【畢業(yè)學(xué)位論文】（Word原稿）咀嚼肌多通道表面肌電信號(hào)數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)的研制與臨床初步應(yīng)用

第一部分 前 言 究背景 自 20 世紀(jì) 60 年代以來(lái)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，肌電信號(hào)的定量分析技術(shù)得到迅速發(fā)展，并廣泛地滲透到與人體疾病及肌電生理有關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域，在神經(jīng)系統(tǒng)檢查、肌功能及疲勞分析、口腔頜面系統(tǒng)等領(lǐng)域起到了巨大的作用，這極大地推進(jìn)了與肌電生理學(xué)相關(guān)的問(wèn)題的研究 1。 電信號(hào)的生理學(xué)基礎(chǔ) 肌是人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)重要的組成部分。人體的各種運(yùn)動(dòng) (包括外部運(yùn)動(dòng)和生理運(yùn)動(dòng) )都或多或少地與肌的活動(dòng)有關(guān)。因此，對(duì)肌 功能及 運(yùn)動(dòng)的各種 檢測(cè) 成為人們研究肌生理功能的重要途徑。 骨骼肌接受軀體運(yùn)動(dòng)神經(jīng)支配， 運(yùn)動(dòng)單位 (運(yùn)動(dòng)的基本單位，是由運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元及其所支配的全部肌纖維構(gòu)成。隨著肌收縮而出現(xiàn)的電生理活動(dòng)， 神經(jīng)傳導(dǎo)將沖動(dòng)傳遞到神經(jīng)肌接頭處，形成終板電位，將沖動(dòng)傳遞到肌，引起肌收縮，由此 神經(jīng)肌接頭起到了傳遞信息的作用 2機(jī)體受到外界的刺激，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元發(fā)生興奮，并產(chǎn)生電脈沖，電脈沖信號(hào)沿軸突傳遞到肌纖維，在肌受到電脈沖信號(hào)刺激時(shí)，這些運(yùn)動(dòng)單位并不都是同時(shí)感到興奮而產(chǎn)生收縮的，事實(shí)上，運(yùn)動(dòng)單位是以極不同步的方式通過(guò)一串 又一串從脊髓傳向運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的電脈沖信號(hào)而產(chǎn)生興奮的。這些電脈沖信號(hào)引起肌纖維抽縮從而產(chǎn)生肌張力，同時(shí)傳播中的電脈沖在人體軟組織中引起電流場(chǎng)，并在檢測(cè)電極間引起電位差。肌電圖作為一種診斷工具，在記錄肌活動(dòng)信號(hào)的同時(shí)，對(duì)肌功能活動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，已經(jīng)廣泛用于周圍神經(jīng)病、神經(jīng)肌傳導(dǎo)疾病、肌本身的病變等的診斷及治療效果的評(píng)價(jià)。 在臨床醫(yī)學(xué)中， 肌電圖也稱為一種應(yīng)用廣泛的工具，不僅在診斷疾病方面得到了廣泛的應(yīng)用，而且在治療的評(píng)價(jià)及某些肌的生理功能方面研究方面具有重要的作用 4。 肌電信號(hào) （ 肌電圖， 是應(yīng)用電子學(xué)儀器記錄肌靜止或收縮時(shí)的電活動(dòng)的曲線。肌電信號(hào) 根據(jù)電極的不同 分成兩大類，即針 插 電極肌電信號(hào) （ 和表面肌電信號(hào) （ 5。插入電極（針形） 一般為針電極，獲得的肌電信號(hào)即為針電極肌電信號(hào)， 采用針狀電極 可以對(duì)單個(gè)運(yùn)動(dòng)單位進(jìn)行狀態(tài)的了解。表面電極所取肌電信號(hào)反映體內(nèi)較大區(qū)域內(nèi)肌電活動(dòng)的總和，不能確切反映個(gè)別肌纖維的活動(dòng)，但是由于使用方便且無(wú)痛苦，因此應(yīng)用很廣。與傳統(tǒng)的針電極相比 ，表面肌電信號(hào)具有無(wú)創(chuàng)性，操作簡(jiǎn)單，病人易接受的特點(diǎn) 6。 面肌電信號(hào) 表面肌電信號(hào)是從皮膚表面通過(guò)電極引導(dǎo)記錄下來(lái)的神經(jīng)肌 肉 系統(tǒng)活動(dòng)時(shí)的生物電信號(hào) 7； 該信號(hào) 與肌的活動(dòng)狀態(tài)和功能狀態(tài)存在著 密切 的 聯(lián)系，他能在 一定程度上反映神經(jīng)肌肉的 功能狀態(tài) ，在 康復(fù)醫(yī)學(xué)、假肢研究、神經(jīng)肌疾病、及 體育科學(xué)中的疲勞判定、等方面均有重要價(jià)值 8。 眾所周知，肌收縮產(chǎn)生的電流只能以微幅計(jì)算，只有將這種微幅的信號(hào)放大后才能進(jìn)行觀察。而 表面肌電圖 儀可以看作 是一個(gè)非常敏感的電流放大器 ， 將肌收縮產(chǎn)生的非常小的電流（以微伏計(jì) 算）通過(guò)表面肌電圖儀放大到合適的范圍后再進(jìn)行觀察。由于周圍環(huán)境的復(fù)雜性及干擾的多樣性，早期的表面肌電圖儀記錄電流時(shí)常常受到干擾，需要在屏蔽罩或屏蔽室內(nèi)進(jìn)行工作，以避免干擾的產(chǎn)生。隨著生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，表面肌電圖儀不斷改進(jìn)，開始應(yīng)用于臨床疾病的診斷及治療后的療效觀察，并顯示出巨大的優(yōu)勢(shì)，并逐漸普及 9。然而，表面肌電圖還存在一 系列的 基本的問(wèn)題： 1）肌電信號(hào)源 的募集 。運(yùn)動(dòng)單位電位（ 是 表面肌電圖的信號(hào) 來(lái) 源。 由于 大量的運(yùn)動(dòng)單位同時(shí)興奮 ，使得 電位 發(fā)生 募集。電流通過(guò)人體組織到達(dá) 人體表面 皮膚，再通過(guò) 表面 記 錄電極、 前置 放大器 、數(shù)據(jù)采集卡 后顯示 在肌電圖儀 。 表面 記錄電極距產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)單位電位的肌纖維的距離越遠(yuǎn)，動(dòng)作電位越小，對(duì)振幅的貢獻(xiàn)就越小 10。 2）表面肌電圖的主要干擾源。 50頻干擾是表面肌電信號(hào)的主要干擾源之一 11。另外， 表面肌電圖的干擾來(lái)自電源和 外界的 噪音。 簡(jiǎn)言之，除表面肌電信號(hào)以為的信號(hào)來(lái)源均可視為干擾 。心電是 機(jī)體的 主要噪音之一。心電持續(xù)存在， 并 且心電信號(hào)比肌電信號(hào)強(qiáng) ，其消除顯得非常必要 。 所以表面肌電信號(hào)的干擾來(lái)源甚多，其消除干擾顯得尤為重要12。 3）電極移動(dòng)產(chǎn)生局部電流是表面肌電 信號(hào) 的 另一干擾源。