CN110464351A - 一种监测肌肉疲劳度的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种用于监测肌肉疲劳度的系统和方法，包括：电极模块、采集模块、调理模块、阻抗测量模块、控制模块、通信模块和上位机模块，其中所述电极模块和采集模块、调理模块、阻抗测量模块依次相连接，所述控制模块分别与采集模块、阻抗测量模块以及通信模块相连接。采用肌肉电阻抗信息作为肌肉疲劳度的监测手段，并通过算法建立实测数据与肌肉疲劳度之间的量化对应关系，客观且准确性高；通过数字信号处理算法实现肌肉阻抗图的实时成像，无需额外的运动测试、也避免了生化指标分析方法中抽血等有创的检测方式，并且具有设备简单、操作便捷、可实时测量、可穿戴的优点，应用范围广。

Description

一种监测肌肉疲劳度的系统和方法
技术领域
本申请涉及肌肉疲劳监测领域，尤其涉及一种监测肌肉疲劳度的系统和方法。
背景技术
传统的肌肉疲劳度监测主要通过主观评价(Borg量表对疲劳主观感觉进行分级)、操作任务测量(测量最大剩余肌力及最大耐受时间)、生化指标分析(测量耗氧量、呼吸速度、血氧等)以及生理信号分析(表面肌电等)几种手段监测。
然而，由于不同人对疲劳的耐受程度不同，因此主观评价法的准确性和客观性较低。操作任务测量方法需要使受试者额外做功，造成疲劳加剧，从而产生额外受伤风险。生化指标分析的测量难以达到实时监测，血液分析由于为有创测量，仅适合进行医学研究，不适合日常应用。生理信号分析则由于采集信号为人体自身产生的电信号，存在信号微弱(mV级)、受噪声影响大、需要仪器精密等缺点，仍在医学研究阶段，并未应用于临床。
综上所述，需要提供一种无创、客观、准确性高、能够实时测量且不需要做额外的运动测试的监测肌肉疲劳度的系统和方法。
发明内容
为解决以上问题，本申请提出了一种监测肌肉疲劳度的系统和方法。
一方面，本申请提出一种监测肌肉疲劳度的系统，包括：电极模块、采集模块、调理模块、阻抗测量模块、控制模块、通信模块和上位机模块，其中所述电极模块和采集模块、调理模块、阻抗测量模块依次相连接，所述控制模块分别与采集模块、阻抗测量模块以及通信模块相连接；
所述电极模块，用于向肌肉注入激励信号，获取肌肉表面的相应信号，发送至采集模块；
所述采集模块，用于根据控制模块的控制信号选通电极，将接收到的信号发送至调理模块；
所述调理模块，用于对接收到的信号进行滤波，发送至阻抗测量模块；
所述阻抗测量模块，用于接收信号并测量信号的阻抗，将阻抗数据发送至控制模块；
所述控制模块，用于控制采集模块选通电极，以及将接收到的阻抗数据发送至通信模块；
所述通信模块，用于将接收到的阻抗数据发送至上位机模块；
所述上位机模块，用于对接收到的阻抗数据进行处理，得出疲劳度发送预警信号。
优选地，所述上位机模块具体用于对接收到的阻抗数据进行处理，生成测量图像，将所述测量图像与标准图像进行对照，量化肌肉疲劳度，根据疲劳度发送预警信号。
优选地，所述标准图像为根据实验数据计算出的标准主观疲劳度与肌肉电阻抗曲线图。
优选地，所述电极模块包括柔性电极阵列和/或织物电极。
优选地，所述采集模块包括：模拟开关芯片。
优选地，所述通信模块可以通过有线和/或无线方式，与上位机模块相连接。
优选地，还包括供电模块，所述供电模块与控制模块相连接。
第二方面，本申请提出一种监测肌肉疲劳度的方法，该方法包括如下步骤：
控制模块将控制信号发送至采集模块；
采集模块根据控制信号选通电极；
电极模块中的各对应电极向肌肉注入激励信号，并获取肌肉表面的相应信号，发送至采集模块；
采集模块将接收到的信号发送至调理模块；
调理模块对接收到的信号进行滤波，发送至阻抗测量模块；
阻抗测量模块测量接收信号的阻抗，将阻抗数据发送至控制模块；
控制模块将接收到的阻抗数据通过通信模块发送至上位机模块；
上位机模块对接收到的阻抗数据进行处理，得出疲劳度发送预警信号。
优选地，所述控制模块将接收到的阻抗数据通过通信模块发送至上位机模块之后，还包括如下步骤：
控制模块将控制信号发送至采集模块，选通电极。
优选地，所述上位机模块对接收到的阻抗数据进行处理，得出疲劳度发送预警信号，包括：
处理接收到的阻抗数据，生成测量图像；
将所述测量图像与标准图像进行对照，量化肌肉疲劳度；
根据疲劳度发送预警信号。
