一种用于测量肌肉信号的方法和设备技术

本发明专利技术涉及在正常的非疲劳状态、疲劳状态和被动无意识紧张状态之间确定肌肉的状态。在休息时通过使用电极装置记录来自肌肉的信号，其中接地体可以防止电极拾取超出接地体范围的信号。通过频谱分析(例如通过计算谱矩)来确定信号的频率成分。正常频率成分指示非疲劳肌肉状态，而低频率成分和高频率成分则指示疲劳肌肉状态和被动无意识紧张肌肉状态。例如，利用参考数据库，使用映射来提高状态确定的准确性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】—种用于测量肌肉信号的方法和设备
本专利技术涉及一种用于测量肌肉信号的方法、设备、系统和计算机程序产品。更具体地，本专利技术涉及肌肉的状态和属性的检测以及用于该检测的设备、系统和计算机程序产品。
技术介绍
人类的骨骼肌肉由大量的运动单元构成，运动单元是同步动作并且由相同神经信号激励的肌肉单元束。骨骼肌肉单元束或者肌肉纤维可以被划分为若干子类型。I类肌肉纤维(Ic)是缓慢氧化子群并且维持有氧活动。II类肌肉纤维是快速抽动类型，包括Ila、IIb和Ilx/IId子类型。肌肉的电激励导致肌肉收缩并且执行工作。肌肉中的电激励能够被测量为组织中或皮肤上的两个电极之间的电压。可以从由电极拾取的该信号的特性分析肌肉的工作。电压信号的属性取决于肌肉的总体活动并且取决于给定肌肉内不同类型的被激活的运动单元的相对活动。 肌肉的强度和耐力可以通过有计划的锻炼而被增强。为了提升运动的表现，肌肉需要被锻炼以使得它们变疲劳，但也使得肌肉仍然适度快速地从锻炼中恢复。而且，有许多当代的职业趋向于鼓励人们长时间呆在相同的位置。这也使得肌肉感到疲劳。 利用用于分析肌肉工作的现有技术方法和设备，已经证明难以确定肌肉何时疲劳到其仍然适度快速地恢复的程度，以及肌肉何时疲劳到恢复花费明显较长时间的程度。在训练过程期间，难以评估是否应当继续锻炼，这取决于肌肉的当前状态以及所讨论的个人的特性。 因此，需要一种解决方案，其使得能够对肌肉信号进行更准确且可靠的分析以确定肌肉的疲劳度，以便例如指导运动锻炼。
技术实现思路
现在，已经专利技术出一种改进的方法以及实施该方法的技术设备，以上问题通过它们被缓解。本专利技术的各个方面包括方法、装置、系统以及包括存储于其中的计算机程序的计算机可读介质，它们由独立权利要求中陈述的内容所表征。本专利技术的各个实施例在从属权利要求中被公开。 本专利技术涉及确定肌肉在正常(非疲劳的、放松的(fresh))状态、疲劳(劳累的)状态和被动无意识紧张(passive involuntary tense,PIT)状态之间的状态。本专利技术还涉及确定肌肉的例如与给定肌肉中不同类型的运动单元的相对比例相关的属性。这些实施例还可以适用于检测某些状态(诸如肌痛、帕金森症、多发性硬化(MS)或者其它脱髓鞘疾病(demyelinating diseases))下的肌肉属性。在休息时(和/或在肌肉活动期间)通过使用电极装置记录来自肌肉的信号，其中接地体可以防止电极拾取超出接地体范围的信号。通过频谱分析(例如通过计算谱矩)来确定信号的频率成分。在休息的肌肉中，正常频率成分指示正常的非疲劳肌肉状态，而低频率成分和高频率成分则指示疲劳状态和被动无意识紧张状态。换句话说，如果来自肌肉的信号包含异常大量的高频，则确定被动无意识紧张肌肉状态。疲劳肌肉可以通过休息返回到正常状态并且从锻炼中恢复，并且被动无意识紧张状态可以通过拉伸或按摩返回到正常状态。在激活的肌肉中，频谱的频率成分取决于不同类型的激活的运动单元的相对数量。肌肉正在产生的力量越大，激活的频率就越高。 所确定的高频信号可以使用参考函数进行映射,使得映射值可以被用来确定肌肉状态。例如，映射可以产生例如对之前已知的肌肉状态指示而言比单纯PIT状态指数更有意义的值。可替换地，映射可以被用来将所接收的信号的特性与已知种群进行比较，以产生对肌肉状态的更可靠的估计。在映射中，可以使用具有参考数据的数据库的系统。除了准确的状态确定之外，可能包括测量电子器件的具有周围的无源接地体的电极装置在深度和水平位置(沿皮肤)两者中提供信号所来自的位置的准确指示。 