JP6857573B2 - EMG measuring device, method and program - Google Patents

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Description

この発明は、表面筋電図を計測するための筋電計測装置、方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to electromyographic measuring devices, methods and programs for measuring surface electromyograms.

近年、医学的研究分野およびリハビリテーションの臨床のほか、スポーツ科学や産業医学などの人間光学的分野では、筋活動を観察するために表面筋電図(surface Electromyography:sEMG)が用いられている。表面筋電図は、使い捨て電極(ディスポーザブル電極)や乾式電極を、観察対象の筋に近い皮膚に設置するだけで、比較的簡易に計測することが可能である。 In recent years, surface electromyography (sEMG) has been used to observe muscle activity in the fields of medical research and clinical rehabilitation, as well as in the fields of human optics such as sports science and occupational medicine. The surface electromyogram can be measured relatively easily by simply placing a disposable electrode (disposable electrode) or a dry electrode on the skin close to the muscle to be observed.

筋電図の解析においては、計測信号を二乗平均平方根(Root Mean Square:RMS)などの特徴量に変換することが一般的である。しかし、表面筋電図の計測において、体動などにより電極が浮いたりずれたりして皮膚と電極の接触状況が変化すると、その変化がノイズ成分となって計測値に含まれ、RMS値が変化する。そのため、観察対象の筋活動を解析する際には、筋活動による電位変化とノイズ成分による電位変化とを分離して解析する必要がある。 In the analysis of electromyograms, it is common to convert the measurement signal into features such as the root mean square (RMS). However, in the measurement of surface EMG, when the electrode floats or shifts due to body movement or the like and the contact state between the skin and the electrode changes, the change becomes a noise component and is included in the measured value, and the RMS value changes. To do. Therefore, when analyzing the muscle activity of the observation target, it is necessary to analyze the potential change due to the muscle activity and the potential change due to the noise component separately.

そこで従来では、信号処理技術として一般的に用いられているフィルタ処理技術により、表面筋電図の計測値からノイズ成分を除去する手法が提案されている。例えば、非特許文献1では、通過周波数帯域が20〜450Hzのバンドパスフィルタを用いて、体動ノイズ成分を除去する手法が提案されている。 Therefore, conventionally, a method of removing a noise component from a measured value of a surface electromyogram by a filter processing technique generally used as a signal processing technique has been proposed. For example, Non-Patent Document 1 proposes a method of removing a body motion noise component by using a bandpass filter having a passing frequency band of 20 to 450 Hz.

Carlo J. De Luca et al. “Filtering the surface EMG signal Movement artifact and baseline noise contamination”, Journal of Biomechanics, Volume 43, Issue 8, Pages 1573−1579, (2010)Carlo J. De Luca et al. “Filtering the surface EMG signal Movement artifact and baseline noise contamination”, Journal of Biomechanics, Volume 43, Issue 8, Pages 1573-1579, (2010)

ところが、バンドパスフィルタを用いても、20〜450Hz帯に含まれるノイズ成分については除去することができないため、解析精度のさらなる向上は期待できない。 However, even if a bandpass filter is used, the noise component contained in the 20 to 450 Hz band cannot be removed, so that further improvement in analysis accuracy cannot be expected.

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、フィルタ処理技術では除去できないノイズ成分を除去できるようにし、これにより解析精度のさらなる向上を図った筋電計測装置、方法およびプログラムを提供することにある。 The present invention has been made by paying attention to the above circumstances, and the purpose of the present invention is to make it possible to remove noise components that cannot be removed by the filtering technique, thereby further improving the analysis accuracy. To provide methods and programs.

上記目的を達成するために、この発明に係る筋電計測装置または方法の第1の態様は、連動する第1および第2の筋肉部位の表面に設置された各電極から、それぞれ前記第1および第2の筋肉部位による表面筋電図を示す第1および第2の計測信号を取得し、前記第1および第2の計測信号に基づいてそれぞれ前記表面筋電図の特徴量を算出し、前記算出された各特徴量間の相関の度合いを示す相関値を算出し、前記算出された相関値に基づいて前記各特徴量を補正するようにし、前記補正においては、前記算出された相関値が予め設定したしきい値以下の場合に、前記算出された各特徴量を予め記憶媒体に記憶された補正情報に基づいて補正する処理と、前記相関値が最大値をとるときの前記各特徴量を求め、当該各特徴量を前記補正情報として前記記憶媒体に記憶させる処理とを行うようにしたものである。 In order to achieve the above object, the first aspect of the electromyographic measuring device or method according to the present invention is from each of the electrodes installed on the surface of the interlocking first and second muscle parts, respectively. The first and second measurement signals showing the surface EMGs by the second muscle parts are acquired, and the feature amounts of the surface EMGs are calculated based on the first and second measurement signals, respectively, and the above-mentioned A correlation value indicating the degree of correlation between the calculated feature amounts is calculated, and each feature amount is corrected based on the calculated correlation value. In the correction, the calculated correlation value is used. When the value is equal to or less than a preset threshold value, the calculated feature amount is corrected based on the correction information stored in the storage medium in advance, and the feature amount when the correlation value reaches the maximum value. Is obtained, and each feature amount is stored in the storage medium as the correction information .

