一种基于可穿戴式A超的实时肌力监测方法及系统

技术领域

本发明涉及医疗康复领域，具体涉及一种基于可穿戴式A超的实时肌力监测方法及系统。

背景技术

现有的肌力监测技术分为直接测量和间接测量两种。直接测量法是现在最常用的肌力测量方法，主要包括汉默史密斯运动功能量表法、等速测力系统方法、肌力仪测量法。直接测量法依赖于实验人员的主观经验，无法直接对应到肌肉状态，没有量化标准，误差大。间接测量法包括肌动图测绘技术、肌电测量、B型超声技术。而肌动图测绘技术仅在测量肌肉疲劳时有优势；肌电测量容易受皮肤出汗、传感单元移位等环境因素干扰；B型超声技术探头不便携，且不能直接得到实时的肌肉厚度。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于可穿戴式A超的实时肌力监测方法及系统。

本发明技术解决方案为：一种基于可穿戴式A超的实时肌力监测方法，包括：

步骤S1：将A超探头绑缚在人体肢体肌肉处，发送并接收超声回波；同时，将力传感器放置在人体肢体末端，收集压力信号；

步骤S2：对所述超声回波进行时间增益补偿，得到补偿后的超声回波；

步骤S3：对所述补偿后的超声回波划分活动段，获取所述活动段的峰值后进行计算肌肉厚度；

步骤S4：将所述肌肉厚度与所述压力信号进行拟合，得到肌力和肌肉厚度的拟合公式；在实时监测时，根据所述超声回波计算得到肌肉厚度，通过所述拟合公式，可计算实时肌力。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明公开了一种基于可穿戴式A超的实时肌力监测方法，利用A超探头的可穿戴绑带，可绑缚在肢体上，对肌肉发力过程进行实时监测。本发明结合力传感器反馈的合力对肌肉厚度和肌力做回归拟合，从而达到对特定肌肉或肌群肌力的静态定量评定。本发明弥补了现有肌力评定技术难以进行实时肌力测量的不足，为肌肉训练方案优化提供实时且精准的参考数据。

附图说明

图1为本发明实施例中一种基于可穿戴式A超的实时肌力监测方法的流程图；

图2为本发明实施例中构建活动段的示意图；

图3为可穿戴式A超的实时肌力监测的场景示意图；

图4为本发明实施例中一种基于可穿戴式A超的实时肌力监测系统的结构框图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于可穿戴式A超的实时肌力监测方法，利用A超探头进行实时肌力测量，为肌肉训练方案优化提供实时且精准的参考数据。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下通过具体实施，并结合附图，对本发明进一步详细说明。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的一种基于可穿戴式A超的实时肌力监测方法，包括下述步骤：

步骤S1：将A超探头绑缚在人体肢体肌肉处，发送并接收超声回波；同时，将力传感器放置在人体肢体末端，收集压力信号；

步骤S2：对超声回波进行时间增益补偿，得到补偿后的超声回波；

步骤S3：对补偿后的超声回波划分活动段，获取活动段的峰值后进行计算肌肉厚度；

步骤S4：将肌肉厚度与压力信号进行拟合，得到肌力和肌肉厚度的拟合公式；在实时监测时，根据超声回波计算得到肌肉厚度，通过拟合公式，可计算实时肌力。

在一个实施例中，上述步骤S1：将A超探头绑缚在人体肢体肌肉处，发送并接收超声回波；同时，将力传感器放置在人体肢体末端，收集压力信号；

将一个带有A超探头的可穿戴绑带绑缚在人体四肢的某一肌肉处，利用A超探头发送并接收超声回波，同时将一个力传感器放置在绑有A超探头的同一肢体的末端，用于同步地收集压力信号。

在一个实施例中，上述步骤S2：对超声回波进行时间增益补偿，得到补偿后的超声回波，具体包括：

根据公式(1)，对接收到的超声回波进行时间增益补偿：

Aft_comp

其中，Bef_comp

当超声回波在介质中传播时，由于波束扩散、精力散射和介质吸收等原因，随着传播距离的增加，超声回波的能量逐渐减弱，这一现象称作超声回波的衰减。因此，本发明实施例利用公式(1)，对随传播距离增加而衰减程度增加的超声回波进行幅值补偿，随超声回波的深度增加，补偿系数依次增大，可实时补偿衰减的超声回波。

