利用下颌表面肌电检测颏舌肌肌功能的检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物医学工程领域，尤其涉及一种利用下颁表面肌电检测颏舌肌肌功能的检测装置。
【背景技术】
[0002]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 FiberAct1n 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 Act1n 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 Act1n 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。
[0003]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(Hermenset 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:
[0004]I)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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]SEMG信号检测具有无仓I」、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。
[0008]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100 μπι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。
[0009]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。
[0010]目前的电极设计方面的研宄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。
[0011]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kD-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。
[0012]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宄。
[0013]表面电极结构包括电极与皮肤接触的面积、形状和电极间的距离。标准双电极法规定电极为直径Icm的圆形，电极间距为2cm(O’ Connor et al.2007)，两个电极的放置位置为目标肌的肌腹正中部位。在实际操作中，该位置的定位多通过肉眼对解剖学体表标记的辨别而定。
[0014]一般电极采用银-氯化银(Ag/AgCl)，电流通过电极-电解质界面时，不会产生双电层。这类电极的特性接近于完全非极化电极，典型的Ag/AgCl电极如图1所示，图1中，I表示引线端子，2表示绝缘板，3表示Ag/AgCl电极，4表示导电膏，5表示皮肤。Ag/AgCl通过将含Cl-离子的导电膏与皮肤接触，当信号通过时，由式(I)所示的化学平衡反应维持电荷流动。
[0015]AgCl+e-Ag+Cr (I)
[0016]为了使电极和皮肤有良好的电接触以便导出电位，需要在皮肤上涂抹导电膏。但是长时间使用时，导电膏易干燥，另外它对皮肤有化学的刺激。还有，金属电极和组织液(如汗液等)或导电膏之间产生极化电压之类的直流电位，而这个直流电位易随着呼吸波动，将引起基线波动产生波形失真，有时还容易引起放大器饱和，且导电介质的性能会随着时间变化，导电性能会下降或消失，从而影响采集的质量。
【发明内容】
[0017]本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用下颁表面肌电检测颏舌肌肌功能的检测装置，以解决原有的在肌电检测过程中所采用的电极本身易受噪声干扰、肌电信号在传播过程中易衰减、表面肌电信号的采集和处理难度较大、导电膏的使用导致导电介质性能的变化进而影响采集的质量等问题。
[0018]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是，提供一种利用下颁表面肌电检测颏舌肌肌功能的检测装置，包括至少三个用于采集表面肌电信号的采集电极，其中，在所述采集电极表面覆盖有至少一层纳米银丝无纺布纤维。当采用三个采集电极时，以一个作为参考固定点，另外两个与其呈三角形排列。
[0019]优选地，所述纳米银丝无纺布纤维的含银量为45%?60%，单丝直径为6-45.5um，断裂延伸率为40%?43%，电阻为10?50 Ω，极化电势为38uv?42uv。
[0020]优选地，所述采集电极呈圆柱状，固定于一环形凹槽中，所述凹槽的槽口大小与采集电极大小相适宜。所述凹槽的形状可设置为类似纽扣型、飞碟型、陀螺型或者圆柱型等合适的形状，凹槽可以容置所述采集电极，也作为支撑固定物，凹槽可以缝制固定在柔软的布料上。
[0021]优选地，所述米集电极的直径大小为11.5mm?12.5mm，厚度大小为3.3mm?4.3mm,电极的形状不一定为标准的圆柱体，可以为椭圆柱体，原则上，电极的形状与槽口的形状可设置为任一合适的相配套的形状即可。
[0022]进一步地，所述检测装置还包括放大滤波电路、A/D转换电路、无线传输单元以及供电单元，所述放大滤波电路用于对采集电极采集到的微弱的表面肌电信号进行放大、滤除杂波，所述A/D转换电路用于对经放大滤波电路的模拟信号转换为数字信号，所述无线传输单元将转换后的数字信号无线传输至上位机进行存储、分析和处理，所述供电单元用于给所述检测装置提供稳定的电压。
[0023]更优选地，所述纳米银丝无纺布纤维的含银量为52%。
[0024]进一步地，所述采集电极与所述放大滤波电路以及A/D转换电路之间的电路传输采用屏蔽线连接。
[0025]进一步地，所述采集电极与人体表皮相接触面高于所述凹槽顶部或与所述凹槽顶部持平。
[0026]进一步地，所述无线传输单元用于将转换后的数字电路无线传输至上位机进行存储、分析和处理。
[0027]进一步地，整个下颁表面肌电检测装置采用群浮地技术，即整套系统采用电池供电，不与大地相连，以减少工频干扰。
[0028]与现有技术相比，本发明所提供的利用下颁表面肌电检测颏舌肌肌功能的检测装置，采用纳米银纤维做成干电极，减少使用导电膏，其极化电动势小，应用更加方便快捷，由于人体各部位的空间结构不同，因此，将电极固定于柔软而有弹性的凹槽底座上，能够适用于身体的绝大多数部位，且佩戴舒适。根据临床经验，提出了合适的电极大小结构，更有利于下颁体表检测的时间与空间分辨率提高，系统采用电池供电，群浮地技术，可以最大限度减少干扰，提高信噪比。
【附图说明】
[0029]图1是现有技术中采用Ag/AgCl电极的示意图；
[0030]图2是本发明所述的利用下颁表面肌电检测颏舌肌肌功能的检测装置的结构示意图；
[0031]图3(a)是图2所述的电极的主视图；
[0032]图3(b)是图2所述的纳米银纤维与电极及凹槽结合的主视图；
[0033]图4是本发明所述的利用下颁表面肌电检测颏舌肌肌功能的检测装置的电路连接示意图。
【具体实施方式】
[0034]以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定部件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个部件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分部件的方式，而是以部件在功能上的差异来作为区分的准则。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本新型的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0035]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
[0036]肌电是人体肌肉、神经兴奋产生生物电的结果。利用肌电信号可以达到很多目标，例如利用肌电控制假肢、肌电刺激治疗肌肉萎缩、在体育活动中诊断肌肉力量和肌肉疲劳等。表面肌电则是从人体皮肤表面通