在患者運(yùn)動(dòng)過(guò)程，電極很容易發(fā)生微小的移位，在電極局部產(chǎn)生電位 13。 4）電阻。記錄的信號(hào)大小和噪音大小的比 值即為信噪比 14。信噪比越大，記錄的信號(hào)越好，說(shuō)明儀器的性能越佳。皮膚的表面有 各種分泌物及壞 死細(xì)胞等 都會(huì) 增加皮膚的電阻，使信噪比下降。 盡量降低皮膚的電阻，可以使獲得的 表面肌電 信號(hào)越好。并且要 盡量平衡兩個(gè)記錄電極之間的電阻。 目前，最 常用的辦法是用 75%的酒精脫脂 來(lái)降低皮膚的電阻 ， 因?yàn)榫凭珪?huì)破壞表面電極，所以要 讓酒精揮發(fā)后再粘貼記錄電極。皮下組織是影響信噪比的另一個(gè)因素。 另外， 記錄電極和 放大器是主要的電阻，加大放大器的電阻，使之大大超過(guò)記錄電極的電阻，可以使損失減小。 一般要求，表面 記錄電極的電阻需 小于500大器的輸入電阻要求為皮膚電阻的 10 15。 肌電信號(hào)是一種非常微弱的電信號(hào)。肌電信號(hào)的幅度范圍一般在 0收縮時(shí)為60，松弛時(shí)約為 20，一般不會(huì)超過(guò)噪音水平 16。表面肌電信號(hào)的能量一般主要集中在 1000下，絕大部分頻譜集中在 50間 17。目前常用的肌電信號(hào)參數(shù)有以下 5 種： 1） 峰值電位：峰值即 波幅，代 表肌電電位活動(dòng)的大小，是肌作功的表現(xiàn)，是指在時(shí)相范圍內(nèi)，最大負(fù)峰與最大正峰之間的幅度差。肌電圖上出現(xiàn)明顯的電位變化，表面肌在所測(cè)的運(yùn)動(dòng)單位增加。波幅增高，說(shuō)明肌纖維密度增加。波幅減小，說(shuō)明出現(xiàn)肌源性損傷 18。原始峰值 計(jì)算費(fèi)時(shí)，并且存在人為誤差，是很粗略的定量分析。 2）平滑平均電位：從表面電極采集的咬肌肌電信號(hào)的功率譜分析中發(fā)現(xiàn)，其頻率范圍約 20700值頻率約 7050% 90%累積功率譜率分別為 說(shuō)明表面電極采集的咬肌肌電信息呈偏態(tài)分布，即 低頻分量占主要成分 19。因此采用低通濾波器進(jìn)行平滑平均處理的方法可以獲取反映肌電信號(hào)特征的低頻分量及幅值的均值，較原始肌電波的方法精確、方便。 3）肌電靜息期：在頜反射的肌電圖中（叩擊頦部或其他刺激所引發(fā)），在發(fā)生一系列波峰后，出現(xiàn)的肌抑制狀態(tài)，出現(xiàn)在升頜肌群的 觀察到的肌電活動(dòng)的暫停，此時(shí)，不再有沖動(dòng)傳遞到肌，這稱之為肌電靜息期，其時(shí)間很短，約為 16后，再有沖動(dòng)傳遞到肌，引起肌繼續(xù)收縮。肌電靜息是一種保護(hù)性的牽張反射，與肌梭、牙周膜本體感受器等有關(guān)。靜息期延長(zhǎng)是咀嚼功能紊亂的咀嚼肌 特征表現(xiàn)之一 20。 4）時(shí)限 (指電位從最初偏離基線，又回到基線的時(shí)間過(guò)程，反映運(yùn)動(dòng)單位最可靠和最有用的數(shù)據(jù) 21。正常咀嚼肌運(yùn)動(dòng)單位電位的平均時(shí)限為 床上，神經(jīng)源性疾病的時(shí)限通常增加，肌源性疾病時(shí)限減小。 5）積分電位：一段時(shí)間內(nèi)肌電峰值的疊化，例如 肌 10積分值（ 錄的電位變化，主要用于評(píng)價(jià)一塊肌的作用、判斷一塊肌的功能是否正常和鑒別肌源性和神經(jīng)源性損害。在口腔醫(yī)學(xué)臨床上，常常借助于咀嚼肌 判斷肌功能狀態(tài)，為口腔疾病的診 斷提供一定客觀依據(jù)。 面肌電信號(hào)的采集 表面肌電信號(hào)是肌中很多運(yùn)動(dòng)單元?jiǎng)幼麟娢辉跁r(shí)間和空間上的疊加，能夠反映神經(jīng)及肌的功能狀態(tài)，其實(shí)質(zhì)是一種交流電壓，有研究顯示肌電圖儀記錄的幅值與肌產(chǎn)生的力大致成比例。 由于 肌 的 松弛存在和緊張 會(huì)產(chǎn)生表面肌電信號(hào)，這種 表面肌電 信號(hào)的 電壓幅度與肌的收縮和緊張 之間 有 著良好的線性關(guān)系。 眾所周知，表面 肌電信號(hào)是一種 非常 微弱的信號(hào) ，其 幅度 特別低 ，而且一般 比噪音水平低 22。 因此，表面肌電信號(hào)的采集比較困難，另外，表面肌電信號(hào)的采集過(guò)程中受各種因素的干擾，使本來(lái)就弱的信號(hào)的采 集更加困難。 近年來(lái)，關(guān)于表面肌電信號(hào)的采集系統(tǒng)其設(shè)計(jì)也層出不窮?；?表面肌電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是采用 術(shù)研制的一種應(yīng)用于 集實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ， 該系統(tǒng)應(yīng)用 理器、 線、虛擬儀器等先進(jìn)技術(shù)，具有性價(jià)比高、支持熱插拔、方便易用、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，可對(duì) 行實(shí)時(shí)采集 23。 采用 式的數(shù)字電路構(gòu)成了基于 8 路高速采集與傳送系統(tǒng) 24。有研究將前端放大電路采用 2 片 成并聯(lián)型雙運(yùn)，其肌電信 號(hào)的采集系統(tǒng)主要由 成 25。 表面肌電信號(hào)的采集設(shè)計(jì)主要集中 在改善共模抑制能力方面，抑制低頻噪聲的干擾，有效提取到表面肌電信號(hào)。 另外，在表面電極的選取、信號(hào)前處理的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計(jì)方面，不同的設(shè)計(jì)方面其應(yīng)用的設(shè)計(jì)不同，達(dá)到的效果亦不同。 面肌電信號(hào)常用的分析指標(biāo) 號(hào)受多種因素的影響，其信號(hào)的分析 及特征的提取 和鑒定仍舊是一種挑戰(zhàn)26。 較微弱，單一應(yīng)用傳統(tǒng)的時(shí)域 、頻域 分析雖然獲得了信號(hào)的一些特征，但大部分信息難以提取 27。 傳 統(tǒng)的 表面肌電信號(hào)分析方法主要有時(shí)域分析、頻域分析等， 頻域分析方法通過(guò)傅里葉變換將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，傳統(tǒng)的頻域分析方法，是通過(guò)傅里葉變換將信號(hào)分解為多個(gè)正弦函數(shù)的和，即將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，頻域分析要求進(jìn)行兩次計(jì)算，計(jì)算量大，并且傅立葉變換要求獲得信號(hào)在時(shí)域的全部信息，這很難滿足，并且，傅立葉變換信號(hào) 在時(shí)域中 不明顯 缺乏分辨，信號(hào)在 不同 時(shí)刻 復(fù)雜 變化將影響到整個(gè)頻譜的特性 28不 平穩(wěn)性和 復(fù)雜 性 或非線性 是表面肌電信號(hào)的一大特點(diǎn)，并且，表明肌電信號(hào)是一種隨機(jī)的信號(hào) 30，因此肌電信號(hào)采用傳統(tǒng)的傅 立葉變換實(shí)時(shí)分析受到了限制。