一種腰椎間盤突出癥的判斷方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種腰椎間盤突出癥的判斷方法及系統(tǒng)，通過采集腰部及背部的表面肌電信號，對采集的表面肌電信號進行濾波處理，將濾波后的表面肌電信號進行特征值提取，最后根據提取的特征值對腰部及背部肌肉特性進行綜合分析，以判定腰椎間盤突出癥，本發(fā)明提供的腰椎間盤突出癥的判斷方法及系統(tǒng)簡單實用，在不需要復雜的原理、設備的情況下對腰椎間盤突出癥進行初步判斷，同時通過該方法可以實現腰椎間盤突出癥的療效評估以及康復評估，成本較低。
【專利說明】
一種腰椎間盤突出癥的判斷方法及系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及肌電信號處理技術領域，特別涉及一種腰椎間盤突出癥的判斷方法及系統(tǒng)?！颈尘凹夹g】
[0002]近年來，隨著社會壓力和生活壓力與日倶增，人類的生活和工作節(jié)奏加快，腰椎間盤突出癥的發(fā)病率呈現出逐年上升的趨勢。腰椎間盤突出在青年人群中較為常見，而且病程比較長，對患者的健康和生活有很大影響。因此，及早對其確診并對癥治療是當前很多醫(yī)學工作者研究的熱點。
[0003]腰椎間盤突出癥是臨床上較為常見，腰椎間盤突出極易引起患者的腰骶神經根壓迫的現象發(fā)生。臨床上對腰椎間盤突出癥的診斷主要依據患者的臨床癥狀配合影像學，對操作人員的技術要求比較高，與操作人員的經驗也存在很大關系，因而存在一定的缺陷。肌電圖可以通過對腰椎間盤突出癥患者神經肌肉的功能狀態(tài)來了解患者腰骶神經根受壓迫的程度，并且通過肌電圖可以實時的觀察肌肉的活躍程度，可以對腰椎間盤突出癥患者的康復以及療效進行及時的評估。
[0004]王偉光等人采用Keypoint肌電誘發(fā)電位儀(來自丹麥維迪公司)對腰椎間盤突出癥患者進行相關肌電圖的檢查，均采用一次性的針極電極記錄，主要是觀察患者下肢肌肉以及椎旁肌處于靜息時自發(fā)的纖顫電位以及神經傳導。而采用針極電極則會對患者造成一定的創(chuàng)傷以及疼痛，還有可能會引起交叉感染，病人的接受度較差。
【發(fā)明內容】

[0005]有鑒于此，有必要提供一種簡單的，易實行的，低成本的腰椎間盤突出癥的判斷方法。
[0006]為實現上述目的，本申請采用下述技術方案:
[0007]—種腰椎間盤突出癥的判斷方法，包括下述步驟:
[0008]采集腰部及背部的表面肌電信號；
[0009]對采集的表面肌電信號進行濾波處理；
[0010]將濾波后的表面肌電信號進行特征值提取;及
[0011]根據提取的特征值對腰部及背部肌肉特性進行綜合分析，以判定腰椎間盤突出癥。
[0012]優(yōu)選地，采集腰部及背部的表面肌電信號為B1pac B1Nomadix無線肌電記錄儀以及MP150系統(tǒng)，采集電極為Ag/AgC I心電電極。
[0013]優(yōu)選地，對采集的表面肌電信號進行濾波處理具體為采用巴特沃斯濾波器對表面肌電信號進行0-500HZ的帶通濾波處理，之后再分別進行50Hz，100Hz以及150Hz的帶陷濾波處理。
[0014]優(yōu)選地，所述帶通濾波的通帶左邊頻率f si = 10Hz，通帶右邊頻率f sh = 450HZ，左邊衰減截止頻率fs 11 = 8Hz，右邊衰減截止頻率fsh = 490Hz，通帶邊帶波紋系數rp = 0.1，阻帶邊帶波紋系數rs = 30,采樣頻率fs = 1000Hz。所述50Hz帶陷濾波器的通帶左邊頻率fsl = 45Hz，通帶右邊頻率fsh = 55Hz，左邊衰減截止頻率fsl 1 = 40Hz，右邊衰減截止頻率fsh = 60Hz。100Hz帶陷濾波器的通帶左邊頻率f si =95HZ，通帶右邊頻率f sh= 105Hz，左邊衰減截止頻率fsi 1 = 90Hz，右邊衰減截止頻率fsh= 110Hz。150Hz帶陷濾波器的通帶左邊頻率fsl =145Hz，通帶右邊頻率fsh= 155Hz，左邊衰減截止頻率fsl 1 = 140Hz，右邊衰減截止頻率 fsh = 160Hz〇
[0015]將濾波后的表面肌電信號進行特征值提取具體為，將濾波后的表面肌電信號進行時域特征值均方根、積分肌電值、頻域特征值中值功率頻率和中值頻率的提取。
