一种自动化精准定位终板区的设备及定位方法

1.本发明涉及靶肌肉终板区定位技术领域，具体为一种自动化精准定位终板区的设备及定位方法。


背景技术：

2.肉毒毒素是肉毒杆菌产生的神经毒素蛋白，可阻止神经肌肉接头或自主神经系统中乙酰胆碱的释放，阻断神经肌肉接头处的冲动传导，起到缓解肌张力障碍和痉挛的作用。影响肉毒毒素注射效果的因素很多，其中以神经肌肉接头丰富的终板区精确定位最为重要，研究证明相同剂量的肉毒毒素注射到靶肌肉的终板区时效力最强。每偏离1cm效果降低约46％。由于肉毒毒素有剧烈的神经毒性，不可多次、过量注射。这对于医生的要求是很高的，医生只能通过反复多次的注射训练来提高注射的精准性。目前，国内外常用的注射定位方法有4种：徒手定位；超声引导定位；电刺激定位；肌电图引导。
3.1.徒手定位法：医师运用解剖学知识对靶肌肌腹定位，采用被动快速牵伸、主动收缩、叩击等方式，诱导靶肌痉挛，对靶肌肌腹最突出部位标记后，进行等间距多点注射。
4.2.超声引导定位：采用彩色多普勒超声仪，使用超声探头寻找靶肌位置，等间距多点注射超声探头与进针方向需相互协同作用。
5.3.电刺激定位：分为体表定位和体内定位两种。徒手大致定位靶肌位置，在靶肌充分放松后，选择合适刺激强度并根据肌肉收缩强度定位，调节并稳定电流强度，在靶肌体表移动电极，直至以最小电流引起肌肉最大收缩的位置即是阻滞点。体内定位即是针电极插入肌腹处，连接刺激器，在运动神经传导电刺激下给予连续脉冲刺激，选择用最小电流引起相应肌肉明显节律收缩，该点即为注射点。
6.4.肌电图定位:根据解剖位置确定所选的靶肌肉，于肌腹处插入注射针，患者在药物作用下肌肉放松，肌电图监视器显示高频高幅双相或三相运动单位电位募集成混合和(或)干扰相，同时扬声器发出尖锐密集的肌肉运动单位电位声即为注射点。
7.徒手定位法是最基础的方法，该方法操作方便，不需要辅助设备，主要适用于大且表浅的肌肉，但易受肥胖、肌肉萎缩等情况的影响，难以精细区分复杂解剖结构，不能准确识别神经肌肉接头集中区域，高度依赖医师的经验判断。神经损伤后病人神经肌肉接头分布异常，范围扩大，仅仅是根据临床经验很难精准定位。超声介入定位法适用于体积小、位置深的肌肉，全过程可视化操作，但是因为不能直接反映靶肌肉的兴奋程度，仍然具有相当的主观性，且仪器设备体积大，成本高，需2-3名医师同时配合，而且不适用于由于神经损伤无法产生必要动作与力量的患者。肌电图、电刺激定位可直接反映肌肉收缩情况，以肌电图法为例，需要将靶肌肉肌电数据导入专用设备，医师对波幅进行诊断分析，才可得出结论。但是当刺激引起多个肌肉收缩时，注射位置仍需医师根据经验灵活调整，该方法成本较高、耗时长，需要多次分析得出结论。不同定位方式在实际应用中各具优势及局限，因此，特别需要一种便携高效的终板区定位设备，以解决上述现存的问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种自动化精准定位终板区的设备及定位方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
9.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自动化精准定位终板区的设备，包括电极、信号采集和放大电路、处理器、指示器、电源模块，所述电极的输出端与信号采集和放大电路的输入端连接，所述信号采集和放大电路的输出端与处理器的输入端连接，所述处理器的输出端与指示器连接，所述电源模块用于给设备供电。
10.优选的，还包括壳体，所述信号采集和放大电路、处理器固定于壳体内部，所述电极、指示器固定于壳体的外部。
11.优选的，所述电极的数量有多个，且沿同一直线排列在壳体外部。
12.优选的，所述指示器由指示灯和限流电阻组成，所述指示器至少有一个。
13.本发明还提供了一种终板区定位的方法，所述定位方法为：
14.由电极采集人体肌电信号，所述肌电信号由信号采集和放大电路进行放大、模数转换后传送至处理器，所述处理器分析终板区的位置，并以pwm的形式输出统计结果至指示器，所述指示器显现终板区位置。
15.优选的，所述处理器分析终板区的位置的方法的步骤为：
16.s1、所述电极的数量记为c，获取c个电极最近t秒内的肌电信号；
17.s2、将相邻电极的肌电信号做差分计算，得到c-1个差分信号；
18.s3、基于差分信号计算终板区的位置；