小波變換是傅立葉變換的新發(fā)展，它既能在整體上提供信號(hào)的全部信息，又能提供在任一局部時(shí)段信號(hào)變化劇烈程度的信息 31 因此，自小波分析出現(xiàn)以來(lái)，在肌電信號(hào)分析方面得到了廣泛的應(yīng)用。 然而，單一的方法仍舊很難滿足復(fù)雜 號(hào)的分析。因此，研制一種多通道多種分析方法并存的 號(hào)采集和分析系統(tǒng)顯得尤為重要。 題的目的和意義 目前，表面肌電信號(hào)的研究隨著測(cè)量技術(shù)的提高以及無(wú)創(chuàng)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)而得到快速發(fā)展，許多學(xué)者都在對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行深入的研究。表面肌電圖已經(jīng)廣泛應(yīng)用與康 復(fù)醫(yī)學(xué)、運(yùn)動(dòng)研究及神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究，并顯示出巨大的作用 33然而，表面肌電信號(hào)是一種微弱的信號(hào)，其采集及分析仍舊是一種挑戰(zhàn)。 在設(shè)計(jì)和開發(fā)表面肌電信號(hào)數(shù)據(jù)采集儀器 時(shí) ，常用的是通過(guò) 置式接口實(shí)現(xiàn) 據(jù)采集卡一般都是內(nèi)置于 內(nèi)。但由于 有限的 口資源 ，并 且需要對(duì)接口卡的硬件資源進(jìn)行合理的配置，常會(huì)出現(xiàn)一塊或多塊插卡無(wú)法合理配置 ， 而不能正常工作的情況，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰；另外（ 1）內(nèi)置式插卡容易受到 而降低系統(tǒng)的采樣精度和穩(wěn)定性；（ 2）像筆記本之類的小體積 難用接口插卡進(jìn)行擴(kuò)展；這些弱點(diǎn)使得他們的應(yīng)用受到了很大的限制。因此，如果能夠開發(fā)出便攜式的采集設(shè)備則是一種比較好的解決方案。 另外，在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，其肌電圖的應(yīng)用仍然受到許多限制?，F(xiàn)存的表面肌電圖仍舊不能很好的應(yīng)用于咀嚼肌功能的研究及診斷 35 本研究的目的是研制一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的基于高共模抑制比、前置放大的多通道咀嚼肌號(hào)采集和分析系統(tǒng)，對(duì)通道肌電信號(hào)進(jìn)行全面整合分析，輔助診斷與咀嚼肌功能相關(guān)的一些疾病以及估價(jià)某些治療措施的療效提供依據(jù)。同時(shí)，咀嚼肌表面肌電信號(hào) 數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)將為研制便捷性肌電記錄儀奠定基礎(chǔ)。該咀嚼肌表面肌電信號(hào)數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)的研制使肌電圖在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的意義。 電圖在口腔領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀 目前， 泛用于口腔頜面系統(tǒng)檢測(cè)咀嚼肌和面部肌群的狀況以及口腔正畸的療效 37利用表面肌電圖可以了解口腔頜面系統(tǒng)的生理和病理狀況 40。 有研究將表面肌電圖用于研究下頜骨方塊切除患者的咀嚼肌的活動(dòng)和下頜骨的運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)咀嚼力量與咀嚼肌的功能密切相關(guān) 41。另有研究發(fā)現(xiàn) 頜功能紊亂患者咀嚼肌肌電圖發(fā)生異常 42。 . 3等用 行的研究表明長(zhǎng)期患有顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病（ 病人具有更多的顳肌前肌不對(duì)稱運(yùn)動(dòng)。在一側(cè) 顳下頜關(guān)節(jié)紊亂 性疼痛的患者，其肌電圖在疼痛側(cè)比不疼痛側(cè)的肌電圖活動(dòng)低 44。另外，在磨牙癥、錯(cuò)秸畸形患者， 測(cè)對(duì)診斷疾病和評(píng)價(jià)治療效果均有一定的指導(dǎo)作用 45 目前，咀嚼肌表面肌電圖在口腔領(lǐng)域的應(yīng)用也逐漸增多，并不斷的應(yīng)用到研究口腔不良習(xí)慣（偏側(cè)咀嚼、磨牙癥）、錯(cuò)頜畸形治療效 果評(píng)價(jià)、評(píng)價(jià)義齒修復(fù)效果等方面。 由此可見表面肌電圖已經(jīng)廣泛應(yīng)用于口腔領(lǐng)域。 客觀地診斷與咀嚼肌功能相關(guān)的一些疾病以及估價(jià)某些治療措施的療效提供了一定依據(jù)。大量的臨床實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)研究表明， 表面肌電圖在口腔醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用顯得很有 意義 。 研究的主要研究?jī)?nèi)容 本研究的主要內(nèi)容是針對(duì)咀嚼肌表面肌電信號(hào)幅度小、信噪比低問(wèn)題，研制一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的基于高共模抑制比、前置放大的多通道咀嚼肌 號(hào)采集和分析系統(tǒng)，利用現(xiàn)行 口技術(shù)，采集和管理咀嚼系統(tǒng)功能紊亂患者的肌電數(shù)據(jù)，對(duì)通道肌電信號(hào)進(jìn)行 時(shí)域分析、 頻域分析、短時(shí)傅里葉變換、小波分析等的 全面整合分析，輔助診斷與咀嚼肌功能相關(guān)的一些疾病以及估價(jià)某些治療措施的療效提供依據(jù)。同時(shí)，探討 該系統(tǒng) 在顳下頜關(guān)節(jié)紊亂?。?的應(yīng)用價(jià)值， 并輔助診斷內(nèi)下頜關(guān)節(jié)紊亂病， 并為今后研制便捷型咀嚼肌肌電采集系統(tǒng)提供前期研究基礎(chǔ)。 本文的具體研究?jī)?nèi)容如圖 1示，每 部分 所涉及的內(nèi)容描述如下： 第一 部分 ：緒論。 主 要概述了 號(hào)的生理基礎(chǔ)和表面肌電信號(hào)的采集及分析方法，以及表面肌電圖在口腔領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。分析了當(dāng)前 測(cè)需要解決的問(wèn)題，并 以圖的形式 給出來(lái)論文的研究?jī)?nèi) 容。 