本申请的优点在于：采用肌肉电阻抗信息作为肌肉疲劳度的监测手段，并通过算法建立实测数据与肌肉疲劳度之间的量化对应关系，客观且准确性高；通过数字信号处理算法实现肌肉阻抗图的实时成像，无需额外的运动测试、也避免了生化指标分析方法中抽血等有创的检测方式，并且具有设备简单、操作便捷、可实时测量、可穿戴的优点，应用范围广。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选事实方案的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用同样的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本申请提供的一种监测肌肉疲劳度的系统示意图；
图2是本申请提供的一种监测肌肉疲劳度的步骤的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本申请的实施方式，提出一种监测肌肉疲劳度的系统，如图1所示，包括：电极模块、采集模块、调理模块、阻抗测量模块、控制模块、通信模块和上位机模块，其中所述电极模块和采集模块、调理模块、阻抗测量模块依次相连接，所述控制模块分别与采集模块、阻抗测量模块以及通信模块相连接；
所述电极模块101，用于向肌肉注入激励信号，获取肌肉表面的相应信号，发送至采集模块；
所述采集模块102，用于根据控制模块的控制信号选通电极，将接收到的信号发送至调理模块；
所述调理模块103，用于对接收到的信号进行滤波，发送至阻抗测量模块；
所述阻抗测量模块104，用于接收信号并测量信号的阻抗，将阻抗数据发送至控制模块；
所述控制模块105，用于控制采集模块选通电极，以及将接收到的阻抗数据发送至通信模块；
所述通信模块106，用于将接收到的阻抗数据发送至上位机模块；
所述上位机模块107，用于对接收到的阻抗数据进行处理，得出疲劳度发送预警信号。
通过电极模块中的电极阵列向肌肉注入激励信号，并获取肌肉表面的相应信号，根据相应信号提取肌肉组织生物电阻抗参数，及肌肉组织的变化，实时监测生物电阻抗的变化，根据相关规律进行肌肉疲劳度测量。
所述上位机模块具体用于对接收到的阻抗数据进行处理，生成测量图像，将所述测量图像与标准图像进行对照，量化肌肉疲劳度，根据疲劳度发送预警信号。
上位机模块还用于对接收到的阻抗数据进行存储。
所述标准图像为根据实验数据计算出的标准主观疲劳度与肌肉电阻抗曲线图。
肌肉电阻抗与主观疲劳度对应关系建模是通过前期大量人体试验数据，绘制出标准主观疲劳度与肌肉电阻抗曲线，用实际测量期间的数据与标准图像中的曲线进行对照，在主观疲劳程度(Borg)量表对应8-9级疲劳区间给出预警信号。
所述电极模块包括柔性电极阵列和/或织物电极等。
所述采集模块包括：模拟开关芯片。
所述通信模块可以通过有线和/或无线方式，与上位机模块相连接。有线方式包括USB有线连接方式等。无线方式包括蓝牙和红外无线连接方式等。
所述系统还包括供电模块，所述供电模块与控制模块相连接。
所述阻抗测量模块包括阻抗测量芯片，阻抗测量芯片可采用AD5933、ADU350等芯片。
在柔性印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)上制作若干电极(偶数个电极)组成阵列，确保横向纵向电极间距相同，电极通过PCB上的导线接入插针，插针与采集模块相连接。
将电极阵列信号接入由模拟开关芯片组成、分为两组的采集模块，经过调理模块接入阻抗测量模块，阻抗测量模块中的阻抗测量芯片将处理所得的阻抗数据通过总线传入控制模块中的单片机，并通过通信模块传输至上位机模块。阻抗测量模块、控制模块、通信模块以及电极模块由供电模块负责供电。
控制模块中的单片机通过总线控制阻抗测量芯片及模拟开关矩阵芯片，选通一组电极，由单片机发送开始阻抗测量信号，而后由阻抗测量芯片对选通的两电极间阻抗开始进行测量，将阻抗模及阻抗相位通过总线返回单片机，由单片机将阻抗模及阻抗相位数据通过通信模块中的通信芯片发送给上位机，待发送完成后，选通下一路开关，由此循环遍历各组通路，从而实现不间断实时测量。
根据本申请的实施方式，还提出一种监测肌肉疲劳度的方法，如图2所示，该方法包括如下步骤：
S101，控制模块将控制信号发送至采集模块；
S102，采集模块根据控制信号选通电极；
S103，电极模块中的各对应电极向肌肉注入激励信号，并获取肌肉表面的相应信号，发送至采集模块；
S104，采集模块将接收到的信号发送至调理模块；