この発明の第1の態様によれば、以下のような作用効果が奏せられる。すなわち、連動する第1および第2の筋肉部位において計測された表面筋電図の各特徴量は、筋活動による成分のみを含む場合には略一致するため、その相関値は最大値をとる。これに対し、例えば筋活動によらない皮膚の動きや電極ずれ等が生じると、上記各特徴量にノイズ成分が混入し、相関値は低下する。そこで、上記各特徴量間の相関値に基づいて特徴量を補正することで、フィルタ処理技術のみでは除去できないノイズ成分を除去することが可能となり、これにより解析精度のさらなる向上を図ることができる。 According to the first aspect of the present invention, the following effects can be achieved. That is, since the feature amounts of the surface electromyograms measured at the interlocking first and second muscle parts are substantially the same when only the components due to muscle activity are included, the correlation value takes the maximum value. On the other hand, for example, when skin movement or electrode misalignment that does not depend on muscle activity occurs, a noise component is mixed in each of the above feature amounts, and the correlation value decreases. Therefore, by correcting the feature amount based on the correlation value between the above feature amounts, it is possible to remove the noise component that cannot be removed only by the filter processing technique, which can further improve the analysis accuracy. ..

図1は、この発明の一実施形態に係る筋電計測装置を備えたシステムの全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a system including an electromyographic measuring device according to an embodiment of the present invention. 図2は、この発明の一実施形態に係る筋電計測装置の機能構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of an electromyographic measuring device according to an embodiment of the present invention. 図3は、図2に示した筋電計測装置による筋電計測制御の手順と処理内容を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a procedure and processing contents of myoelectric measurement control by the myoelectric measurement device shown in FIG. 咀嚼運動をしたときの側頭筋の筋活動を示すRMSと相関係数Rの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of RMS which shows the muscle activity of the temporalis muscle and the correlation coefficient R at the time of a masticatory movement. 歯を食いしばったときの側頭筋の筋活動を示すRMSと相関係数Rの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of RMS which shows the muscle activity of the temporalis muscle when the tooth is clenched, and the correlation coefficient R. 瞬きをしたときの側頭筋の筋活動を示すRMSと相関係数Rの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of RMS which shows the muscle activity of the temporalis muscle at the time of blinking, and the correlation coefficient R. 帽子の鍔を左右に動かしたときの側頭筋の筋活動を示すRMSと相関係数Rの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of RMS which shows the muscle activity of the temporalis muscle when the brim of a hat is moved left and right, and the correlation coefficient R.

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。
[一実施形態]
(構成)
図1は、この発明の一実施形態に係る筋電計測装置を備えたシステムの全体構成図である。
図1に示すように、ユーザの左側頭筋上および右側頭筋上の各皮膚面にはそれぞれ電極2L,2Rが貼付される。左側頭筋および右側頭筋は、例えば咀嚼運動を行うための筋肉の1つであり、こめかみ付近に位置している。
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[One Embodiment]
(Constitution)
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a system including an electromyographic measuring device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, electrodes 2L and 2R are attached to the skin surfaces on the left and right head muscles of the user, respectively. The left and right head muscles are, for example, one of the muscles for performing masticatory movements and are located near the temples.

電極2L,2Rは、例えば電極サイズが30mm×30mmの布電極からなり、それぞれ左側頭筋および右側頭筋の筋活動を表す表面筋電図(sEMG)を、計測信号ISL ,ISRとして出力する。これらの計測信号ISL ,ISR は、例えば信号ケーブルを介して筋電計測装置1に送られる。 The electrodes 2L and 2R consist of, for example, cloth electrodes having an electrode size of 30 mm × 30 mm, and output surface electromyograms (sEMG) showing muscle activity of the left and right head muscles as measurement signals IS L and IS R , respectively. To do. These measurement signals IS L and IS R are sent to the myoelectric measurement device 1 via, for example, a signal cable.

なお、電極2L,2Rに、例えばBluetooth(登録商標)等の小電力無線データ通信規格を採用した無線ユニットを付設し、これにより計測信号ISL ,ISR を筋電計測装置1に対し無線送信するように構成してもよい。また、電極2L,2Rの貼付位置は、左右の側頭筋上であれば任意に選択することができ、さらに電極2L,2Rのサイズや形状、材質、貼付手段等についても、表面筋電図を計測可能なものであれば如何なるものであってもよい。 The electrode 2L, the 2R, for example Bluetooth and attaching a radio unit which adopts a low-power radio communication standard (registered trademark) or the like, thereby wirelessly transmitting the measurement signal IS L, the IS R to electromyographic measuring device 1 It may be configured to do so. Further, the attachment positions of the electrodes 2L and 2R can be arbitrarily selected as long as they are on the left and right temporalis muscles, and the size, shape, material, attachment means, etc. of the electrodes 2L and 2R are also surface electromyograms. Anything can be used as long as it can measure.

筋電計測装置1は、例えばパーソナルコンピュータを用いたもので、以下のように構成される。図2はそのハードウェアおよびソフトウェアの機能構成を示すブロック図である。筋電計測装置1は、制御ユニット10と、記憶ユニット20と、入出力インタフェースユニット30とを備える。 The myoelectric measurement device 1 uses, for example, a personal computer, and is configured as follows. FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the hardware and software. The myoelectric measurement device 1 includes a control unit 10, a storage unit 20, and an input / output interface unit 30.

