WO2020222626A1 - Method of analyzing muscle fatigue by electromyogram measurement - Google Patents

Method of analyzing muscle fatigue by electromyogram measurement Download PDF

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WO2020222626A1
WO2020222626A1 PCT/KR2020/095033 KR2020095033W WO2020222626A1 WO 2020222626 A1 WO2020222626 A1 WO 2020222626A1 KR 2020095033 W KR2020095033 W KR 2020095033W WO 2020222626 A1 WO2020222626 A1 WO 2020222626A1
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WO
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emg signal
muscle
emg
signal
heart rate
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Application number
PCT/KR2020/095033
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French (fr)
Korean (ko)
Inventor
정윤영
김영석
윤인열
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
재단법인 나노기반소프트일렉트로닉스연구단
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Publication date
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    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7235Details of waveform analysis

Definitions

  • the present disclosure relates to a method for analyzing muscle fatigue through EMG measurement and a wearable device for performing the same, and more particularly, to measure an EMG signal, which is an electrical signal generated from a user's muscle, and include an EMG signal from the measured EMG signal.
  • the present invention relates to a method and apparatus for obtaining only a pure EMG signal from which noise has been removed, and analyzing muscle fatigue with the obtained pure EMG signal, thereby providing more accurate muscle fatigue evaluation information to a user.
  • EMG signals contain various noises, including electrocardiogram signals, which are electrical signals generated by the heart, so in order to analyze muscle fatigue with high accuracy from the EMG signals, it is necessary to distinguish only signals generated from pure muscles. .
  • the present disclosure is to solve the problems of the prior art described above, by measuring an EMG signal, which is an electrical signal generated from a user's muscle, and obtaining only a pure EMG signal from which noise including an EMG signal has been removed from the measured EMG signal, Its purpose is to provide a user with more accurate muscle fatigue evaluation information in real time by quantitatively analyzing muscle fatigue based on the obtained pure EMG signal.
  • an EMG signal is transmitted as an electrical signal on a user's muscle surface detected by an electrode. Measuring; (b) obtaining a pure EMG signal (m[n]) from the measured EMG signal; And (c) analyzing muscle fatigue based on the obtained pure EMG signal m[n], and providing the analysis result to a user, a method for analyzing muscle fatigue through EMG measurement is provided.
  • the step (a) may include measuring an EMG signal c[n] before muscle contraction of the user and an EMG signal s[n] during muscle contraction.
  • step (b) the first heart rate peak point is determined from the measured slope change information of the EMG signal c[n] before muscle contraction, and the muscle is based on the determined first heart rate peak point. Rearranging the EMG signal (c[n]) before contraction; And (b2) determining a second heart rate peak point from the measured slope change information of the EMG signal s[n] during muscle contraction.
  • step (b3) the first heart rate peak point of the EMG signal c[n] before muscle contraction and the second heart rate peak point of the EMG signal s[n] during muscle contraction Setting a time difference value (n 0 ) by comparing and calculating a median value or an average value;
  • step (b4) The first heart rate peak point of the pre-muscular contraction EMG signal (c[n]) by moving the rearranged pre-muscular contraction EMG signal (c[n]) by a time difference value (n 0 ) on the time axis And matching the second heart rate peak point of the EMG signal (s[n]) when the muscle contracts; And (b5) removing the rearranged EMG signal (c[n]) from the EMG signal (s[n]) during muscle contraction to obtain the pure EMG signal (m[n]).
  • the rearranged EMG signal (c[n]) before muscle contraction is removed from the time axis (i) or (ii) converts the time axis signal into a frequency axis signal through fast Fourier transform. It may include the step of removing using any one of the methods of removing.
  • muscle fatigue is quantitatively compared by comparing the ratio of the total energy spectral density to the spectral density below a specific frequency using a spectrum evaluation method based on the obtained pure EMG signal (m[n]). It may include the step of analyzing.
  • the step (c) may include (i) providing the muscle fatigue analysis result in the form of voice information or visual information through an information providing module, or (ii) transmitting the muscle fatigue analysis result to a user terminal through a wireless communication module.
  • an electrode for measuring an EMG signal using an electrical signal detected from a user's muscle surface;
  • a processor for obtaining a pure EMG signal (m[n]) from the measured EMG signal and analyzing muscle fatigue based on the obtained pure EMG signal (m[n]);
  • An information providing module that provides a result of muscle fatigue analysis in the form of voice information or visual information;
  • a wireless communication module for transmitting the muscle fatigue analysis result to a user terminal through wireless communication.
  • the electrode may measure an EMG signal c[n] before muscle contraction of the user and an EMG signal s[n] during muscle contraction.
  • the processor determines a first heart rate peak point from the measured slope change information of the pre-muscular contraction EMG signal c[n], and based on the determined first heart rate peak point, the EMG signal c [n]) may be rearranged, and the second heart rate peak point may be determined from the measured slope change information of the EMG signal s[n] during muscle contraction.
  • the processor compares the first heart rate peak point of the EMG signal c[n] before muscle contraction and the second heart rate peak point of the EMG signal s[n] during muscle contraction, and the median value or average value By calculating, a time difference value (n 0 ) is set, and the rearranged EMG signal before muscle contraction (c[n]) is moved by a time difference value (n 0 ) on the time axis, and the EMG signal before muscle contraction ( The first heart rate peak point of c[n]) coincides with the second heart rate peak point of the EMG signal s[n] during muscle contraction, and the EMG signal s[n] during muscle contraction
  • the pure EMG signal m[n] may be obtained by removing the EMG signal c[n] before the rearranged muscle contraction.
  • the processor is a method of removing the rearranged EMG signal (c[n]) before muscle contraction by (i) removing it from the time axis or (ii) converting the time axis signal into a frequency axis signal through fast Fourier transform It can be removed using any one of the methods.
  • the processor can quantitatively analyze muscle fatigue by comparing the ratio of the total energy spectral density to the spectral density below a specific frequency using a spectrum evaluation method based on the obtained pure EMG signal (m[n]). have.
  • an EMG signal measurement function for measuring an EMG signal using an electric signal on a user's muscle surface detected by an electrode
  • a pure EMG acquisition function for obtaining a pure EMG signal (m[n]) from the measured EMG signal
  • a computer-readable recording medium in which a program for executing a muscle fatigue analysis result providing function that analyzes muscle fatigue based on the obtained pure EMG signal m[n] and provides the analysis result to the user is provided.
  • the analysis of muscle fatigue is performed by classifying only the electrical signal generated by muscle movement from the EMG signal measured through the electrode, so that a more accurate analysis of the muscle fatigue is possible.
  • the analysis result information is provided to the user by analyzing the muscle fatigue, it has the advantage of providing real-time analysis information on the muscle fatigue to the user.
  • analysis information or an alarm is provided to the user only when it is determined that the analyzed muscle fatigue is equal to or greater than a preset predetermined threshold, and provides information on EMG measurement and muscle fatigue analysis. It can increase power efficiency.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a wearable device for analyzing muscle fatigue through EMG measurement according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a flow chart illustrating a process of analyzing muscle fatigue through EMG measurement by a wearable device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of obtaining a pure EMG signal from an electrical signal measured by an electrode according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of evaluating muscle fatigue based on a pure EMG signal according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a wearable device 100 for analyzing muscle fatigue through EMG measurement according to an embodiment of the present disclosure.
  • a wearable device 100 may include an electrode 110, a processor 120, an information providing module 130, and a wireless communication module 140.
  • the electrode 110 is in direct or indirect contact with the user's skin or directly attached to a muscle, so that an electrical signal can be detected on the user's muscle surface, and an EMG signal can be measured with an electrical signal detected on the user's muscle surface have.
  • the EMG signal may be a signal measured including an electrocardiogram signal, which is an electrical signal generated from the heart, and various noises.
  • the electrode 110 may measure the EMG signal c[n] before muscle contraction of the user and the EMG signal s[n] during muscle contraction with respect to the EMG signal.
  • the electrode 110 transmits the measured EMG signal c[n] before muscle contraction and the EMG signal s[n] during muscle contraction to the processor 120 to obtain a pure EMG signal (m[n]). You can do it.
  • the pure EMG signal m[n] may mean an electrical signal generated only by movement of a muscle among electrical signals generated on a muscle surface.
  • the processor 120 may obtain a pure EMG signal m[n] from the measured EMG signal, and analyze muscle fatigue based on the obtained pure EMG signal m[n].
  • the processor 120 may obtain a pure EMG signal m[n] based on the measured EMG signal c[n] before muscle contraction and the EMG signal s[n] during muscle contraction. have.
  • the processor 120 determines a first heart rate peak point from the measured slope change information of the EMG signal c[n] before muscle contraction, and the measured EMG before muscle contraction based on the determined first heart rate peak point.
  • the signal c[n] can be rearranged.
  • the processor 120 may determine the second heart rate peak point from the measured slope change information of the EMG signal s[n] during muscle contraction.
  • the processor 120 compares the first heart rate peak point for the determined EMG signal c[n] before muscle contraction and the second heart rate peak point for the determined muscle contraction EMG signal s[n] A value or average value may be calculated, and a time difference value (n 0 ) may be set as the calculated median value or average value.
  • the processor 120 moves the rearranged EMG signal c[n] before muscle contraction by the time difference value n 0 on the time axis, so that the first EMG signal c[n] before muscle contraction is