生物傳感器 前置放大器 表面肌電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存回放 時(shí)域分析 表面肌電信號(hào)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng) 頻域分析（功率譜分析、雙譜分析） 時(shí)頻域分析（短時(shí)傅里葉變換、小波分 析） 8 例顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病患者 表面肌電圖在顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病中的應(yīng)用 8 例正常對(duì)照 測(cè)量?jī)山M下頜姿勢(shì)位、牙尖交錯(cuò)位和叩齒 運(yùn)動(dòng)時(shí)雙側(cè)顳肌前束、咬肌的肌電活性 圖 1本文研究?jī)?nèi)容示意圖 第二 部分 ：咀嚼肌多通道表面肌電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研制?；诒砻婕‰姅?shù)據(jù)信號(hào)弱，采集困難的 情況，尤其對(duì)于咀嚼肌的研究，本文 研制了 基于高共模抑制比、前置放大的多通道表面肌電信號(hào)采集系統(tǒng)。借助 作系統(tǒng)和圖形化界面，利用 口技術(shù)，構(gòu)建咀嚼肌 集與處理系統(tǒng)的并進(jìn)行安裝和調(diào)試。咀嚼肌表面肌電信號(hào)采集分析系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩部分構(gòu)成。硬件部分又包括表面電極、前置放大電路、 數(shù)據(jù)采集卡、 模數(shù)轉(zhuǎn)換和傳輸電路，以及個(gè)人電腦；軟件部分實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 和回放 的功能。 第三 部分 ：咀嚼肌多通道表面肌電信號(hào)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的研制。傳統(tǒng)的 析方法雖然能獲得 一些信息，但大量的信息無(wú)法獲得，使數(shù)據(jù)的分析不夠全面。 時(shí)分析是信號(hào)采集系統(tǒng)的一部分，在信號(hào)采集的同時(shí)即進(jìn)行信號(hào)的分析?；胤欧治鱿到y(tǒng)對(duì)每個(gè)通道信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析、 頻域分析、雙譜分析、傅里葉變換和小波分析的整合分析，獲取 特征參數(shù)。 第四 部分 ：咀嚼肌多通道表面肌電信號(hào)數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)在 顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病 診斷中的應(yīng)用。 8 例 者（ 4 例男性， 4 例女性）和 8 例正常對(duì)照（ 4 例男性， 4 例女性）納入此項(xiàng)研究。利用多通道表面肌電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分別測(cè)量 者和正常對(duì)照下頜姿勢(shì)位（ 牙尖交錯(cuò)位（ 叩齒運(yùn)動(dòng)（ 雙側(cè)顳肌前束、咬肌的肌電活性。 第五 部分 ：結(jié)論、總結(jié)與展望。對(duì)論文內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，概括本文的研究特色與創(chuàng)新之處，并對(duì)今后需要更深入探討的研究方向進(jìn)行了分析。 第二部分 咀嚼肌多通道表面肌電信號(hào)采集系統(tǒng)的研制 言 在將信號(hào)送入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、記錄、處理、分析以前，必須將模擬形式的信號(hào)變?yōu)閿?shù)字形式的信號(hào)。從模擬域到數(shù)字 域之間的接口系統(tǒng)定義為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (47。 在生物 肌 電信號(hào)的采集過(guò)程中，不可避免地會(huì)引入干擾 ， 尤其是采集微弱生物電信號(hào)時(shí)。使用合理的方法區(qū)分并排除干擾顯得至關(guān)重要，也是是生物信號(hào)采集過(guò)程中的非常重要的任務(wù)。有時(shí)，一項(xiàng)試驗(yàn)成敗的關(guān)鍵就在于能都正確的區(qū)分并排除各種外界及自身的干擾 48。 表面肌電信號(hào)干擾的 各種 來(lái)源主要有以下幾方面： 1） 50頻干擾：在應(yīng)用肌電圖儀記錄肌電信號(hào)時(shí)，表面肌電信號(hào)中常常存在較為嚴(yán)重的 50頻干擾，該干擾來(lái)源于市 電電源。到達(dá)放大器對(duì)肌電圖記錄的肌電信號(hào)產(chǎn)生作用的方式主要是靠分布電容。這種干擾，在越是靠近電源的地方就越是明顯。另外，磁輻射也起部分作用。 50頻干擾通常是實(shí)驗(yàn)中最常出現(xiàn)、幅度最大的干擾 49 2） 高頻干擾： 當(dāng)高、中壓變電站內(nèi)開關(guān)分、合操作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生高頻阻尼振蕩波，即通常稱為高頻干擾。也可來(lái)源于電臺(tái)、無(wú)線通訊設(shè)施、其他儀器等。通常不直接引起干擾。避免高頻干擾的基本思路是盡量降低高頻信號(hào)電磁場(chǎng)的干擾，也就是所謂的串?dāng)_(可用拉大高速信號(hào)和模擬信號(hào)之間的距離 51。 3） 其他 信號(hào) ： 干擾 與 信號(hào) 是相對(duì)的，當(dāng)采集 一種生物信號(hào) 時(shí) 另一種信號(hào)則 被視為干擾。 例如，在采集肌電信號(hào)時(shí)，心電信號(hào)是一種干擾 52。因此，目的信號(hào)以外的其他生物電信號(hào)均可視為干擾。 4） 背景噪聲：一般與放大器內(nèi)部元件的質(zhì)量和性能有關(guān) ， 主要來(lái)源于放大器電子元件本身 的背景噪聲，會(huì)對(duì)目的信號(hào) 產(chǎn)生雜亂無(wú)章的電壓和電流等噪聲。 影響肌電信號(hào)的因素主要有： 1） 測(cè)試局部的組織特性 ： 包括皮膚及皮下脂肪的厚薄、 局部組織的 溫度 及 生理變化等都會(huì)影響肌電信號(hào)。電極電位 也是影響肌電信號(hào)的因素之一。對(duì)肌電信號(hào) 要求高時(shí) 可以應(yīng)用乏極化電極。 電極電位可以 使放大器 前級(jí)接近飽和或截止，產(chǎn)生削波干擾或阻塞 ； 使電極引線荷電，產(chǎn)生電容話筒相應(yīng)，把引線的移動(dòng)或震動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，形成干擾。 2） 串?dāng)_（ ：既有相鄰肌組織對(duì)測(cè)試部位肌電信號(hào)的串?dāng)_，也有可能來(lái)自其它設(shè)備的干擾，如： 波峰信號(hào)常可以干擾 記錄。 