入出力インタフェースユニット30は、上記電極2L,2Rから出力された表面筋電図(sEMG)を表す計測信号ISL ,ISR を、制御ユニット10で取り扱うことが可能なディジタルデータに変換する機能を備える。また入出力インタフェースユニット30は、制御ユニット10から出力された補正後の計測データを外部デバイスへ出力する機能も備える。外部デバイスとしては、例えば表示器を備えたユーザ端末や、計測データをもとにユーザの咀嚼運動等を判定するパーソナルコンピュータやサーバ等の情報処理装置が想定される。 The input / output interface unit 30 has a function of converting measurement signals IS L and IS R representing surface electromyograms (sEMG) output from the electrodes 2L and 2R into digital data that can be handled by the control unit 10. Be prepared. The input / output interface unit 30 also has a function of outputting the corrected measurement data output from the control unit 10 to an external device. As the external device, for example, a user terminal equipped with a display, and an information processing device such as a personal computer or a server that determines a user's masticatory movement based on measurement data are assumed.

記憶ユニット20は、例えば、記憶媒体としてHDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid State Drive)等の随時書込および読出しが可能な不揮発性メモリとRAM等の揮発メモリを使用したもので、その記憶領域には、プログラム記憶部に加え、計測データ記憶部21およびベースライン値記憶部22が設けられている。 The storage unit 20 uses, for example, a non-volatile memory such as an HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive) that can be written and read at any time and a volatile memory such as a RAM as a storage medium. In addition to the program storage unit, the area is provided with a measurement data storage unit 21 and a baseline value storage unit 22.

計測データ記憶部21は、電極2L,2Rにより検出された左右の各側頭筋の表面筋電図を表す計測データを記憶するために使用される。ベースライン値記憶部22は、上記表面筋電図(sEMG)を表す計測データにノイズ成分が含まれている場合に、当該計測データを補正するために使用するベースライン値を記憶するために使用される。 The measurement data storage unit 21 is used to store measurement data representing the surface electromyograms of the left and right temporalis muscles detected by the electrodes 2L and 2R. The baseline value storage unit 22 is used to store the baseline value used to correct the measurement data when the measurement data representing the surface electromyogram (sEMG) contains a noise component. Will be done.

制御ユニット10は、少なくとも1個のプロセッサと作業用メモリを有し、本実施形態を実施するために必要な処理機能として、sEMG計測データ取得制御部11と、BPF処理部12と、RMS算出部13と、ベースライン値算出部14と、相関係数算出部15と、補正処理部16とを備えている。これらの処理機能は、いずれも上記記憶ユニット20に格納されたプログラムを上記プロセッサに実行させることにより実現される。 The control unit 10 has at least one processor and a working memory, and has sEMG measurement data acquisition control unit 11, BPF processing unit 12, and RMS calculation unit as processing functions necessary for implementing the present embodiment. A base line value calculation unit 14, a correlation coefficient calculation unit 15, and a correction processing unit 16 are provided. All of these processing functions are realized by causing the processor to execute the program stored in the storage unit 20.

sEMG計測データ取得制御部11は、上記入出力インタフェースユニット30から、上記左右の各側頭筋の動きを表す表面筋電図(sEMG)に対応する計測データを所定時間分取り込み、これらの計測データを時系列に従い計測データ記憶部21に格納するための制御を行う。 The sEMG measurement data acquisition control unit 11 takes in measurement data corresponding to the surface electromyogram (sEMG) representing the movement of each of the left and right temporal muscles from the input / output interface unit 30 for a predetermined time, and these measurement data. Is controlled to be stored in the measurement data storage unit 21 in chronological order.

BPF処理部12は、体動等によるノイズ成分を除去するために周波数通過帯域が予め設定されたバンドパスフィルタ処理機能を有する。そして、上記計測データ記憶部21から読み出された計測データに対し上記バンドパスフィルタ処理を行うことで、上記計測データから体動等によるノイズ成分を除去する。 The BPF processing unit 12 has a bandpass filter processing function in which a frequency pass band is preset in order to remove noise components due to body movement or the like. Then, by performing the bandpass filter processing on the measurement data read from the measurement data storage unit 21, noise components due to body movement or the like are removed from the measurement data.

RMS算出部13は、上記BPF処理部12によりフィルタリング処理された計測データに対し所定の時間幅を有する窓を設定し、この窓ごとに計測データの特徴量を算出する処理を行う。特徴量としては、例えば二乗平均平方根(RMS)が用いられる。 The RMS calculation unit 13 sets a window having a predetermined time width for the measurement data filtered by the BPF processing unit 12, and performs a process of calculating the feature amount of the measurement data for each window. As the feature amount, for example, the root mean square (RMS) is used.

ベースライン値算出部14は、キャリブレーションフェーズにおいて、上記RMS算出部13により窓ごとに算出された計測データの特徴量(RMS)の所定時間分の平均値を算出する。そして、この算出したRMSの平均値をベースライン値としてベースライン値記憶部22に記憶させる処理を行う。 In the calibration phase, the baseline value calculation unit 14 calculates the average value of the feature amount (RMS) of the measurement data calculated for each window by the RMS calculation unit 13 for a predetermined time. Then, a process of storing the calculated average value of RMS as a baseline value in the baseline value storage unit 22 is performed.