19.s4、统计最终若干次步骤3的计算结果，以及终板区位于各指示器附近的频数，换算成频率后，由各指示器输出。
20.优选的，所述基于差分信号计算终板区的位置的方法可以采用最小幅值法，具体步骤如下：
21.1)计算出每个差分信号的均方根值，如果差分信号对应位置i，则计算出的值记作rmsi；
22.2)找到均方根值的极小值所对应的位置p，即同时满足rms
p
≤rms
p-1
和rms
p
≤rms
p+1
；如果找到多个极小值，则只保留均方根值最小的那一个极小值；
23.3)如果(rms
p+1-rms
p
)/(rms
p-1-rms
p
)》预设值，则终板区位置为p-0.5，运算结束；
24.4)如果(rms
p-1-rms
p
)/(rms
p+1-rms
p
)》预设值，则终板区位置为p+0.5，运算结束；
25.5)如果步骤4和5的不等式均不成立，则终板区位置为p，运算结束。
26.优选的，所述处理器分析终板区的位置的方法的步骤为：
27.①
、所述电极的数量记为c，获取c个电极最近t秒内的肌电信号，
28.②
、计算相邻电极的肌电信号的互相关函数ri(t)，
29.③
、找到每个互相关函数的最大值所对应的滞后值rlag(i)，即ri(rlag(i))＝max(ri(t))，
30.④
、将滞后值按电极位置顺序累加，得到各电极的肌电信号相对于第1个电极的肌电信号的时间差，即
31.⑤
、若lag(i)存在唯一最大值，即lag(p)＝max(lag(i))，则终板区位置为p，
32.⑥
、若lag(i)存在两个相邻的最大值，即lag(p)＝lag(p+1)＝max(lag(i))，则终板区位置为p+0.5。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
34.本发明提供小型化的终板区定位设备，此设备用于注射肉毒毒素时终板区定位，体积小、便于携带、且成本较低；设备内置定位算法，且操作方法简单易上手，可一名医师独立操作完成；设备检测到肌电信号后，即时显示终板区定位的结果，而不是将数据记录下来离线分析，定位效率提升，定位结果精确，辅助肉毒毒素注射。
附图说明
35.图1为本发明实施例自动化精准定位终板区的设备的电路图；
36.图2为本发明实施例电极和指示器在壳体上布局示意图。
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.终板区是神经肌肉接头较为集中的区域。神经活动由位于神经肌肉接头传入肌肉，引起肌肉收缩并产生肌电信号。肌电信号随后以神经肌肉接头为中心，沿肌纤维向两侧传播。离神经肌肉接头越远，传播所需的时间越长，即肌电信号的时延越长。由于肌纤维传导速度基本恒定，因此时延与距离神经肌肉接头的长度呈正比。因此，可以在皮肤表面沿目标肌肉的肌纤维方向放置一系列肌电电极，通过测量肌电信号的时延，估算出神经肌肉接头的位置，并由大量神经肌肉接头的位置统计出终板区的位置。此外，从终板区附近采集到的肌电信号的幅值一般远小于从其他部位采集到的幅值，因此也可以作为寻找终板区的依据。
39.实施例一
40.基于上述原理，本发明提供了一种自动化精准定位终板区的设备，包括电极、信号采集和放大电路、处理器、指示器、电源模块，所述电极的输出端与信号采集和放大电路的输入端连接，所述信号采集和放大电路的输出端与处理器的输入端连接，所述处理器的输出端与指示器连接，所述电源模块用于给设备供电。
41.图1所示为本实施例的临床自动化精准定位终板区的设备的电路图，本实施例的电极有7个，指示器有13个，信号采集和放大电路采用内置了24位adc的ads1299芯片，其中r
flit
＝10ω，c
flit
＝200pf，所述信号采集和放大电路也可以采用功能类似的芯片(例如ads1298)，或者采用分立元件搭建的具滤波、放大和模数转换功能的电路。所述处理器可采用带有spi的c8051系列单片机、arm内核或同等处理器，例如cortex-m3，ads1299芯片的输出通过spi发送给处理器cortex-m3。
42.参照图2，作为本实施例的一个优选实施方式，所述设备还包括壳体，所述信号采集和放大电路、处理器固定于壳体内部，所述电极、指示器固定于壳体的外部，具体可将指示器固定在壳体的顶部，形状不限。而电极连接在壳体的底部，形状也不限，用于接触人体