[0016]優(yōu)選地，根據提取的特征值對腰部及背部肌肉特性進行綜合分析，以判定腰椎間盤突出癥，具體為，當時域特征值RMS和IEMG、頻域特征值MPF和MF同時滿足RMS〈0.10385MV， IEMG〈0.02665，MPF>104.88Hz，MF>78.97Hz的四種條件時，則初步判斷為腰椎間盤突出癥。
[0017]另外，本申請還提供了一種腰椎間盤突出癥的判斷系統(tǒng)，包括:
[0018]信號采集模塊，用于采集腰部及背部的表面肌電信號；[〇〇19]信號處理模塊，對采集的表面肌電信號進行濾波處理；
[0020]特征值提取模塊，將濾波后的表面肌電信號進行特征值提?。?br>[0021]分析模塊，根據提取的特征值對腰部及背部肌肉特性進行綜合分析，以判定腰椎間盤突出癥。
[0022]優(yōu)選地，所述信號采集模塊為包括B1pac B1Nomadix無線肌電記錄儀以及MP150 系統(tǒng)，采集電極為Ag/AgC I心電電極。[〇〇23]優(yōu)選地，所述信號處理模塊為采用巴特沃斯濾波器對表面肌電信號進行0-500HZ 的帶通濾波處理，之后再分別進行50Hz，100Hz以及150Hz的帶陷濾波處理。
[0024]優(yōu)選地，所述特征值提取模塊用于將濾波后的表面肌電信號進行時域特征值RMS 和IEMG以及頻域特征值MPF和MF的提取。
[0025]本發(fā)明采用上述技術方案，其有益效果在于:
[0026]本發(fā)明提出了一種腰椎間盤突出癥的判斷方法及系統(tǒng)，通過采集腰部及背部的表面肌電信號，對采集的表面肌電信號進行濾波處理，將濾波后的表面肌電信號進行特征值提取，最后根據提取的特征值對腰部及背部肌肉特性進行綜合分析，以判定腰椎間盤突出癥，本發(fā)明提供的腰椎間盤突出癥的判斷方法及系統(tǒng)簡單實用，在不需要復雜的原理、設備的情況下對腰椎間盤突出癥進行初步判斷，同時通過該方法可以實現腰椎間盤突出癥的療效評估以及康復評估，成本較低?！靖綀D說明】
[0027]圖1為本發(fā)明提供的腰椎間盤突出癥的判斷方法的步驟流程圖。
[0028]圖2為本發(fā)明提供的腰椎間盤突出癥的判斷系統(tǒng)的結構示意圖。[〇〇29]圖3a為基于RMS、IEMG的時域特征值的R0C曲線分析圖。[〇〇3〇]圖3b為基于MPF、MF的時域特征值的R0C曲線分析圖?！揪唧w實施方式】
[0031]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0032]請參閱圖1，本申請?zhí)峁┑难甸g盤突出癥的判斷方法，包括下述步驟:
[0033]步驟S110:采集腰部及背部的表面肌電信號；[0〇34] 優(yōu)選地，采用商用的B1pac B1Nomadix無線肌電記錄儀以及MP150系統(tǒng)，電極選用一次性Ag/AgCI心電電極。[〇〇35]步驟S120:對采集的表面肌電信號進行濾波處理；
[0036]優(yōu)選地，將采集之后的表面肌電信號采用巴特沃斯濾波器對該表面肌電信號進行 0-500HZ的帶通濾波，之后再分別進行50Hz，100Hz以及150Hz的帶陷濾波處理。[〇〇37]其中帶通濾波器的通帶左邊頻率fsl = 10Hz，通帶右邊頻率fsh = 450HZ，左邊衰減截止頻率fsl 1 = 8Hz，右邊衰減截止頻率fsh = 490Hz，通帶邊帶波紋系數rp = 0.1，阻帶邊帶波紋系數rs = 30，采樣頻率f s = 1000Hz。50Hz帶陷濾波器的通帶左邊頻率f s 1 = 45Hz，通帶右邊頻率fsh = 55Hz，左邊衰減截止頻率fsll = 40Hz，右邊衰減截止頻率fsh = 60Hz。100Hz 帶陷濾波器的通帶左邊頻率fsl = 95HZ，通帶右邊頻率fsh= 105Hz，左邊衰減截止頻率fsl 1 = 90Hz，右邊衰減截止頻率f sh = 110Hz。150Hz帶陷濾波器的通帶左邊頻率f si = 145Hz，通帶右邊頻率fsh = 155Hz，左邊衰減截止頻率fs 11 = 140Hz，右邊衰減截止頻率fsh = 160Hz。
[0038]步驟S130:將濾波后的表面肌電信號進行特征值提??；
[0039]優(yōu)選地，將濾波后的表面肌電信號進行時域特征值RMS和IEMG以及頻域特征值MPF 和MF的提取。