  • the heart rate peak point and the second heart rate peak point for the EMG signal s[n] during muscle contraction may be matched.
  • the processor 120 removes the rearranged muscle contraction pre-EMG signal c[n] from the muscle contraction EMG signal s[n].
  • a pure EMG signal (m[n]) may be obtained.
  • the processor 120 is a method of removing the rearranged EMG signal c[n] before muscle contraction in the time axis, and the rearrangement in the EMG signal s[n] when the muscle contracts.
  • the pure EMG signal m[n] may be obtained by removing the EMG signal c[n] before the muscle contraction.
  • the processor 120 converts a signal of a time axis into a signal of a frequency axis through fast Fourier transform to remove the rearranged EMG signal c[n] before muscle contraction.
  • a pure EMG signal m[n] may be obtained by removing the rearranged EMG signal c[n] before muscle contraction from the EMG signal s[n].
  • the processor 120 quantitatively measures the muscle fatigue of the user by comparing the ratio of the total energy spectral density to the spectral density below a specific frequency using a spectrum evaluation method based on the obtained pure EMG signal (m[n]). Can be analyzed.
  • the processor 120 may determine a specific frequency used for quantitative analysis of muscle fatigue according to a preset method. For example, according to the first method, in a normal state in which the processor 120 does not feel fatigue, the reference frequency without the influence of noise in the PSD (power spectral density) result of the electromyography (EMG) signal (for example, 20 Hz) or more, the frequency value of the peak point with the largest magnitude can be determined as a specific frequency.
  • EMG electromyography
  • the processor 120 obtains a normalized cumulative power distribution (NCPD) from the PSD result of the EMG signal in a normal state where there is no fatigue, and then the cumulative power is a specific ratio (eg: 25%, 50%, 25% to 50%) can be determined as a specific frequency.
  • NCPD normalized cumulative power distribution
  • the processor 120 may obtain a more accurate result by quantitatively analyzing muscle fatigue using a specific frequency determined according to the first method or the second method. As the muscle fatigue increases, less energy in the high-frequency region may be observed, and the processor 120 performs a quantitative analysis with higher accuracy according to the first method or the second method by using such muscle characteristics. can do.
  • the information providing module 130 may mean that it is provided in the wearable device 100 in the form of a speaker or a display.
  • the information providing module 130 may convert or display the muscle fatigue information analyzed by the processor 120 into voice information or visual information, and provide it to the user.
  • the wireless communication module 140 may transmit the muscle fatigue analysis result derived from the processor 120 to a user terminal (not shown) through wireless communication and provide it to the user, and wirelessly communicate not only to the user but also to the user's related terminal. Information can be transmitted through the network so that information can be shared.
  • the user terminal is any kind of handheld-based wireless communication device equipped with a touch screen panel such as a mobile phone, a smart phone, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a tablet PC, etc.
  • a device on which a basis for installing and executing applications is provided such as a desktop PC, a tablet PC, a laptop PC, and an IPTV including a set-top box may be included.
  • a muscle fatigue analysis program according to EMG measurement may be pre-installed and stored in a memory of the user terminal (not shown).
  • the user terminal may be implemented as a terminal such as a computer operating through a computer program for realizing the functions described herein.
  • the wearable device 100 may be implemented in a form attached or worn on a user's body.
  • the wearable device 100 may have a program for EMG measurement and muscle fatigue analysis previously installed, and a separate memory function may be provided so that a user's setting function or measurement information and analysis information may be stored.
  • FIG. 2 is a flow chart illustrating a process of analyzing muscle fatigue through EMG measurement by the wearable device 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wearable device 100 may measure an EMG signal by sensing an electrical signal from the user's muscle surface (S210).
  • the measured EMG signal may be a signal measured by including an EMG signal and noise, which are electrical signals generated from the heart, in addition to the EMG signal generated during muscle exercise.
  • the wearable device 100 classifies and obtains only pure EMG signals (m[n]) from the measured EMG signals in order to perform muscle fatigue analysis with improved accuracy with EMG signals generated during muscle exercise.
  • the wearable device 100 may perform a quantitative analysis on muscle fatigue based on the obtained pure EMG signal m[n] (S230), and the analysis It is possible to provide the result information on the muscle fatigue to the user (S240).
  • the analyzed result information on the muscle fatigue may be provided to the user in the form of audio information or visual information through a speaker or display device provided in the wearable device 100, and for this purpose, the wearable device 100 Transformation for information provision may be further performed.
  • the wearable device 100 determines whether or not the muscle fatigue analyzed through a separate algorithm exceeds a predetermined threshold based on the analyzed result information on the muscle fatigue level.
  • the power efficiency can be improved by providing the analysis result to the user only when the analyzed muscle fatigue level exceeds a predetermined threshold value.
  • the predetermined threshold may be set in advance by a user.
  • the wearable device 100 provides result information on the analyzed muscle fatigue to the user as soon as the analysis on the muscle fatigue is completed, but the analyzed muscle fatigue exceeds a predetermined threshold. Only when it is determined that the alarm can be additionally provided in the form of audio information or visual information.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of obtaining a pure EMG signal m[n] from an electrical signal measured by the electrode 110 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wearable device 100 may measure an EMG signal of a user through the provided electrode 110.
  • the wearable device 100 includes the electrode 110 through this, the user's EMG signal c[n] before muscle contraction may be measured (S211), and the EMG signal s[n] during muscle contraction may be measured (S212).
  • the wearable device 100 may determine the first heart rate peak point from the slope change information of the EMG signal c[n] before muscle contraction through the processor 120 (S221), and the determined first heart rate peak Based on the point, the EMG signal c[n] before muscle contraction may be rearranged (S222).
  • the wearable device 100 may determine the second heart rate peak point from the slope change information of the EMG signal s[n] when the muscle contracts through the processor 120 (S223).
  • the wearable device 100 compares the first heart rate peak point for the EMG signal c[n] before muscle contraction and the second heart rate peak point for the EMG signal s[n] during muscle contraction, and has a median value. Alternatively, by calculating the average value, the calculated median value or the average value may be set as the time difference value n 0 (S224).
  • the wearable device 100 moves the EMG signal (c[n]) before the rearranged muscle contraction by a time difference value (n 0 ) on the time axis to contract the muscle.
  • the first heart rate peak point for the entire EMG signal c[n] and the second heart rate peak point for the EMG signal s[n] during muscle contraction may be matched (S225).
  • the wearable device 100 matches the first heart rate peak point and the second heart rate peak point, the re-arranged EMG signal c[n] in the EMG signal s[n] when the muscle contracts. ), a pure EMG signal m[n] can be obtained (S226).
  • the wearable device 100 after matching the first heart rate peak point and the second heart rate peak point, the wearable device 100 removes the rearranged muscle contraction EMG signal c[n] on the time axis.
  • the pure EMG signal m[n] can be obtained by removing the EMG signal c[n] before the rearranged muscle contraction from the EMG signal s[n] during muscle contraction by using a method of .
  • the wearable device 100 uses a method of converting a time-axis signal into a frequency-axis signal through fast Fourier transform.
  • the pure EMG signal m[n] can be obtained by removing the rearranged EMG signal c[n] before muscle contraction from the EMG signal s[n] during muscle contraction.
  • the method of converting the signal on the time axis into a signal on the frequency axis and removing the rearranged pre-muscular contraction EMG signal c[n] from the muscle contraction EMG signal s[n] is a fast Fourier transform. It may be performed through at least one of a discrete-time Fourier transform, discrete Fourier transform, and a spectrum evaluation method in which autocorrelation and fast Fourier transform are combined.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a process of evaluating muscle fatigue based on a pure EMG signal m[n] according to an embodiment of the present disclosure.
  • the wearable device 100 performs transformation through a spectrum evaluation method based on the pure EMG signal m[n] obtained through the processor 120 to determine the energy spectral density (M[k]) of the frequency axis. It can be calculated (S231).
  • the wearable device 100 may calculate a ratio r of the energy spectral density below a specific frequency to the total energy spectral density based on the calculated energy spectral density M[k] on the frequency axis (S232).
  • the specific frequency may be set differently according to the user's setting.
  • the wearable device 100 uses the ratio (r) of the calculated total energy spectral density to the energy spectral density below a specific frequency and the calculated energy spectrum at a specific frequency or less compared to the calculated total energy spectral density before muscle exercise.
  • the density ratio (r 0 ) By comparing the density ratio (r 0 ), the degree of reduction can be determined, and muscle fatigue can be analyzed through this (S233).
  • muscle fatigue evaluation algorithm is an efficient calculation method that can be implemented even in low-spec hardware, it is easy to put it into practical use due to its wide device application range.
  • the analysis of muscle fatigue is performed by classifying only the electrical signal generated by muscle movement from the EMG signal measured through the electrode, and a more accurate analysis of the muscle fatigue is possible. It works.
  • a pure EMG signal is obtained from the measured EMG signal, and the obtained signal is It analyzes muscle fatigue as a basis and provides analysis result information to the user, which has the advantage of providing real-time analysis information on muscle fatigue to the user.
  • analysis information or an alarm is provided to the user only when it is determined that the analyzed muscle fatigue is equal to or greater than a predetermined threshold, and information on EMG measurement and muscle fatigue analysis is provided. Power efficiency can be increased.

