运动单位电位的实时分类
作者：罗琦琨 张庆陵
单位：(海军医学研究所 八室，上海 200433)
关键词：运动单位电位；相关；排序
生物医学工程学杂志980325 内容摘要 用相关分析方法对运动单位电位进行实时分类，用对相关系数进行排序的方法保留波形较好的运动单位电位，以减少运动单位电位的存储量和分析时间，提高运动单位电位参数测量的准确性和精确性。
The Real-time Classification of Motor Unit Potentials
Luo Qikun Zhang Qingling
(Naval Medical Research Institute, Shanghai 200433)
, http://www.100md.com
Abstract Motor unit potentials(MUP) are real-time classified with the method of correlation in this paper. The correlation coefficients are sorted to reserve the better waves of MUP. Not only the store waves and analytical time of MUP can be reduced, but also the measurement correction and precision of MUP parameters can be improved.
Key words Motor unit potentials Correlation Sort
肌电图是测定人体运动系统的一种手段。运动系统中一些环节的损害会影响肌电图的表现形态，这些环节包括上运动神经元、下运动神经元、神经肌接头和肌肉等。其中运动单位是肌肉收缩的最小功能单位，神经和肌肉有病时就会影响到肌肉的结构和功能，从而会反映在运动单位电位上。
, 百拇医药
运动单位电位的测定是通过记录针极插入肌肉后，肌肉轻微收缩得到的。而在同一肌肉中可能会记录到多个运动单位电位，同时会伴随有各种干扰信号。因此运动单位电位的分析必须排除干扰，对真正的运动单位电位进行分类，对同一类的运动单位电位波形平均后再计算波幅、上升时间、时限、相位变化等参数，以提高运动单位电位的测量的准确性和精确性[1]。
由于针极的插入会引起病人的不适，因此对运动单位电位的分类最好能实时进行，以减少测量的时间和针极插入的次数。为此在我们研制的“NDI-200肌电图诱发电位仪(海神号)”中对运动单位电位的实时分类进行了研究。
1 运动单位电位的检测
对运动单位电位的检测采用可有效抑制噪声干扰的Menard[2]方法，它是基于斜率的检测方法。令
Y(n)＝X(n+1)+2X(n+1)-X(n-1)-2X(n-2)(1)
, 百拇医药
式中：n为当前检测点，X(n)为该点肌电图信号，Y(n)为该点的斜率。Y(n)与X(n)的关系见(1)式。当Y(n)大于给定阈值时，认为该点是运动单位电位波峰的上升点。以n为起点找到波峰后，以波峰为参考点前后各取一定的波形组成运动单位电位波形，将这个波形与所有已分好类的运动单位电位波形进行相关分析。
相关系数ρ定义为
式中：Yij为第i类运动单位电位的第j个波形，当相关系数ρ大于给定阈值(可取为0.85)时认为X属于第i类运动单位电位。相关系数ρ取0.85是个经验值，目的是为了使同一类运动单位电位波形相似性较好而波形稍有变异也能归入同一类运动单位电位。
以上分析方法会把某些干扰信号作为新的运动单位电位取进来。为此可利用运动单位电位发放的重复性，对检测运动单位电位进行计数，当计数到达某一计数值(可取为20)时，对所有已分好类的运动单位电位个数进行检测，如果某一类运动单位电位的个数仍为一个，可认为这一类运动单位电位是干扰信号，予以去除后再重新检测、计数。
, 百拇医药
2 运动单位电位波形的整理
对某一类运动单位电位检测时可能会收集到几十个甚至上百个波形，如果把它们全部保存会占用大量的存储空间，增加运动单位电位分类、测量的时间。为了有效减少运动单位电位波形的存储量，加快运动单位电位的分析时间，同时又保证运动单位电位测量的准确性和精确性，需对同一类的运动单位电位波形进行整理，只保存一定数目波形较好的运动单位电位。