3） 接觸電阻： 接觸 電極較細(xì)、接觸的部位 越 小或中間有阻隔 時(shí)，接觸電極較大，中間阻隔如 皮膚的角化層及皮脂。接觸電阻大使干擾和噪聲加大， 還可以使信號(hào)發(fā)生 衰減。 4） 測(cè)試電極 放置 位置不同 ： 每次測(cè)試電極位置在肌腹上的位置都不可能完全一致，或者電極在不同測(cè)試對(duì)象 同一肌肌腹表面的放置位置也不可能完全一樣，因此得到的肌電信號(hào)結(jié)果也不可能具有絕對(duì)可比性 。 另外，外部雜音即來(lái)自外界的電磁環(huán)境中的雜音，它可能使肌電圖肌電信號(hào)基線增寬或干擾肌電信號(hào)的記錄。 干擾的排除主要有以下幾方面： 1） 屏蔽 干擾 用金屬材料將實(shí)驗(yàn)對(duì)象、電極、連線及放大器的前級(jí)遮蔽起來(lái)，防止干擾的方法稱為屏蔽 (電學(xué)屏蔽 )。一般屏蔽層應(yīng)該可靠接地，或接屏蔽驅(qū)動(dòng)電路。根據(jù)所需屏蔽物體的大小，可使用屏蔽 盒、屏蔽室 等設(shè)備或裝置。一般來(lái)說(shuō) ， 不應(yīng)該把電源直接引到屏蔽 室 內(nèi)，儀器也要盡可能放在 屏蔽室 外。 2） 設(shè)置參考電極 設(shè)置參考 電極的目的是使基礎(chǔ)電位相一致。 如果不 設(shè)置參考電極 ， 那么相比較的兩個(gè)電位基礎(chǔ)水平不相同，也就無(wú)比較的價(jià)值 。我們處在一個(gè)無(wú)處不在的大電場(chǎng)（ 50模干擾）之中，人體變成一個(gè)大的電容，體表本身就有一定的電勢(shì)。為了排除非人體自主產(chǎn)生的電壓，這需要有一個(gè)基準(zhǔn)電壓，這個(gè)電壓就是參考電壓，必須由參考電極提供。這就是為什么要擺放參考電極。 綜上，在設(shè)計(jì)表面肌電信號(hào)采集系統(tǒng)時(shí)，要充分考慮干擾的來(lái)源、干擾產(chǎn)生的因素及干擾的排除，以便能夠更好的采集信號(hào)。 嚼肌 時(shí)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 表面肌電信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分 主要由肌電電極、信號(hào)前處理部分（前置放大器等）、數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分（ 等）、數(shù)據(jù)分析部分構(gòu)成。其工作過(guò)程如下：肌電電極獲取的肌電信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)前處理部分預(yù)處理后或前置放大器濾除干擾信號(hào)， 有用信號(hào)放大到合適范圍后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換， 再由數(shù)據(jù)采集卡的 出口送至 存儲(chǔ) ，信號(hào)能夠在計(jì)算機(jī)中回放與分析。 圖 2理示意圖 據(jù)采集原理（圖 2信號(hào)采集系統(tǒng)在 臺(tái)設(shè)計(jì)，四通道肌電分別同時(shí)采集雙側(cè)咬肌和顳肌前束的肌電信號(hào)。信號(hào)采集界面（圖 2 界面右側(cè)可對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。 圖 2信號(hào)采集界面 面電極 肌電信號(hào)的獲取是由各類電極來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，選擇肌電表面電極在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中顯得至關(guān)重要。肌電表面電極在肌電采集中起到了換能的作用，能將生物體的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子電流信號(hào)，并且，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)做到信號(hào)的真實(shí)性和不引進(jìn)干擾。 表面電極粘貼于皮膚的表面，因此也稱皮膚電極，其最大的特點(diǎn)是使用簡(jiǎn)便、安全及具有無(wú)創(chuàng)性，通常情況下只需要簡(jiǎn)單的粘貼于所研究肌表面即可。表面電極的缺點(diǎn)是作用區(qū)域大，在與皮膚的接觸傳遞信號(hào)的過(guò)程中影響因素較 多，測(cè)量的均一性很難保證 53。另外，表面電極只能記錄表面的肌電信號(hào)特征，因?yàn)樯眢w組織內(nèi)部深層的肌電信號(hào)需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的傳輸才能到達(dá)表明，這會(huì)導(dǎo)致所得的信號(hào)嚴(yán)重失真或減弱，因此不宜記錄深層肌的肌電信號(hào)。故在選擇表面電極時(shí)應(yīng)考慮如下因素： 1） 接觸電阻。電極與皮膚接觸會(huì)形成一個(gè)接觸電阻，由于人體皮膚表面汗液含氯化鈉等化學(xué)成分，在電極與皮膚的接觸面上可能發(fā)生電解等化學(xué)反應(yīng)，并有可能產(chǎn)生損害皮膚組織的物質(zhì)，所以在肌電信號(hào)獲取中，應(yīng)使電極的接觸阻抗盡量保持穩(wěn)定，并避免產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)。 2） 電極安放位置。肌電信號(hào)在人 體組織傳遞會(huì)發(fā)送衰減，其距離越長(zhǎng)，衰減越明顯，因此，為減少臨近肌和組織的影響，表面電極的安放位置顯得至關(guān)重要，應(yīng)放置在肌電發(fā)放最強(qiáng)的肌腹部。 3） 運(yùn)動(dòng)干擾。肌運(yùn)動(dòng)時(shí)，電極與皮膚間可能發(fā)生微小的位移，這會(huì)引起噪音，干擾肌電信號(hào)。 綜上所述因素，本文選擇 司生產(chǎn)的 面雙電極。當(dāng) 面電極通過(guò)小電流時(shí)，非常接近于完全不極化電極。 面肌電信號(hào)的前處理 肌電信號(hào)的幅值在 10 間，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后的信號(hào)要達(dá)到 V 級(jí)，故需要將信號(hào)放大數(shù)千倍。該系統(tǒng)采用的前置放大器 的目的是去除混在表面肌電信號(hào)中的各種噪聲，如由于肌電所引起的高頻干擾，由體位變化、電極接觸不良引起的低頻干擾及基線漂移，由電源所引起的工頻干擾等，同時(shí)將微弱的表面肌電信號(hào)放大到一定的范圍?？紤]到肌電信號(hào)放大的要求，放大器的增益要高而且可變，電路的共模抑制比要大，電極的輸入阻抗高于電極與皮膚的接觸阻抗。 