直接EIM检测人体肌肉阻抗的微电极阵列及应用机理研究

Muscle impedance is the conductive characteristics of muscle tissue when the weak, below the excitation threshold current through it, which is closely related with muscle physiological and pathological conditions, EIM technology detecting the muscle impedance characteristics in disease diagnosis, condition monitoring, efficacy assessment, rehabilitation guidance has a great potential. EIM technology research generally chooses separation sticky strip surface electrodes, measurement process is complex, time-consuming, poor reproducibility, can not measure a single muscle fiber impedance. The results include skin, fat, connective tissue and other impedance information. The project intends to design a new structure directly EIM detect muscle impedance microelectrode array with high sensitivity, high signal-to-noise ratio and good impedance characteristics eliminating contact resistance between the electrode and the skin, reducing influences of muscle impedance characteristics measurement from the skin-fat layer, optimizing the designing of noise reduction algorithm based on wavelet analysis. The use of a single frequency, multi-frequency EIM technology in time domain, frequency domain and the airspace is to extract the weak muscles impedance information accurately, exploring the relationship between the muscle impedance characteristics and the physiology, pathological state of muscle, and carrying out the applications of direct EIM technology in disease diagnosis, monitoring and drug assessment, which is of great significance to understand neuromuscular disease mechanisms deeply and expand the study field of neural electrophysiology.

肌肉阻抗是指肌肉组织通过低于兴奋阈值的交流弱电流时所表现出的导电特性，与肌肉生理、病理状态息息相关，运用EIM技术检测肌肉阻抗特性在疾病诊断，病情监测，药效评估，康复指导等方面有着极大的应用潜力。但当前EIM技术研究一般都选用分离的黏性条状表面电极，测量过程复杂，耗时长，重复性差，无法测量单肌肉纤维阻抗，提取结果还包括皮肤、脂肪、结缔组织等其他阻抗信息。本项目拟设计制备灵敏度高、信噪比高、阻抗特性好的新型结构直接EIM检测肌肉阻抗微电极阵列，消除电极与皮肤的接触阻抗，减小皮肤-脂肪层对肌肉阻抗特性测量的影响，优化小波分析降噪算法设计，利用单频、扫频EIM技术在时域、频域和空域范围内准确提取微弱肌肉阻抗信息，探究肌肉阻抗特性与肌肉生理、病理状态之间的关系，开展直接EIM技术在疾病诊断，病情监测，药效评估等方面的应用机理研究，对深入了解神经肌肉疾病机理和拓展神经电生理学研究领域具有重大意义。

神经肌肉疾病是影响神经控制肌肉活动能力的诸多疾病的统称。根据疾病产生的位置，神经肌肉疾病可分为神经源性疾病，肌源性疾病和神经肌肉接头疾病。由于其性质、原因、程度和作用时间各不相同，因而表现出如肌萎缩、肌无力、肌疲劳、肌肉疼痛、肌肉肥大、肌张力异常等不同的体征和临床症状。神经肌肉疾病可导致不同程度的运动功能障碍，甚至造成严重残疾，其临床诊断依赖于临床查体、肌电图(EMG)、核磁共振成像(MRI)，肌肉活检，血检，基因诊断等技术。这些检测手段具有较好的灵敏性和特异性，临床应用广泛，但也存在有创和刺激性强、耗时多、费用高不足之处。.肌肉阻抗图(Electrical Impedance Myography，EIM)是一种新型的评估神经肌肉疾病的电生理技术，也是一种生物电阻抗技术。EIM技术利用激励电极向被测肌肉组织区域施加高频、低强度交变电流，通过分析检测电极提取的肌肉组织电压信号，得到被测肌肉组织的本征电阻抗参数：电阻，电抗和相位角。EIM施加的低强度电流小于1mA，在不引起神经元和肌肉组织兴奋的情况下，检测静息状态的肌肉组织电阻抗特性，具有无痛无创、廉价安全、无毒无害、操作简便、信息丰富等优点。肌肉阻抗与肌肉成分、结构改变，神经肌肉疾病等肌肉生理状态息息相关。EIM技术在疾病诊断，病情监测，药效评估，康复指导等方面有着极大的应用潜力。围绕EIM测量系统、电极系统及临床评估神经肌肉疾病等方面开展一系列的研究工作。主要的研究内容及研究成果如下：. 1. 设计了一款基于锁相放大器的EIM测量系统。. 2. 设计制备了硅微针阵列EIM电极. 3. 研制了即插即用式EIM手持电极. 4. 在临床验证了EIM测量系统和电极系统的测量可重复性和数据可靠性