状态矢量的步骤具体为: 根据待测量部位沿各轴运动方向的旋转角度，通过惯性导航算法求得运动状态矢量。
8.一种肌松测量处理装置，其特征在于包括: 接收单元，用于从加速度传感器或速度传感器获取待测量部位的加速度采样值，和从角速度传感器获取待测量部位的角速度采样值； 处理模块，用于根据所述加速度采样值和角速度采样值计算肌肉松弛程度。
9.如权利要求8所述的肌松测量处理装置，其特征在于，所述处理模块包括: 重力加速度消减单元，所述重力加速度消减单元包括用于根据加速度采样值和角速度采样值计算重力加速度在加速度传感器或速度传感器坐标系中的分量的第一子单元；和用于将加速度采样值减去重力加速度分量，得到加速度传感器或速度传感器所在坐标系中的真实加速度分量的第二子单元； 合成单元，用于将真实加速度的分量进行合成运算，得到待测量部位实际运动产生的加速度值； 肌松计算单元，用于基于加速度值计算肌肉松弛程度。·
10.一种肌松测量仪，其特征在于，包括: 恒流源,所述恒流源用于产生刺激电流,并通过电流输出端对被检测对象施加电流刺激； 响应信号提取端，所述响应信号提取端包括加速度传感器和角速度传感器，或所述响应信号提取端包括速度传感器和角速度传感器； 处理器，所述处理器与恒流源连接，用于控制恒流源产生刺激电流；所述处理器还与响应信号提取端通信连接，用于从响应信号提取端输出的运动信息中获取加速度采样值和角速度采样值，并根据加速度采样值和角速度采样值计算肌肉松弛程度。
11.如权利要求10所述的肌松测量仪，其特征在于，所述处理器在根据加速度采样值和角速度采样值计算肌肉松弛程度具体为: 根据加速度采样值和角速度采样值计算重力加速度在加速度传感器或速度传感器坐标系中的分量，将加速度采样值减去重力加速度的分量，得到加速度传感器或速度传感器所在坐标系中的真实加速度分量，将真实加速度的分量进行合成运算，得到待测量部位实际运动产生的加速度值，基于加速度值计算肌肉松弛程度。
12.如权利要求11所述的肌松测量仪，其特征在于，所述处理器在根据加速度采样值和角速度采样值计算重力加速度在加速度传感器或速度传感器坐标系中的分量具体为: 根据tk时刻从加速度传感器或速度传感器获取的加速度采样值和从角速度传感器获取的角速度采样值计算参考坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵，根据重力加速度在参考坐标系中的投影分量与参考坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵求得重力加速度在加速度传感器坐标系或速度传感器坐标系中的分量，所述tk时刻为发出电刺激后的任一时刻，所述运动坐标系为tk时刻加速度传感器或速度传感器所在的坐标系，所述参考坐标系为通过对初始坐标系进行旋转得到，初始坐标系为发出电刺激前、待测量部位处于静止状态下的任一时刻加速度传感器或速度传感器所在的坐标系。
13.如权利要求12所述的肌松测量仪，其特征在于，所述处理器在根据tk时刻从加速度传感器或速度传感器获取的加速度采样值和从角速度传感器获取的角速度采样值计算参考坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵具体为: 从加速度传感器或速度传感器获取重力加速度在h时刻的初始坐标系下的初始重力加速度分量，所述h时刻为发出电刺激前、待测量部位处于静止状态下的任一时刻；然后基于初始重力加速度分量计算参考坐标系到h时刻初始坐标系的转换矩阵；根据所述角速度采样值计算初始坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵；根据参考坐标系到初始坐标系的转换矩阵与初始坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵，求得参考坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵。
14.如权利要求13所述的肌松测量仪，其特征在于，所述处理器在基于初始重力加速度分量计算参考坐标系到初始坐标系的转换矩阵具体为: 根据初始重力加速度分量计算从初始坐标系到参考坐标系的旋转角度，根据旋转角度计算初始坐标系到参考坐标系的转换矩阵，根据初始坐标系到参考坐标系的转换矩阵得到参考坐标系到初始坐标系的转换矩阵； 所述处理器在根据所述角速度采样值求得初始坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵具体为: 对所述角速度采样值进行分析处理求得待测量部位沿各轴运动方向的旋转角度，根据待测量部位沿各轴运动方向的旋转角度求得运动状态矢量，所述运动状态矢量表示待测量部位在受刺激后运动时的运动信 息，根据所述运动状态矢量求得初始坐标系到运动坐标系之间的转换矩阵。
【文档编号】A61B5/22GK103845065SQ201210516753
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年12月5日 优先权日:2012年12月5日
【发明者】于辉, 潘水洋, 叶文宇, 岑建, 刘方 申请人:深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司