[0040]步驟S140:根據提取的特征值對腰部及背部肌肉特性進行綜合分析，以判定腰椎間盤突出癥。[0041 ]優(yōu)選地，當時域特征值均方根(Root Mean Square，RMS )和積分肌電值(Integrated Electromyography，IEMG)、頻域特征值頻域特征值(Median Power Frequency，MPF)和中值頻率(Mean Frequency，MF)同時滿足RMS〈0.10385Mv，IEMG〈 0.02665，MPF>104.88Hz，MF>78.97Hz的四種條件時，則初步判斷為腰椎間盤突出癥。
[0042]請參閱圖2,為本發(fā)明提供的腰椎間盤突出癥的判斷系統(tǒng)的結構示意圖，包括:信號采集模塊110、信號處理模塊120、特征值提取模塊130及分析模塊140。其中:
[0043]信號采集模塊110用于采集腰部及背部的表面肌電信號。具體地，所述信號采集模塊110包括B1pac B1Nomadix無線肌電記錄儀以及MP150系統(tǒng)，采集電極為Ag/AgCI心電電極。[〇〇44]信號處理模塊120對采集的表面肌電信號進行濾波處理。所述信號處理模塊120為采用巴特沃斯濾波器對表面肌電信號進行0-500HZ的帶通濾波處理，之后再分別進行50Hz， 100Hz以及150Hz的帶陷濾波處理。[〇〇45]特征值提取模塊130將濾波后的表面肌電信號進行特征值提取。特征值提取模塊 130用于將濾波后的表面肌電信號進行時域特征值RMS和IEMG以及頻域特征值MPF和MF的提取。
[0046]分析模塊140根據提取的特征值對腰部及背部肌肉特性進行綜合分析，以判定腰椎間盤突出癥，當時域特征值RMS和IEMG、頻域特征值MPF和MF同時滿足RMS〈0.10385Mv，IEMG〈0.02665，MPF>104.88Hz，MF>78.97Hz的四種條件時，則初步判斷為腰椎間盤突出癥。
[0047]本發(fā)明提出了一種腰椎間盤突出癥的判斷方法及系統(tǒng)，通過采集腰部及背部的表面肌電信號，對采集的表面肌電信號進行濾波處理，將濾波后的表面肌電信號進行特征值提取，最后根據提取的特征值對腰部及背部肌肉特性進行綜合分析，以判定腰椎間盤突出癥，本發(fā)明提供的腰椎間盤突出癥的判斷方法及系統(tǒng)簡單實用，在不需要復雜的原理、設備的情況下對腰椎間盤突出癥進行初步判斷，同時通過該方法可以實現腰椎間盤突出癥的療效評估以及康復評估，成本較低。[〇〇48] 實施例[〇〇49] 請參閱圖3a和b，其中，圖3a為基于RMS, IEMG的時域特征值的R0C曲線分析圖，圖3b 為基于MPF，MF的時域特征值的ROC曲線分析圖。通過圖3a和b看出，利用ROC曲線分析利用 RMS，IEMG，MPF，MF四種特征值對腰椎間盤突出癥進行判斷的正確率和錯誤率。其中，R0C曲線指受試者工作特征曲線(receiver operating characteristic curve)，是反映敏感性和特異性連續(xù)變量的綜合指標，是用構圖法揭示敏感性和特異性的相互關系，它通過將連續(xù)變量設定出多個不同的臨界值，從而計算出一系列敏感性和特異性，再以敏感性為縱坐標、(1-特異性)為橫坐標繪制成曲線，曲線下面積越大，診斷準確性越高。R0C曲線下的面積值在1.0和0.5之間。在AUC>0.5的情況下，AUC越接近于1，說明診斷效果越好。AUC在0.5? 〇.7時有較低準確性，AUC在0.7?0.9時有一定準確性，AUC在0.9以上時有較高準確性。AUC = 0.5時，說明診斷方法完全不起作用，無診斷價值。AUC<0.5不符合真實情況，在實際中極少出現。在R0C曲線上，最靠近坐標圖左上方的點為敏感性和特異性均較高的臨界值。
[0050]根據表面肌電信號的特征值，將RMS〈0.10385Mv判斷為腰椎間盤突出癥患者，其正確率為73.40 %，將IEMG〈0.02665MV判斷為腰椎間盤突出癥患者，其正確率為79.00 %，將 10^>104.88他判斷為腰椎間盤突出癥患者，其正確率為79.00%，，]\^>78.97他判斷為腰椎間盤突出癥患者，其正確率為73.70 %。
