降低TMS电磁脉冲对大鼠运动诱发电位影响的工频滤除方法与流程

本发明涉及一种tms运动诱发电位工频干扰的滤除方法。特别是涉及一种降低tms电磁脉冲对大鼠运动诱发电位影响的工频滤除方法。

背景技术

经颅磁刺激(transcranialmagneticstimulation,tms)技术是一种利用时变的脉冲磁场作用于中枢神经系统(主要是大脑)，改变皮质神经细胞的膜电位，使之产生感应电流，影响脑内代谢和神经电活动，从而引发一系列生理生化反应的磁刺激技术。运动诱发电位(motorevokedpotential,mep)是单个tms脉冲作用于运动皮质时在靶肌记录到的肌肉运动复合电位。目前采集大鼠肌电的方式有针式电极和表面电极，其中，针式电极的采集精度较高、肌肉定位较好，但需在麻醉状态下实施与记录，表面电极对于清醒状态下记录运动诱发电位非常适用。但准确提取清醒状态下由表面电极记录到的运动诱发电位、潜伏期、波幅尚存在一定困难。与人体相比，大鼠肢体表面存在细小绒毛，难以完全剔除，阻抗较大，采用磨砂膏和导电膏降阻抗能力有限，因此表面电极记录到的运动诱发电位工频干扰极大。

目前已有的工频干扰滤除方法主要是通过构建数字陷波器的方式进行滤波，而在靶肌处记录到的表面肌电信号除了运动诱发电位外，也包含幅值非常大的tms电磁脉冲，且tms电磁脉冲位于运动诱发电位之前，间隔仅为几毫秒，此时若采用数字陷波器滤除工频干扰，tms电磁脉冲在滤波后会给运动诱发电位带来明显的畸变，对于提取运动诱发电位幅值和潜伏期均带来很大困难。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够准确提取大鼠在tms作用下的运动诱发电位波形、幅值和潜伏期的降低tms电磁脉冲对大鼠运动诱发电位影响的工频滤除方法。

本发明所采用的技术方案是：一种降低tms电磁脉冲对大鼠运动诱发电位影响的工频滤除方法，包括如下步骤：

1)将单次tms脉冲作用于大鼠运动皮质，采用1000hz以上的采样频率记录大鼠清醒状态下的后肢表面肌电信号，表示为x(n)，n＝1,2,…,n，n为肌电信号数据点数；

2)对肌电信号x(n)进行傅里叶变换，将工频干扰和直流分量对应的傅里叶系数置零，其余傅里叶系数保持不变，进行傅里叶逆变换，实现工频干扰的滤波，得到滤波后的肌电信号，表示为y(n)，n＝1,2,…,n，n为肌电信号数据点数；

3)从滤波后的肌电信号y(n)中提取出运动诱发电位，得到滤除工频干扰后的运动诱发电位pm，m＝1,2,…,m，m为所记录的肌电信号中的运动诱发电位个数。

步骤1)中所述的将单次tms脉冲作用于大鼠运动皮质，是采用magstimrapid²8字线圈对大鼠运动区进行刺激，tms刺激模式为单脉冲刺激，刺激强度为最大输出的60％，连续输出30个脉冲，脉冲间隔大于1s。

步骤2)包括：

(1)对肌电信号x(n)进行傅里叶变换，得到w个频率点对应的傅里叶系数x(k)，

其中，w为频率点数，w＝n；

(2)计算w个频率点对应的真实频率值f(k)，

f(k)＝(k-1)·fs/w，

其中，fs为采样频率，大于1000hz；

(3)将50hz工频干扰及50hz倍频和直流分量对应的傅里叶系数置零，其余傅里叶系数保持不变，得到新的傅里叶系数y(k)，

其中，f0为直流分量、50hz及50hz倍频，f0＝{0,50,100,150,200,250,300,350,400,450,500}；

(4)对新的傅里叶系数y(k)进行傅里叶逆变换，得到滤除工频干扰后的肌电信号，表示为y(n)，

步骤3)包括：

(1)根据滤除工频干扰后的肌电信号y(n)幅值大于20000μv且为极大值，识别出肌电信号中的tms电磁脉冲，tms电磁脉冲对应的时间点表示为tl，l＝1,2,…,l，l为tms电磁脉冲个数，

