一種用于測量肌肉信號的方法和設備技術

本發明專利技術涉及在正常的非疲勞狀態、疲勞狀態和被動無意識緊張狀態之間確定肌肉的狀態。在休息時通過使用電極裝置記錄來自肌肉的信號，其中接地體可以防止電極拾取超出接地體范圍的信號。通過頻譜分析(例如通過計算譜矩)來確定信號的頻率成分。正常頻率成分指示非疲勞肌肉狀態，而低頻率成分和高頻率成分則指示疲勞肌肉狀態和被動無意識緊張肌肉狀態。例如，利用參考數據庫，使用映射來提高狀態確定的準確性。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】—種用于測量肌肉信號的方法和設備
本專利技術涉及一種用于測量肌肉信號的方法、設備、系統和計算機程序產品。更具體地，本專利技術涉及肌肉的狀態和屬性的檢測以及用于該檢測的設備、系統和計算機程序產品。
技術介紹
人類的骨骼肌肉由大量的運動單元構成，運動單元是同步動作并且由相同神經信號激勵的肌肉單元束。骨骼肌肉單元束或者肌肉纖維可以被劃分為若干子類型。I類肌肉纖維(Ic)是緩慢氧化子群并且維持有氧活動。II類肌肉纖維是快速抽動類型，包括Ila、IIb和Ilx/IId子類型。肌肉的電激勵導致肌肉收縮并且執行工作。肌肉中的電激勵能夠被測量為組織中或皮膚上的兩個電極之間的電壓。可以從由電極拾取的該信號的特性分析肌肉的工作。電壓信號的屬性取決于肌肉的總體活動并且取決于給定肌肉內不同類型的被激活的運動單元的相對活動。 肌肉的強度和耐力可以通過有計劃的鍛煉而被增強。為了提升運動的表現，肌肉需要被鍛煉以使得它們變疲勞，但也使得肌肉仍然適度快速地從鍛煉中恢復。而且，有許多當代的職業趨向于鼓勵人們長時間呆在相同的位置。這也使得肌肉感到疲勞。 利用用于分析肌肉工作的現有技術方法和設備，已經證明難以確定肌肉何時疲勞到其仍然適度快速地恢復的程度，以及肌肉何時疲勞到恢復花費明顯較長時間的程度。在訓練過程期間，難以評估是否應當繼續鍛煉，這取決于肌肉的當前狀態以及所討論的個人的特性。 因此，需要一種解決方案，其使得能夠對肌肉信號進行更準確且可靠的分析以確定肌肉的疲勞度，以便例如指導運動鍛煉。
技術實現思路
現在，已經專利技術出一種改進的方法以及實施該方法的技術設備，以上問題通過它們被緩解。本專利技術的各個方面包括方法、裝置、系統以及包括存儲于其中的計算機程序的計算機可讀介質，它們由獨立權利要求中陳述的內容所表征。本專利技術的各個實施例在從屬權利要求中被公開。 本專利技術涉及確定肌肉在正常(非疲勞的、放松的(fresh))狀態、疲勞(勞累的)狀態和被動無意識緊張(passive involuntary tense,PIT)狀態之間的狀態。本專利技術還涉及確定肌肉的例如與給定肌肉中不同類型的運動單元的相對比例相關的屬性。這些實施例還可以適用于檢測某些狀態(諸如肌痛、帕金森癥、多發性硬化(MS)或者其它脫髓鞘疾病(demyelinating diseases))下的肌肉屬性。在休息時(和/或在肌肉活動期間)通過使用電極裝置記錄來自肌肉的信號，其中接地體可以防止電極拾取超出接地體范圍的信號。通過頻譜分析(例如通過計算譜矩)來確定信號的頻率成分。在休息的肌肉中，正常頻率成分指示正常的非疲勞肌肉狀態，而低頻率成分和高頻率成分則指示疲勞狀態和被動無意識緊張狀態。換句話說，如果來自肌肉的信號包含異常大量的高頻，則確定被動無意識緊張肌肉狀態。疲勞肌肉可以通過休息返回到正常狀態并且從鍛煉中恢復，并且被動無意識緊張狀態可以通過拉伸或按摩返回到正常狀態。在激活的肌肉中，頻譜的頻率成分取決于不同類型的激活的運動單元的相對數量。肌肉正在產生的力量越大，激活的頻率就越高。 所確定的高頻信號可以使用參考函數進行映射,使得映射值可以被用來確定肌肉狀態。例如，映射可以產生例如對之前已知的肌肉狀態指示而言比單純PIT狀態指數更有意義的值。可替換地，映射可以被用來將所接收的信號的特性與已知種群進行比較，以產生對肌肉狀態的更可靠的估計。在映射中，可以使用具有參考數據的數據庫的系統。除了準確的狀態確定之外，可能包括測量電子器件的具有周圍的無源接地體的電極裝置在深度和水平位置(沿皮膚)兩者中提供信號所來自的位置的準確指示。 