[发明专利]四肢表面肌电轴的检测方法

摘要

本发明揭示了一种四肢表面肌电轴的检测方法，所述检测方法包括：根据确定的肢体平面，确定每个电极的安放位置，并进行妥善固定；每个电极可以根据所在位置，获取一个有矢量方向的肌电信号，然后计算本平面的肌电轴向量；根据每一平面的肌电向量构建多平面的肌电向量，从而在3D空间和时间轴上重构和分析上下肢的肌肉激活和失衡状况。本发明提出的四肢表面肌电轴的检测方法，可在3D空间和时间轴上重构和分析上下肢的肌肉激活和失衡状况，为临床疾病或衰老、废用等原因所导致的肌肉不平衡激活提供一个客观检测指标。

主权项

一种四肢表面肌电轴的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括：根据确定的肢体平面，确定每个电极(1)的安放位置，并进行妥善固定；每个电极可以根据所在位置，获取一个有矢量方向(2)的肌电信号，然后计算本平面的肌电轴向量(3)；根据每一平面的肌电向量(3)构建多平面的肌电向量，从而在3D空间和时间轴上重构和分析上下肢的肌肉激活和失衡状况；所述检测方法具体包括：步骤S1、应用表面肌电信号采集装置，分别将8个电极以等距方式粘贴在肢体同一横截面水平表面上；步骤S2、每个电极获取的表面肌电信号，进行平滑处理，计算各项时域参数及频域参数；时域参数包括积分肌电值IEMG、均方根值RMS、平均肌电值AEMG或者平均绝对值MAV、协同收缩率CR、峰值振幅PA；频域参数包括平均功率频率MPF、中位频率MF；公式如下，假设x是采样后的EMG采样点，连续窗口宽度为N个采样点：RMS：IEMG：AEMG，MAV：MF：MF是的解，p(f)是EMG信号的概率密度函数PDF；MPF：PA：max(|x|)；步骤S3、根据各个电极所处位置，计算具体时间点的每一个时域参数和频域参数的向量值，并根据时间演进画出平滑的曲线，此曲线即为四肢表面肌电轴曲线；步骤S4、进一步多平面检测提供肢体肌肉三维激活图；表面肌电信号是一种非平稳的微弱信号，所述表面肌电信号采集设备采用单设备具有8路肌电采集和处理能力，双差分微尺寸银电极探头、即干电极，16比特分辨率，2048赫兹采样率，16小时连续工作时间，9轴运动传感器，9轴运动传感器包括±9g加速度传感器，肌电通道间时延差异小于10微秒，500倍信号增益，2～700赫兹有效频谱范围，100dB共模抑制比，多设备应用时设备间各肌电通道的时延差异小于500微秒；对于上下肢的肌电研究，将肌肉群沿着和骨骼垂直的多个截面做信号的同步提取，并做后续的分析研究，可以有效帮助更全面的分析肌肉群激活的失衡状况；同一肌肉块的肌电信号沿肢体骨骼方向向肢体末端传输的时延和衰减；相邻肌肉块肌电信号在同一截面上的发力时延、幅度、频率谱；通过将上下肢沿骨骼方向做多个横截面进行肌电信号的提取，提取出更多维的信号相关性信息，在3D空间和时间轴上重构和分析大腿和小腿的肌肉激活和失衡状况；涉及的流程包括：陷波器去除工频干扰：假设原始EMG信号为s(n)，陷波器冲激响应为fnotch(n)，则经过陷波器滤除工频干扰后的信号为x(n)＝s(n)*fnotch(n)，其中*表示卷积；低通滤波器获取信号包络：假设输入信号为x(n)，采用的低通滤波器冲激响应为f(n)，则信号包络为y(n)＝|x(n)*f(n)|，其中*表示卷积；积分器获取信号能量：对信号包络信息进行积分，有p(n)就是信号能量；肌电信号起始点和终止点检测：采用滑窗SNR检测的方法检测肌肉活动的起始点和终止点，其方法为，用两个长度为L个样本采样点的窗，两个窗相邻，沿着时间轴滑动，分别计算两个窗内信号的能量，能量计算方法为用后一个窗的能量除以前一个窗的能量，其比值为若γ>thresholdstart，则认为对应点为信号的起始点，在信号起始点找到的情况下，继续检测两个窗能量的比值，当γ<thresholdend时，认为信号终止点找到；由于人体肢体构造的特殊性，表面肌电轴检测的方法在此领域的研究具有良好的适用性；通过沿着骨骼垂直方向做多个截面，提取截面上的多个肌肉块或肌肉群的肌电信号，在3D空间和时间轴上重构和分析上下肢的肌肉激活和失衡状况。