根据第一方面，提供了一种用于分析肌肉信号的方法，该方法包括:接收信号，该信号已经从处于休息状态的肌肉被测量；确定指示信号的频率成分的量度；确定指示信号在高频中的强度的量度，其中高频实质上对应于由处于被动无意识紧张状态的肌肉产生的频率，并且其中高频在频率上高于正常频率，其中正常频率实质上对应于由处于非疲劳状态的肌肉产生的频率；使用指示信号在高频中的强度的量度以及参考函数来创建映射，参考函数指示肌肉状态；以及基于映射确定肌肉状态。 根据实施例，该方法可用于使用肌肉信号分析来指导锻炼，该方法包括从休息中的肌肉的顶部采集来自该肌肉的信号；确定该信号的谱矩值，其中该矩指示通过将频率窗口(frequency bin)的频率值乘以相同窗口的幅度值以形成窗口乘积并且对不同频率的窗口乘积求和所确定的量度，并且其中该矩值对应于该信号的频率成分；确定该矩是否具有对应于该信号的正常频率成分、低频率成分和高频率成分的正常值、低值或高值；在该矩具有正常值的情况下，确定肌肉处于非疲劳状态；在该矩具有低值的情况下，确定肌肉处于疲劳状态；在该矩具有高值的情况下，确定肌肉处于被动无意识紧张状态；以及使用所确定的肌肉状态来指导锻炼。根据实施例，该方法包括使用映射和参考函数来确定对肌肉状态的时间进展的预测。根据实施例，该方法包括从至少两个不同的肌肉状态接收多个肌肉信号，以及针对多个肌肉信号确定指示该信号在高频中的强度的量度，基于映射的结果确定肌肉状态估计。 根据第二方面，提供了一种用于分析肌肉信号的方法，该方法包括:从至少两个不同的肌肉状态接收多个肌肉信号；以及确定指示该信号在高频中的强度的量度，其中高频实质上对应于由处于被动无意识紧张状态的肌肉产生的频率，并且其中高频在频率上高于正常频率，其中正常频率实质上对应于由处于非疲劳状态的肌肉产生的频率；以及使用指示信号在高频中的强度的量度和参考函数来创建至少一个映射，该参考函数指示肌肉状态以获得映射结果；以及基于映射结果确定肌肉状态估计。 根据之前方面的实施例，参考函数基于肌肉状态的种群数据库，使得对多个个体进行测量以创建数据库，或者对个体进行多次测量以创建数据库。 根据第三方面，提供了一种用于在肌肉状态分析器中使用的电极装置，该电极装置包括被布置为在该电极装置被操作时与皮肤相接触的传导材料的至少两个电极以及包围该至少两个电极中的至少一个电极的电绝缘体，该电极装置的特征在于该电极装置进一步包括被布置为在该电极装置被操作时与皮肤相接触的传导材料的无源接地体，该接地体包围该至少两个电极以限制该至少两个电极拾取来自接地体的范围之外的信号，该无源接地体实质上包括用于从电极装置接收和处理信号的电子器件。 根据实施例，电极装置包括至少两对电极，该至少两对电极在成对的电极之间具有不同距离，以针对该至少两对电极创建不同的深度灵敏度。根据实施例，该至少两对电极实质上以沿着一条直线的线性布置进行布置，或者以诸如在电极对中的电极之间的直线形成直角交叉之类的交叉设置进行布置。 根据第四方面，提供了根据第三方面的电极装置在肌肉状态分析中的使用，以在水平维度和深度维度上从肌肉收集信号。 根据第五方面，提供了一种用于确定肌肉状态的装置，该装置包括处理器、包含计算机程序代码的存储器，该存储器和计算机程序代码被配置为利用该处理器使得该装置:接收信号，该信号已经从处于休息状态的肌肉被测量；确定指示信号的频率成分的量度，该装置的特征在于其进一步包括使得该装置确定指示该信号在高频中的强度的量度的计算机程序代码，其中高频实质上对应于由处于被动无意识紧张状态本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在肌肉状态分析器中使用的电极装置，所述电极装置包括：‑被布置为在所述电极装置被操作时与皮肤相接触的传导材料的至少两个电极，以及‑包围所述至少两个电极中的至少一个电极的电绝缘体，所述电极装置的特征在于所述电极装置进一步包括：‑被布置为在所述电极装置被操作时与皮肤相接触的传导材料的无源接地体，所述接地体包围所述至少两个电极以限制所述至少两个电极拾取来自所述接地体的范围之外的信号，‑所述无源接地体实质上包括用于从所述电极装置接收和处理信号的电子器件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.27 FI 201254701.