在一个实施例中，上述步骤S3：对补偿后的超声回波划分活动段，获取活动段峰值后进行计算肌肉厚度，具体包括：

步骤S31：根据补偿后的超声回波的波形，设置阈值，将补偿后的超声回波的峰值大于阈值的部分保留，小于阈值的部分置零；

如图2所示，根据补偿后的超声回波的波形，即根据超声回波的最高幅值，确定适当的阈值，将补偿后的超声回波的峰值大于阈值的部分保留，小于阈值的部分置零；

步骤S32：设置活动段长度，将未置零的补偿后的超声回波信号划分为各个活动段；提取每个活动段的峰值；

根据未置零的补偿后的超声回波信号的波形，设置适当的活动段长度，对未置零的补偿后的超声回波信号进行划分，得到多个活动段，并根据比较算法提取每个活动段的超声回波信号的峰值；

通过上述步骤设置阈值与活动段，将测量肌肉厚度所需的超生回波的峰值部分从整体的超声回波中提取出来。

步骤S33：根据公式(2)计算肌肉厚度：

muscle_th

其中，max_sig

根据公式(2)计算出每个峰值之间的时间间隔，并通过声波在肌肉中的传播速度，可计算出对应的肌肉厚度。公式(2)最后除以2是因为算出来的值是一个超声回波来回的厚度，除以2后就是肌肉厚度。

在一个实施例中，上述步骤S4：将肌肉厚度与压力信号进行拟合，得到肌力和肌肉厚度的拟合公式；在实时监测时，根据超声回波计算得到肌肉厚度，通过拟合公式，可计算实时肌力，具体包括：

步骤S41：将压力信号映射到肢体各块肌肉，计算受力数据；

在进行步骤S2和S3计算肌肉厚度的同时，在肢体末端用力传感器采集压力信号数据，将压力信号映射到肢体各块肌肉，计算受力数据；

步骤S42；肌肉厚度数据和受力数据进行拟合，得到肌力和肌肉厚度的拟合公式；在实时监测时，根据超声回波计算得到肌肉厚度，通过拟合公式，可计算实时肌力。

由于每个人的肌肉力量和肌肉厚度的映射关系各不相同，因此得到的拟合公式也各不相同。因此需事先根据同一个用户的多次实验的受力数据和肌肉厚度数据进行数据拟合，得到该用户的拟合公式，从而得到该用户肌力和肌肉厚度的映射关系。

在实时肌力监测阶段，则可以直接使用该拟合公式，得到在不同时刻肌肉厚度所对应的肌力，并实时输出肌力。

图3展示了可穿戴式A超的实时肌力监测的场景示意图；分别将A超探头和力传感器固定在人体大腿的肌肉和脚踝处，通过上位机发送和接收超声回波信号，以及收集压力信号，在上位机中根据本发明提供的方法进行肌肉厚度与肌力的公式拟合，确定拟合公式。在实时肌力监测阶段，根据A超的超声回波实时计算肌肉厚度，通过已知的拟合公式，实时得到对应的肌力。

本发明公开了一种基于可穿戴式A超的实时肌力监测方法，利用A超探头的可穿戴绑带，可绑缚在肢体上，对肌肉发力过程进行实时监测。本发明结合力传感器反馈的合力对肌肉厚度和肌力做回归拟合，从而达到对特定肌肉或肌群肌力的静态定量评定。本发明弥补了现有肌力评定技术难以进行实时肌力测量的不足，为肌肉训练方案优化提供实时且精准的参考数据。

实施例二

如图4所示，本发明实施例提供了一种基于可穿戴式A超的实时肌力监测系统系统，包括下述模块：

数据采集模块51，用于将A超探头绑缚在人体肢体肌肉处，发送并接收超声回波；同时，将力传感器放置在人体肢体末端，收集压力信号；

回波补偿模块52，用于对超声回波进行时间增益补偿，得到补偿后的超声回波；

获取肌肉厚度模块53，用于对补偿后的超声回波进行计算，得出肌肉厚度；

计算肌力模块54，用于将肌肉厚度与压力信号进行拟合，得到肌力和肌肉厚度的拟合公式；在实时监测时，根据超声回波计算得到肌肉厚度，通过拟合公式，可计算实时肌力。

提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。