S105，调理模块对接收到的信号进行滤波，发送至阻抗测量模块；
S106，阻抗测量模块测量接收信号的阻抗，将阻抗数据发送至控制模块；
S107，控制模块将接收到的阻抗数据通过通信模块发送至上位机模块；
S108，上位机模块对接收到的阻抗数据进行处理，得出疲劳度发送预警信号。
所述控制模块将接收到的阻抗数据通过通信模块发送至上位机模块之后，还包括如下步骤：
控制模块将控制信号发送至采集模块，选通电极。
控制模块通过切换开关矩阵(模拟开关矩阵芯片)切换多个电极，测量不同位置的肌肉阻抗参数。
所述上位机模块对接收到的阻抗数据进行处理，得出疲劳度发送预警信号，包括：
处理接收到的阻抗数据，生成测量图像；
将所述测量图像与标准图像进行对照，量化肌肉疲劳度；
根据疲劳度发送预警信号。
本申请的系统中，采用肌肉电阻抗信息作为肌肉疲劳度的监测手段，并通过算法建立实测数据与肌肉疲劳度之间的量化对应关系，客观且准确性高；通过数字信号处理算法实现肌肉阻抗图的实时成像，无需额外的运动测试、也避免了生化指标分析方法中抽血等有创的检测方式，并且具有设备简单、操作便捷、可实时测量、可穿戴的优点，应用范围广。
以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种监测肌肉疲劳度的系统，其特征在于，包括：电极模块、采集模块、调理模块、阻抗测量模块、控制模块、通信模块和上位机模块，其中所述电极模块和采集模块、调理模块、阻抗测量模块依次相连接，所述控制模块分别与采集模块、阻抗测量模块以及通信模块相连接；
所述电极模块，用于向肌肉注入激励信号，获取肌肉表面的相应信号，发送至采集模块；
所述采集模块，用于根据控制模块的控制信号选通电极，将接收到的信号发送至调理模块；
所述调理模块，用于对接收到的信号进行滤波，发送至阻抗测量模块；
所述阻抗测量模块，用于接收信号并测量信号的阻抗，将阻抗数据发送至控制模块；
所述控制模块，用于控制采集模块选通电极，以及将接收到的阻抗数据发送至通信模块；
所述通信模块，用于将接收到的阻抗数据发送至上位机模块；
所述上位机模块，用于对接收到的阻抗数据进行处理，得出疲劳度发送预警信号。
2.如权利要求1所述的一种监测肌肉疲劳度的系统，其特征在于，所述上位机模块具体用于对接收到的阻抗数据进行处理，生成测量图像，将所述测量图像与标准图像进行对照，量化肌肉疲劳度，根据疲劳度发送预警信号。
3.如权利要求2所述的一种监测肌肉疲劳度的系统，其特征在于，所述标准图像为根据实验数据计算出的标准主观疲劳度与肌肉电阻抗曲线图。
4.如权利要求1所述的一种监测肌肉疲劳度的系统，其特征在于，所述电极模块包括柔性电极阵列和/或织物电极。
5.如权利要求1所述的一种监测肌肉疲劳度的系统，其特征在于，所述采集模块包括：模拟开关芯片。
6.如权利要求1所述的一种监测肌肉疲劳度的系统，其特征在于，所述通信模块可以通过有线和/或无线方式，与上位机模块相连接。
7.如权利要求1所述的一种监测肌肉疲劳度的系统，其特征在于，还包括供电模块，所述供电模块与控制模块相连接。
8.一种监测肌肉疲劳度的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
控制模块将控制信号发送至采集模块；
采集模块根据控制信号选通电极；
电极模块中的各对应电极向肌肉注入激励信号，并获取肌肉表面的相应信号，发送至采集模块；
采集模块将接收到的信号发送至调理模块；
调理模块对接收到的信号进行滤波，发送至阻抗测量模块；
阻抗测量模块测量接收信号的阻抗，将阻抗数据发送至控制模块；
控制模块将接收到的阻抗数据通过通信模块发送至上位机模块；
上位机模块对接收到的阻抗数据进行处理，得出疲劳度发送预警信号。
9.如权利要求8所述的一种监测肌肉疲劳度的方法，其特征在于，所述控制模块将接收到的阻抗数据通过通信模块发送至上位机模块之后，还包括如下步骤：
控制模块将控制信号发送至采集模块，选通电极。
10.如权利要求8所述的一种监测肌肉疲劳度的方法，其特征在于，所述上位机模块对接收到的阻抗数据进行处理，得出疲劳度发送预警信号，包括：
处理接收到的阻抗数据，生成测量图像；
将所述测量图像与标准图像进行对照，量化肌肉疲劳度；
根据疲劳度发送预警信号。
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