基于高密度表面肌电的吞咽功能评价方法研究

摘要

吞咽障碍是脑中风、脑外伤等多种常见疾病的并发症，严重的影响着患者的健康和生活质量。由于吞咽过程的本质是半自主的肌肉活动，所以，随着先进的表面肌电采集技术以及信号处理技术的发展，表面肌肉电信号（Surface electromyography，sEMG）在吞咽过程的分析中，因为其无创性和安全性而受到了广泛的关注。
　　研究表明，吞咽障碍并不是与吞咽相关的神经受损导致所有肌肉不能正常收缩的结果，可能是由于单个或部分肌肉得不到有效神经控制，而不能正确收缩的结果。但是传统的使用少数电极进行吞咽过程肌电信号的分析技术并不能做到对受损肌肉进行针对性检查，临床康复训练的效果并不理想。因此，本文利用多电极、高密度肌电电极阵列，全面、深入了解各种吞咽过程的电生理信息，对吞咽功能做出准确的诊断和评价，通过对动态肌电信息的分析与比较，进而了解引起吞咽障碍的受损肌群，提高其治疗的针对性。
　　但是，肌电产生自肌肉内部，在肌电从产生传递到皮肤表面的过程中，不同来源的肌电信号发生了混叠，导致了高密度表面肌电信号低下的空间分辨率和特异性，难以获得有效信息。在吞咽过程中，由于其涉及的肌肉之间距离接近，并且距离皮肤表面较深，混叠的影响尤其大。为了利用高密度分析方法的优势克服表面肌电存在的弊端，更好的对吞咽功能进行评估，本文使用了动态表面肌电电势图、盲源分离和溯源定位三类方法，分别从时间和空间两个方面进行分析，得到了吞咽相关肌肉活动的完整动态电生理信息、初步了解了吞咽过程中吞咽肌群的协同工作模式、初步确定了引起吞咽异常或障碍的受损肌群，为吞咽功能障碍患者提供更加准确、无创的吞咽功能检测和评估手段。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要内容

第2章 高密度表面吞咽肌电数据预处理与可视化

2．1 概述

2．2 电极排布

2．3 高密度肌电信号质量评估

2．4 滤波处理

2．5 可视化实现

2．5．1 动态表面肌电电势图绘制

2．5．2 统计分析

2．6 本章小结

第3章 盲源分离方法在吞咽评价中的应用

3．1 概述

3．2 主成分分析算法

3．3 独立成分分析算法

3．3．1 ICA算法的数学模型

3．3．2 基于负熵的FastICA算法

3．4 算法结果的评价与优化

3．4．1 聚类

3．4．2 可视化

3．5 高密度表面肌电信号后处理

3．5．1 波形图绘制

3．5．2 包络图绘制

3．5．3 权重图绘制

3．5．4 多组ICA结果表达

3．6 本章小结

第4章 溯源定位方法在吞咽评价中的应用

4．1 概述

4．2 模型建立

4．2．1 核磁共振影像拍摄

4．2．2 三维模型重建

4．3 逆向建模

4．3．1 肌电产生的源

4．3．2 形成实体模型

4．4 正问题

4．4．1 正问题的数学模型

4．4．2 电势场的描述

4．4．3 边界条件

4．4．4 有限元分析

4．4．5 传递矩阵的计算

4．5 逆问题

4．5．1 逆问题的数学模型

4．5．2 Tikhonov正则化方法

4．5．3 加权最小范数正则化

4．5．4 L-曲线法

4．6 本章小结

第5章 实验与分析

5．1 概述

5．2 实验目的

5．3 实验准备

5．4 实验过程

5．5 实验结果与分析

5．5．1 动态表面肌电电势图

5．5．2 独立成分分析

5．5．3 溯源定位实验与分析

5．6 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文