基于生理参数的腰部疲劳检测方法、装置及系统

本发明涉及腰部疲劳检测，特别是涉及基于生理参数的腰部疲劳检测方法、装置及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

2、随着现代社会科学技术的进步，进入21世纪后，人类日常体力活动水平降低了60％～70％。普遍认为，近年来腰痛患者逐年增加并呈现年轻化趋势，与日常久坐行为大幅增加有关。

3、为了解决腰椎健康方面的问题，人们发明了腰椎按摩仪，可有效的缓解人们腰椎的疼痛感与疲劳感。但是当人们主观感受到腰部肌肉疼痛再去使用腰椎按摩仪时，腰部肌肉已经进入了一个很疲惫的状态并在疲惫状态持续了一段时间，容易对肌肉造成损伤。

4、而目前的疲劳检测系统，一般为表面肌电信号分析系统结合采集设备一起使用，主要功能是数据采集。部分系统集成了简单的分析功能，但主要是一些通用的分析，还没有针对肌疲劳分析功能完善的肌电信号分析系统，需要专业技术人员对采集到的肌电信号进行处理与分析，非技术人员是不能够直观地获取测量肌肉的状态和疲劳程度，缺乏即时性、有效性。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了基于生理参数的腰部疲劳检测方法、装置及系统，可以实时检测腰部肌肉状态，可以在腰部肌肉刚进入疲劳状态时及时提供预警，防止肌肉的进一步损伤，有效避免肌肉长期处于疲劳状态，保持肌肉的最大活性，避免腰痛等疾病的发生，增强对腰椎的保护。

2、第一方面，本发明提供了基于生理参数的腰部疲劳检测方法；

3、基于生理参数的腰部疲劳检测方法，包括：

4、实时获取目标肌肉群的表面肌电信号，其中，所述表面肌电信号通过由干电极肌电传感器和肌电采集器构成的表面肌电信号采集模块采集；

5、对表面肌电信号进行预处理；

6、对预处理后的表面肌电信号进行特征处理，获取表面肌电信号的时域特征和频域特征；

7、根据时域特征和频域特征的变化趋势，采用时域和频域联合分析方法，判断肌肉是否产生疲劳；若肌肉产生疲劳，则发出疲劳提醒。

8、进一步的，选取均方根值作为表面肌电信号的时域特征，均方根值表示为

9、

10、其中，t为选取的帧数据时间长度，x为对应的肌电信号幅值，t为当前时刻；

11、选取平均功率频率作为表面肌电信号的频域特征，平均功率频率表示为

12、fmpf＝∫0+∞fp(f)df/∫0+∞p(f)df

13、其中，f为频率间隔内表面肌电信号功率谱的频率值，p(f)为表面肌电信号功率频率间隔内的频谱。

14、进一步的，所述实时获取目标肌肉群的表面肌电信号具体为：通过蓝牙模块获取经主控芯片缓存和打包后的表面肌电信号数据；

15、其中，主控芯片缓存和打包表面肌电信号数据具体为：表面肌电信号采集模块采集表面肌电信号后存储于主控芯片的数据缓存区，设置数据缓存标志位；采集完成后，将数据缓存标志位进行反转；数据传输完成后，将数据缓存标志位进行复位；采集周期为间隔50秒，采集10秒。

16、进一步的，所述对表面肌电信号进行预处理包括：

17、对表面肌电信号进行陷波滤波处理，以排除工频信号的干扰；

18、对陷波滤波处理后的表面肌电信号进行高通滤波处理，以衰减存在的运动伪迹干扰；

19、对高通滤波处理后的表面肌电信号进行低通滤波处理，以保留主能量区域内的表面肌电信号。

20、第二方面，本发明提供了基于生理参数的腰部疲劳检测装置；

21、基于生理参数的腰部疲劳检测装置，包括：

22、实时获取模块，用于实时获取目标肌肉群的表面肌电信号，其中，所述表面肌电信号通过由干电极肌电传感器和肌电采集器构成的表面肌电信号采集模块采集；

23、预处理模块，用于对表面肌电信号进行预处理；

24、疲劳判断模块，用于对预处理后的表面肌电信号进行特征处理，获取表面肌电信号的时域特征和频域特征；根据时域特征和频域特征的变化趋势，采用时域和频域联合分析方法，判断肌肉是否产生疲劳；若肌肉产生疲劳，则发出疲劳提醒。

25、第三方面，本发明提供了基于生理参数的腰部疲劳检测系统；

26、基于生理参数的腰部疲劳检测系统，包括表面肌电信号采集模块、主控芯片、手机app端和脉冲发生模块；

27、所述表面肌电信号采集模块与所述主控芯片通信，将采集到的表面肌电信号传输至所述主控芯片；所述主控芯片与所述手机app端通信，所述主控芯片将表面肌电信号转换为数字信号并打包传输至所述手机app端，所述手机app端对数据进行处理，判断肌肉是否产生疲劳，若肌肉产生疲劳，则发出疲劳提醒指令；所述主控芯片与所述脉冲发生模块通信，所述主控芯片接收疲劳提醒执行，驱动所述脉冲发生模块启动，以发出脉冲振动提醒。