根據第一方面，提供了一種用于分析肌肉信號的方法，該方法包括:接收信號，該信號已經從處于休息狀態的肌肉被測量；確定指示信號的頻率成分的量度；確定指示信號在高頻中的強度的量度，其中高頻實質上對應于由處于被動無意識緊張狀態的肌肉產生的頻率，并且其中高頻在頻率上高于正常頻率，其中正常頻率實質上對應于由處于非疲勞狀態的肌肉產生的頻率；使用指示信號在高頻中的強度的量度以及參考函數來創建映射，參考函數指示肌肉狀態；以及基于映射確定肌肉狀態。 根據實施例，該方法可用于使用肌肉信號分析來指導鍛煉，該方法包括從休息中的肌肉的頂部采集來自該肌肉的信號；確定該信號的譜矩值，其中該矩指示通過將頻率窗口(frequency bin)的頻率值乘以相同窗口的幅度值以形成窗口乘積并且對不同頻率的窗口乘積求和所確定的量度，并且其中該矩值對應于該信號的頻率成分；確定該矩是否具有對應于該信號的正常頻率成分、低頻率成分和高頻率成分的正常值、低值或高值；在該矩具有正常值的情況下，確定肌肉處于非疲勞狀態；在該矩具有低值的情況下，確定肌肉處于疲勞狀態；在該矩具有高值的情況下，確定肌肉處于被動無意識緊張狀態；以及使用所確定的肌肉狀態來指導鍛煉。根據實施例，該方法包括使用映射和參考函數來確定對肌肉狀態的時間進展的預測。根據實施例，該方法包括從至少兩個不同的肌肉狀態接收多個肌肉信號，以及針對多個肌肉信號確定指示該信號在高頻中的強度的量度，基于映射的結果確定肌肉狀態估計。 根據第二方面，提供了一種用于分析肌肉信號的方法，該方法包括:從至少兩個不同的肌肉狀態接收多個肌肉信號；以及確定指示該信號在高頻中的強度的量度，其中高頻實質上對應于由處于被動無意識緊張狀態的肌肉產生的頻率，并且其中高頻在頻率上高于正常頻率，其中正常頻率實質上對應于由處于非疲勞狀態的肌肉產生的頻率；以及使用指示信號在高頻中的強度的量度和參考函數來創建至少一個映射，該參考函數指示肌肉狀態以獲得映射結果；以及基于映射結果確定肌肉狀態估計。 根據之前方面的實施例，參考函數基于肌肉狀態的種群數據庫，使得對多個個體進行測量以創建數據庫，或者對個體進行多次測量以創建數據庫。 根據第三方面，提供了一種用于在肌肉狀態分析器中使用的電極裝置，該電極裝置包括被布置為在該電極裝置被操作時與皮膚相接觸的傳導材料的至少兩個電極以及包圍該至少兩個電極中的至少一個電極的電絕緣體，該電極裝置的特征在于該電極裝置進一步包括被布置為在該電極裝置被操作時與皮膚相接觸的傳導材料的無源接地體，該接地體包圍該至少兩個電極以限制該至少兩個電極拾取來自接地體的范圍之外的信號，該無源接地體實質上包括用于從電極裝置接收和處理信號的電子器件。 根據實施例，電極裝置包括至少兩對電極，該至少兩對電極在成對的電極之間具有不同距離，以針對該至少兩對電極創建不同的深度靈敏度。根據實施例，該至少兩對電極實質上以沿著一條直線的線性布置進行布置，或者以諸如在電極對中的電極之間的直線形成直角交叉之類的交叉設置進行布置。 根據第四方面，提供了根據第三方面的電極裝置在肌肉狀態分析中的使用，以在水平維度和深度維度上從肌肉收集信號。 根據第五方面，提供了一種用于確定肌肉狀態的裝置，該裝置包括處理器、包含計算機程序代碼的存儲器，該存儲器和計算機程序代碼被配置為利用該處理器使得該裝置:接收信號，該信號已經從處于休息狀態的肌肉被測量；確定指示信號的頻率成分的量度，該裝置的特征在于其進一步包括使得該裝置確定指示該信號在高頻中的強度的量度的計算機程序代碼，其中高頻實質上對應于由處于被動無意識緊張狀態本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于在肌肉狀態分析器中使用的電極裝置，所述電極裝置包括：?被布置為在所述電極裝置被操作時與皮膚相接觸的傳導材料的至少兩個電極，以及?包圍所述至少兩個電極中的至少一個電極的電絕緣體，所述電極裝置的特征在于所述電極裝置進一步包括：?被布置為在所述電極裝置被操作時與皮膚相接觸的傳導材料的無源接地體，所述接地體包圍所述至少兩個電極以限制所述至少兩個電極拾取來自所述接地體的范圍之外的信號，?