一种无需电刺激的运动单位数量估计方法
阅读说明：本技术 一种无需电刺激的运动单位数量估计方法 (Motion unit quantity estimation method without electrical stimulation ) 是由 陈茂启 路知远 周平 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及肌肉运动单位估计方法技术领域,具体为一种无需电刺激的运动单位数量估计方法,该方法主要通过多通道表面柔性电极阵列采集待测肌肉的肌电信号,以及利用表面肌电分解技术对肌电信号进行分解,得到一系列运动单位动作电位序列,并对采集到的肌电信号、以及分解的运动单位动作电位序列求二阶矩而估算出待测肌肉的运动单位数量。本发明的方法无需对受测者施加电刺激,减轻受测者痛苦,同时估算方法操作相对简单,提高检测效率。(The invention relates to the technical field of muscle movement unit estimation methods, in particular to a movement unit quantity estimation method without electric stimulation. The method of the invention does not need to apply electrical stimulation to the testee, relieves the pain of the testee, and simultaneously, the estimation method is relatively simple to operate, and improves the detection efficiency.)
技术领域
本发明涉及肌肉运动单位数量估计方法技术领域，具体为一种无需电刺激的运动单位数量估计方法。
背景技术
运动单位是神经肌肉控制的基本组织和功能要素。运动单位数量估计(motorunit number estimation,MUNE)是一种定量测定、估计支配某一骨骼肌或肌群中有功能下的运动单位数目的电生理技术。在运动神经元疾病中，如肌萎缩侧索硬化和脊髓性肌萎缩症，运动神经元逐渐退化，导致运动单位数量减少。虽然运动单位的损失可以通过肌纤维再支配来部分补偿，但随着疾病的进展，这种补偿可能不够。并且，由于肌纤维再支配的原因，患者的肌力在前期仍维持在正常水平，难以发现。最后，患者遭受进行性肌肉无力和功能丧失。因此，运动单位数量估计可以为诊断神经肌肉疾病、跟踪疾病进展以及评估治疗和疗法的效果提供重要的生物标志物。
此前，运动单位数量估计的主要依据是，通过对肌肉施加电刺激，可以记录到复合肌肉动作电位(compound muscle action potential,CMAP)，而最大的复合肌肉动作电位(的幅值或者面积)可以看作是肌肉中所有单个表面运动单位动作电位(single motorunit potential，SMUP)(的幅值或者面积)的叠加。因此，利用表面电极记录复合肌肉动作电位和个体运动单位电位，便可以通过将最大的CMAP(的幅值或者面积)除以平均SMUP(的幅值或者面积)来估计出肌肉中的运动单位数量。研究者们基于上述基本原理开发了一系列运动单位数量估计方法，每种方法都有其优点和局限性。然而所有现有的运动单位数量估计方法，均需要对运动神经施加超大电刺激来记录最大CMAP，不同MUNE方法之间的差异主要在于如何估计平均SMUP。而高强度的电刺激无疑会给受试者带来极大的痛苦，且必须由经验丰富的操作人员使用配有电刺激装置的表面肌电图仪才能进行该项检查，增加了该项检查的难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无需电刺激的运动单位数量估计方法，以解决现有通过向受试者施加电刺激来完成运动单位数量估算，给受试者身体带来痛苦以及检查难度高等问题。
本发明提供的无需电刺激的运动单位数量估计方法为：采集待测肌肉的肌电信号，所述肌电信号通过公式(1)表式，
其中，EMG表示采集到的肌电信号，si表示第i个运动单位动作电位序列，n表示噪声成分；
由于运动单位动作电位序列的稀疏性，可以认为任意两个运动单位之间是不相关的，即：
同时，噪声成分n也被认为是与任何一个运动单位是不相关的，
即：
对公式(1)等式两边求二阶矩，m2(x)表示随机变量x的二阶矩，即m2(x)＝E{x2}，得到公式(2)，
待测肌肉在最大自主收缩力的状态下，运动单位被认为全部激活发放，在单个表面运动单位动作电位二阶矩的平均值已知的情况下，则通过公式(3)可以得到待测肌肉运动单位数量的估计：
优选的，所述采集待测肌肉的肌电信号包括采集待测肌肉静息状态以及最大等长收缩状态的表面肌电信号，所述公式(3)中m2(n)的值根据采集到的待测肌肉静息状态下的表面肌电信号求二阶矩获得；所述公式(3)中的m2(EMG)的值根据采集到的待测肌肉最大等长收缩状态下的表面肌电信号求二阶矩获得。
优选的，所述公式(3)中的计算方法为：利用多通道表面肌电分解技术对采集到的待测肌肉最大等长收缩状态下的表面肌电信号进行分解，得到一系列运动单位动作电位序列，的值根据对得到的每个运动单位动作电位序列求二阶矩而得。
优选的，所述采集待测肌肉静息状态以及最大等长收缩状态的表面肌电信号采用的是多通道表面柔性电极阵列。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明方法不需要对受试者施加电刺激，大大减少了受试者的痛苦和实验的复杂度；除了不需要电刺激技术，本发明仅需使用高密度表面电极片，操作相对简单、安全、无痛苦，避免了个别方法需要使用插入式电极，容易给受试者造成创伤和感染的问题；本发明充分利用了表面肌电分解技术，可以很方便地同时获取单个运动单位动作电位的波形和时间信息，并由此利用二阶矩代替传统方法中的幅值或者面积，避免了电刺激的使用。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合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的一种实施例，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。
实施例
参照图1，本实施例提供的无需电刺激的运动单位数量估计方法的步骤如下：
S1、利用多通道表面柔性电极阵列采集待测肌肉的表面肌电信号。在测量时，受试者待测肌肉应先保持放松，记录1段(时间最好能有1s以上)静息状态的表面肌电信号，该段信号被称为静息段；随后，待测肌肉进行最大等长收缩并尽量稳定保持5s以上，记录最大等长收缩力下的表面肌电信号，该段信号被称为信号段。
S2、利用多通道表面肌电分解技术对步骤1采集的表面肌电信号的信号段进行分解，得到一系列运动单位动作电位序列sij,i＝1,…,M；j＝1,…,N,其中,M为通道总个数,N为分解出来的运动单位动作电位序列总个数，sij表示分解出来的第i通道的第j个运动单位动作电位序列。
S3、对每一通道i，分别计算出信号段、静息段、以及每个运动单位动作电位序列的二阶矩，分别用m2(EMGi)，m2(ni)以及m2(sij)来表示。
S4、对每一通道i，可以得到该通道的运动单位数量估计：
S5、将M个通道的估计值再求平均值，得到最终的运动单位数量估计：
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。
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