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Abstract

Provided according to one embodiment of the present disclosure is a process for analyzing muscle fatigue via electromyogram measurement by a wearable device, the process comprising the steps of: (a) measuring electromyogram signals by electric signals on a muscle surface of a user, detected at electrodes; (b) obtaining pure electromyogram signals (m[n]) from the measured electromyogram signals; and (c) analyzing muscle fatigue on the basis of the obtained pure electromyogram signals (m[n]), and providing an analysis result to the user.

Description

근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법 및 이를 수행하는 웨어러블 디바이스Method for analyzing muscle fatigue through EMG measurement and wearable device for performing the same
본 개시는 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법 및 이를 수행하는 웨어러블 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 사용자의 근육에서 발생하는 전기 신호인 근전도 신호를 측정하고, 측정된 근전도 신호로부터 심전도 신호를 포함한 잡음이 제거된 순수 근전도 신호만을 획득하여, 획득된 순수 근전도 신호로 근육 피로도를 분석함으로써, 사용자에게 보다 정확한 근육 피로도 평가 정보를 제공할 수 있도록 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method for analyzing muscle fatigue through EMG measurement and a wearable device for performing the same, and more particularly, to measure an EMG signal, which is an electrical signal generated from a user's muscle, and include an EMG signal from the measured EMG signal. The present invention relates to a method and apparatus for obtaining only a pure EMG signal from which noise has been removed, and analyzing muscle fatigue with the obtained pure EMG signal, thereby providing more accurate muscle fatigue evaluation information to a user.
운동 선수의 경우 훈련 및 시합 중 근육의 피로도를 정량적으로 확인하는 것은 컨디션 관리 및 장기적인 근육 단련을 위해 매우 필요한 기술이다. 근육 수축 시 발생하는 근전도 신호를 통해 근육의 피로도를 정량적으로 평가하는 방법에 대해 기존부터 여러 연구가 진행되어 왔지만, 아직까지 실시간으로 근전도를 측정하여 근육의 피로도를 정량적으로 분석하는 웨어러블 디바이스는 개발되지 못하였다.For athletes, quantitatively checking muscle fatigue during training and competition is a very necessary skill for physical condition management and long-term muscle training. Several studies have been conducted on the method of quantitatively evaluating muscle fatigue through EMG signals generated during muscle contraction, but wearable devices that quantitatively analyze muscle fatigue by measuring EMG in real time have not been developed. I couldn't.
일반적으로 근전도 신호에는 심장에서 발생하는 전기 신호인 심전도 신호를 포함한 여러가지 잡음이 섞여 있기 때문에, 근전도 신호로부터 높은 정확도로 근육의 피로도를 분석하기 위해서는 순수하게 근육에서 발생되는 신호만을 구별해 낼 필요가 있다.In general, EMG signals contain various noises, including electrocardiogram signals, which are electrical signals generated by the heart, so in order to analyze muscle fatigue with high accuracy from the EMG signals, it is necessary to distinguish only signals generated from pure muscles. .
따라서, 실시간으로 운동 선수의 근육 피로도를 정확하게 측정하기 위해, 근전도를 측정하고 측정된 근전도 신호에서 심전도를 포함한 잡음을 순수 근전도 신호에 손상없이 제거한 후 신호 분석을 통해 근육의 피로도를 정량적으로 평가할 수 있도록 하는 웨어러블 디바이스에 대한 기술 개발의 요구가 점차 증대되고 있으며, 상술한 문제점을 해결하기 위한 방안이 시급한 실정이다.Therefore, in order to accurately measure the muscle fatigue of an athlete in real time, it is possible to quantitatively evaluate the muscle fatigue through signal analysis after measuring the EMG and removing noise including the EKG from the measured EMG signal without damage to the pure EMG signal. The demand for technology development for wearable devices is gradually increasing, and a solution to the above-described problems is urgently needed.
본 개시는 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사용자의 근육에서 발생하는 전기 신호인 근전도 신호를 측정하고, 측정된 근전도 신호로부터 심전도 신호를 포함한 잡음이 제거된 순수 근전도 신호만을 획득하여, 획득된 순수 근전도 신호를 기초로 근육 피로도를 정량적으로 분석함으로써, 사용자에게 보다 정확한 근육 피로도 평가 정보를 실시간으로 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present disclosure is to solve the problems of the prior art described above, by measuring an EMG signal, which is an electrical signal generated from a user's muscle, and obtaining only a pure EMG signal from which noise including an EMG signal has been removed from the measured EMG signal, Its purpose is to provide a user with more accurate muscle fatigue evaluation information in real time by quantitatively analyzing muscle fatigue based on the obtained pure EMG signal.
본 개시의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present disclosure are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood from the following description.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 웨어러블 디바이스가, 근전도 측정을 통해 근육 피로도를 분석하는 방법에 있어서, (a) 전극에서 감지되는 사용자 근육 표면의 전기 신호로 근전도 신호를 측정하는 단계; (b) 상기 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하는 단계; 및 (c) 상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도를 분석하여, 분석 결과를 사용자에게 제공하는 단계를 포함하는, 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법이 제공된다.According to an embodiment of the present disclosure for achieving the above object, in a method of analyzing a muscle fatigue level through an electromyography measurement by a wearable device, (a) an EMG signal is transmitted as an electrical signal on a user's muscle surface detected by an electrode. Measuring; (b) obtaining a pure EMG signal (m[n]) from the measured EMG signal; And (c) analyzing muscle fatigue based on the obtained pure EMG signal m[n], and providing the analysis result to a user, a method for analyzing muscle fatigue through EMG measurement is provided.
상기 (a) 단계는, 상기 사용자의 근육 수축 전 근전도 신호(c[n]) 및 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.The step (a) may include measuring an EMG signal c[n] before muscle contraction of the user and an EMG signal s[n] during muscle contraction.
상기 (b) 단계는, (b1) 상기 측정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 기울기 변화 정보로부터 제1 심박수 피크점을 결정하고, 결정된 제1 심박수 피크점을 기준으로 하여 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 재정렬하는 단계; 및 (b2) 상기 측정된 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 기울기 변화 정보로부터 제2 심박수 피크점을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In step (b), (b1) the first heart rate peak point is determined from the measured slope change information of the EMG signal c[n] before muscle contraction, and the muscle is based on the determined first heart rate peak point. Rearranging the EMG signal (c[n]) before contraction; And (b2) determining a second heart rate peak point from the measured slope change information of the EMG signal s[n] during muscle contraction.
상기 (b) 단계는, (b3) 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 비교하여 중간값 또는 평균값을 산출함으로써, 시간 차이값(n 0)을 설정하는 단계; (b4) 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 시간축에서 시간 차이값(n 0)만큼 이동시켜, 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 일치시키는 단계; 및 (b5) 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하여 상기 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the step (b), (b3) the first heart rate peak point of the EMG signal c[n] before muscle contraction and the second heart rate peak point of the EMG signal s[n] during muscle contraction Setting a time difference value (n 0 ) by comparing and calculating a median value or an average value; (b4) The first heart rate peak point of the pre-muscular contraction EMG signal (c[n]) by moving the rearranged pre-muscular contraction EMG signal (c[n]) by a time difference value (n 0 ) on the time axis And matching the second heart rate peak point of the EMG signal (s[n]) when the muscle contracts; And (b5) removing the rearranged EMG signal (c[n]) from the EMG signal (s[n]) during muscle contraction to obtain the pure EMG signal (m[n]). Can include.
상기 (b5) 단계는, 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를, (i) 시간축에서 제거하는 방법 또는 (ii) 고속 푸리에 변환을 통해 시간축의 신호를 주파수축의 신호로 변환하여 제거하는 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 제거하는 단계를 포함할 수 있다.In the step (b5), the rearranged EMG signal (c[n]) before muscle contraction is removed from the time axis (i) or (ii) converts the time axis signal into a frequency axis signal through fast Fourier transform. It may include the step of removing using any one of the methods of removing.
상기 (c) 단계는, 상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 스펙트럼 평가 방법을 이용하여 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 스펙트럼 밀도의 비율 비교를 통해 근육 피로도를 정량적으로 분석하는 단계를 포함할 수 있다.In the step (c), muscle fatigue is quantitatively compared by comparing the ratio of the total energy spectral density to the spectral density below a specific frequency using a spectrum evaluation method based on the obtained pure EMG signal (m[n]). It may include the step of analyzing.
상기 (c) 단계는, 상기 근육 피로도 분석 결과를 (i) 정보 제공 모듈을 통해 음성 정보 또는 시각적 정보의 형태로 제공하거나, (ii) 무선 통신 모듈을 통해 사용자 단말기로 전송하는 단계를 포함할 수 있다.The step (c) may include (i) providing the muscle fatigue analysis result in the form of voice information or visual information through an information providing module, or (ii) transmitting the muscle fatigue analysis result to a user terminal through a wireless communication module. have.
한편, 본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 사용자 근육 표면으로부터 감지되는 전기 신호로 근전도 신호를 측정하는 전극; 상기 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하고, 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도를 분석하는 프로세서; 근육 피로도 분석 결과를 음성 정보 또는 시각적 정보의 형태로 제공하는 정보 제공 모듈; 및 상기 근육 피로도 분석 결과를 무선 통신을 통해 사용자 단말기로 전송하는 무선 통신 모듈을 포함하는, 웨어러블 디바이스가 제공된다.On the other hand, according to another embodiment of the present disclosure, an electrode for measuring an EMG signal using an electrical signal detected from a user's muscle surface; A processor for obtaining a pure EMG signal (m[n]) from the measured EMG signal and analyzing muscle fatigue based on the obtained pure EMG signal (m[n]); An information providing module that provides a result of muscle fatigue analysis in the form of voice information or visual information; And a wireless communication module for transmitting the muscle fatigue analysis result to a user terminal through wireless communication.
상기 전극은, 상기 사용자의 근육 수축 전 근전도 신호(c[n]) 및 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 측정할 수 있다.The electrode may measure an EMG signal c[n] before muscle contraction of the user and an EMG signal s[n] during muscle contraction.
상기 프로세서는, 상기 측정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 기울기 변화 정보로부터 제1 심박수 피크점을 결정하고, 결정된 제1 심박수 피크점을 기준으로 하여 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 재정렬하며, 상기 측정된 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 기울기 변화 정보로부터 제2 심박수 피크점을 결정할 수 있다.The processor determines a first heart rate peak point from the measured slope change information of the pre-muscular contraction EMG signal c[n], and based on the determined first heart rate peak point, the EMG signal c [n]) may be rearranged, and the second heart rate peak point may be determined from the measured slope change information of the EMG signal s[n] during muscle contraction.