波形整理的原则是在同一类运动单位电位中始终保留相似性最好的一定数目(可取为3，序号为1，2，3)的波形。当有一个新的波形(序号为4)进来时，先计算相关系数ρij(i=4.1,j=i-1.1)，然后对ρij按从小到大进行排序形成ρxy，令ρn=ρxy(n=1.6)，ρ1=ρmn，这样m,n为相似性最差的两个波形。接着在ρn(n=2.6)中寻找ρn所对应的ρxy中最先等于m或n的那个数(定义为M)。M所对应的那个运动单位电位波形中认为最不好的波形予以去除，余下的3个较好波形作为这一类运动单位电位的波形予以保留。
, http://www.100md.com
3 讨 论
用上述方法对运动单位电位进行分析处理，既可在肌电图信号采集过程中对不同运动单位电位进行实时分类，又可对同一类运动单位电位只保留相似性最好的波形，减少运动单位电位波形的存储量和分析时间，保证运动单位电位参数测量的准确性。图1是在上海市中山医院所作的临床结果，图1中上方20个小框中的波形是已分好类的运动单位电位(时程、灵敏度可以不同)和出现的个数，下方是第2类运动单位电位所对应的波形，其中最上面一条波形是下面3条波形的平均结果，参数测量就是对这条平均波形进行的。
为了避免用上述方法可能去除单个发放的运动单位电位，程序含有可在采集到的肌电图信号中手工挑选运动单位电位的功能。
图1 图上方是已分好类的运动单位电位和个数，图下方是第2类运动单位电位对应的3条波形和平均波形
, http://www.100md.com
Fig 1 The waves and numbers of classified MUPs are displayed in the upper side. Three waves and average wave of No.2 MUP are displayed in the lower side.
参 考 文 献
1 汤晓芙编著.临床肌电图学.北京：北京医科大学.中国协和医科大学联合出版社，1995
2 Friesen M, Jannett C, Yates L et al. A comparison of noise sensitivity of nine QRS detection algorithms, IEEE transactions on biomedical engineering, 1986；33(6)
(收稿：1997-04-22 修回：1997-10-20), 百拇医药
单位：(海军医学研究所 八室，上海 200433)
关键词：运动单位电位；相关；排序
生物医学工程学杂志980325 内容摘要 用相关分析方法对运动单位电位进行实时分类，用对相关系数进行排序的方法保留波形较好的运动单位电位，以减少运动单位电位的存储量和分析时间，提高运动单位电位参数测量的准确性和精确性。
The Real-time Classification of Motor Unit Potentials
Luo Qikun Zhang Qingling
(Naval Medical Research Institute, Shanghai 200433)
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Abstract Motor unit potentials(MUP) are real-time classified with the method of correlation in this paper. The correlation coefficients are sorted to reserve the better waves of MUP. Not only the store waves and analytical time of MUP can be reduced, but also the measurement correction and precision of MUP parameters can be improved.
