一种肌肉收缩状态光电探测系统

1.本发明涉及生物医学技术领域，更具体的说是涉及一种肌肉收缩状态光 电探测系统。


背景技术：

2.肌肉组织中的肌球蛋白具有液态结晶特性，也是肌肉各向异性的原因。 通过测量从骨骼肌中反散射的入射光，当肌肉收缩时，肌动蛋白纤维沿着肌 球蛋白滑动，肌纤维变得短而宽，从而对入射光线产生各向异性的散射，反 应了肌肉的收缩状态，是一种在体表无创检测肌肉活动的重要信息。
3.广泛使用的表面肌电信号semg(surface electromyography)本身对干 扰和噪声很敏感，对深层的串扰较为严重：semg信号的特征会随着时间的推 移发生变化，严重影响了基于semg测试的准确性。semg的机器也十分昂贵， 接收端的体积较大。semg也无法区分肌肉的等长收缩与等张收缩。
4.因此，如何提供一种精确度高的肌肉收缩状态光电探测系统是本领域技 术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种肌肉收缩状态光电探测系统，提高了测试 的准确性，体积小成本低。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种肌肉收缩状态光电探测系统，包括：信号采集模块、信号处理模块、 柔性电路、佩戴模块、电源模块、第一壳体和第二壳体，所述信号采集模块 设置在所述第一壳体内，所述信号处理模块和所述电源模块设置在所述第二 壳体内，所述柔性电路设置在所述第一壳体和所述第二壳体之间，用于电连 接信号采集模块和所述信号处理模块，所述第一壳体和所述第二壳体分别固 定在所述佩戴模块上；
8.所述信号采集模块用于发射近红外光源照射肌肉组织，并接收肌肉组织 反散射的光，并通过所述柔性电路发送至所述信号处理模块；
9.所述信号处理模块用于对接收的近红外光谱信号进行处理分析，获得肌 肉收缩强度和频率；
10.所述佩戴模块用于将所述第一壳体和所述第二壳体固定在人体肢体上；
11.所述电源模块用于为所述信号采集模块和所述信号处理模块提供电源。
12.优选地，所述信号采集模块包括光电探测器和红外光源，所述光电探测 器与所述红外光源间距为2cm-5cm；
13.所述红外光源用于发射近红外光源照射肌肉组织；
14.所述光电探测器用于接收肌肉组织反散射的光，并将光信号转换为电信 号。
15.优选地，所述信号处理模块包括单片机、放大模块、模数转换模块和蓝 牙模块，光
电探测器通过柔性电路与放大模块连接，放大电路与模数转换模 块连接，模数转换模块与单片机相连，单片机与蓝牙模块相连；
16.所述放大模块用于对所述光电探测器发送的近红外光谱信号进行放大；
17.所述模数转换模块用于将放大后的模拟形式的近红外光谱信号转换为数 字信号；
18.所述单片机用于对数字形式的近红外光谱信号进行处理分析，获得肌肉 收缩强度和频率；
19.所述蓝牙模块用于通过无线通信将肌肉收缩强度和频率发送至接收端。
20.优选地，所述第一壳体和所述第二壳体上均设置有柔性电路槽，用于固 定所述柔性电路。
21.优选地，所述第一壳体的背面涂有不透光材质。
22.优选地，所述第二壳体包括上盖板和下盖板，所述上盖板两侧设置有定 位孔，所述下盖板两侧设置有定位头，所述定位孔和所述定位头卡接。
23.优选地，所述光电探测器设置有2个，分别固定在所述红外光源两侧， 与所述红外光源间距为2cm-5cm。
24.优选地，所述信号采集模块为单通道或多通道。
25.优选地，所述红外光源的波长为650nm-900nm。
26.优选地，所述佩戴模块为佩戴带。
27.与现有技术相比，采用本发明提供的肌肉收缩状态光电探测系统具有以 下有益效果：
28.(1)与广泛使用的semg信号相比，近红外光谱抗干扰和噪声，提高了 测试的准确性。同时，近红外光谱信号与semg信号相比，不需要复杂的数据 分析，可以直观的观察出肌肉的收缩情况。近红外光谱信号可以探测单块肌 肉或者多块肌肉，与semg信号相比，探测具有针对性。与测量semg信号的 设备相比，测量近红外光谱信号的设备体积小且价格便宜。
29.(2)第一壳体设计为不透光的，降低了环境中光噪声对近红外光谱信号 的干扰。
30.(3)采用蓝牙模块进行无线传输数据，佩戴者可以在通信范围内随意移 动，方便使用。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不 付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
32.图1附图为本发明提供的一种肌肉收缩状态光电探测系统整体结构示意 图。