據(jù)采集卡 基于微功耗、小型化、成本低、效率高的原則，設(shè)計(jì)出了高度集成的數(shù)據(jù)采集卡，它有兩部分組成： 1） 數(shù)據(jù)采集電路，主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的多路數(shù)據(jù)同步采集和轉(zhuǎn)換，包括信號(hào)調(diào)理電路和A/D 轉(zhuǎn)換電路； 2） 核心控制 電路，包括單片機(jī)、通信電路和存儲(chǔ)器，主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各部分有序工作。其中，數(shù)據(jù)采集電路板采用插件方式與單片機(jī)總線相連，靈活地配置了數(shù)據(jù)采集通道路數(shù)。 據(jù)存儲(chǔ)與回放 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要同時(shí)具備在數(shù)據(jù)采集完成后將數(shù)據(jù)導(dǎo)出成文件及回放信號(hào)的功能。這種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件必須能被再次調(diào)用及回放，并可以直接使用分析系統(tǒng)中的函數(shù)及分析方法處理采集后的原始數(shù)據(jù)，以便實(shí)現(xiàn)后續(xù)的數(shù)據(jù)處理分析及模式識(shí)別。同時(shí)還需要通過(guò)虛擬儀器軟件提供對(duì)文件讀寫的操作將外部數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入應(yīng)用軟件。 本研究設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)顯示采集的肌電數(shù)據(jù) ，并且能將肌電數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為件， 件能夠支持多平臺(tái)，能夠提升存取數(shù)據(jù)的價(jià)值，以便進(jìn)行回放分析等，方便了肌電數(shù)據(jù)的分析。 第三 部分 咀嚼肌多通道表面肌電信號(hào)分析系統(tǒng)的研制 言 近年來(lái)，肌電信號(hào)的檢測(cè)與分析技術(shù)得到了迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)表面肌電信號(hào)的分析研究也越來(lái)越引起人們的關(guān)注。肌電信號(hào)在本質(zhì)上是一種具有非平穩(wěn)、非高斯特性的生理信號(hào) 54。在其信號(hào)的提取仍然面臨許多的挑戰(zhàn)。 實(shí)驗(yàn)表明，表面肌電信號(hào)是一種非常微弱的生物電信號(hào)。目前，對(duì)于表面肌電信號(hào)的研究，人們已采用了諸多的方法，但就其所 利用的理論方法而言，主要分為以下六個(gè)方面：時(shí)域分析法、頻域分析法、時(shí)頻分析法、高階譜、混沌與分形、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器等。在諸多分析方法中，小波分析是一種新的、應(yīng)用廣泛的分析方法，它是繼傅里葉以后純粹數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)工具，素有“數(shù)學(xué)顯微鏡的美稱。從各方面來(lái)說(shuō)，小波變換是計(jì)算機(jī)應(yīng)用、肌電信號(hào)指標(biāo)的處理、圖像變化的分析、非線性信號(hào)科學(xué)和工程信號(hào)技術(shù)等方面應(yīng)用上產(chǎn)生重大突破。實(shí)際上，計(jì)算機(jī)應(yīng)用科學(xué)、信號(hào)和圖像處理科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)和純粹數(shù)學(xué)、物理應(yīng)用科學(xué)和地球變化科學(xué)等對(duì)小波變換的產(chǎn)生、發(fā)展、完善和應(yīng)用的整個(gè)過(guò)程中都產(chǎn)生了 深遠(yuǎn)的影響，目前，小波變化分析已經(jīng)成為肌電研究中不可或缺的重要的研究方法之一，也是科學(xué)研究和工程技術(shù)應(yīng)用中涉及面極廣泛的一個(gè)熱門話題 55。然而，任何單一的分析方法都無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)的需要，因此，研究一種整合各種方法并存分析的方法顯得尤為重要。 嚼肌 析方法 本研究設(shè)計(jì)的咀嚼肌多通道 號(hào)分析系統(tǒng)分為實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)和回放分析系統(tǒng)。實(shí)時(shí)分析是信號(hào)采集系統(tǒng)的一部分，在信號(hào)采集的同時(shí)即進(jìn)行信號(hào)的分析?；胤欧治鱿到y(tǒng)對(duì)每個(gè)通道信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析、頻域分析、雙譜分析、傅里葉變換和小波分析的整合分析，獲取 特征參數(shù)。 析界面（圖 3 圖 3表面肌電信號(hào)分析界面 在肌電信號(hào)回放與分析中，對(duì)四通道 析方法包括時(shí)域分析、頻域分析、短時(shí)傅里葉變換和小波分析等的整合分析。獲取肌電信號(hào)中有價(jià)值的信息。 域分析 表面肌電信號(hào)反映的是體內(nèi)較大區(qū)域內(nèi)肌活動(dòng)的總和。時(shí)域分析是最直接的肌電信號(hào)分析方法，用于刻畫時(shí)間序列信號(hào)的振幅特征， 以電位時(shí)間曲線來(lái)表達(dá) 肌電信號(hào) 某一記錄點(diǎn)的特征 。它同其它生物電信號(hào)一樣，本身 的 信號(hào) 幅值低 ，信噪比 也低 ， 而 其中較大的噪聲來(lái)源于 50 把肌電信號(hào)近似看成 隨機(jī)的信號(hào)，并 服從零均值、方差與其強(qiáng)弱有關(guān) ，這是最傳統(tǒng)的處理方式 。時(shí)域分析是將肌電信號(hào)看作時(shí)間 與頻域的 函數(shù)，通過(guò)分析得到肌電信號(hào) 在這一函數(shù)中 的某些統(tǒng)計(jì)特征，如對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行整形 分析 ，計(jì)算 對(duì)比信號(hào)的整形平均值、方差、過(guò)零次數(shù)、 肌電信號(hào) 幅值的直方圖、均方值，將其作為信號(hào)特征 進(jìn)行 模式分類 56。時(shí)域特征的提取相對(duì)比較簡(jiǎn)單，故時(shí)域分析方法在肌電信號(hào)應(yīng)用領(lǐng)域得到了 普遍 的應(yīng)用。最常用的肌電信號(hào) 的 時(shí)域 分析 特征有 以下幾種： 1)積分肌電值 ( 肌電信號(hào)圍繞基線 上下浮動(dòng)，有正值也有負(fù)值，其均值為零，直接采用均值作為肌電信號(hào)的特征，不能表征信號(hào)間的差異，所得特征值近似為零。積分肌電值是對(duì)肌電信號(hào)取絕對(duì)值， 則得到的信號(hào)的均值將恒大于零 。 