상기 프로세서는, 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 비교하여 중간값 또는 평균값을 산출함으로써, 시간 차이값(n 0)을 설정하고, 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 시간축에서 시간 차이값(n 0)만큼 이동시켜, 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 일치시키며, 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하여 상기 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다.The processor compares the first heart rate peak point of the EMG signal c[n] before muscle contraction and the second heart rate peak point of the EMG signal s[n] during muscle contraction, and the median value or average value By calculating, a time difference value (n 0 ) is set, and the rearranged EMG signal before muscle contraction (c[n]) is moved by a time difference value (n 0 ) on the time axis, and the EMG signal before muscle contraction ( The first heart rate peak point of c[n]) coincides with the second heart rate peak point of the EMG signal s[n] during muscle contraction, and the EMG signal s[n] during muscle contraction The pure EMG signal m[n] may be obtained by removing the EMG signal c[n] before the rearranged muscle contraction.
상기 프로세서는, 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를, (i) 시간축에서 제거하는 방법 또는 (ii) 고속 푸리에 변환을 통해 시간축의 신호를 주파수축의 신호로 변환하여 제거하는 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 제거할 수 있다.The processor is a method of removing the rearranged EMG signal (c[n]) before muscle contraction by (i) removing it from the time axis or (ii) converting the time axis signal into a frequency axis signal through fast Fourier transform It can be removed using any one of the methods.
상기 프로세서는, 상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 스펙트럼 평가 방법을 이용하여 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 스펙트럼 밀도의 비율 비교를 통해 근육 피로도를 정량적으로 분석할 수 있다.The processor can quantitatively analyze muscle fatigue by comparing the ratio of the total energy spectral density to the spectral density below a specific frequency using a spectrum evaluation method based on the obtained pure EMG signal (m[n]). have.
한편, 본 개시의 또 다른 실시 예에 따르면, 웨어러블 디바이스에서, 전극에서 감지되는 사용자 근육 표면의 전기 신호로 근전도 신호를 측정하는 근전도 신호 측정 기능; 상기 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하는 순수 근전도 획득 기능; 및 상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도를 분석하여, 분석 결과를 사용자에게 제공하는 근육 피로도 분석 결과 제공 기능을 실행시키는 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽기 가능한 기록 매체가 제공된다.On the other hand, according to another embodiment of the present disclosure, in a wearable device, an EMG signal measurement function for measuring an EMG signal using an electric signal on a user's muscle surface detected by an electrode; A pure EMG acquisition function for obtaining a pure EMG signal (m[n]) from the measured EMG signal; And a computer-readable recording medium in which a program for executing a muscle fatigue analysis result providing function that analyzes muscle fatigue based on the obtained pure EMG signal m[n] and provides the analysis result to the user is provided. do.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전극을 통해 측정된 근전도 신호로부터 근육의 운동에 의해 발생한 전기 신호만을 분류하여 근육 피로도의 분석을 실시하는 바, 근육 피로도에 대해 보다 정확한 분석이 가능하다는 효과가 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the analysis of muscle fatigue is performed by classifying only the electrical signal generated by muscle movement from the EMG signal measured through the electrode, so that a more accurate analysis of the muscle fatigue is possible. .
본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 사용자의 웨어러블 디바이스 착용으로 전극과 접촉되어 있는 사용자 근육 표면의 전기 신호를 실시간으로 측정하여, 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호를 획득하고, 획득된 신호를 기초로 근육 피로도를 분석하여 사용자에게 분석 결과 정보를 제공하는 바, 사용자에게 근육 피로도에 대한 실시간 분석 정보 제공이 가능하다는 장점이 있다.According to another embodiment of the present disclosure, by measuring an electrical signal on a user's muscle surface in contact with an electrode by wearing a wearable device by the user in real time, obtaining a pure EMG signal from the measured EMG signal, and based on the obtained signal. Since the analysis result information is provided to the user by analyzing the muscle fatigue, it has the advantage of providing real-time analysis information on the muscle fatigue to the user.
본 개시의 또 다른 실시 예에 따르면, 분석된 근육 피로도가 미리 설정된 소정의 임계값 이상인 것으로 판단된 경우에 한하여 사용자에게 분석 정보 또는 알람을 제공하는 바, 근전도 측정 및 근육 피로도 분석에 대한 정보 제공에 있어 전력 효율을 높일 수 있다.According to another embodiment of the present disclosure, analysis information or an alarm is provided to the user only when it is determined that the analyzed muscle fatigue is equal to or greater than a preset predetermined threshold, and provides information on EMG measurement and muscle fatigue analysis. It can increase power efficiency.
본 개시의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 개시의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present disclosure are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present disclosure.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 근전도 측정을 통해 근육 피로도를 분석하는 웨어러블 디바이스의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of a wearable device for analyzing muscle fatigue through EMG measurement according to an embodiment of the present disclosure.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨어러블 디바이스가 근전도 측정을 통해 근육 피로도를 분석하는 과정을 도시한 순서도이다.FIG. 2 is a flow chart illustrating a process of analyzing muscle fatigue through EMG measurement by a wearable device according to an embodiment of the present disclosure.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따라 전극에서 측정된 전기 신호로부터 순수 근전도 신호가 획득되는 과정을 도시한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a process of obtaining a pure EMG signal from an electrical signal measured by an electrode according to an embodiment of the present disclosure.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따라 순수 근전도 신호를 기초로 근육의 피로도를 평가하는 과정을 도시한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a process of evaluating muscle fatigue based on a pure EMG signal according to an embodiment of the present disclosure.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시를 설명하기로 한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present disclosure may be implemented in various different forms, and thus is not limited to the exemplary embodiments described herein. In addition, in the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present disclosure, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member interposed therebetween. . In addition, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further provided, rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 개시의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 근전도 측정을 통해 근육 피로도를 분석하는 웨어러블 디바이스(100)의 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a configuration of a wearable device 100 for analyzing muscle fatigue through EMG measurement according to an embodiment of the present disclosure.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 웨어러블 디바이스(100)는 전극(110), 프로세서(120), 정보 제공 모듈(130) 및 무선 통신 모듈(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a wearable device 100 according to an embodiment of the present disclosure may include an electrode 110, a processor 120, an information providing module 130, and a wireless communication module 140.
전극(110)은 사용자의 피부와 직접 또는 간접적으로 접촉되거나 근육에 직접 부착되어, 사용자의 근육 표면에서 전기 신호를 감지할 수 있으며, 사용자의 근육 표면에서 감지된 전기 신호로 근전도 신호를 측정할 수 있다.The electrode 110 is in direct or indirect contact with the user's skin or directly attached to a muscle, so that an electrical signal can be detected on the user's muscle surface, and an EMG signal can be measured with an electrical signal detected on the user's muscle surface have.
상기 근전도 신호는, 심장에서 발생하는 전기 신호인 심전도 신호 및 여러가지 잡음을 포함하여 측정된 신호일 수 있다.The EMG signal may be a signal measured including an electrocardiogram signal, which is an electrical signal generated from the heart, and various noises.
전극(110)은 상기 근전도 신호에 대하여 사용자의 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])와 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 측정할 수 있다.The electrode 110 may measure the EMG signal c[n] before muscle contraction of the user and the EMG signal s[n] during muscle contraction with respect to the EMG signal.
전극(110)은 측정한 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])와 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 프로세서(120)로 전달하여 순수 근전도 신호(m[n])가 획득되도록 할 수 있다.The electrode 110 transmits the measured EMG signal c[n] before muscle contraction and the EMG signal s[n] during muscle contraction to the processor 120 to obtain a pure EMG signal (m[n]). You can do it.
상기 순수 근전도 신호(m[n])는 근육 표면에서 발생된 전기 신호 중 근육의 운동에 의해서만 발생된 전기 신호를 의미하는 것일 수 있다.The pure EMG signal m[n] may mean an electrical signal generated only by movement of a muscle among electrical signals generated on a muscle surface.
프로세서(120)는 상기 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있으며, 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도를 분석할 수 있다.The processor 120 may obtain a pure EMG signal m[n] from the measured EMG signal, and analyze muscle fatigue based on the obtained pure EMG signal m[n].
구체적으로, 프로세서(120)는 상기 측정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])와 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 기초로 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다.Specifically, the processor 120 may obtain a pure EMG signal m[n] based on the measured EMG signal c[n] before muscle contraction and the EMG signal s[n] during muscle contraction. have.
프로세서(120)는 상기 측정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 기울기 변화 정보로부터 제1 심박수 피크점을 결정하고, 결정된 제1 심박수 피크점을 기준으로 하여 상기 측정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 재정렬할 수 있다.The processor 120 determines a first heart rate peak point from the measured slope change information of the EMG signal c[n] before muscle contraction, and the measured EMG before muscle contraction based on the determined first heart rate peak point. The signal c[n] can be rearranged.
프로세서(120)는 상기 측정된 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 기울기 변화 정보로부터 제2 심박수 피크점을 결정할 수 있다.The processor 120 may determine the second heart rate peak point from the measured slope change information of the EMG signal s[n] during muscle contraction.
프로세서(120)는 상기 결정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])에 대한 제1 심박수 피크점과 상기 결정된 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에 대한 제2 심박수 피크점을 비교하여 중간값 또는 평균값을 산출할 수 있으며, 산출된 중간값 또는 평균값으로 시간 차이값(n 0)을 설정할 수 있다.The processor 120 compares the first heart rate peak point for the determined EMG signal c[n] before muscle contraction and the second heart rate peak point for the determined muscle contraction EMG signal s[n] A value or average value may be calculated, and a time difference value (n 0 ) may be set as the calculated median value or average value.
프로세서(120)는 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 시간축에서 상기 시간 차이값(n 0)만큼 이동시켜, 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])에 대한 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에 대한 제2 심박수 피크점을 일치시킬 수 있다.The processor 120 moves the rearranged EMG signal c[n] before muscle contraction by the time difference value n 0 on the time axis, so that the first EMG signal c[n] before muscle contraction is The heart rate peak point and the second heart rate peak point for the EMG signal s[n] during muscle contraction may be matched.