tl＝n/fsify(n)＞20000&y(n)＞y(n-1)&y(n)＞y(n+1)，n＝2,3,…,n-1，

其中，fs为采样频率，大于1000hz；

(2)以时间点tl为标记，在tms电磁脉冲后150ms内识别出滤波后的肌电信号y(n)的运动诱发电位，运动诱发电位峰峰值大于100μv，共识别出m个运动诱发电位，以tms电磁脉冲对应的时间点作为标记，记为t'm，t'm∈tl，m＝1,2,…,m，m≤l；

(3)从滤除工频干扰后的肌电信号y(n)中截取时间点t'm前100ms至t'm后200ms的肌电信号，为含tms电磁脉冲的运动诱发电位，从中读出运动诱发电位波形、幅值和潜伏期。

本发明的降低tms电磁脉冲对大鼠运动诱发电位影响的工频滤除方法，将单次tms脉冲作用于大鼠运动皮质，采用较高的采样频率记录大鼠清醒状态下的靶肌表面肌电信号；对肌电信号进行傅里叶变换，将工频干扰对应的傅里叶系数置零，其余傅里叶系数保持不变，进行傅里叶逆变换得到滤除工频干扰后的肌电信号；从滤除工频干扰后的肌电信号中识别出运动诱发电位，得到滤除工频干扰后的运动诱发电位。采用傅里叶逆变换滤除工频干扰的方法无需建立数字陷波器，对尖脉冲不敏感，能很大程度降低滤波过程中tms电磁脉冲对运动诱发电位的影响，能较好地保留运动诱发电位的自有特征，对于准确提取大鼠在tms作用下的运动诱发电位波形、幅值和潜伏期有重要意义。

附图说明

图1是本发明降低tms电磁脉冲对大鼠运动诱发电位影响的工频滤除方法的流程图；

图2a是原始肌电信号图；

图2b是采用本发明方法滤波后的运动诱发电位图；

图2c是采用传统数字陷波器滤波后的运动诱发电位图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的降低tms电磁脉冲对大鼠运动诱发电位影响的工频滤除方法做出详细说明。

本发明的降低tms电磁脉冲对大鼠运动诱发电位影响的工频滤除方法，具体是采用傅里叶逆变换对工频干扰进行滤除，该方法无需建立数字滤波器，对尖脉冲不敏感，能很大程度降低滤波过程中tms电磁脉冲对运动诱发电位的影响，能较好地保留运动诱发电位的自有特征。首先采用气体麻醉机对大鼠进行短暂性麻醉，并对大鼠进行束缚固定，对大鼠靶肌周围进行剃毛，粘贴肌电测量电极和接地电极；其次，将单次tms脉冲作用于大鼠运动皮质，采用较高的采样频率记录大鼠清醒状态下的靶肌表面肌电信号；然后对肌电信号进行傅里叶变换，将工频干扰对应的傅里叶系数置零，其余傅里叶系数保持不变，进行傅里叶逆变换，得到滤除工频干扰后的肌电信号；最后从滤除工频干扰后的肌电信号中识别出运动诱发电位，得到滤除工频干扰后的运动诱发电位。

本发明的降低tms电磁脉冲对大鼠运动诱发电位影响的工频滤除方法，首先采用气体麻醉机对大鼠进行短暂性麻醉，并对大鼠进行束缚固定，对大鼠靶肌周围进行剃毛，暴露靶肌肌腹、肌腱，将肌电测量电极粘贴于靶肌肌腹、肌腱处，将接地电极粘贴于大鼠尾巴处。然后进行如下步骤：