所述無源接地體實質上包括用于從所述電極裝置接收和處理信號的電子器件。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.04.27 FI 201254701.一種用于在肌肉狀態分析器中使用的電極裝置，所述電極裝置包括: -被布置為在所述電極裝置被操作時與皮膚相接觸的傳導材料的至少兩個電極，以及 -包圍所述至少兩個電極中的至少一個電極的電絕緣體， 所述電極裝置的特征在于所述電極裝置進一步包括: -被布置為在所述電極裝置被操作時與皮膚相接觸的傳導材料的無源接地體，所述接地體包圍所述至少兩個電極以限制所述至少兩個電極拾取來自所述接地體的范圍之外的信號， -所述無源接地體實質上包括用于從所述電極裝置接收和處理信號的電子器件。2.根據權利要求1所述的電極裝置，包括至少兩對電極，所述至少兩對電極在成對的電極之間具有不同距離，以針對所述至少兩對電極創建不同的深度靈敏度。3.根據權利要求1或2所述的電極裝置，其中所述至少兩對電極以實質上沿著一條直線的線性布置進行布置，或者以諸如在電極對中的電極之間的直線形成直角交叉之類的交叉設置進行布置。4.根據權利要求1、2或3中任一項所述的電極裝置在肌肉狀態分析中的使用，以在水平維度和深度維度上從所述肌肉收集信號。5.一種用于測量肌肉信號的裝置，包括: -用于對從肌肉測量的所述信號進行處理的單元， -根據權利要求1、2或3中任一項所述的電極裝置。6.一種用于確定肌肉狀態的裝置，所述裝置包括處理器、包含計算機程序代碼的存儲器，所述存儲器和所述計算機程序代碼被配置為利用所述處理器使得所述裝置: -接收信號，所述信號已經從處于休息狀態的肌肉被測量， -確定指示所述信號的頻率成分的量度， 所述裝置的特征在于所述裝置進一步包括計算機程序代碼，所述計算機程序代碼使得所述裝置: -確定指示所述信號在高頻中的強度的量度，其中所述高頻實質上對應于由處于被動無意識緊張狀態的肌肉產生的頻率，并且其中所述高頻在頻率上高于正常頻率，其中所述正常頻率實質上對應于由處于非疲勞狀態的肌肉產生的頻率，以及 -使用所述量度和參考函數創建映射，所述參考函數指示肌肉狀態，以及 -基于所述映射確定肌肉狀態。7.根據權利要求6所述的裝置，進一步包括: -用于對從肌肉測量的所述信號進行處理的單元， -根據權利要求1、2或3中任一項所述的電極裝置，以及 -用于使用所述量度和參考函數創建映射的部件，所述參考函數指示肌肉狀態，以及 -用于基于所述映射確定肌肉狀態的部件，以及 -所述裝置被布置為訪問數據庫以創建所述映射。8.根據權利要求7所述的裝置，其中所述參考函數基于肌肉狀態的種群數據庫，使得對多個個體進行測量以創建所述數據庫，或者對個體進行多次測量以創建所述數據庫。9.一種用于確定肌肉狀態的系統，所述系統包括電極裝置、處理器、包含計算機程序代碼的存儲器，所述存儲器和所述計算機程序代碼被配置為利用處理器使得所述系統: -從肌肉采集信號， -確定指示所述信號的頻率成分的量度， 所述系統的特征在于所述系統進一步包括計算機程序代碼，所述計算機程序代碼使得所述系統: -確定指示所述信號在高頻中的強度的量度，其中所述高頻實質上對應于由處于被動無意識緊張狀態的肌肉產生的頻率，并且其中所述高頻在頻率上高于正常頻率，其中所述正常頻率實質上對應于由處于非疲勞狀態的肌肉產生的頻率，以及 -使用所述量度和參考函數創建映射，所述參考函數指示肌肉狀態，以及 -基于所述映射確定肌肉狀態。10.根據權利要求9所述的系統，其中所述系統包括用于創建所述映射的數據庫，所述數據庫包括用于創建參考函數的多個肌肉狀態值。11.一種被包含在非瞬態計算機可讀介質上的計算機程序產品，所述計算機程序產品包括計算機指令，所述計算機指令當在系統的至少一個處理器上被執行時使得所述系統: -接收信號，所述信號已經從處于休息狀態的肌肉被測量， -確定所述信號的頻率成分， 所述計算機程序產品的特征在于，所述計算機程序產品進一步...

【專利技術屬性】
技術研發人員：M·赫拉拉，P·塔維，J·曼蒂亞維，M·瓦哈索伊林基，
申請(專利權)人：菲布魯克斯有限公司，
類型：發明
國別省市：芬蘭;FI