프로세서(120)는 상기 제1 심박수 피크점과 제2 심박수 피크점이 일치되면, 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하여 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다.When the first heart rate peak point and the second heart rate peak point match, the processor 120 removes the rearranged muscle contraction pre-EMG signal c[n] from the muscle contraction EMG signal s[n]. A pure EMG signal (m[n]) may be obtained.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 시간축에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하는 방법으로 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하여 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the processor 120 is a method of removing the rearranged EMG signal c[n] before muscle contraction in the time axis, and the rearrangement in the EMG signal s[n] when the muscle contracts. The pure EMG signal m[n] may be obtained by removing the EMG signal c[n] before the muscle contraction.
본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 고속 푸리에 변환을 통해 시간축의 신호를 주파수축의 신호로 변환하여 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하는 방법으로 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하여 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다.According to another embodiment of the present disclosure, the processor 120 converts a signal of a time axis into a signal of a frequency axis through fast Fourier transform to remove the rearranged EMG signal c[n] before muscle contraction. During contraction, a pure EMG signal m[n] may be obtained by removing the rearranged EMG signal c[n] before muscle contraction from the EMG signal s[n].
프로세서(120)는 상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])을 기초로 스펙트럼 평가 방법을 이용하여 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 스펙트럼 밀도의 비율 비교를 통해 사용자의 근육 피로도를 정량적으로 분석할 수 있다. 여기서, 프로세서(120)는 기설정된 방식에 따라 근육 피로도의 정량적 분석에 이용되는 특정 주파수를 결정할 수 있다. 예를 들면, 제 1 방식에 따라 프로세서(120)는 피로감을 느끼지 않는 평상 상태에서, EMG(electromyography) 신호의 PSD(power spectral density) 결과에서 잡음(noise)의 영향이 없는 기준 주파수(예: 20 Hz) 이상의 신호에서의 가장 크기(magnitude)가 큰 피크점의 주파수 값을 특정 주파수로 결정할 수 있다. 다른 예로, 제 2 방식에 따라 프로세서(120)는 피로감을 느끼지 않는 평상 상태에서, EMG 신호의 PSD 결과로부터 NCPD(normalized cumulative power distribution)를 구한 다음, 축적 파워(cumulative power)가 특정 비율(예: 25%, 50%, 25% 내지 50%)이 되는 주파수 값을 특정 주파수로 결정할 수 있다. The processor 120 quantitatively measures the muscle fatigue of the user by comparing the ratio of the total energy spectral density to the spectral density below a specific frequency using a spectrum evaluation method based on the obtained pure EMG signal (m[n]). Can be analyzed. Here, the processor 120 may determine a specific frequency used for quantitative analysis of muscle fatigue according to a preset method. For example, according to the first method, in a normal state in which the processor 120 does not feel fatigue, the reference frequency without the influence of noise in the PSD (power spectral density) result of the electromyography (EMG) signal (for example, 20 Hz) or more, the frequency value of the peak point with the largest magnitude can be determined as a specific frequency. As another example, according to the second method, the processor 120 obtains a normalized cumulative power distribution (NCPD) from the PSD result of the EMG signal in a normal state where there is no fatigue, and then the cumulative power is a specific ratio (eg: 25%, 50%, 25% to 50%) can be determined as a specific frequency.
본 개시는 특정 주파수를 결정하는 방법을 제 1 방식 또는 제 2 방식으로 제한하여 해석되지 않는다. 본 개시에 따라, 프로세서(120)는 제 1 방식 또는 제 2 방식에 따라 결정된 특정 주파수를 이용하여 근육 피로도를 정량적으로 분석함으로서 보다 정확한 결과를 획득할 수 있다. 근육의 피로도가 높아질수록 고주파 영역대의 에너지가 보다 적게 관찰될 수 있으며, 그와 같은 근육의 특성을 이용하여 프로세서(120)는 제 1 방식 또는 제 2 방식에 따라 보다 높은 정확도를 갖는 정량 분석을 수행할 수 있다.The present disclosure is not to be interpreted as limiting the method of determining a specific frequency to the first method or the second method. According to the present disclosure, the processor 120 may obtain a more accurate result by quantitatively analyzing muscle fatigue using a specific frequency determined according to the first method or the second method. As the muscle fatigue increases, less energy in the high-frequency region may be observed, and the processor 120 performs a quantitative analysis with higher accuracy according to the first method or the second method by using such muscle characteristics. can do.
정보 제공 모듈(130)은 스피커나 디스플레이의 형태로 웨어러블 디바이스(100) 내에 구비되는 것을 의미할 수 있다.The information providing module 130 may mean that it is provided in the wearable device 100 in the form of a speaker or a display.
이에 따라, 정보 제공 모듈(130)은 프로세서(120)에서 분석된 근육 피로도 정보를 음성 정보 또는 시각적 정보로 변환 또는 나타내어 사용자에게 제공할 수 있다.Accordingly, the information providing module 130 may convert or display the muscle fatigue information analyzed by the processor 120 into voice information or visual information, and provide it to the user.
무선 통신 모듈(140)은 프로세서(120)에서 도출된 근육 피로도 분석 결과를 무선 통신을 통해 사용자 단말기(미도시)로 전송하여 사용자에게 제공할 수 있으며, 사용자뿐만 아니라 사용자의 관계자 단말기로도 무선 통신을 통해 정보를 전송하여 정보 공유가 이뤄지도록 할 수 있다.The wireless communication module 140 may transmit the muscle fatigue analysis result derived from the processor 120 to a user terminal (not shown) through wireless communication and provide it to the user, and wirelessly communicate not only to the user but also to the user's related terminal. Information can be transmitted through the network so that information can be shared.
상기 사용자 단말기(미도시)는 휴대폰, 스마트폰, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 태블릿 PC 등과 같이 터치 스크린 패널이 구비된 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있으며, 이 외에도 데스크탑 PC, 태블릿 PC, 랩탑 PC, 셋탑 박스를 포함하는 IPTV와 같이, 애플리케이션을 설치하고 실행할 수 있는 기반이 마련된 장치도 포함할 수 있다.The user terminal (not shown) is any kind of handheld-based wireless communication device equipped with a touch screen panel such as a mobile phone, a smart phone, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a tablet PC, etc. In addition to this, a device on which a basis for installing and executing applications is provided, such as a desktop PC, a tablet PC, a laptop PC, and an IPTV including a set-top box may be included.
사용자 단말기(미도시)에는 근전도 측정에 따른 근육 피로도 분석 프로그램이 미리 설치되어 사용자 단말기(미도시)의 메모리에 저장되어 있을 수 있다.In the user terminal (not shown), a muscle fatigue analysis program according to EMG measurement may be pre-installed and stored in a memory of the user terminal (not shown).
사용자 단말기(미도시)는 본 명세서에서 설명되는 기능을 실현시키기 위한 컴퓨터 프로그램을 통해 동작하는 컴퓨터 등의 단말기로 구현될 수 있다.The user terminal (not shown) may be implemented as a terminal such as a computer operating through a computer program for realizing the functions described herein.
웨어러블 디바이스(100)는 사용자의 신체에 부착 또는 착용되는 형태로 구현되는 것일 수 있다.The wearable device 100 may be implemented in a form attached or worn on a user's body.
웨어러블 디바이스(100)에는 근전도 측정 및 근육 피로도 분석에 대한 프로그램이 미리 설치되어 있을 수 있으며, 별도의 메모리 기능이 구비되어 있어 사용자의 설정 기능 또는 측정 정보 및 분석 정보가 저장되어 있을 수 있다.The wearable device 100 may have a program for EMG measurement and muscle fatigue analysis previously installed, and a separate memory function may be provided so that a user's setting function or measurement information and analysis information may be stored.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따라 웨어러블 디바이스(100)가 근전도 측정을 통해 근육 피로도를 분석하는 과정을 도시한 순서도이다.FIG. 2 is a flow chart illustrating a process of analyzing muscle fatigue through EMG measurement by the wearable device 100 according to an embodiment of the present disclosure.
먼저, 웨어러블 디바이스(100)는 사용자의 근육 표면으로부터 전기 신호를 감지하여 근전도 신호를 측정할 수 있다(S210). 이 때, 측정되는 근전도 신호는, 근육 운동 시 발생되는 근전도 신호 외에 심장에서 발생되는 전기 신호인 심전도 신호 및 잡음이 포함되어 측정된 신호일 수 있다.First, the wearable device 100 may measure an EMG signal by sensing an electrical signal from the user's muscle surface (S210). In this case, the measured EMG signal may be a signal measured by including an EMG signal and noise, which are electrical signals generated from the heart, in addition to the EMG signal generated during muscle exercise.
이 후, 웨어러블 디바이스(100)는 순수하게 근육 운동 시 발생되는 근전도 신호로 정확도가 향상된 근육 피로도 분석을 수행하기 위해, 상기 측정된 근전도 신호에서 순수 근전도 신호(m[n])만을 분류하여 획득할 수 있다(S220).Thereafter, the wearable device 100 classifies and obtains only pure EMG signals (m[n]) from the measured EMG signals in order to perform muscle fatigue analysis with improved accuracy with EMG signals generated during muscle exercise. Can be (S220).
상기 순수 근전도 신호(m[n])가 획득되면, 웨어러블 디바이스(100)는 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도에 대한 정량적 분석을 수행할 수 있으며(S230), 분석된 근육 피로도에 대한 결과 정보를 사용자에게 제공할 수 있다(S240).When the pure EMG signal m[n] is obtained, the wearable device 100 may perform a quantitative analysis on muscle fatigue based on the obtained pure EMG signal m[n] (S230), and the analysis It is possible to provide the result information on the muscle fatigue to the user (S240).
상기 분석된 근육 피로도에 대한 결과 정보는 웨어러블 디바이스(100) 내 구비되어 있는 스피커 또는 디스플레이 장치를 통해 음성 정보 또는 시각적 정보의 형태로 사용자에게 제공될 수 있으며, 이를 위해 웨어러블 디바이스(100)는 분석 결과 정보 제공을 위한 변환을 더 수행할 수 있다.The analyzed result information on the muscle fatigue may be provided to the user in the form of audio information or visual information through a speaker or display device provided in the wearable device 100, and for this purpose, the wearable device 100 Transformation for information provision may be further performed.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 웨어러블 디바이스(100)는 분석된 근육 피로도에 대한 결과 정보를 기초로, 별도의 알고리즘을 통해 분석된 근육 피로도가 소정의 임계값을 초과하는지 여부에 대하여 판단을 수행할 수 있으며, 분석된 근육 피로도가 소정의 임계값을 초과하는 경우에 한하여 사용자에게 분석 결과를 제공함으로써 전력 효율을 높일 수 있다. 이 때, 상기 소정의 임계값은, 사용자에 의해 미리 설정되는 것일 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the wearable device 100 determines whether or not the muscle fatigue analyzed through a separate algorithm exceeds a predetermined threshold based on the analyzed result information on the muscle fatigue level. The power efficiency can be improved by providing the analysis result to the user only when the analyzed muscle fatigue level exceeds a predetermined threshold value. In this case, the predetermined threshold may be set in advance by a user.
본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 웨어러블 디바이스(100)는 근육 피로도에 대한 분석이 완료되는 즉시 사용자에게 분석된 근육 피로도에 대한 결과 정보를 제공하되, 분석된 근육 피로도가 소정의 임계값을 초과하는 것으로 판단된 경우에 한하여 음성 정보 또는 시각적 정보의 형태로 알람을 추가 제공할 수 있다.According to another embodiment of the present disclosure, the wearable device 100 provides result information on the analyzed muscle fatigue to the user as soon as the analysis on the muscle fatigue is completed, but the analyzed muscle fatigue exceeds a predetermined threshold. Only when it is determined that the alarm can be additionally provided in the form of audio information or visual information.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따라 전극(110)에서 측정된 전기 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])가 획득되는 과정을 도시한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a process of obtaining a pure EMG signal m[n] from an electrical signal measured by the electrode 110 according to an embodiment of the present disclosure.
