一种去除腹肌表面肌电信号中心电成分的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种去除腹肌表面肌电信号中心电成分的方法及系统，包括：腹肌表面肌电信号预处理后获取初始数字信号，对初始数字信号进行模板提取获取

【技术实现步骤摘要】
一种去除腹肌表面肌电信号中心电成分的方法及系统


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及一种去除腹肌表面肌电信号中心电成分的方法及系统
。

技术介绍

[0002]肌电是指肌肉电活动，是肌肉收缩时产生的电信号
。
肌电信号是由肌肉中的肌纤维产生的，当肌肉收缩时，肌纤维中的肌肉蛋白会相互滑动，产生电荷分布的变化，从而产生肌电信号
。
肌电信号可以通过肌电电极捕捉到，然后经过放大器放大和信号处理，得到肌电图
。
肌电图可以用来研究肌肉的活动模式
、
肌肉疲劳程度
、
肌肉功能障碍等方面的问题
。
[0003]表面肌电信号
(sEMG)
使用非常广泛，作为一种客观反映神经肌肉系统生物电活动的检测手段和方法，其最大的特点在于非损伤性，
sEMG
信号将单个或多个几细胞或者部分肌肉组织活动时所产生的生物电变化，经电极引导
、
放大
、
记录与显示所获得的电压变化的一维时间序列信号
。
通过在腹直肌中线位置放置电极片，可以准确的检测到腹肌运动和静息时的肌电信号并实时显示，但由于所贴电极的位置距离心脏稍近，导致所采集到腹肌肌电信号中掺杂了心电信号，在实际监测腹肌肌电图过程中仍有监测上腹部腹肌的需求，因而无法避免得将贴片电极贴在上腹部，从而引入心电信号的干扰，贴片电极贴的离心脏越近，干扰越严重
。
[0004]业内对于呼吸信号所带来的干扰，通常采用特定频率段的滤波器进行滤波处理，但粗暴地使用滤波器容易带来问题，其一，使用滤波器容易带来相位变化与实际运动距离的不对应，造成无法精确测量微动距离的后果；其二，使用滤波器对于运动阶段的信号效果较好，但对于静止阶段的信号使用滤波器容易造成信号失真与突变的情况发生；此外，如若使用高阶滤波器，需要较大的运算量，导致无法实时显示信号波形的后果
。
[0005]此外，业内对于使用表面肌电图技术进行腹肌监测时所引入的心电噪声，通常采用特定频率段的滤波器进行滤波处理，但粗暴地使用滤波器容易带来问题，其一，心电信号所分布的频段和肌电信号的绝大部分有效成分重合，因而使用滤波器会削弱肌电信号的幅值，使测量不准确；其二，想要去除很窄带宽的信号时，所选用的滤波器的阶数会很高，导致计算量很大，因而无法实时处理信号，无法满足产品使用过程中的实时显示的需求
。
[0006]现有技术中，将电极贴在下腹部或者远离心脏的肌肉附近，但当面临需要测量上腹部肌肉时，依然会引入心电噪声，无法满足需求
。
此外，使用传统滤波器的方式粗暴地去除心电信号，容易影响目标肌电信号的真实成分，从而影响后续评估或训练模型的建立，并且，使用高阶滤波器会需要更高的算力要求，无法满足进行实时显示的需求
。

技术实现思路

[0007]技术目的：针对现有技术中采集到的腹肌表面肌电信号中掺杂心电信号进而带来干扰的缺陷，本专利技术公开了一种去除腹肌表面肌电信号中心电成分的方法及系统，利用
N
阶模型，极大地降低了算力需求，对使用体表电极采集腹肌的肌电信号进行实时处理，在高保
真保留腹肌肌电信号成分的同时，有效滤除心电信号，能够有效地去除心电信号的干扰，便于检测上腹部腹肌表面肌电的检测
。
[0008]技术方案：为实现上述技术目的，本专利技术采用以下技术方案
。
[0009]一种去除腹肌表面肌电信号中心电成分的方法，包括以下步骤：
[0010]S1、
腹肌表面肌电信号预处理后获取初始数字信号：获取腹肌肌群表面肌电电极采集的模拟信号，并通过信号放大和工频滤波预处理后获取初始数字信号；
[0011]S2、
对初始数字信号进行模板提取获取
R
峰峰值横纵坐标集合：对初始数字信号进行模板提取获取若干差分特征函数，根据所有差分特征函数进行差分阈值判断，得到
R
峰峰值横纵坐标集合；
[0012]S3、
根据
R
峰峰值横纵坐标集合构建训练样本集；
[0013]S4、
再次采集腹肌肌群表面肌电电极的模拟信号，并通过信号放大和工频滤波预处理后，截取与训练样本长度相同的信号作为待处理信号，待处理信号训练样本集通过构建的
N
阶心电滤波器处理后，得到滤除心电信号的腹肌肌电信号的波形，并实时显示
。
[0014]优选地，步骤
S1
具体包括：
[0015]获取腹肌肌群表面肌电电极采集的模拟信号
X(t)
，将所述模拟信号
X(t)
转换为数字信号
x(n
′
)
，数字信号
x(n
′
)
进行信号放大得到放大后的数字信号
x(n)
，放大后的数字信号
x(n)
再通过工频陷波器滤除
50Hz
的工频噪声，得到滤除工频噪声后的数字信号，作为初始数字信号
x0(n)。
[0016]优选地，步骤
S2
具体包括：
[0017]S21、
针对初始数字信号
x0(n)
，设置信号起点
n0和窗长
WinLength
，提取窗长内的信号
x0(n0：
n0+WinLength)
并记为变量
x
w
(n)
，对变量
x
w
(n)
进行心跳
R
峰峰值检测，利用多点差分方法进行心跳
R
峰
(
即心跳波峰
)
峰值提取，其计算公式为：
[0018]Y(n)
＝
0.25*x
w
(n0+6)+0.5*x
w
(n0+5)+x
w
(n0+4)
[0019]‑
x
w
(n0+3)
‑
0.5*x
w
(n0+2)
‑
0.25*x
w
(n0+1)
[0020]其中，
Y(n)
为差分特征函数；
[0021]S22、
设置差分阈值
W
，若差分特征函数
Y(n)
的信号点
n
k
处过零点，且零点前后的差分局部极值的绝对值大于设置的差分阈值
W
，则信号点
n
k
处为所计算出的
R
峰
P
k
所在位置，该峰值点记为
P
k
＝
(n
k
，
x0(n
k...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种去除腹肌表面肌电信号中心电成分的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
腹肌表面肌电信号预处理后获取初始数字信号：获取腹肌肌群表面肌电电极采集的模拟信号，并通过信号放大和工频滤波预处理后获取初始数字信号；
S2、
对初始数字信号进行模板提取获取
R
峰峰值横纵坐标集合：对初始数字信号进行模板提取获取若干差分特征函数，根据所有差分特征函数进行差分阈值判断，得到
R
峰峰值横纵坐标集合；
S3、
根据
R
峰峰值横纵坐标集合构建训练样本集；
S4、
再次采集腹肌肌群表面肌电电极的模拟信号，并通过信号放大和工频滤波预处理后，截取与训练样本长度相同的信号作为待处理信号，待处理信号和训练样本集通过构建的
N
阶心电滤波器处理后，得到滤除心电信号的腹肌肌电信号的波形，并实时显示
。2.
根据权利要求1所述的一种去除腹肌表面肌电信号中心电成分的方法，其特征在于：步骤
S1
具体包括：获取腹肌肌群表面肌电电极采集的模拟信号
X(t)
，将所述模拟信号
X(t)
转换为数字信号
x(n
′
)
，数字信号
x(n
′
)
进行信号放大得到放大后的数字信号
x(n)
，放大后的数字信号
x(n)
再通过工频陷波器滤除
50Hz
的工频噪声，得到滤除工频噪声后的数字信号，作为初始数字信号
x0(n)。3.
根据权利要求1所述的一种去除腹肌表面肌电信号中心电成分的方法，其特征在于：步骤
S2
具体包括：
S21、
针对初始数字信号
x0(n)
，设置信号起点
n0和窗长
WinLength
，提取窗长内的信号
x0(n0：
n0+WinLength)
并记为变量
x
w
(n)
，对变量
x
w
(n)
进行心跳
R
峰峰值检测，利用多点差分方法进行心跳
R
峰
(
即心跳波峰
)
峰值提取，其计算公式为：
Y(n)
＝
0.25*x
w
(n0+6)+0.5*x
w
(n0+5)+x
w
(n0+4)
‑
x
w
(n0+3)
‑
0.5*x
w
(n0+2)
‑
0.25*x
w
(n0+1)
其中，
Y(n)
为差分特征函数；
S22、
设置差分阈值
W
，若差分特征函数
Y(n)
的信号点
n
k
处过零点，且零点前后的差分局部极值的绝对值大于设置的差分阈值
W
，则信号点
n
k
处为所计算出的
R
峰
P
k
所在位置，该峰值点记为
P
k
＝
(n
k
，
x0(n
k
))
，其中，
k
表示初始数字信号中第
k
个
R
峰的序号，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕志伟，马掌印，毕正扬，李苗，
申请(专利权)人：南京麦澜德医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：