1)将单次tms脉冲作用于大鼠运动皮质，采用1000hz以上的采样频率记录大鼠清醒状态下的后肢表面肌电信号，表示为x(n)，n＝1,2,…,n，n为肌电信号数据点数；

所述的将单次tms脉冲作用于大鼠运动皮质，是采用magstimrapid²8字线圈对大鼠运动区进行刺激，tms刺激模式为单脉冲刺激，刺激强度为最大输出的60％，连续输出30个脉冲，脉冲间隔大于1s。

虽在初期给予大鼠短暂性气体麻醉，但完成大鼠束缚固定、剃毛、粘贴电极等准备工作后，大鼠已处于清醒状态。1000hz以上的采样频率保证了肌电信号做傅里叶变换后的频域分辨率，有利于分辨工频频段的傅里叶系数和其他频段的傅里叶系数。

2)对肌电信号x(n)进行傅里叶变换，将工频干扰和直流分量对应的傅里叶系数置零，其余傅里叶系数保持不变，进行傅里叶逆变换，实现工频干扰的滤波，得到滤波后的肌电信号，表示为y(n)，n＝1,2,…,n，n为肌电信号数据点数；包括：

(1)对肌电信号x(n)进行傅里叶变换，得到w个频率点对应的傅里叶系数x(k)，

其中，w为频率点数，w＝n；

(2)计算w个频率点对应的真实频率值f(k)，

f(k)＝(k-1)·fs/n，

其中，fs为采样频率，大于1000hz；

(3)将50hz工频干扰及50hz倍频和直流分量对应的傅里叶系数置零，在去除工频干

扰的同时也去除低频漂移，其余傅里叶系数保持不变，得到新的傅里叶系数y(k)，

其中，f0为直流分量、50hz及50hz倍频，f0＝{0,50,100,150,200,250,300,350,400,450,500}；

(4)对新的傅里叶系数y(k)进行傅里叶逆变换，得到滤除工频干扰后的肌电信号，表示为y(n)，

3)从滤波后的肌电信号y(n)中提取出运动诱发电位，得到滤除工频干扰后的运动诱发电位pm，m＝1,2,…,m，m为所记录的肌电信号中的运动诱发电位个数。包括：

(1)根据滤除工频干扰后的肌电信号y(n)幅值大于20000μv且为极大值，识别出肌电信号中的tms电磁脉冲，tms电磁脉冲对应的时间点表示为tl，l＝1,2,…,l，l为tms电磁脉冲个数，

tl＝n/fsify(n)＞20000&y(n)＞y(n-1)&y(n)＞y(n+1)，n＝2,3,…,n-1，

fs为采样频率，大于1000hz；

(2)以时间点tl为标记，在tms电磁脉冲后150ms内识别出滤波后的肌电信号y(n)的运动诱发电位，运动诱发电位峰峰值大于100μv，共识别出m个运动诱发电位，以tms电磁脉冲对应的时间点作为标记，记为t'm，t'm∈tl，m＝1,2,…,m，m≤l；

(3)从滤除工频干扰后的肌电信号y(n)中截取时间点t'm前100ms至t'm后200ms的肌电信号，为含tms电磁脉冲的运动诱发电位，从中读出运动诱发电位波形、幅值和潜伏期。

以大鼠后肢肌肉群为靶肌，将单脉冲tms作用于运动皮质处，记录到的原始肌电信号如图2a所示。运用本发明提出的采用傅里叶逆变换对大鼠tms作用下的运动诱发电位中的工频干扰进行滤除，得到运动诱发电位如图2b所示。运用传统数字陷波器对大鼠tms作用下的运动诱发电位工频干扰进行滤除，得到运动诱发电位如图2c所示。对比工频干扰滤除结果，可以看出本发明提出的方法更好地保留了运动诱发电位的幅值和潜伏期。