먼저, 웨어러블 디바이스(100)는 구비된 전극(110)을 통해 사용자의 근전도 신호를 측정할 수 있다.First, the wearable device 100 may measure an EMG signal of a user through the provided electrode 110.
구체적으로, 상기 측정된 근전도 신호로부터 근육 운동만으로 발생된 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하고, 해당 신호를 기초로 정확한 근육 피로도를 분석하기 위해, 웨어러블 디바이스(100)는 전극(110)을 통해 사용자의 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 측정하고(S211), 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 측정할 수 있다(S212).Specifically, in order to obtain a pure EMG signal (m[n]) generated only by muscle movement from the measured EMG signal, and to analyze an accurate muscle fatigue level based on the signal, the wearable device 100 includes the electrode 110 Through this, the user's EMG signal c[n] before muscle contraction may be measured (S211), and the EMG signal s[n] during muscle contraction may be measured (S212).
이 후, 웨어러블 디바이스(100)는 프로세서(120)를 통해 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 기울기 변화 정보로부터 제1 심박수 피크점을 결정할 수 있으며(S221), 결정된 제1 심박수 피크점을 기준으로 하여 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 재정렬할 수 있다(S222).Thereafter, the wearable device 100 may determine the first heart rate peak point from the slope change information of the EMG signal c[n] before muscle contraction through the processor 120 (S221), and the determined first heart rate peak Based on the point, the EMG signal c[n] before muscle contraction may be rearranged (S222).
또한, 웨어러블 디바이스(100)는 프로세서(120)를 통해 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 기울기 변화 정보로부터 제2 심박수 피크점을 결정할 수 있다(S223).In addition, the wearable device 100 may determine the second heart rate peak point from the slope change information of the EMG signal s[n] when the muscle contracts through the processor 120 (S223).
웨어러블 디바이스(100)는 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])에 대한 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에 대한 제2 심박수 피크점을 비교하여 중간값 또는 평균값을 산출함으로써, 산출된 중간값 또는 평균값을 시간 차이값(n 0)으로 설정할 수 있다(S224).The wearable device 100 compares the first heart rate peak point for the EMG signal c[n] before muscle contraction and the second heart rate peak point for the EMG signal s[n] during muscle contraction, and has a median value. Alternatively, by calculating the average value, the calculated median value or the average value may be set as the time difference value n 0 (S224).
상기 시간 차이값(n 0) 설정이 완료되면, 웨어러블 디바이스(100)는 상기 재정렬한 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 시간축에서 시간 차이값(n 0)만큼 이동시켜, 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])에 대한 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에 대한 제2 심박수 피크점을 일치시킬 수 있다(S225).When the setting of the time difference value (n 0 ) is completed, the wearable device 100 moves the EMG signal (c[n]) before the rearranged muscle contraction by a time difference value (n 0 ) on the time axis to contract the muscle. The first heart rate peak point for the entire EMG signal c[n] and the second heart rate peak point for the EMG signal s[n] during muscle contraction may be matched (S225).
웨어러블 디바이스(100)는 상기 제1 심박수 피크점과 제2 심박수 피크점을 일치시킴에 따라, 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬한 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거함으로써, 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다(S226).As the wearable device 100 matches the first heart rate peak point and the second heart rate peak point, the re-arranged EMG signal c[n] in the EMG signal s[n] when the muscle contracts. ), a pure EMG signal m[n] can be obtained (S226).
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 웨어러블 디바이스(100)는 상기 제1 심박수 피크점과 제2 심박수 피크점을 일치시킨 후, 시간축에서 상기 재정렬한 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하는 방법을 이용하여, 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬한 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거함으로써 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다.According to an embodiment of the present disclosure, after matching the first heart rate peak point and the second heart rate peak point, the wearable device 100 removes the rearranged muscle contraction EMG signal c[n] on the time axis. The pure EMG signal m[n] can be obtained by removing the EMG signal c[n] before the rearranged muscle contraction from the EMG signal s[n] during muscle contraction by using a method of .
본 개시의 다른 실시 예에 따르면, 웨어러블 디바이스(100)는 상기 제1 심박수 피크점과 제2 심박수 피크점을 일치시킨 후, 고속 푸리에 변환을 통해 시간축의 신호를 주파수축의 신호로 변환하는 방법을 이용하여, 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬한 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거함으로써 순수 근전도 신호(m[n])를 획득할 수 있다.According to another embodiment of the present disclosure, after matching the first heart rate peak point and the second heart rate peak point, the wearable device 100 uses a method of converting a time-axis signal into a frequency-axis signal through fast Fourier transform. Thus, the pure EMG signal m[n] can be obtained by removing the rearranged EMG signal c[n] before muscle contraction from the EMG signal s[n] during muscle contraction.
이 때, 상기 시간축의 신호를 주파수축의 신호로 변환하여 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬한 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하는 방법은, 고속 푸리에 변환을 포함한 이산시간 푸리에 변환, 이산 푸리에 변환 및 자기 상관과 고속 푸리에 변환이 합쳐진 스펙트럼 평가 방법 중 적어도 어느 하나의 방법을 통해 수행되는 것일 수 있다.In this case, the method of converting the signal on the time axis into a signal on the frequency axis and removing the rearranged pre-muscular contraction EMG signal c[n] from the muscle contraction EMG signal s[n] is a fast Fourier transform. It may be performed through at least one of a discrete-time Fourier transform, discrete Fourier transform, and a spectrum evaluation method in which autocorrelation and fast Fourier transform are combined.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따라 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육의 피로도를 평가하는 과정을 도시한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a process of evaluating muscle fatigue based on a pure EMG signal m[n] according to an embodiment of the present disclosure.
먼저, 웨어러블 디바이스(100)는 프로세서(120)를 통해 획득된 상기 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 스펙트럼 평가 방법을 통해 변환을 수행하여 주파수 축의 에너지 스펙트럼 밀도(M[k])를 산출할 수 있다(S231).First, the wearable device 100 performs transformation through a spectrum evaluation method based on the pure EMG signal m[n] obtained through the processor 120 to determine the energy spectral density (M[k]) of the frequency axis. It can be calculated (S231).
웨어러블 디바이스(100)는 상기 산출된 주파수 축의 에너지 스펙트럼 밀도(M[k])를 기초로 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 에너지 스펙트럼 밀도의 비율(r)을 산출할 수 있다(S232). 이 때, 특정 주파수는, 사용자의 설정에 따라 상이하게 설정되는 것일 수 있다.The wearable device 100 may calculate a ratio r of the energy spectral density below a specific frequency to the total energy spectral density based on the calculated energy spectral density M[k] on the frequency axis (S232). In this case, the specific frequency may be set differently according to the user's setting.
이 후, 웨어러블 디바이스(100)는 상기 산출된 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 에너지 스펙트럼 밀도의 비율(r)과 미리 산출되어 있는 근육 운동 전 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 에너지 스펙트럼 밀도의 비율(r 0)을 비교하여, 감소한 정도를 판단할 수 있으며, 이를 통해 근육 피로도를 분석할 수 있다(S233).Thereafter, the wearable device 100 uses the ratio (r) of the calculated total energy spectral density to the energy spectral density below a specific frequency and the calculated energy spectrum at a specific frequency or less compared to the calculated total energy spectral density before muscle exercise. By comparing the density ratio (r 0 ), the degree of reduction can be determined, and muscle fatigue can be analyzed through this (S233).
상기 기술된 근육 피로도 평가 알고리즘을 통해, 단순한 주파수 필터를 사용하여 근육 피로도를 분석하는 방법에 비해 순수 근전도 신호(m[n])를 손상없이 검출해 낼 수 있다.Through the above-described muscle fatigue evaluation algorithm, compared to a method of analyzing muscle fatigue using a simple frequency filter, a pure EMG signal (m[n]) can be detected without damage.
또한, 상기 기술된 근육 피로도 평가 알고리즘은 저사양의 하드웨어에서도 구현될 수 있는 정도의 효율적인 계산 방법인 바, 디바이스 적용 범위가 넓어 실용화에 용이하다.In addition, since the above-described muscle fatigue evaluation algorithm is an efficient calculation method that can be implemented even in low-spec hardware, it is easy to put it into practical use due to its wide device application range.
이와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 전극을 통해 측정된 근전도 신호로부터 근육의 운동에 의해 발생한 전기 신호만을 분류하여 근육 피로도의 분석을 실시하는 바, 근육 피로도에 대해 보다 정확한 분석이 가능하다는 효과가 있다.As described above, according to an embodiment of the present disclosure, the analysis of muscle fatigue is performed by classifying only the electrical signal generated by muscle movement from the EMG signal measured through the electrode, and a more accurate analysis of the muscle fatigue is possible. It works.
또한, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 사용자의 웨어러블 디바이스 착용으로 전극과 접촉되어 있는 사용자 근육 표면의 전기 신호를 실시간으로 측정하여, 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호를 획득하고, 획득된 신호를 기초로 근육 피로도를 분석하여 사용자에게 분석 결과 정보를 제공하는 바, 사용자에게 근육 피로도에 대한 실시간 분석 정보 제공이 가능하다는 장점이 있다.In addition, according to an embodiment of the present disclosure, by measuring in real time an electrical signal of a user's muscle surface in contact with an electrode by wearing a user's wearable device, a pure EMG signal is obtained from the measured EMG signal, and the obtained signal is It analyzes muscle fatigue as a basis and provides analysis result information to the user, which has the advantage of providing real-time analysis information on muscle fatigue to the user.
또한, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 분석된 근육 피로도가 미리 설정된 소정의 임계값 이상인 것으로 판단된 경우에 한하여 사용자에게 분석 정보 또는 알람을 제공하는 바, 근전도 측정 및 근육 피로도 분석에 대한 정보 제공에 있어 전력 효율을 높일 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present disclosure, analysis information or an alarm is provided to the user only when it is determined that the analyzed muscle fatigue is equal to or greater than a predetermined threshold, and information on EMG measurement and muscle fatigue analysis is provided. Power efficiency can be increased.
본 개시의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 개시의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present disclosure are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present disclosure.
전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present disclosure is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present disclosure pertains will be able to understand that it is possible to easily transform it into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present disclosure. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 개시의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present disclosure is indicated by the claims to be described later, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present disclosure.

