一种基于肌电的穿戴式前庭监测系统及应用技术方案

本发明专利技术的一种基于肌电的穿戴式前庭监测系统及应用，基于低功耗的ADS采集芯片设计的可佩戴设备用于采集人体表面肌肉电信号(sEMG)，在采集过程中，sEMG信号经过滤波，放大，数字化，以及人体平衡信号传输到PC端，在PC端的APP中，运用深度学习算法进行训练和分类前庭功能低下患者在运动状态下的，短暂昏厥以及失衡均记录在肌电数据。本发明专利技术根据PC端软件平台，可快速、准确对穿戴者肌肉的状态进行分类，分类效果能达到较高水平，并且在PC端的APP中，可以查看到sEMG肌电信号的实时波形。在采集信号后可将预测的信号传输到PC端，进行下一步的监测。较高的准确率表明这套系统功能是具有可行性的。有可行性的。有可行性的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于肌电的穿戴式前庭监测系统及应用


[0001]本专利技术涉及一种肌肉运动状态的智能监测系统。特别是涉及一种基于肌电的穿戴式前庭监测系统及应用。

技术介绍

[0002]在日常生活中，人体主要依靠前庭、视觉和本体感觉这3个系统的外周感受器感受身体位置、运动、以及外界的刺激，经过平衡中枢信息整合处理、相互协调而维持身体在空间适宜的位置。就维持平衡功能而言，上述3个系统中以前庭系统最为重要。前庭是人体平衡系统的主要末梢感受器官，是内耳器官之一，居颞骨岩部之内，和半规管、耳蜗紧密相连，共同组成内耳骨迷路。
[0003]前庭感受器包括3个半规管、椭圆囊和球囊。前庭的三个半规管感知身体旋转的角加速度，椭圆囊和球囊又称耳石器，其主要功能是感受直线加速度运动的刺激。人体可经前庭感知到加速、减速或转弯，从而产生眼球、颈肌、四肢及躯干肌反射来调整姿势维持平衡，在一些场合的姿势反射中，前庭系的作用比视觉重要。
[0004]因此，前庭系统是人体重要的维持身体平衡的器官，对身体平衡起着重要的作用，与患者的小脑还有大脑组织，共同维持人体的身体平衡，患者本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于肌电的穿戴式前庭监测系统，包括有依次连接的：穿戴式肌电采集设备(1)、肢体肌电主动训练界面(2)、生理状态分析模块(3)和预警模块(4)，其特征在于，使用者按照所述的肢体肌电主动训练界面(2)所显示的内容进行动作，并应用所述的穿戴式肢体肌电采集设备(1)从肢体采集sEMG肌电信号；所述的生理状态分析模块(3)接收sEMG肌电信号，并结合注意力机制卷积神经网络模型，智能辨识使用者肢体的肌肉状态；所述的肢体肌电主动训练界面(2)、生理状态分析模块(3)设置在PC端，所述的生理状态分析模块(3)通过无线传输设备将预警信号送入预警模块(4)进行预警。2.根据权利要求1所述的一种基于肌电的穿戴式前庭监测系统，其特征在于，所述的穿戴式肌电采集设备(1)包括有：依次连接的用于采集sEMG肌电信号的电极贴及其导联线(11)，用于肌电信号放大和转换的生物电信号采集模块(12)、用于控制生物电信号采集模块(12)的采集模式以及接收放大转换后的sEMG肌电信号的STM32微处理器(13)、用于采集人体平衡状态信号的陀螺仪电路(14)，所述的STM32微处理器(13)还连接WIFI无线数据传输电路(15)，用于将sEMG肌电信号和人体平衡状态信号分别传输给生理状态分析模块(3)和肢体肌电主动训练界面(2)，还设置有分别连接生物电信号采集模块(12)和STM32微处理器(13)的系统电源模块(16)，其中，所述的电极贴及其导联线(11)中的电极贴粘贴在使用者后颈左侧和右侧、左右手大臂和左右腿肌肉，采集使用者不同位置肌肉的sEMG肌电信号，并通过导联线及PJ313