相関係数算出部15は、上記ベースライン値設定後の通常計測モードにおいて、上記RMS算出部13により窓ごとに算出された、左右の各側頭筋の表面筋電図(sEMG)のRMS間の相関係数(R)を算出する処理を行う。 In the normal measurement mode after the baseline value is set, the correlation coefficient calculation unit 15 is calculated between the RMSs of the surface electromyograms (sEMGs) of the left and right temporal muscles calculated for each window by the RMS calculation unit 13. Performs a process of calculating the correlation coefficient (R) of.

補正処理部16は、上記相関係数算出部15により算出された相関係数(R)を予め設定されたしきい値と比較し、この比較の結果相関係数(R)がしきい値以下の場合に、このときのRMSにはノイズ成分がまだ多く残留していると判断する。そして、当該RMSの値を上記ベースライン値記憶部22に記憶されているベースライン値に基づいて補正する処理を行う。 The correction processing unit 16 compares the correlation coefficient (R) calculated by the correlation coefficient calculation unit 15 with a preset threshold value, and as a result of this comparison, the correlation coefficient (R) is equal to or less than the threshold value. In this case, it is determined that a large amount of noise component still remains in the RMS at this time. Then, a process of correcting the RMS value based on the baseline value stored in the baseline value storage unit 22 is performed.

(動作)
次に、以上のように構成された筋電計測装置1による表面筋電図の計測動作を説明する。
(1)ベースライン値の設定
実際の表面筋電図の計測に先立ち、筋電計測装置1は、RMSの補正に使用するベースライン値を定めるキャリブレーション処理を以下のように実行する。
(motion)
Next, the measurement operation of the surface EMG by the EMG measuring device 1 configured as described above will be described.
(1) Setting of Baseline Value Prior to the actual measurement of the surface EMG, the EMG measuring device 1 executes a calibration process for determining the baseline value used for RMS correction as follows.

先ず図1に例示したように、電極2L,2Rをユーザの左右の側頭筋上の皮膚に貼付する。例えば、電極サイズが30mm×30mmの布電極2L,2Rを、ユーザの左右の側頭筋上の皮膚に、電極間中心距離が40mmとなるように位置決めして貼付する。 First, as illustrated in FIG. 1, the electrodes 2L and 2R are attached to the skin on the left and right temporalis muscles of the user. For example, cloth electrodes 2L and 2R having an electrode size of 30 mm × 30 mm are positioned and attached to the skin on the left and right temporal muscles of the user so that the center distance between the electrodes is 40 mm.

そして、安静状態において、制御ユニット10がsEMG計測データ取得制御部11の制御の下、上記各電極2L,2Rにより計測された表面筋電図を表す計測データを、5秒間にわたり入出力インタフェースユニット30から取り込み、計測データ記憶部21に記憶させる。なお、このとき入出力インタフェースユニット30では、サンプリングレート1000Hz、ゲイン倍率1000倍で、計測信号ISL ,ISR のサンプリングが行われ、ディジタル信号からなる計測データに変換される。 Then, in the resting state, the control unit 10 under the control of the sEMG measurement data acquisition control unit 11 inputs the measurement data representing the surface EMG measured by the electrodes 2L and 2R to the input / output interface unit 30 for 5 seconds. Is taken in from, and stored in the measurement data storage unit 21. In this case input and output interface unit 30, the sampling rate 1000 Hz, the gain 1,000-fold magnification, measuring signal IS L, is performed sampled IS R, it is converted into measurement data consisting of the digital signal.

次に筋電計測装置1は、BPF処理部12により、上記計測データ記憶部21から各計測データを読み出して、当該計測データに対しバンドパスフィルタ処理を行う。このときバンドパスフィルタ処理の通過帯域は20−450Hzに設定される。この結果、BPF処理部12により、上記通過帯域は20−450Hz以外の帯域に含まれるノイズ成分が除去された計測データが得られる。 Next, the myoelectric measurement device 1 reads out each measurement data from the measurement data storage unit 21 by the BPF processing unit 12, and performs bandpass filter processing on the measurement data. At this time, the pass band of the bandpass filter processing is set to 20-450 Hz. As a result, the BPF processing unit 12 can obtain measurement data in which the noise component included in the band other than 20-450 Hz is removed from the pass band.

続いて、RMS算出部13の制御の下、上記BPF処理部12によりノイズ成分が除去された各計測データに対し100msecごとに窓を設定し、これらの窓ごとに上記各計測データの二乗平均平方根(RMS)を算出する。そして、上記各計測データについて、上記窓ごとに算出されたRMSの上記5秒間分の平均値をそれぞれ算出し、この算出されたRMSの平均値を、各計測データのベースライン値としてベースライン値記憶部22に保存する。かくして、左右の各側頭筋に対応するベースライン値が得られる。 Subsequently, under the control of the RMS calculation unit 13, windows are set every 100 msec for each measurement data from which noise components have been removed by the BPF processing unit 12, and the root mean square root of each measurement data is set for each of these windows. (RMS) is calculated. Then, for each of the above measurement data, the average value of the RMS calculated for each of the above windows for the above 5 seconds is calculated, and the average value of the calculated RMS is used as the baseline value of each measurement data as the baseline value. It is stored in the storage unit 22. Thus, a baseline value corresponding to each of the left and right temporalis muscles is obtained.