2)過(guò)零點(diǎn)數(shù) ( 神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)放的電脈沖，到達(dá)肌引起肌的收縮，所以，肌電信號(hào)的強(qiáng)度與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)放的電脈沖的頻率有密切的關(guān)系， 所以過(guò)零點(diǎn)數(shù)也 可以 作為肌電信號(hào)的一個(gè) 重要 特征。 3)方差 ( 對(duì)肌電信號(hào)取絕對(duì)值，所得 信號(hào)的均值等于其積分肌電值 。但 當(dāng)對(duì)肌電信號(hào)不作任何處理時(shí)，其均值 則 等于零 。 顯然，兩種情況 的方差不同。 4)肌電 信號(hào)的時(shí)序 模型：信號(hào)的時(shí)序模型主要 中應(yīng)用較為廣泛的是 5)肌電信號(hào) 直方圖：檢測(cè)不同幅值的 肌電 信號(hào)的采樣個(gè)數(shù)可作為一種有效的特征 ，這是因?yàn)?肌高度收縮時(shí)， 肌電 信號(hào) 會(huì) 極其偏離其基線 。 在臨床和康復(fù)醫(yī)學(xué)研究中，常被應(yīng)用于實(shí)時(shí)、無(wú)損傷地反映肌活動(dòng)狀態(tài)，其數(shù)值變化通常與肌收縮力大小等有關(guān)。 時(shí)域分析將肌電信號(hào)看做時(shí)間的函數(shù)，能夠不經(jīng)過(guò)任何處理轉(zhuǎn)換直接快速提取波形特征，其直觀性強(qiáng)、物理意義較明確，可供臨床疾病進(jìn)一步的分析和判斷 57。時(shí)域分析中的平均肌電值反映 。另外，由于 此采用肌電積分值可反映肌電信號(hào)隨時(shí)間進(jìn)行的強(qiáng)弱變化58。 盡管時(shí)域特征比較容易提取，但大量研究表明，當(dāng)肌收縮力大小 發(fā)生 變化時(shí)，表面 肌電信號(hào) 的時(shí)域特征變化較大， 并且 不穩(wěn)定 。 而通過(guò)傅立葉變換將 肌電 信號(hào)變換成頻域中的頻譜或功率譜 時(shí) ，其波形變化 就 不是很大， 由此可見， 肌電信號(hào)的頻域描述 比時(shí)域描述 穩(wěn)定。 域分析 是一種非常重要的信號(hào)提取分析方法， 也能提供關(guān)于肌某種特征的有價(jià)值信息。頻域分析主要方法是對(duì) 立葉轉(zhuǎn)換（ 獲得 中位頻率（ 用來(lái)定量描述 常與肌功能狀態(tài)即疲勞程度有關(guān)。 早在 80年代， 有人就 利用 傅里葉 變換對(duì)表面肌電信號(hào) 進(jìn)行了 功率譜分析 59。了解用力 及 神經(jīng)肌肉疾病之間的功率譜差異 ，可以通過(guò)高頻 /低頻的幅值比來(lái)估計(jì) 。 另有研究以倒頻譜系數(shù)為矢量特征， 對(duì) 表面肌電 信號(hào)進(jìn)行了倒 頻譜分析 60。 有研究 總結(jié)和比較了基于 傅里葉 變換與基于人 討論了它們的實(shí)用性和局限性 61， 另有研究發(fā)現(xiàn)皮膚厚度在表面肌電信號(hào) 功率譜形狀隨力程度的增加 中起決定性的作用 62。 本研究應(yīng)用頻 域分析主要的是對(duì) 獲得 們可反映 以能夠較好的在頻率維度上反映 63 功率譜提取的頻域特征相對(duì)穩(wěn)定，因此，提取的頻域特征有利于后續(xù)的肌電信號(hào) 模式識(shí)別。功率譜可用來(lái)表征不同肌電信號(hào)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作模式 65。本研究中功率譜分析信號(hào)的能量隨頻率變化的分布情況（圖 3圖中第三通道表示正常肌電功率譜的形態(tài)，肌電頻率集中在 0間，第二通道表示異常肌電功率譜的形態(tài)，肌電頻率分布集中出現(xiàn)在大于 500高頻率，故可以推斷第二通道肌活動(dòng)存在異常。 圖 3正常和異常肌電功率譜形態(tài)圖 譜分析 頻域分析中的雙譜分析是研究非平穩(wěn)信號(hào)的一種有效方法。該方法通過(guò)在三維平面上表述信號(hào)的頻率特征，能夠清晰地反映出信號(hào)的頻率隨時(shí)間的變化 66。本研究中正常和異常肌電雙譜分析（圖 5），肌電第三通道雙譜分析中，肌電頻率較集中，符合正常肌電特征。肌電二通道雙譜分析中，肌電頻率較分散，出現(xiàn)多個(gè)頻率點(diǎn)，提示為異常肌電。 圖 3常和異常肌電雙譜分析圖 頻域分析 肌電信號(hào)在本質(zhì)上是一種非平穩(wěn)、非線性的信號(hào)，由于肌電 信號(hào) 具有 非平穩(wěn) 的 特性 ，大量學(xué)者利用時(shí)頻分析 方法 中的短時(shí)傅立葉變換、小波變換等方法對(duì)表面肌電信號(hào)進(jìn)行分析處理 67傳統(tǒng)的傅里葉變換只能較好地刻畫信號(hào)的全局頻率特征，而幾乎不提供信號(hào)在任何時(shí)域中的頻率信息 。將時(shí)域分析 與頻域分析結(jié)合起來(lái)的方法即使時(shí)頻域分析，即同時(shí)在時(shí)域和頻域的兩域?qū)π盘?hào)進(jìn)行分析，這種方法得到了研究者的廣泛關(guān)注。 目前用于表面 表面肌電信號(hào) 分析的時(shí)頻分析方法主要有短時(shí)傅立葉變換、 1946 年提出 短時(shí)傅里葉變換 ，其變換的基本思想 主要是 在傅立葉變換的框架內(nèi)，把非平穩(wěn) 的 信號(hào)看成是一系列短時(shí)平穩(wěn)信號(hào)的疊加，其短時(shí)性可通過(guò)時(shí)域上的加窗來(lái)獲得。 到的時(shí)頻特性圖能顯示出信號(hào)的某些特征，方便觀察信號(hào)隨著肌狀態(tài)的不同而變化的頻率 69。本研究中截取患者某一時(shí)間段內(nèi)肌電圖，肌能量的頻率圖，顏色越深，代表能量越高，顏色越多代表頻率越分散。很明顯，第三、四通道肌能量高，頻率分布分散，并且二者顏色深淺差異明顯，提示左右咬肌明顯的不對(duì)稱（圖 6）。 圖 3肉能量頻率圖 A：左側(cè)顳肌前束 B: 左側(cè)咬肌 C:右側(cè)顳肌前束 D:右側(cè)咬肌 波分析 小波分析最初來(lái)源于傅立葉變換分析的思想，它是在傅立葉變換的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，傳統(tǒng)的傅立葉變換不能反映肌電信號(hào)的局部特征，因此，在小波分析出現(xiàn)以前，對(duì)肌電信號(hào)局部特征的分析 顯得非常困難，自小波分析出現(xiàn)以后，小波變換系數(shù)能夠給出這種局部性能的豐富信息，它在時(shí)域和頻域都有局部性質(zhì)。小波分析中的正交函數(shù)系，是首先在選擇適當(dāng)?shù)幕拘〔ê?，?jīng)過(guò)不同的尺度變換和移位來(lái)產(chǎn)生小波。小波分析的作用相當(dāng)于一組帶寬相等、中心頻率可變的帶通濾波器，能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的放大和縮小以及平移等。小波分析能夠充分體現(xiàn)相對(duì)帶寬頻率分析，亦能夠適應(yīng)變分辨率分析的思想，從而為肌電信號(hào)的實(shí)時(shí)處理及后期處理提供了一條非常重要的途徑。 