[0051]雖然本發(fā)明參照當前的較佳實施方式進行了描述，但本領域的技術人員應能理解，上述較佳實施方式僅用來說明本發(fā)明，并非用來限定本發(fā)明的保護范圍，任何在本發(fā)明的精神和原則范圍之內，所做的任何修飾、等效替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的權利保護范圍之內。
【主權項】
1.一種腰椎間盤突出癥的判斷方法，其特征在于，包括下述步驟:采集腰部及背部的表面肌電信號；對采集的表面肌電信號進行濾波處理；將濾波后的表面肌電信號進行特征值提取;及根據提取的特征值對腰部及背部肌肉特性進行綜合分析，以判定腰椎間盤突出癥。2.如權利要求1所述的腰椎間盤突出癥的判斷方法，其特征在于，采集腰部及背部的表 面肌電信號為B1pac B1Nomadix無線肌電記錄儀以及MP150系統(tǒng)，采集電極為Ag/AgCI心 電電極。3.如權利要求2所述的腰椎間盤突出癥的判斷方法，其特征在于，對采集的表面肌電信 號進行濾波處理具體為采用巴特沃斯濾波器對表面肌電信號進行0-500HZ的帶通濾波處 理，之后再分別進行50Hz，100Hz以及150Hz的帶陷濾波處理。4.如權利要求3所述的腰椎間盤突出癥的判斷方法，其特征在于，所述帶通濾波的通帶 左邊頻率fsl = 10Hz，通帶右邊頻率fsh = 450HZ，左邊衰減截止頻率fsl 1 =8Hz，右邊衰減截 止頻率fsh = 490Hz，通帶邊帶波紋系數rp = 0.1，阻帶邊帶波紋系數rs = 30,采樣頻率fs = 1000Hz，所述50Hz帶陷濾波器的通帶左邊頻率f si = 45Hz，通帶右邊頻率f sh = 55Hz，左邊衰 減截止頻率f si 1 =40Hz，右邊衰減截止頻率f sh = 60Hz，100Hz帶陷濾波器的通帶左邊頻率 fs 1 = 95HZ，通帶右邊頻率fsh = 105Hz，左邊衰減截止頻率fs 11 = 90Hz，右邊衰減截止頻率 fsh = 110Hz，150Hz帶陷濾波器的通帶左邊頻率fsl = 145Hz，通帶右邊頻率fsh = 155Hz，左 邊衰減截止頻率fs 11 = 140Hz，右邊衰減截止頻率fsh = 160Hz。5.如權利要求1所述的腰椎間盤突出癥的判斷方法，其特征在于，將濾波后的表面肌電 信號進行特征值提取具體為，將濾波后的表面肌電信號進行時域特征值均方根、積分肌電 值、頻域特征值中值功率頻率和中值頻率的提取。6.如權利要求5所述的腰椎間盤突出癥的判斷方法，其特征在于，根據提取的特征值對 腰部及背部肌肉特性進行綜合分析，以判定腰椎間盤突出癥，具體為，當時域特征值RMS和 IEMG、頻域特征值MPF和MF同時滿足RMS〈0 ? 10385Mv，IEMG〈0 ? 02665，MPF>104 ? 88Hz，MF> 78.97Hz的四種條件時，則初步判斷為腰椎間盤突出癥。7.—種腰椎間盤突出癥的判斷系統(tǒng)，其特征在于，包括:信號采集模塊，用于采集腰部及背部的表面肌電信號；信號處理模塊，對采集的表面肌電信號進行濾波處理；特征值提取模塊，將濾波后的表面肌電信號進行特征值提??；分析模塊，根據提取的特征值對腰部及背部肌肉特性進行綜合分析，以判定腰椎間盤 突出癥。8.如權利要求7所述的腰椎間盤突出癥的判斷系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集模塊包 括B1pac B1Nomadix無線肌電記錄儀以及MP150系統(tǒng)，采集電極為Ag/AgCI心電電極。9.如權利要求7述的腰椎間盤突出癥的判斷系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理模塊為采 用巴特沃斯濾波器對表面肌電信號進行0-500HZ的帶通濾波處理，之后再分別進行50Hz， 100Hz以及150Hz的帶陷濾波處理。10.如權利要求7所述的腰椎間盤突出癥的判斷系統(tǒng)，其特征在于，所述特征值提取模 塊用于將濾波后的表面肌電信號進行時域特征值RMS和IEMG以及頻域特征值MPF和MF的提取。
【文檔編號】A61B5/0488GK106037729SQ201610460528
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】周芳, 李慧慧, 杜文靜, 彭菲, 王磊
【申請人】中國科學院深圳先進技術研究院