33.图2附图为本发明提供的信号采集模块和第一壳体结构示意图。
34.图3附图为本发明提供的第二壳体内部结构图。
35.图4附图为本发明提供的下盖板结构示意图。
36.图5附图为本发明提供的信号处理模块原理框图。
37.其中，1、信号采集模块，101、光电探测器，102、红外光源，2、信号处 理模块，201、单片机，202、放大模块，203、模数转换模块，203、蓝牙模块， 3、柔性电路，4、佩戴模块，5、第一壳体，6、第二壳体，601、上盖板，602、 下盖板，603、定位头，604、定位孔，7、电源模块，8、柔性电路槽。
38.具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.本发明实施例公开了一种肌肉收缩状态光电探测系统，如图1所示，包 括：信号采集模块1、信号处理模块2、柔性电路3、佩戴模块4、电源模块7、 第一壳体5和第二壳体6，信号采集模块1设置在第一壳体5内，信号处理模 块2和电源模块设置在第二壳体6内，柔性电路3设置在第一壳体5和第二 壳体6之间,用来传递光电探测器的电信号，用于电连接信号采集模块1和信 号处理模块2，第一壳体5和第二壳体6分别固定在佩戴模块4上；
41.信号采集模块1用于发射近红外光源照射肌肉组织，并接收肌肉组织反 散射的光，并通过柔性电路发送至信号处理模块；
42.信号处理模块2用于对接收的近红外光谱信号进行处理分析，获得肌肉 收缩强度和频率；
43.佩戴模块4用于将第一壳体和第二壳体固定在人体肢体上；
44.电源模块7用于为信号采集模块和信号处理模块提供电源。
45.在本实施例中，信号采集模块1包括光电探测器101和红外光源102，光 电探测器101与红外光源102间距为2cm-5cm，光电探测器101与柔性电路3 电连接；
46.红外光源102用于发射近红外光源照射肌肉组织；
47.光电探测器101用于接收肌肉组织反散射的光，并将光信号转换为电信 号。
48.在本实施例中，如图5，信号处理模块2包括单片机201、放大模块202、 模数转换模块203和蓝牙模块204，光电探测器通过柔性电路与放大模块202 连接，放大电路202与模数转换203模块连接，模数转换模块203与单片机 201相连，单片机201与蓝牙模块204相连；
49.放大模块202用于对光电探测器发送的近红外光谱信号进行放大，提高 近红外光谱的检测精度；
50.模数转换模块203用于将放大后的模拟形式的近红外光谱信号转换为数 字信号，将数字信号传输给单片机201；
51.单片机201用于对数字形式的近红外光谱信号进行处理分析，获得肌肉 收缩强度和频率，单片机可采用stm-32系列单片机；
52.蓝牙模块204用于通过无线通信将肌肉收缩强度和频率发送至接收端， 通过无线通信方式佩戴者可以在通信范围内随意移动，方便使用。
53.在本实施例中，第一壳体5和第二壳体6上均设置有柔性电路槽8，用于 固定柔性电路3。
54.在本实施例中，第一壳体5的背面涂有不透光材质，如黑色水性丙烯酸涂 料，碳黑，四氧化三铁等不透光材质。不透光材料，能够降低环境中光噪声 对近红外光谱信号的干扰，从而使采集到的近红外光谱信号稳定、准确性高。 因为不透光材质涂在第一壳体背面，所以不会影响到正面的红外光源与光电 探测器。为肌肉收缩状态光电探测器排除环境光对近红外光谱信号的影响。)
55.在本实施例中，第二壳体6包括上盖板601和下盖板602，上盖板601两 侧设置有定位孔604，下盖板602两侧设置有定位头603，定位孔604和定位 头603卡接。
56.在本实施例中，光电探测器101设置至少2个，本实施例设置为2个， 分别固定在红外光源102两侧且平行于肌纤维方向，与红外光源102间距为 2cm-5cm。依据光电肌肉传感器探测原理，红外光源放置在肌纤维上方，肌肉 收缩时沿着肌纤维两个方向散射，设置2个光电探测器可以捕捉到更多被肌 纤维散射的光，提高了近红外光谱信号，增强了光电探测器的准确性和精度。
57.在本实施例中，信号采集模块1为单通道时，即能够采集一块骨骼肌的 近红外光光谱信号，为多通道时，能够采集多块骨骼肌的近红外光光谱信号。
58.在本实施例中，红外光源102的波长为650nm-900nm。
59.在本实施例中，佩戴模块4为佩戴带。
60.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述 的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
61.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。