Key words Motor unit potentials Correlation Sort
肌电图是测定人体运动系统的一种手段。运动系统中一些环节的损害会影响肌电图的表现形态，这些环节包括上运动神经元、下运动神经元、神经肌接头和肌肉等。其中运动单位是肌肉收缩的最小功能单位，神经和肌肉有病时就会影响到肌肉的结构和功能，从而会反映在运动单位电位上。
, 百拇医药
运动单位电位的测定是通过记录针极插入肌肉后，肌肉轻微收缩得到的。而在同一肌肉中可能会记录到多个运动单位电位，同时会伴随有各种干扰信号。因此运动单位电位的分析必须排除干扰，对真正的运动单位电位进行分类，对同一类的运动单位电位波形平均后再计算波幅、上升时间、时限、相位变化等参数，以提高运动单位电位的测量的准确性和精确性[1]。
由于针极的插入会引起病人的不适，因此对运动单位电位的分类最好能实时进行，以减少测量的时间和针极插入的次数。为此在我们研制的“NDI-200肌电图诱发电位仪(海神号)”中对运动单位电位的实时分类进行了研究。
1 运动单位电位的检测
对运动单位电位的检测采用可有效抑制噪声干扰的Menard[2]方法，它是基于斜率的检测方法。令
Y(n)＝X(n+1)+2X(n+1)-X(n-1)-2X(n-2)(1)
, 百拇医药
式中：n为当前检测点，X(n)为该点肌电图信号，Y(n)为该点的斜率。Y(n)与X(n)的关系见(1)式。当Y(n)大于给定阈值时，认为该点是运动单位电位波峰的上升点。以n为起点找到波峰后，以波峰为参考点前后各取一定的波形组成运动单位电位波形，将这个波形与所有已分好类的运动单位电位波形进行相关分析。
相关系数ρ定义为
式中：Yij为第i类运动单位电位的第j个波形，当相关系数ρ大于给定阈值(可取为0.85)时认为X属于第i类运动单位电位。相关系数ρ取0.85是个经验值，目的是为了使同一类运动单位电位波形相似性较好而波形稍有变异也能归入同一类运动单位电位。
以上分析方法会把某些干扰信号作为新的运动单位电位取进来。为此可利用运动单位电位发放的重复性，对检测运动单位电位进行计数，当计数到达某一计数值(可取为20)时，对所有已分好类的运动单位电位个数进行检测，如果某一类运动单位电位的个数仍为一个，可认为这一类运动单位电位是干扰信号，予以去除后再重新检测、计数。
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2 运动单位电位波形的整理
对某一类运动单位电位检测时可能会收集到几十个甚至上百个波形，如果把它们全部保存会占用大量的存储空间，增加运动单位电位分类、测量的时间。为了有效减少运动单位电位波形的存储量，加快运动单位电位的分析时间，同时又保证运动单位电位测量的准确性和精确性，需对同一类的运动单位电位波形进行整理，只保存一定数目波形较好的运动单位电位。
波形整理的原则是在同一类运动单位电位中始终保留相似性最好的一定数目(可取为3，序号为1，2，3)的波形。当有一个新的波形(序号为4)进来时，先计算相关系数ρij(i=4.1,j=i-1.1)，然后对ρij按从小到大进行排序形成ρxy，令ρn=ρxy(n=1.6)，ρ1=ρmn，这样m,n为相似性最差的两个波形。接着在ρn(n=2.6)中寻找ρn所对应的ρxy中最先等于m或n的那个数(定义为M)。M所对应的那个运动单位电位波形中认为最不好的波形予以去除，余下的3个较好波形作为这一类运动单位电位的波形予以保留。
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3 讨 论
用上述方法对运动单位电位进行分析处理，既可在肌电图信号采集过程中对不同运动单位电位进行实时分类，又可对同一类运动单位电位只保留相似性最好的波形，减少运动单位电位波形的存储量和分析时间，保证运动单位电位参数测量的准确性。图1是在上海市中山医院所作的临床结果，图1中上方20个小框中的波形是已分好类的运动单位电位(时程、灵敏度可以不同)和出现的个数，下方是第2类运动单位电位所对应的波形，其中最上面一条波形是下面3条波形的平均结果，参数测量就是对这条平均波形进行的。
为了避免用上述方法可能去除单个发放的运动单位电位，程序含有可在采集到的肌电图信号中手工挑选运动单位电位的功能。
图1 图上方是已分好类的运动单位电位和个数，图下方是第2类运动单位电位对应的3条波形和平均波形
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Fig 1 The waves and numbers of classified MUPs are displayed in the upper side. Three waves and average wave of No.2 MUP are displayed in the lower side.
参 考 文 献
1 汤晓芙编著.临床肌电图学.北京：北京医科大学.中国协和医科大学联合出版社，1995
2 Friesen M, Jannett C, Yates L et al. A comparison of noise sensitivity of nine QRS detection algorithms, IEEE transactions on biomedical engineering, 1986；33(6)
(收稿：1997-04-22 修回：1997-10-20), 百拇医药