B接口与生物电信号采集模块(12)相连接，将采集的sEMG肌电信号送入生物电信号采集模块(12)；陀螺仪电路(14)中的人体平衡采集部分粘贴在使用者后颈靠近耳部的左侧和右侧；所述的生物电信号采集模块(12)是由型号为ADS1299的生物电信号采集芯片组成，每片生物电信号采集芯片都集成了用于接收电极贴采集的sEMG肌电信号的高共模抑制比模拟输入AD模块、用于将sEMG肌电信号放大的低噪声可编程增益放大器和用于将模拟信号转换为数字信号的高分辨率同步采样模数转换器；所述的WIFI无线数据传输模块(15)工作在AP模式下，最高传输速率4Mbps，在STM32微处理器(13)的控制下，周期性地将采集到的sEMG肌电信号和人体平衡状态信号以数据包的形式通过WIFI无线数据传输模块(15)向肢体肌电主动训练界面(2)和生理状态分析模块(3)输出sEMG肌电信号和人体平衡状态信号。3.根据权利要求1所述的一种基于肌电的穿戴式前庭监测系统，其特征在于，所述的肢体肌电主动训练界面(2)，包括有：依次连接的用于显示图像的PC端显示屏(23)、用于与穿戴式肌电采集设备(1)以及生理状态分析模块(4)进行数据传输的WIFI模块(21)、用于对sEMG肌电信号进行数值转换和滤波操作、控制PC端显示屏(23)和PC端WIFI模块(21)工作的CPU处理器(22)；所述的数值转换，是将从穿戴式肌电采集设备(1)接收的A/D转换结果解析出sEMG肌电信号实际电压值，包括如下步骤：1)确定生物电信号采集模块(12)的参考电压V
REF
以及可编程增益放大器的放大倍数G
PGA
；2)将每个通道的原始的十六进制A/D转换结果V
16
，转化为十进制A/D转换结果V
10
；3)按照下列公式，计算sEMG肌电信号实际电压值V
IN
：
其中，k为系数，所述的滤波操作，是数字带通滤波操作，是采用切比雪夫I型带通滤波器，所述切比雪夫I型带通滤波器的第一阻带频率F
stop1
＝0.001Hz，第一通带频率F
pass1
＝10Hz，第二阻带频率F
stop2
＝40Hz，第二通带频率F
pass2
＝30Hz，第一阻带衰减率为5dB，第二阻带衰减率为5dB；所述滤波操作的步骤如下：1)获取原始sEMG肌电信号其中，N为原始sEMG肌电信号通道数和，L为每个通道原始sEMG肌电信号的数据长度，E
c,g
表示原始sEMG肌电信号中由第c个电极采集的第g个原始sEMG肌电信号的数值；2)对原始sEMG肌电信号进行数字带通滤波，并进行50Hz陷波滤波，去除工频干扰，得到处理后的sEMG肌电信号其中，X
c,g
表示滤波后的sEMG肌电信号中第c个电极对应的第g个sEMG肌电信号的数值。4.根据权利要求1所述的一种基于肌电的穿戴式前庭监测系统，其特征在于，所述的肢体肌电主动训练界面(2)，包括有：主动训练模式和康复模式；在主动训练模式下，使用者完成PC端显示屏(23)显示的9个康复动作，9个康复动作包括：前倾、后倾、左倾、右倾、左歪头、右歪头、低头、向上抬头和360
°
转动脖子；在康复模式下，正常穿戴所述的穿戴式肌电采集设备(1)。5.根据权利要求1所述的一种基于肌电的穿戴式前庭监测系统，其特征在于，所述的生理状态分析模块(3)应用注意力机制卷积神经网络模型对使用者sEMG肌电信号与人体平衡信号进行辨识，将辨识结果通过肢体肌电主动训练界面(2)中的PC端WIFI模块发送到预警模块(4)。6.根据权利要求5所述的一种基于肌电的穿戴式前庭监测系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：高忠科，王洋阳，马超，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：