(2)表面筋電図の計測
上記ベースライン値の決定が終了すると、筋電計測装置1はユーザの例えば咀嚼運動の計測処理を以下のように実行する。図3はその処理手順と処理内容を示すフローチャートである。
(2) Measurement of surface EMG When the determination of the baseline value is completed, the EMG measuring device 1 executes, for example, a measurement process of a user's masticatory movement as follows. FIG. 3 is a flowchart showing the processing procedure and the processing content.

筋電計測装置1は、上記ベースライン値の設定処理と同様に、先ずsEMG計測データ取得制御部11の制御の下、ステップS11において、電極2L,2Rにより検出された左右の各側頭筋の表面筋電図を表す計測データを、入出力インタフェースユニット30から時系列に従い順次取り込み、計測データ記憶部21に記憶させる。 Similar to the above baseline value setting process, the myoelectric measurement device 1 first controls the left and right temporal muscles detected by the electrodes 2L and 2R in step S11 under the control of the sEMG measurement data acquisition control unit 11. The measurement data representing the surface EMG is sequentially fetched from the input / output interface unit 30 in chronological order and stored in the measurement data storage unit 21.

筋電計測装置1は、次にBPF処理部12の制御の下、ステップS12において、上記計測データ記憶部21から左右の各側頭筋に対応する計測データを読み出し、これらの計測データに対し20−450Hzの帯域のみを通過させて他の帯域を減衰させるフィルタリング処理を行う。このフィルタリング処理により、咀嚼運動とは無関係のノイズ成分の大部分が除去される。 Next, under the control of the BPF processing unit 12, the myoelectric measurement device 1 reads out the measurement data corresponding to the left and right temporal muscles from the measurement data storage unit 21 in step S12, and 20 for these measurement data. Performs filtering processing that allows only the −450Hz band to pass and attenuates other bands. This filtering process removes most of the noise components unrelated to the masticatory movement.

筋電計測装置1は、続いてRMS算出部13の制御の下、ステップS13により、上記フィルタリング処理後の左右の各側頭筋に対応する計測データに対し、それぞれ100msecの時間幅の窓を設定し、これらの窓ごとに上記各計測データの特徴量を表す二乗平均平方根(RMS)を算出する。 Then, under the control of the RMS calculation unit 13, the myoelectric measurement device 1 sets a window with a time width of 100 msec for the measurement data corresponding to the left and right temporal muscles after the filtering process in step S13. Then, for each of these windows, the root mean square (RMS) representing the feature amount of each of the above measurement data is calculated.

筋電計測装置1は、次に相関係数算出部15の制御の下、ステップS14において、上記左右の各側頭筋に対応する計測データのRMSに対し、5秒間の窓を設定して、この窓の期間における上記各計測データのRMS間の相関係数(R)を算出する。 Next, under the control of the correlation coefficient calculation unit 15, the myoelectric measurement device 1 sets a window for 5 seconds for the RMS of the measurement data corresponding to each of the left and right temporal muscles in step S14. The correlation coefficient (R) between the RMSs of each of the above measurement data during the period of this window is calculated.

筋電計測装置1は、続いて補正処理部16の制御の下、先ずステップS15において、上記算出された相関係数(R)をしきい値と比較し、相関係数(R)がしきい値以下であるか否かを判定する。しきい値は、例えば0.9に設定される。 Then, under the control of the correction processing unit 16, the myoelectric measurement device 1 first compares the calculated correlation coefficient (R) with the threshold value in step S15, and determines the correlation coefficient (R). Determine if it is less than or equal to the value. The threshold is set to, for example, 0.9.

上記比較の結果、相関係数(R)がしきい値より大きければ、上記左右の各側頭筋の計測データから算出したRMSの相似性は高く、左右のRMS値を不均衡にするノイズ成分は含まれていないと判断する。そして、ステップS16ではRMS値の補正を行わずに、ステップS18に移行し、上記計測されたRMS値をそのまま計測結果を表すデータOSとして、入出力インタフェースユニット30から図示しないユーザ端末または管理用サーバ等へ出力させる。 As a result of the above comparison, if the correlation coefficient (R) is larger than the threshold value, the similarity of RMS calculated from the measurement data of the left and right temporal muscles is high, and the noise component that imbalances the left and right RMS values. Is not included. Then, in step S16, the process proceeds to step S18 without correcting the RMS value, and the measured RMS value is used as the data OS representing the measurement result as it is from the input / output interface unit 30 to the user terminal or management server (not shown). To output to etc.

これに対し、上記比較の結果相関係数(R)がしきい値以下だったとする。この場合補正処理部16は、RMSにノイズ成分が多く含まれており補正が必要と判断する。そして、ステップS17において、ベースライン値記憶部22からベースライン値を読み出し、上記RMS値を上記ベースライン値に置換する。そして、ステップS18に移行して、上記補正後のRMS値を計測結果を表すデータOSとして、入出力インタフェースユニット30から図示しないユーザ端末または管理用サーバ等へ出力させる。 On the other hand, it is assumed that the correlation coefficient (R) is equal to or less than the threshold value as a result of the above comparison. In this case, the correction processing unit 16 determines that the RMS contains a large amount of noise components and needs to be corrected. Then, in step S17, the baseline value is read from the baseline value storage unit 22, and the RMS value is replaced with the baseline value. Then, the process proceeds to step S18, and the corrected RMS value is output from the input / output interface unit 30 to a user terminal or a management server (not shown) as a data OS representing the measurement result.

(3)計測結果の具体例
(3−1)咀嚼運動
咀嚼運動を行った場合、その閉口運動では左右の側頭筋がほぼ同時に同程度の収縮力で動くため、RMSの値は左右で同程度の値となり、結果的に相関係数(R)は高い値、つまり“1”に近い値になる。
図4は、咀嚼運動を5秒間行ったときの左右のRMSの値の変化と、相関係数(R)の一例を示すものである。同図に示すように、RMSの値は左右で同程度の値となり、その結果相関係数(R)は“0.97”と高い値となる。
(3) Specific examples of measurement results (3-1) Masticatory movement When a masticatory movement is performed, the left and right temporalis muscles move with the same contractile force at almost the same time in the closing movement, so the RMS value is the same on the left and right. As a result, the correlation coefficient (R) becomes a high value, that is, a value close to "1".
FIG. 4 shows an example of the change in the left and right RMS values and the correlation coefficient (R) when the masticatory movement is performed for 5 seconds. As shown in the figure, the RMS value is about the same on the left and right, and as a result, the correlation coefficient (R) is as high as “0.97”.

(3−2)歯を食いしばった場合
歯を食いしばった場合、左右の側頭筋は連動するため、上記咀嚼運動の場合と同様に、RMSの値は左右で同程度の値となり、相関係数(R)も高い値となる。
図5は、歯を食いしばった状態を5秒間保持したときの左右のRMSの値の変化と、相関係数(R)の一例を示すものである。同図に示すように、RMSの値は左右で類似した値となり、その結果相関係数(R)は“0.95”と高い値となる。
(3-2) When clenching teeth When clenching teeth, the left and right temporalis muscles are linked, so the RMS value is about the same on the left and right, as in the case of the above masticatory movement, and the correlation coefficient. (R) is also a high value.
FIG. 5 shows an example of the change in the left and right RMS values and the correlation coefficient (R) when the tooth clenched state is held for 5 seconds. As shown in the figure, the RMS value is similar on the left and right, and as a result, the correlation coefficient (R) is as high as “0.95”.

(3−3)瞬きを行った場合
これに対し瞬きを行った場合には、側頭筋は活動していないにも拘わらず、側頭筋表面部の皮膚が変形する。このため、RMSにはバンドパスフィルタ処理では除去できないノイズ成分が混入してしまう。この場合、瞬きによる計測値へのノイズ成分の混入の度合いは左右で異なり、一定の関係にならないため、相関係数は低くなる。
図6は、瞬きを5秒間行ったときの左右のRMSの値の変化と、相関係数(R)の算出結果の一例を示すものである。同図に示すように、RMSの値は左右で関連性が少なくなり、その結果相関係数(R)は“0.83”と、咀嚼運動等を行った場合に比べて低くなる。
(3-3) When blinking On the other hand, when blinking is performed, the skin on the surface of the temporalis muscle is deformed even though the temporalis muscle is not active. Therefore, a noise component that cannot be removed by the bandpass filter processing is mixed in the RMS. In this case, the degree of mixing of the noise component into the measured value due to blinking differs between the left and right, and the relationship is not constant, so that the correlation coefficient becomes low.
FIG. 6 shows an example of the change in the left and right RMS values when blinking is performed for 5 seconds and the calculation result of the correlation coefficient (R). As shown in the figure, the RMS value is less related to the left and right, and as a result, the correlation coefficient (R) is "0.83", which is lower than that in the case of masticatory movement or the like.

(3−4)帽子の鍔を左右に動かした場合
ユーザが帽子の鍔を持って左右に動かすと、この場合も側頭筋は活動していないにも拘わらず、電極がずれることによりノイズ成分が混入してしまう。この場合、ノイズ成分の混入の度合いは左右で異なり一定とはならないため、相関係数は低くなる。
図7は、帽子を左右に5秒間動かしたときの左右のRMSの値の変化と、相関係数(R)の算出結果の一例を示すものである。同図に示すように、RMSの値は左右で関連性が少なくなり、その結果相関係数(R)は“0.8”と、咀嚼運動を行った場合等に比べて低くなる。
(3-4) When the brim of the hat is moved left and right When the user holds the brim of the hat and moves it left and right, the noise component is caused by the electrode shifting even though the temporalis muscle is not active in this case as well. Will be mixed. In this case, the degree of mixing of noise components differs between the left and right and is not constant, so that the correlation coefficient becomes low.
FIG. 7 shows an example of the change in the left and right RMS values when the hat is moved left and right for 5 seconds, and the calculation result of the correlation coefficient (R). As shown in the figure, the RMS value is less related to the left and right, and as a result, the correlation coefficient (R) is "0.8", which is lower than that in the case of masticatory movement.

本実施形態では、以上の計測結果に基づいて、しきい値を“0.9”に設定し、補正の要否を判定している。従って、ユーザの咀嚼運動をノイズの発生要因となる他の動きと区別して、精度良く判定することが可能となる。 In the present embodiment, the threshold value is set to "0.9" based on the above measurement results, and the necessity of correction is determined. Therefore, it is possible to distinguish the masticatory movement of the user from other movements that cause noise and make an accurate determination.

(効果)
以上詳述したように一実施形態では、左右の各側頭筋の表面筋電図(sEMG)の計測データを取得し、これらの計測データに対し20−450Hzのみを通過させ他の周波数成分を除去するバンドパスフィルタ処理を行った後、特徴量を示すRMSを算出する。そして、上記左右の側頭筋に対応するRMS間の相関係数(R)を算出し、この相関係数(R)がしきい値以下の場合に、上記RMSには側頭筋の運動に寄らないノイズ成分が多く残留していると見做して、上記RMSの値を事前に設定しておいたベースライン値に置換するようにしている。
(effect)
As described in detail above, in one embodiment, measurement data of the surface electromyogram (sEMG) of each of the left and right temporalis muscles is acquired, and only 20-450 Hz is passed through these measurement data to pass other frequency components. After performing the bandpass filter processing to be removed, the RMS indicating the feature amount is calculated. Then, the correlation coefficient (R) between the RMSs corresponding to the left and right temporal muscles is calculated, and when the correlation coefficient (R) is equal to or less than the threshold value, the RMS indicates the movement of the temporal muscles. Considering that a large amount of noise components that do not approach each other remain, the RMS value is replaced with a preset baseline value.

従って、フィルタ処理技術のみでは除去できないノイズ成分を除去することが可能となり、これにより解析精度のさらなる向上を図ることができる。また、バンドパスフィルタによるノイズ除去処理を併用しているため、例えば咀嚼運動以外の体動成分の影響を事前に排除することができ、これによりRMSの算出および補正の要否判定をより正確に行うことが可能となる。さらに、補正用のベースライン値を事前にベースライン値記憶部22に記憶しているため、ベースライン値を読み出すだけで簡単な処理により補正処理を行うことができる。しかも、補正用の要否判定に使用するしきい値は、ユーザごとに事前に計測したデータをもとに設定するようにしているため、ユーザごとに適切なしきい値を設定することができる。 Therefore, it is possible to remove noise components that cannot be removed only by the filter processing technique, which can further improve the analysis accuracy. In addition, since noise removal processing using a bandpass filter is also used, it is possible to eliminate the effects of body movement components other than masticatory movements in advance, which makes it possible to more accurately calculate the RMS and determine the necessity of correction. It becomes possible to do. Further, since the baseline value for correction is stored in the baseline value storage unit 22 in advance, the correction process can be performed by a simple process simply by reading the baseline value. Moreover, since the threshold value used for determining the necessity for correction is set based on the data measured in advance for each user, an appropriate threshold value can be set for each user.

[他の実施形態]
前記一実施形態では、補正処理方法として、算出された相関係数がしきい値以下の場合に、算出されたRMSをベースライン値に置換するようにした。しかし、それに限らず、相関係数としきい値との差に応じてベースライン値に対する補正量を算出し、この補正量に基づいて、算出されたRMSの値を補正するようにしてもよい。
[Other Embodiments]
In the above embodiment, as a correction processing method, when the calculated correlation coefficient is equal to or less than the threshold value, the calculated RMS is replaced with the baseline value. However, the present invention is not limited to this, and a correction amount for the baseline value may be calculated according to the difference between the correlation coefficient and the threshold value, and the calculated RMS value may be corrected based on this correction amount.

前記一実施形態では、ベースライン値を実際の計測結果に基づいて設定するようにしたが、キャリブレーション処理を省略し、事前に用意された標準的なベースライン値を記憶するようにしてもよい。また、しきい値についても、予め固定的な設定した値を使用する以外に、咀嚼運動等の解析精度に基づいて定期的または随時更新するようにしてもよい。 In the above embodiment, the baseline value is set based on the actual measurement result, but the calibration process may be omitted and the standard baseline value prepared in advance may be stored. .. Further, the threshold value may be updated regularly or at any time based on the analysis accuracy of the masticatory movement or the like, in addition to using a fixed value set in advance.

さらに、前記一実施形態では、咀嚼運動を解析するために左右の各側頭筋の動きを計測する場合を例にとって説明した。しかし、それに限るものではなく、側頭筋の他にも奥歯付近に位置する咬筋も咀嚼運動時に左右で連動するため、同様の処理手順でノイズ成分を除去して表面筋電図(sEMG)を測定することができる。 Further, in the above-described embodiment, a case where the movements of the left and right temporalis muscles are measured in order to analyze the masticatory movement has been described as an example. However, it is not limited to this, and in addition to the temporalis muscle, the masseter muscle located near the back teeth is also linked to the left and right during the masticatory movement, so the noise component is removed by the same processing procedure and the surface electromyogram (sEMG) is performed. Can be measured.

また、咀嚼運動以外にも、屈伸運動等のように左右対称と筋肉が連動して動作する他の運動にも、この発明は適用可能である。その他、筋電計測装置の構成、表面筋電図の計測処理の手順と処理内容、しきい値や等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能である。 In addition to the masticatory movement, the present invention is also applicable to other movements such as bending and stretching movements in which the muscles move in tandem with left-right symmetry. In addition, the configuration of the EMG measuring device, the procedure and processing content of the surface EMG measurement process, the threshold value, and the like can be variously modified and implemented without departing from the gist of the present invention.

要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。 In short, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and at the implementation stage, the components can be modified and embodied within a range that does not deviate from the gist thereof. In addition, various inventions can be formed by an appropriate combination of the plurality of components disclosed in the above-described embodiment. For example, some components may be removed from all the components shown in the embodiments. In addition, components from different embodiments may be combined as appropriate.

1…筋電計測装置、2R,2L…電極、10…制御ユニット、11…sEMG計測データ取得制御部、12…BPF処理部、13…RMS算出部、14…ベースライン値算出部、15…相関係数算出部、20…記憶ユニット、21…計測データ記憶部、22…ベースライン値記憶部、30…入出力インタフェースユニット。 1 ... EMG measuring device, 2R, 2L ... Electrode, 10 ... Control unit, 11 ... sEMG measurement data acquisition control unit, 12 ... BPF processing unit, 13 ... RMS calculation unit, 14 ... Baseline value calculation unit, 15 ... Phase Relationship number calculation unit, 20 ... storage unit, 21 ... measurement data storage unit, 22 ... baseline value storage unit, 30 ... input / output interface unit.

Claims (4)

連動する第1および第2の筋肉部位の表面に設置された各電極から、それぞれ前記第1および第2の筋肉部位による表面筋電図を示す第1および第2の計測信号を取得する取得部と、
前記第1および第2の計測信号に基づいてそれぞれ前記表面筋電図の特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記算出された各特徴量間の相関の度合いを示す相関値を算出する相関値算出部と、
前記算出された相関値に基づいて前記各特徴量を補正する補正部と
を具備し、
前記補正部は、
前記各特徴量を補正するための補正情報を記憶する記憶媒体と、
前記算出された相関値が予め設定したしきい値以下の場合に、前記算出された各特徴量を前記記憶された補正情報に基づいて補正する補正処理部と、
前記相関値が最大値をとるときの前記各特徴量を求め、当該各特徴量を前記補正情報として前記記憶媒体に記憶させる補正情報生成部とを
を備える筋電計測装置。
An acquisition unit that acquires first and second measurement signals showing surface electromyograms of the first and second muscle parts, respectively, from electrodes installed on the surfaces of the first and second muscle parts that are interlocked with each other. When,
A feature amount calculation unit that calculates the feature amount of the surface EMG based on the first and second measurement signals, respectively.
A correlation value calculation unit that calculates a correlation value indicating the degree of correlation between each of the calculated feature quantities,
It is provided with a correction unit that corrects each feature amount based on the calculated correlation value.
The correction unit
A storage medium for storing correction information for correcting each feature amount, and
When the calculated correlation value is equal to or less than a preset threshold value, a correction processing unit that corrects each of the calculated feature amounts based on the stored correction information, and a correction processing unit.
A correction information generation unit that obtains each of the feature amounts when the correlation value takes the maximum value and stores each of the feature amounts in the storage medium as the correction information.
Electromyographic measuring device comprising a.
前記特徴量算出部は、
前記第1および第2の計測信号からそれぞれ予め設定した周波数帯域の信号を抽出するフィルタ部と、
前記フィルタ部により抽出された各信号からそれぞれ前記特徴量を算出する算出部と
を備える、請求項1に記載の筋電計測装置。
The feature amount calculation unit
A filter unit that extracts signals in a preset frequency band from the first and second measurement signals, respectively.
The myoelectric measurement device according to claim 1, further comprising a calculation unit for calculating the feature amount from each signal extracted by the filter unit.
筋電計測装置が実行する筋電計測方法であって、
連動する第1および第2の筋肉部位の表面に設置された各電極から、それぞれ前記第1および第2の筋肉部位による表面筋電図を示す第1および第2の計測信号を取得する過程と、
前記第1および第2の計測信号に基づいてそれぞれ前記表面筋電図の特徴量を算出する過程と、
前記算出された各特徴量間の相関の度合いを示す相関値を算出する過程と、
前記算出された相関値に基づいて前記各特徴量を補正する過程と
を具備し、
前記補正する過程は、
前記算出された相関値が予め設定したしきい値以下の場合に、前記算出された各特徴量を、予め記憶媒体に記憶された補正情報に基づいて補正する過程と、
前記相関値が最大値をとるときの前記各特徴量を求め、当該各特徴量を前記補正情報として前記記憶媒体に記憶させる過程と
を備える筋電計測方法。
It is an EMG measurement method executed by an EMG measuring device.
The process of acquiring the first and second measurement signals showing the surface electromyograms of the first and second muscle parts, respectively, from the electrodes installed on the surfaces of the first and second muscle parts that are interlocked with each other. ,
The process of calculating the feature amount of the surface EMG based on the first and second measurement signals, respectively, and
The process of calculating the correlation value indicating the degree of correlation between the calculated feature quantities, and
It includes a process of correcting each feature amount based on the calculated correlation value .
The correction process is
When the calculated correlation value is equal to or less than a preset threshold value, the process of correcting each of the calculated feature amounts based on the correction information stored in the storage medium in advance, and
A process of obtaining each feature amount when the correlation value takes a maximum value and storing each feature amount as the correction information in the storage medium.
EMG measurement method with a.
請求項1又は2に記載の筋電計測装置が具備する前記各部としてプロセッサを機能させるプログラム。 A program that causes a processor to function as each of the parts included in the myoelectric measurement device according to claim 1 or 2.
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