一种用于在肌肉状态分析器中使用的电极装置，所述电极装置包括: -被布置为在所述电极装置被操作时与皮肤相接触的传导材料的至少两个电极，以及 -包围所述至少两个电极中的至少一个电极的电绝缘体， 所述电极装置的特征在于所述电极装置进一步包括: -被布置为在所述电极装置被操作时与皮肤相接触的传导材料的无源接地体，所述接地体包围所述至少两个电极以限制所述至少两个电极拾取来自所述接地体的范围之外的信号， -所述无源接地体实质上包括用于从所述电极装置接收和处理信号的电子器件。2.根据权利要求1所述的电极装置，包括至少两对电极，所述至少两对电极在成对的电极之间具有不同距离，以针对所述至少两对电极创建不同的深度灵敏度。3.根据权利要求1或2所述的电极装置，其中所述至少两对电极以实质上沿着一条直线的线性布置进行布置，或者以诸如在电极对中的电极之间的直线形成直角交叉之类的交叉设置进行布置。4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的电极装置在肌肉状态分析中的使用，以在水平维度和深度维度上从所述肌肉收集信号。5.一种用于测量肌肉信号的装置，包括: -用于对从肌肉测量的所述信号进行处理的单元， -根据权利要求1、2或3中任一项所述的电极装置。6.一种用于确定肌肉状态的装置，所述装置包括处理器、包含计算机程序代码的存储器，所述存储器和所述计算机程序代码被配置为利用所述处理器使得所述装置: -接收信号，所述信号已经从处于休息状态的肌肉被测量， -确定指示所述信号的频率成分的量度， 所述装置的特征在于所述装置进一步包括计算机程序代码，所述计算机程序代码使得所述装置: -确定指示所述信号在高频中的强度的量度，其中所述高频实质上对应于由处于被动无意识紧张状态的肌肉产生的频率，并且其中所述高频在频率上高于正常频率，其中所述正常频率实质上对应于由处于非疲劳状态的肌肉产生的频率，以及 -使用所述量度和参考函数创建映射，所述参考函数指示肌肉状态，以及 -基于所述映射确定肌肉状态。7.根据权利要求6所述的装置，进一步包括: -用于对从肌肉测量的所述信号进行处理的单元， -根据权利要求1、2或3中任一项所述的电极装置，以及 -用于使用所述量度和参考函数创建映射的部件，所述参考函数指示肌肉状态，以及 -用于基于所述映射确定肌肉状态的部件，以及 -所述装置被布置为访问数据库以创建所述映射。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述参考函数基于肌肉状态的种群数据库，使得对多个个体进行测量以创建所述数据库，或者对个体进行多次测量以创建所述数据库。9.一种用于确定肌肉状态的系统，所述系统包括电极装置、处理器、包含计算机程序代码的存储器，所述存储器和所述计算机程序代码被配置为利用处理器使得所述系统: -从肌肉采集信号， -确定指示所述信号的频率成分的量度， 所述系统的特征在于所述系统进一步包括计算机程序代码，所述计算机程序代码使得所述系统: -确定指示所述信号在高频中的强度的量度，其中所述高频实质上对应于由处于被动无意识紧张状态的肌肉产生的频率，并且其中所述高频在频率上高于正常频率，其中所述正常频率实质上对应于由处于非疲劳状态的肌肉产生的频率，以及 -使用所述量度和参考函数创建映射，所述参考函数指示肌肉状态，以及 -基于所述映射确定肌肉状态。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述系统包括用于创建所述映射的数据库，所述数据库包括用于创建参考函数的多个肌肉状态值。11.一种被包含在非瞬态计算机可读介质上的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机指令，所述计算机指令当在系统的至少一个处理器上被执行时使得所述系统: -接收信号，所述信号已经从处于休息状态的肌肉被测量， -确定所述信号的频率成分， 所述计算机程序产品的特征在于，所述计算机程序产品进一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·赫拉拉，P·塔维，J·曼蒂亚维，M·瓦哈索伊林基，
申请(专利权)人：菲布鲁克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI