[发明专利]肌肉疲劳检测系统

说明书

一种肌肉疲劳监测系统，包括：sEMG放大器模块(101)，用于接收sEMG信号并放大所接收的sEMG信号；与sEMG放大器模块(101)连接的滤波模块(103)；与滤波模块(103)连接的比特流转换器(105)，用于数字化sEMG信号，并转换sEMG信号至基于单个阈值的离散信号而不数字化整个sEMG信号；以及与比特流转换器(105)连接的比特流交叉相关器(107)，比特流交叉相关器(107)包括串联的多个相关级(201)、与多个相关级(201)分别连接的多个计数器(303)、及与计数器(303)连接的最大值选择器(205)，比特流交叉相关器(107)用于在给定时间窗口内连续地相关sEMG信号，计算sEMG信号相同的所有时间点，循环比较所有计数器(303)，然后通过具有最大值的计数器(303)找出sEMG信号上的特定参考点之间的距离。

技术领域

本专利申请大致涉及医疗电子，尤其涉及一种肌肉疲劳检测系统。

背景技术

肌纤维传导速度(Muscle Fiber Conduction Velocity，下文简称MFCV)系对肌肉组织的运动单元动作电位的传导速度的测量，是反应肌肉活动力的最重要的项目之一。相较于仅监测功率谱密度，MFCV能够对肌肉疲劳及肌肉恢复提供更详细的了解。相较于中位/平均频率分析，MFCV监测能够对肌肉疲劳作更好的追踪。

一种常规的MFCV追踪方法是仅从检测到的表面肌电信号(下文简称sEMG)提取信息。一般来说，波谱分析工具是需要的。该方法对噪音敏感，在结果中引入大的偏差。另一种常规方法是沿着肌纤维方向比较两个或多个检测到的sEMG信号。电极相对下面的肌纤维垂直设置。根据该方法的算法包括找出参考点之间的距离。该方法假设两个测量到的信号的加噪完全相同。因此，引入延迟时，这两个信号具有相同的形状。从而，任何特定的参考点，如谷部、峰部或零点，可用于对齐该两个信号，并预估它们之间的延时。因此，检测到的信号之间的相位差可被计算以预估MFCV。交叉相关函数(cross-correlation function)最大的时间延时可用作延时的估计量。

基于SoC(芯片上系统，System-on-Chip)的CMOS(互补金属氧化物半导体)解决方案在小尺寸、低功耗及高精确性的可穿戴医疗设备解决方案方面具有显著的前景。因此，需要采用具有低计算复杂性、高效率及好的抗干扰度的低功率数字CMOS逻辑实现该交叉相关方法。

发明内容

本专利申请提供一种肌肉疲劳监测系统。在一个实施例中，一种肌肉疲劳监测系统包括：sEMG放大器模块，其用于接收sEMG信号并放大所接收的sEMG信号；与该sEMG放大器模块连接的滤波模块；与该滤波模块连接的比特流转换器，用于数字化sEMG信号，并基于单个阈值将该sEMG信号转换为离散信号而不数字化整个sEMG信号；与该比特流转换器连接的比特流交叉相关器，该比特流交叉相关器包括串联的多个相关级、与该多个相关级分别连接的多个计数器、及与该计数器连接的最大值选择器，该比特流交叉相关器用于在给定时间窗口内连续地相关该sEMG信号，计算该sEMG信号相同的所有时间点，循环比较所有该计数器，并通过具有最大值的计数器找出该sEMG信号上的特定参考点之间的距离；偏压发生器；与该比特流交叉相关器连接的时序控制模块；以及与该时序控制模块及该最大值选择器连接的串行外围接口。该sEMG放大器模块包括多个双通道测量放大器及一个外部浮动高通滤波器。该滤波模块包括两个低通滤波器，用于提取频段为10Hz–500Hz的信号属性。该比特流转换器包括两个模拟比较器。该最大值选择器包括多个比较模块，每个比较模块用于比较两个14位数字。每个相关级包括延迟模块、计数器及相关器。该延迟模块为D型触发器，该延迟模块的延迟时间由该系统的取样频率控制。每个相关级的计数器为14位行波计数器，该计数器的大小通过分析既往的sEMG数据来选择。该相关器包括同或门及与该同或门连接的与门。

该低通滤波器可以为截止频率为2.5kHz的Sallen Key低通滤波器。该两个模拟比较器的参考电压可以保持分离以允许偏移失配补偿。