[發明專利]一種人體腰背部表面肌電信號的檢測系統和方法

在審

• 申請號: 202010711501.6
• 申請日: 2020-07-22
• 公開（公告）號: CN111714123A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 屈盛官;曲希帥;尹鵬;曾德政;楊靚;姜笑天
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: A61B5/0488
• 分類號: A61B5/0488;A61B5/0492;A61B5/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳宏升

本發明公開了一種人體腰背部表面肌電信號的檢測系統和方法，該系統包括：依次連接的采集單元和信號處理終端；采集單元，用于采集受試者人體腰背部表面的肌電信號，并將肌電信號發送至信號處理終端；信號處理終端，包括數字濾波模塊、信號整流模塊、活動段檢測模塊、特征提取模塊、肌肉疲勞度分析模塊，用于對表面肌電信號進行處理，形成可視化圖表參數；本發明對肌電信號進行了二次濾波。第一次為信號處理終端的數字濾波模塊對采集的肌電信號進行濾波，去除肌電信號有效頻段外的噪聲干擾，和去除50Hz的工頻干擾；第二次為信號處理終端的數字濾波模塊對其進行濾波，以去除一部分無法通過硬件電路濾除的噪聲，提高信噪比。

技術領域

本發明涉及生物電采集及控制技術領域，具體涉及一種人體腰背部表面肌電信號的檢測系統和方法。

背景技術

肌電信號是人體中樞神經系統活躍運動單元產生興奮時，引起所支配的肌肉纖維收縮，產生的動作電位在人體皮膚表面相疊加的結果。表面肌電信號是以表面電極為引導測量得到的肌電信號，測量時不會造成人體損傷，易于操作，應用于實驗測試較為方便可取。表面肌電信號技術已被廣泛應用于臨床醫學、康復醫學、體育科學、人機工程等領域，為多種狀態下神經肌肉系統活動提供了精確可靠的信息，成為神經肌肉功能評價研究的客觀依據。

在各類肌肉骨骼疾病中，腰背痛是最為常見的。腰痛是困擾工業化國家和工人的一個棘手問題，我國隨著工業化進程的加速和人口老齡化的加快，腰背痛對健康的威脅日益增加。因此，通過專門采集腰背部肌肉肌電信號來及時監測人體肌肉疲勞程度是非常有研發必要的。

目前應用于表面肌電信號測試的采集裝置大多通過粘貼于皮膚表面的采樣電極采集數據，獲取到的數據傳送到計算機中再進行人為分析，存在以下的不足：

(1)電極粘貼不方便，固定不牢靠，應用環境受限制，當人體處于運動狀態時，電極容易移位；容易引起被測人員的不適感。

(2)采集過程中容易引入較大的工頻干擾和環境干擾，濾噪電路無法完全去除噪聲，采集到的肌電信號信噪比低，較難獲取真實的肌肉活躍狀態。

(3)一般采集裝置獲取的肌電信號形成的波形圖，無法讓非技術人員直觀地獲取測量肌肉的活躍狀態和疲勞程度，需要專業技術人員對肌電信號進行處理，缺乏即時性、有效性，成本較高。

發明內容

本發明的目的是為了克服以上現有技術存在的不足，提供了一種能去除信號干擾，輸出直觀數據反映肌肉運動狀態和疲勞度的人體腰背部表面肌電信號的檢測系統和方法。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：

一種人體腰背部表面肌電信號的檢測系統，包括：依次連接的采集單元和信號處理終端；采集單元，用于采集受試者人體腰背部表面的肌電信號，并將肌電信號發送至信號處理終端；信號處理終端，包括數字濾波模塊、信號整流模塊、活動段檢測模塊、特征提取模塊、肌肉疲勞度分析模塊，用于對表面肌電信號進行處理，形成可視化圖表參數；數字濾波模塊，用于對數字的肌電信號進行濾波；信號整流模塊，用于對濾波后的肌電信號在靜息基線以下的部分全部“翻折”到基線上面；活動段檢測模塊，用于采用移動平均法判斷肌肉產生動作的起始時刻和終止時刻，確定為肌電信號的動作有效時段；特征提取模塊，用于根據動作有效時段對對應的肌電信號進行時域特征提??；時域特征包括積分肌電值和均方根值；肌肉疲勞度分析模塊，用于基于時域特征值生成對應的直觀表格及圖形，判斷當前運動狀態肌肉的疲勞度，展示獲取肌肉狀態，實現采集信號數據可視化。

優選地，積分肌電值iEMG和均方根值RMS的表達式如下：

其中i為對應采樣間隔Δt時離散肌電信號所測幅值，N為受試者人體腰背部表面的采集點個數。