皮肤。外壳的尺寸无要求，根据电极的个数和间距而定。本实施例的7个电极等间距排列，间距为8-10mm，且沿同一直线排列在壳体外部。用于肱二头肌等大尺寸肌肉的设备，可以配备较多的电极；用于手部、面部等小肌肉的设备，可以减少电极数量并采用较小的电极间距。所述电极可采用常规干电极，例如铜质和银质电极。由于肌电的测量值是电压，因此既需要记录电极，也需要记录参考电极，所述参考电极采用临床常用的方案，例如ag/agc l电极，本实施例参考电极连接至ads1299芯片的srb1管脚。
43.所述指示器并不需要等间距排列，其间距、个数也没有特别要求，只要计算终板区的定位方法中记录了每个指示器相对于电极的位置即可。在本实施例中，指示器等间距排列，间距为相邻两个电极中心间距的1/2，且位于两端的指示器与位于两端的电极对齐。本实施例指示器个数＝电极个数*2-1。
44.作为本实施例的一个优选实施方式，所述指示器由指示灯和限流电阻串联组成。指示灯可以选择亮度可变的指示灯，以亮度作为输出；或者选择颜色可变的指示灯，以颜色作为输出；或者以发光的指示灯的个数作为输出。
45.本实施例的电源模块包括电池、3.3v稳压电路、5v稳压电路，其中3.3v稳压电路、5v稳压电路都是现有常规电路，不在本技术中赘述。
46.采用所述临床自动化精准定位终板区的设备进行定位的方法为：由电极采集人体肌电信号，所述肌电信号由信号采集和放大电路进行放大、模数转换后传送至处理器，所述处理器分析终板区的位置，并以pwm的形式输出统计结果至指示器，指示器显现终板区位置。
47.进一步的，所述处理器分析终板区的位置的方法为：
48.s1、所述电极的数量记为c，获取c个电极最近t秒内的肌电信号，采用数字滤波去除20hz以下的频率成分。本实施例定义图2最左侧的电极所在位置为0，第二个电极所在位置为1，以此类推(如图2下方的“位置”所示)。各指示器也按照此方法确定其位置。例如本实施例中，最左侧的指示器位于位置0，左侧第二个指示器位于位置0与位置1的正中间，因此其位置为0.5。
49.s2、将相邻电极的肌电信号做差分计算，得到c-1个差分信号，分别对应位置0.5，1.5，
…
，5.5；
50.s3、基于差分信号计算终板区的位置，本实施例采用最小幅值法，具体步骤如下：
51.s3.1、计算出每个差分信号的均方根值，如果差分信号对应位置i，则计算出的值记作rmsi；
52.s3.2、找到均方根值的极小值所对应的位置p，即同时满足rms
p
≤rms
p-1
和rms
p
≤rms
p+1
；如果找到多个极小值，则只保留均方根值最小的那一个极小值；
53.s3.3、如果(rms
p+1-rms
p
)/(rms
p-1-rms
p
)》预设值，则终板区位置为p-0.5，运算结束；
54.s3.4、如果(rms
p-1-rms
p
)/(rms
p+1-rms
p
)》预设值，则终板区位置为p+0.5，运算结束；
55.s3.5、如果步骤4和5的不等式均不成立，则终板区位置为p，运算结束。所述预设值可以取值3-5。
56.s4、统计最终若干次(例如10次)步骤3的计算结果，以及终板区位于各指示器附近
的频数，换算成频率后，由各指示器输出。本实施例采用多次测量并输出定位结果的统计分布的方法，降低偶然错误对结果的影响。举例而言，设备将定时分析数据(例如每1秒运行一次，每次基于最近1秒内采集到的数据计算终板区的位置)，并将最近若干次的计算结果通过一组指示器可视化展现。例如，假设最近10次终板区位置的计算结果，有7次距离5号指示器最近，3次距离6号指示器最近，则5号指示器输出70％，6号指示器输出30％，其余指示器不输出。
57.实施例二
58.本实施例与实施例一的不同之处在于：所述处理器分析终板区的位置的方法的步骤为：
59.①
、所述电极的数量记为c，获取c个电极最近t秒内的肌电信号，
60.②
、计算相邻电极的肌电信号的互相关函数ri(t)，ri(t)＝xcorr(电极i的信号，电极i+1的信号)，
61.③
、找到每个互相关函数的最大值所对应的滞后值rlag(i)，即ri(rlag(i))＝max(ri(t))，
62.④
、将滞后值按电极位置顺序累加，得到各电极的肌电信号相对于第1个电极的肌电信号的时间差，即
63.⑤
、若lag(i)存在唯一最大值，即lag(p)＝max(lag(i))，则终板区位置为p，
64.⑥
、若lag(i)存在两个相邻的最大值，即lag(p)＝lag(p+1)＝max(lag(i))，则终板区位置为p+0.5。
65.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。