[發明專利]一種基于肌電信號反饋的閉環疼痛超聲理療系統

在審

• 申請號: 201810038195.7
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN108211141A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 吳小玲;王偉;劉志鵬;于建偉;顧燕;杜政亮;孫慧婷
• 申請（專利權）人: 南京醫科大學
• 主分類號: A61N7/00
• 分類號: A61N7/00;A61B5/0488;A61M37/00
• 代理公司: 南京蘇創專利代理事務所(普通合伙) 32273
• 代理人: 蔣真

1.一種基于肌電信號反饋的閉環疼痛超聲理療系統，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1)、通過超聲理療儀對受試者進行超聲理療并安放肌電電極；

步驟2)、實時采集肌電信號，小波分解并提取500Hz以內的肌電信號。；

步驟3)、使用巴特沃斯濾波器提取50-150Hz肌電信號；

步驟4)、對該頻段肌電信號計算幅值；

步驟5)、根據信號幅度的變化適度調節理療超聲的幅度。

2.根據權利要求1所述的基于肌電量采集反饋的閉環超聲理療系統，其特征在于，所述步驟1)的超聲理療儀的信號產生電路集超聲激勵脈沖、電致孔脈沖、電刺激信號三者為一體，并根據需要通過單片機選擇超聲激勵脈沖、電致孔脈沖、電刺激信號配合使用，提高藥物使用的滲透效果，使人體局部或全身得到更好的理療，同時單片機接收反饋信號并對電路進行調整。

3.根據權利要求1所述的基于肌電量采集反饋的閉環超聲理療系統，其特征在于，所述步驟2)小波分解并提取理療期間500Hz以內肌電信號包括以下步驟：

(1)肌電信號為離散信號，信號的有用能量在0-500Hz頻率范圍內，主要集中在50-150Hz；

(2)小波分解肌電信號：

小波分解是基于尺度函數和小波函數為基函數進行分解的，用φ(t)和ψ(t)分別表示小波變化的尺度函數和小波母函數，那么根據二尺度方程可構造如下的小波基：

其中：i為節點號，j為分解級數，k為平移參數，t為時間

h(n)和g(n)＝(-1)^1-nh(1-n)為一對正交鏡像濾波器。

離散小波變換

設x(n)表示實驗采集的EEG離散信號，則x(n)的離散小波變換定義為：

其中m為伸縮因子，n為平移參數，t為時間；

采用Mallat算法，對信號進行有限層分解，即

式中，L為分解層數，A_L為低通逼近分量，D_j為不同尺度下的細節分量。設肌電信號ES為x(n)的采樣頻率為fs，則(2)式中的A_L、D_L、D_L-1、…、D₁各分量所對應的子頻帶依次為：

根據所要提取信號的頻段，選擇相應的頻帶對應的小波分解系數，用小波逆變換即可重構信號；x(n)＝A₄++D₄+D₃+D₂+D₁,根據表1中各分量對應的子頻帶，分解5層即可提取50-500Hz肌電信號；確定分解層次為5層，選用db9小波對肌電信號進行5層分解；

表1

(3)將50-500Hz的肌電信號提取出來并進行閾值去噪：

小波分解所得的50-500Hz的頻率圖表明，在500Hz以上的噪聲仍存在，因此我們采用小波閾值去噪對50-500Hz肌電信號去噪；

因為噪聲往往都是頻率比較高，因此去噪就是去除信號當中的一些高頻成分，在本次試驗當中去除了500Hz以上的頻率成分；

由2⁹＝512>500可知，去除500Hz以上的頻率成分相當于高頻(細節)圖像數據當中第九層以上的數據置為0。

4.根據權利要求1所述的基于肌電量采集反饋的閉環超聲理療系統，其特征在于步驟3)50-150Hz的肌電信號提取方法包括以下步驟：通過置于頸豎脊肌或斜方肌上支的電極通過轉接電纜與電腦相連，把肌電數據傳輸給電腦；使用matlab軟件提取肌電數據，肌電信號有用能量0-500Hz頻率范圍內，由于該頻率范圍包含50Hz工頻干擾，首先為其設計50Hz陷波器，濾除50Hz工頻干擾；

肌電信號有用能量主要集中在50-150Hz，所以通過設置巴特沃斯帶通濾波選擇50Hz為通帶低頻截止頻率150Hz為通帶高頻截止頻率，10Hz為阻帶低頻截止頻率，500Hz為阻帶高頻截止頻率，最終濾出50-150Hz肌電信號即為有用的肌電信號。