[发明专利]一种人体腰背部表面肌电信号的检测系统和方法

说明书

本发明公开了一种人体腰背部表面肌电信号的检测系统和方法，该系统包括：依次连接的采集单元和信号处理终端；采集单元，用于采集受试者人体腰背部表面的肌电信号，并将肌电信号发送至信号处理终端；信号处理终端，包括数字滤波模块、信号整流模块、活动段检测模块、特征提取模块、肌肉疲劳度分析模块，用于对表面肌电信号进行处理，形成可视化图表参数；本发明对肌电信号进行了二次滤波。第一次为信号处理终端的数字滤波模块对采集的肌电信号进行滤波，去除肌电信号有效频段外的噪声干扰，和去除50Hz的工频干扰；第二次为信号处理终端的数字滤波模块对其进行滤波，以去除一部分无法通过硬件电路滤除的噪声，提高信噪比。

技术领域

本发明涉及生物电采集及控制技术领域，具体涉及一种人体腰背部表面肌电信号的检测系统和方法。

背景技术

肌电信号是人体中枢神经系统活跃运动单元产生兴奋时，引起所支配的肌肉纤维收缩，产生的动作电位在人体皮肤表面相叠加的结果。表面肌电信号是以表面电极为引导测量得到的肌电信号，测量时不会造成人体损伤，易于操作，应用于实验测试较为方便可取。表面肌电信号技术已被广泛应用于临床医学、康复医学、体育科学、人机工程等领域，为多种状态下神经肌肉系统活动提供了精确可靠的信息，成为神经肌肉功能评价研究的客观依据。

在各类肌肉骨骼疾病中，腰背痛是最为常见的。腰痛是困扰工业化国家和工人的一个棘手问题，我国随着工业化进程的加速和人口老龄化的加快，腰背痛对健康的威胁日益增加。因此，通过专门采集腰背部肌肉肌电信号来及时监测人体肌肉疲劳程度是非常有研发必要的。

目前应用于表面肌电信号测试的采集装置大多通过粘贴于皮肤表面的采样电极采集数据，获取到的数据传送到计算机中再进行人为分析，存在以下的不足：

(1)电极粘贴不方便，固定不牢靠，应用环境受限制，当人体处于运动状态时，电极容易移位；容易引起被测人员的不适感。

(2)采集过程中容易引入较大的工频干扰和环境干扰，滤噪电路无法完全去除噪声，采集到的肌电信号信噪比低，较难获取真实的肌肉活跃状态。

(3)一般采集装置获取的肌电信号形成的波形图，无法让非技术人员直观地获取测量肌肉的活跃状态和疲劳程度，需要专业技术人员对肌电信号进行处理，缺乏即时性、有效性，成本较高。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种能去除信号干扰，输出直观数据反映肌肉运动状态和疲劳度的人体腰背部表面肌电信号的检测系统和方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种人体腰背部表面肌电信号的检测系统，包括：依次连接的采集单元和信号处理终端；采集单元，用于采集受试者人体腰背部表面的肌电信号，并将肌电信号发送至信号处理终端；信号处理终端，包括数字滤波模块、信号整流模块、活动段检测模块、特征提取模块、肌肉疲劳度分析模块，用于对表面肌电信号进行处理，形成可视化图表参数；数字滤波模块，用于对数字的肌电信号进行滤波；信号整流模块，用于对滤波后的肌电信号在静息基线以下的部分全部“翻折”到基线上面；活动段检测模块，用于采用移动平均法判断肌肉产生动作的起始时刻和终止时刻，确定为肌电信号的动作有效时段；特征提取模块，用于根据动作有效时段对对应的肌电信号进行时域特征提取；时域特征包括积分肌电值和均方根值；肌肉疲劳度分析模块，用于基于时域特征值生成对应的直观表格及图形，判断当前运动状态肌肉的疲劳度，展示获取肌肉状态，实现采集信号数据可视化。

优选地，积分肌电值iEMG和均方根值RMS的表达式如下：

其中i为对应采样间隔Δt时离散肌电信号所测幅值，N为受试者人体腰背部表面的采集点个数。