小波分析中，不同分解層顯示信號(hào)不同的頻率成分，使信號(hào)頻域的分解達(dá)到很精細(xì)的程度。每個(gè)分解層 內(nèi)的肌電信號(hào)表征了原信號(hào)在該頻率范圍內(nèi)的動(dòng)作特征信息。小波分析提供了一種自適應(yīng)的時(shí)域和頻域同時(shí)局部化的分析方法，能夠反應(yīng)信號(hào)在時(shí)域和頻域的局部信息 70在信號(hào)處理中、不同的小波包函數(shù)具有不同的特性，選擇小波函數(shù)至關(guān)重要，本系統(tǒng)具有多個(gè)小波函數(shù)可供選擇使用。本研究選取一位患者的肌電圖（圖 7），（ a）圖為患者的一段肌電圖，用 波函數(shù)進(jìn)行分層處理，共分解為五層，分別為 譜( 譜 ( 譜 (125 譜 (250從頻 譜圖中我們可以直觀的看出 于其他頻譜達(dá) 以可推斷 這段肌電的主要頻率范圍，并且明顯高于正常的肌電頻率范圍，說(shuō)明該患者肌電存在異常。 圖 3波分解表面肌電信號(hào)示意圖 原始 號(hào)； (號(hào)在第三個(gè)層面的分解信號(hào)； (號(hào)在第五個(gè)層面的分解信號(hào)； (號(hào)在第四個(gè)層面的分解信號(hào)； (號(hào)在第五個(gè)層面的分解信號(hào)。 通過(guò)以上對(duì)表面肌電信號(hào)的綜合分析，可以獲得表面肌 電信號(hào)的大量的信息，以便對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行更好的分析，獲得更多有用的信息。 第四部分 咀嚼肌多通道表面肌電信號(hào)采集系統(tǒng)和分析系統(tǒng)在 言 口腔頜面頸部的肌群包括表情肌、咀嚼肌、腭咽部肌和頸項(xiàng)部肌，其中，咀嚼肌是咀嚼系統(tǒng)發(fā)揮口腔生理功能的主要肌群，包括：咬?。?顳肌 (翼內(nèi)肌 (翼外肌 (咀 嚼肌的功能狀態(tài)構(gòu)成了影響顱頜生長(zhǎng)發(fā)育的重要外環(huán)境因素。 咀嚼肌功能的強(qiáng)弱不僅可以改變顱頜骨骼周緣的血運(yùn)及機(jī)械力學(xué)環(huán)境而影響整個(gè)面部的生長(zhǎng)型；同時(shí)，咀嚼肌與牙頜關(guān)系的平衡穩(wěn)定是咀嚼系統(tǒng)肌功能正常的重要因素。人的一生中，咬合不斷變化，肌功能也在不斷調(diào)整以適應(yīng)咬合的改變、維持其平衡，當(dāng)肌功能不能適應(yīng)咬合的改變，或者說(shuō)咬合的改變已超出機(jī)體所能適應(yīng)的限度，就會(huì)出現(xiàn)異常和病變；久之可引起其他肌群的不適，臨床上可見咬合異常導(dǎo)致的頸、肩部疼痛 72。咀嚼肌收縮時(shí)產(chǎn)生的生物電活動(dòng) ， 通過(guò) 皮膚電極及 肌電傳感器 等設(shè)備 導(dǎo)入 到 肌電圖 儀 中進(jìn)行顯示和儲(chǔ)存 ，形成 的 一種波形，稱為 僅 能夠 反映了肌本身的興奮 性 ，而且還在一定程度上反映出支配該肌的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的活動(dòng)。因此， 研究 及檢測(cè) 神經(jīng)肌肉系統(tǒng)功能必備 的重要 的測(cè)試手段 之一 ，同時(shí)為臨床 診斷及 治療 的評(píng)估 提供了客觀的科學(xué)依據(jù)。近 20以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)咀嚼肌的生理 功能，以及病理狀態(tài)都有了深刻的研究，同時(shí)，對(duì) 診斷 與評(píng)價(jià) 、 行 口腔頜面外科手術(shù)后 機(jī)體 功能的恢復(fù) 評(píng)價(jià) 、錯(cuò)頜畸形及義齒修復(fù)前后效果的判斷 及評(píng)估 等 也 都進(jìn)行了大量的肌電研究 73 這 為客觀地診斷與 評(píng)價(jià) 咀嚼肌功能相關(guān) 的一些疾病 ， 以及估價(jià)某些治療措施的療效提供了一定依據(jù)。采用 咀嚼肌肌電記錄不僅是診斷咀嚼肌功能紊亂的重要手段，而且是評(píng)定治療手段和效果的重要工具。通常進(jìn)行 大緊咬時(shí)雙側(cè) 二腹肌的肌電檢查。在對(duì)顳下頜關(guān)節(jié)疾病、磨牙癥、后牙嚴(yán)重磨損或缺失、下頜骨位置異常、頭頸姿勢(shì)異常等的診斷和治療中有著廣泛的應(yīng)用。 顳下頜關(guān)節(jié)（ 人體最為復(fù)雜、精細(xì)的關(guān)節(jié)之一，在咀嚼、吞咽、發(fā)音等功能運(yùn)動(dòng)中起著重要的作用。 口腔常見疾病，據(jù)統(tǒng)計(jì)約有20%人患有顳下頷關(guān)節(jié)紊亂病。它并非指單一疾病，而是一類病因尚未完全清楚，而又有共同發(fā)病因素和臨床主要癥狀的一組疾病的總稱。 有研究表明， 者關(guān)節(jié)區(qū)疼痛側(cè)顳肌后束姿勢(shì)電位明顯高于對(duì)照組 75。但，肌電圖并未作為一種診斷方法用于 因此，該咀嚼肌多通道表面肌電信號(hào)數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)的研制為顳下頜關(guān)節(jié)紊亂病的診斷提供了新的思路。 料與方法 8例 4例男性， 4例女性）和 8例正常對(duì)照（ 4例男性， 4例女性）納入此項(xiàng)研究。年齡 2040歲。兩組年齡、性別基本匹配。 011年 1月 2月期間就診于蘭州大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院的患者。所有研究對(duì)象均簽署了知情同意書。本研究得到蘭州大學(xué)倫理中心的同意。利用多通道表面肌電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分別測(cè)量 牙尖交錯(cuò)位（ 叩齒運(yùn)動(dòng)（ 雙側(cè)顳肌前束、咬肌的肌電活性。電極安放位置參見文獻(xiàn) 76，如圖 4 圖 4電極安放位置 于咀嚼肌多通道 經(jīng)過(guò)一系列 分析軟件 的開發(fā)與調(diào)試， 采集及分析 系統(tǒng)平臺(tái)按照最初所提出的設(shè)計(jì)方案最終 安裝 完成。經(jīng)過(guò)多次 采集 表面肌 電 信號(hào) 的采集 實(shí)驗(yàn)的測(cè)試與整合，系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)要求，并應(yīng)用于蘭州大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院表面肌電信號(hào) 的 采集 及儲(chǔ)存及回放 實(shí)驗(yàn)中，取得了良好的 預(yù)期 效果。 應(yīng)用軟件基于 軟件 采集 界面如圖 4應(yīng)用軟件包含菜單欄、波形顯示控件、 參數(shù)設(shè)置界面 等部分。其中菜單欄，包括通道設(shè)置、采集模式設(shè) 置、波形顯示模式、文件打開 /存儲(chǔ)等功能；波形顯示