28、进一步的，还包括主机，所述主控芯片设置于所述主机内部，所述主机沿高度方向的一侧面设置有多个传导磁扣，所述主机通过传导磁扣连接有贴片；

29、所述主机沿高度方向的另一侧面设置有显示面板和蜂鸣器，所述显示面板与所述主控芯片通信连接，所述蜂鸣器与所述主控芯片通信连接。

30、优选的，所述表面肌电信号采集模块包括干电极肌电传感器和肌电采集器，所述肌电采集器设置于所述贴片，所述肌电采集器通过所述传导磁扣与所述干电极传感器连接，所述干电极传感器与所述主控芯片通信连接。

31、进一步优选的，还包括放大器和模拟滤波电路，所述干电极传感器与所述放大器电连接，所述放大器与所述模拟滤波电路电连接，所述模拟滤波电路与所述主控芯片电连接。

32、优选的，脉冲发生模块为脉冲电极，所述脉冲电极通过所述传导磁扣与所述主控芯片连接。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

34、1、肌肉在产生疲劳时，会引起表面肌电信号的变化，从而反映出肌肉的本体状态，本发明提供的技术方案，可以实时检测腰部肌肉的活动状况，并可判断对应肌肉的疲劳变化，通过对这种变化进行腰部肌肉实时检测，可以在腰部肌肉疲劳前提供预警，防止肌肉的进一步损伤，同时保持肌肉的最大活性，增强对腰椎的保护。

35、2、本发明提供的技术方案，肌电信号采集模块由肌电采集器和干电极肌电传感器构成，采集器进行肌电信号采集，干电极肌电传感器将采集到的电信号进行放大和滤波处理；使用干电极导联，无须导电凝胶也可得到良好的信号质量，使用寿命长、使用简单方便，更适合普通用户。

36、3、本发明提供的技术方案，在主控芯片部分对数据进行缓存和打包传输，在高速传输下，仅需几秒便可以完成数据传输，随着表面肌电信号的采集进度，便可以实现肌电数据的实时采集功能。

技术特征：

1.基于生理参数的腰部疲劳检测方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于生理参数的腰部疲劳检测方法，其特征在于，选取均方根值作为表面肌电信号的时域特征，均方根值表示为

3.如权利要求1所述的基于生理参数的腰部疲劳检测方法，其特征在于，所述实时获取目标肌肉群的表面肌电信号具体为：通过蓝牙模块获取经主控芯片缓存和打包后的表面肌电信号数据；

4.如权利要求1所述的基于生理参数的腰部疲劳检测方法，其特征在于，所述对表面肌电信号进行预处理包括：

5.基于生理参数的腰部疲劳检测装置，其特征在于，包括：

6.基于生理参数的腰部疲劳检测系统，其特征在于，包括表面肌电信号采集模块、主控芯片、手机app端和脉冲发生模块；

7.如权利要求6所述的基于生理参数的腰部疲劳检测系统，其特征在于，还包括主机，所述主控芯片设置于所述主机内部，所述主机沿高度方向的一侧面设置有多个传导磁扣，所述主机通过传导磁扣连接有贴片；

8.如权利要求7所述的基于生理参数的腰部疲劳检测系统，其特征在于，所述表面肌电信号采集模块包括干电极肌电传感器和肌电采集器，所述肌电采集器设置于所述贴片，所述肌电采集器通过所述传导磁扣与所述干电极传感器连接，所述干电极传感器与所述主控芯片通信连接。

9.如权利要求8所述的基于生理参数的腰部疲劳检测系统，其特征在于，还包括放大器和模拟滤波电路，所述干电极传感器与所述放大器电连接，所述放大器与所述模拟滤波电路电连接，所述模拟滤波电路与所述主控芯片电连接。

10.如权利要求7所述的基于生理参数的腰部疲劳检测系统，其特征在于，脉冲发生模块为脉冲电极，所述脉冲电极通过所述传导磁扣与所述主控芯片连接。

技术总结
本发明公开了基于生理参数的腰部疲劳检测方法、装置及系统，属于腰部疲劳检测技术领域。包括实时获取目标肌肉群的表面肌电信号，其中，表面肌电信号通过由干电极肌电传感器和肌电采集器构成的表面肌电信号采集模块采集；对表面肌电信号进行预处理；对预处理后的表面肌电信号进行特征提取，获取表面肌电信号的时域特征和频域特征；根据时域特征和频域特征的变化趋势，采用时域和频域联合分析方法判断肌肉是否产生疲劳；若肌肉产生疲劳，则发出疲劳提醒。能够在肌肉进入疲劳状态时，及时发出警告；解决了现有技术中存在的在腰部进入疲惫状态并持续一段时间后才意识到腰疼的问题。

技术研发人员：方斌,郭增辉,张原斌,陈志远
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13