Claims (14)

  1. 웨어러블 디바이스가, 근전도 측정을 통해 근육 피로도를 분석하는 방법에 있어서,In the method of analyzing the muscle fatigue through the wearable device, EMG measurement,
    (a) 전극에서 감지되는 사용자 근육 표면의 전기 신호로 근전도 신호를 측정하는 단계;(a) measuring an EMG signal from an electrical signal on a user's muscle surface detected by the electrode;
    (b) 상기 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하는 단계; 및(b) obtaining a pure EMG signal (m[n]) from the measured EMG signal; And
    (c) 상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도를 분석하여, 분석 결과를 사용자에게 제공하는 단계를 포함하는, 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법.(c) Analyzing muscle fatigue based on the obtained pure EMG signal (m[n]) and providing the analysis result to a user.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 (a) 단계는,The step (a),
    상기 사용자의 근육 수축 전 근전도 신호(c[n]) 및 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 측정하는 단계를 포함하는, 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법.Including the step of measuring the EMG signal (c[n]) before the user's muscle contraction and the EMG signal (s[n]) during muscle contraction, muscle fatigue analysis method through EMG measurement.
  3. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 (b) 단계는,The step (b),
    (b1) 상기 측정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 기울기 변화 정보로부터 제1 심박수 피크점을 결정하고, 결정된 제1 심박수 피크점을 기준으로 하여 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 재정렬하는 단계; 및(b1) A first heart rate peak point is determined from the measured slope change information of the EMG signal c[n] before muscle contraction, and the EMG signal before muscle contraction (c[) based on the determined first heart rate peak point reordering n]); And
    (b2) 상기 측정된 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 기울기 변화 정보로부터 제2 심박수 피크점을 결정하는 단계를 포함하는, 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법.(b2) A method of analyzing muscle fatigue through EMG measurement, comprising the step of determining a second heart rate peak point from information on a slope change of the EMG signal s[n] when the muscle contracts.
  4. 제3항에 있어서,The method of claim 3,
    상기 (b) 단계는,The step (b),
    (b3) 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 비교하여 중간값 또는 평균값을 산출함으로써, 시간 차이값(n 0)을 설정하는 단계;(b3) comparing the first heart rate peak point of the EMG signal c[n] before muscle contraction and the second heart rate peak point of the EMG signal s[n] during muscle contraction to obtain a median value or an average value. By calculating, setting a time difference value (n 0 );
    (b4) 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 시간축에서 시간 차이값(n 0)만큼 이동시켜, 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 일치시키는 단계; 및(b4) The first heart rate peak point of the pre-muscular contraction EMG signal (c[n]) by moving the rearranged pre-muscular contraction EMG signal (c[n]) by a time difference value (n 0 ) on the time axis And matching the second heart rate peak point of the EMG signal (s[n]) when the muscle contracts; And
    (b5) 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하여 상기 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하는 단계를 더 포함하는, 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법.(b5) further comprising the step of obtaining the pure EMG signal (m[n]) by removing the rearranged EMG signal (c[n]) from the EMG signal (s[n]) during muscle contraction. How to analyze muscle fatigue through EMG measurement
  5. 제4항에 있어서,The method of claim 4,
    상기 (b5) 단계는,The step (b5),
    상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를, (i) 시간축에서 제거하는 방법 또는 (ii) 고속 푸리에 변환을 통해 시간축의 신호를 주파수축의 신호로 변환하여 제거하는 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 제거하는 단계를 포함하는, 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법.Any one of the method of removing the rearranged EMG signal (c[n]) before muscle contraction by (i) removing the time axis from the time axis or (ii) converting the time axis signal into a frequency axis signal through fast Fourier transform A method for analyzing muscle fatigue through EMG measurement, comprising the step of removing using a method.
  6. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 (c) 단계는,The step (c),
    상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 스펙트럼 평가 방법을 이용하여 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 스펙트럼 밀도의 비율 비교를 통해 근육 피로도를 정량적으로 분석하는 단계를 포함하는, 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법.Comprising the step of quantitatively analyzing muscle fatigue by comparing the ratio of the spectral density below a specific frequency to the total energy spectral density using a spectrum evaluation method based on the obtained pure EMG signal (m[n]), A method of analyzing muscle fatigue through EMG measurement.
  7. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 (c) 단계는,The step (c),
    상기 근육 피로도 분석 결과를 (i) 정보 제공 모듈을 통해 음성 정보 또는 시각적 정보의 형태로 제공하거나, (ii) 무선 통신 모듈을 통해 사용자 단말기로 전송하는 단계를 포함하는, 근전도 측정을 통한 근육 피로도 분석 방법.Muscle fatigue analysis through EMG measurement, including the step of (i) providing the result of the muscle fatigue analysis in the form of audio or visual information through an information providing module, or (ii) transmitting it to a user terminal through a wireless communication module Way.
  8. 사용자 근육 표면으로부터 감지되는 전기 신호로 근전도 신호를 측정하는 전극;An electrode for measuring an EMG signal with an electrical signal detected from the user's muscle surface;
    상기 측정된 근전도 신호로부터 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하고, 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 근육 피로도를 분석하는 프로세서;A processor for obtaining a pure EMG signal (m[n]) from the measured EMG signal and analyzing muscle fatigue based on the obtained pure EMG signal (m[n]);
    근육 피로도 분석 결과를 음성 정보 또는 시각적 정보의 형태로 제공하는 정보 제공 모듈; 및An information providing module that provides a result of muscle fatigue analysis in the form of voice information or visual information; And
    상기 근육 피로도 분석 결과를 무선 통신을 통해 사용자 단말기로 전송하는 무선 통신 모듈을 포함하는, 웨어러블 디바이스.A wearable device comprising a wireless communication module for transmitting the muscle fatigue analysis result to a user terminal through wireless communication.
  9. 제8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 전극은,The electrode,
    상기 사용자의 근육 수축 전 근전도 신호(c[n]) 및 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])를 측정하는, 웨어러블 디바이스.A wearable device that measures an EMG signal (c[n]) before a user's muscle contraction and an EMG signal (s[n]) when a muscle contraction.
  10. 제9항에 있어서,The method of claim 9,
    상기 프로세서는,The processor,
    상기 측정된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 기울기 변화 정보로부터 제1 심박수 피크점을 결정하고, 결정된 제1 심박수 피크점을 기준으로 하여 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 재정렬하며,A first heart rate peak point is determined from the measured slope change information of the EMG signal c[n] before muscle contraction, and the EMG signal before muscle contraction (c[n]) based on the determined first heart rate peak point Rearrange the
    상기 측정된 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 기울기 변화 정보로부터 제2 심박수 피크점을 결정하는, 웨어러블 디바이스.A wearable device for determining a second heart rate peak point from the measured slope change information of the EMG signal s[n] during muscle contraction.
  11. 제10항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 프로세서는,The processor,
    상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 비교하여 중간값 또는 평균값을 산출함으로써, 시간 차이값(n 0)을 설정하고,By comparing the first heart rate peak point of the EMG signal c[n] before muscle contraction and the second heart rate peak point of the EMG signal s[n] during muscle contraction to calculate a median value or an average value, Set the time difference value (n 0 ),
    상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 시간축에서 시간 차이값(n 0)만큼 이동시켜, 상기 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])의 상기 제1 심박수 피크점과 상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])의 상기 제2 심박수 피크점을 일치시키며,The first heart rate peak point of the pre-muscular contraction EMG signal (c[n]) and the muscle by moving the rearranged pre-muscular contraction EMG signal (c[n]) by a time difference value (n 0 ) on the time axis Coincide with the second heart rate peak point of the EMG signal s[n] during contraction,
    상기 근육 수축 시 근전도 신호(s[n])에서 상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를 제거하여 상기 순수 근전도 신호(m[n])를 획득하는, 웨어러블 디바이스.A wearable device for obtaining the pure EMG signal m[n] by removing the rearranged EMG signal c[n] from the EMG signal s[n] during muscle contraction.
  12. 제11항에 있어서,The method of claim 11,
    상기 프로세서는,The processor,
    상기 재정렬된 근육 수축 전 근전도 신호(c[n])를, (i) 시간축에서 제거하는 방법 또는 (ii) 고속 푸리에 변환을 통해 주파수축으로 변환하여 제거하는 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 제거하는, 웨어러블 디바이스.The re-arranged EMG signal (c[n]) before muscle contraction is removed using any one of (i) a method of removing from the time axis or (ii) a method of converting it to a frequency axis through fast Fourier transform and removing it. A wearable device.
  13. 제8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 프로세서는,The processor,
    상기 획득된 순수 근전도 신호(m[n])를 기초로 스펙트럼 평가 방법을 이용하여 전체 에너지 스펙트럼 밀도 대비 특정 주파수 이하에서의 스펙트럼 밀도의 비율 비교를 통해 근육 피로도를 정량적으로 분석하는, 웨어러블 디바이스.A wearable device for quantitatively analyzing muscle fatigue by comparing a ratio of a spectral density below a specific frequency to a total energy spectral density using a spectrum evaluation method based on the obtained pure EMG signal (m[n]).
  14. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법을 구현하기 위하여 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program stored in a recording medium to implement the method of any one of claims 1 to 7.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114288634A (en) * 2022-02-21 2022-04-08 四川轻化工大学 Body-building action self-recognition and alarm system based on electromyographic signal acquisition
CN114366589A (en) * 2022-01-21 2022-04-19 珠海格力电器股份有限公司 Control method and control device for massage equipment, storage medium and electronic device
CN114587387A (en) * 2022-02-18 2022-06-07 金华送变电工程有限公司三为金东电力分公司 Method and device for evaluating use fatigue of live working insulating operating rod

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102538154B1 (en) * 2021-05-07 2023-05-31 주식회사 엑소시스템즈 Functional electrical stimulation generate system using electromyogram signal
KR102363278B1 (en) * 2021-07-28 2022-02-14 김원경 System for poultice with temperature control and muscle fatigue monitoring
KR20240000980A (en) 2022-06-24 2024-01-03 (주) 로임시스템 Apparatus and method for physical performance comparaive analysis using fatigue analysis based on electromyography, and recording medium storing computer program for executing the method, and recording medium storing program for executing the method
KR20240002357A (en) 2022-06-29 2024-01-05 박진 A wearable device capable of measuring exercise performance
KR20240007987A (en) 2022-07-11 2024-01-18 주식회사 하이솔 Smart hand care system
KR102495972B1 (en) * 2022-07-28 2023-02-06 신이수 System for measuring realtime muscle activity and fatigue based on electromyography

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101501661B1 (en) * 2013-06-10 2015-03-12 한국과학기술연구원 Wearable electromyogram sensor system
KR20150041830A (en) * 2013-10-10 2015-04-20 국방과학연구소 Integrated evaluating system for muscle fatigue and muscle force
KR20160131590A (en) * 2015-05-08 2016-11-16 한국과학기술원 Apparatus and method of calculating muscle fatigue
KR20160144620A (en) * 2015-06-09 2016-12-19 (주) 로임시스템 Biological signal measuring module, wearable emg measuring band, and biological signal measuring mobile device
KR20180049317A (en) * 2016-10-31 2018-05-11 주식회사 라이프사이언스테크놀로지 Method for Measure of Muscle Fatigue by Momentume

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101501661B1 (en) * 2013-06-10 2015-03-12 한국과학기술연구원 Wearable electromyogram sensor system
KR20150041830A (en) * 2013-10-10 2015-04-20 국방과학연구소 Integrated evaluating system for muscle fatigue and muscle force
KR20160131590A (en) * 2015-05-08 2016-11-16 한국과학기술원 Apparatus and method of calculating muscle fatigue
KR20160144620A (en) * 2015-06-09 2016-12-19 (주) 로임시스템 Biological signal measuring module, wearable emg measuring band, and biological signal measuring mobile device
KR20180049317A (en) * 2016-10-31 2018-05-11 주식회사 라이프사이언스테크놀로지 Method for Measure of Muscle Fatigue by Momentume

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114366589A (en) * 2022-01-21 2022-04-19 珠海格力电器股份有限公司 Control method and control device for massage equipment, storage medium and electronic device
CN114587387A (en) * 2022-02-18 2022-06-07 金华送变电工程有限公司三为金东电力分公司 Method and device for evaluating use fatigue of live working insulating operating rod
CN114288634A (en) * 2022-02-21 2022-04-08 四川轻化工大学 Body-building action self-recognition and alarm system based on electromyographic signal acquisition
CN114288634B (en) * 2022-02-21 2023-01-06 四川轻化工大学 Body-building action self-recognition and alarm system based on electromyographic signal acquisition

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