一种肌肉运动能力的监测系统以及监测方法

技术领域

本公开涉及生物仪器领域，特别涉及一种肌肉运动能力的监测系统以及监测方法。

背景技术

近年来，医学发展走向数字化、精准化和智能化，更多的医疗领域需要工程技术的支持。随着医疗针对性与精准性的关注日益增加，在康复医疗与运动训练中对人体的特定或者单一肌肉组群或运动驱动软组织的监测与检查被大量关注。现阶段的康复训练监控设备多为外骨骼检测设备或者肌电采集检测设备，尽管这些康复训练检测设备都采用关节运动检测的方式，但是这些检测方法无法分辨出肌肉群联合工作时单一肌肉的运动信息，并且这两种检测设备在实际使用中都具有较大的局限性，其中，外骨骼检测设备严重影响使用者的运动，无法适用于体育运动或者训练，，无法真正监测肌肉的情况，然而常见于研究论文中使用肌电采集的康复训练方案，主要用于针对脑卒中、偏瘫等神经损伤造成的康复训练，无法胜任肌腱断裂、肌肉撕裂等物理性运动能力受损症状。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提出了一种肌肉运动能力的监测系统以及监测方法，以解决现有技术中无法分辨出肌肉群联合工作时单一肌肉的运动信息，并且在实际使用中都具有较大的局限性的问题。

一方面，本公开实施例提出一种肌肉运动能力的监测系统，包括肌肉运动传感器、运动采集装置以及控制装置，所述肌肉运动传感器用于固定在人体的运动部位以获取人体的肌肉运动信息，所述运动采集装置用于获取人体运动信息；所述控制装置用于基于所述肌肉运动信息和所述人体运动信息确定预定肌肉的运动能力信息。

在一些实施例中，所述肌肉运动传感器为传感薄膜。

在一些实施例中，所述传感薄膜包括基底和生物兼容胶，在所述基底上按照预定方式设置柔性压力传感器阵列，所述生物兼容胶用于在所述基底上封装所述柔性压力传感器阵列。

在一些实施例中，所述传感薄膜的形状是以下中的至少一种：长条状、月牙状、环状。

在一些实施例中，所述传感薄膜的固定方式是臂带式或者平铺式。

在一些实施例中，所述运动采集装置为红外传感器，当采用所述红外传感器时，所述人体运动信息通过运动关节图表示。

在一些实施例中，所述运动关节图通过点线形式表示，其中，通过节点表示关节，通过线表示肢体。

在一些实施例中，还包括通信装置，其与所述肌肉运动传感器连接，用于将所述肌肉运动信息传输至所述控制装置。

在一些实施例中，所述通信装置与所述控制装置之间通过以下至少一种方式实现通信：蓝牙、WiFi、Zigbee。

另一方面，本公开提供一种肌肉运动能力的监测方法，其包括以下步骤：获取人体的肌肉运动信息以及人体运动信息；基于所述肌肉运动信息和所述人体运动信息，确定预定肌肉的运动能力信息。

另一方面，本公开提供一种存储介质,存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。

另一方面，本公开提供一种电子设备,至少包括存储器、处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器在执行所述存储器上的计算机程序时实现所述方法的步骤。

本公开实施例通过采集人体肌肉群的施力信息，可以直观横向对比不同肌肉的运动情况，准确确定异常位置，还可以纵向对比预定肌肉在不同时间的运动情况，从而能够有效评估医疗或训练的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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公开中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开一实施例的肌肉运动能力信息的监测系统的结构示意图；

图2为本公开一实施例的肌肉运动能力信息的监测系统中传感薄膜的结构示意图；

图3为本公开一实施例的肌肉运动能力信息的监测系统中传感薄膜的结构示意图；

图4为本公开一实施例的肌肉运动能力信息的监测方法的步骤示意图。

附图标记：

10-肌肉运动传感器；11-基底；12-生物兼容胶；13-柔性压力传感器；14-输出接口；15-数据线；20-运动采集装置；30-控制装置；40-通信装置。

具体实施方式

为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。

本公开的第一实施例提供一种肌肉运动能力信息的监测系统，如图1所示，其包括肌肉运动传感器10、运动采集装置20以及控制装置30，其中，所述肌肉运动传感器10和所述运动采集装置20分别与所述控制装置30连接，所述肌肉运动传感器10用于固定在人体的运动部位的皮肤上以获取人体的肌肉运动信息，并传输到所述控制装置30，这里的所述人体运动部位是指人体中通过肌肉群的收缩、拉伸等形变以实现对应的动作或者运动的位置，这里的所述肌肉群至少包括一块肌肉；这里的所述肌肉运动信息是指人体在实现动作时肌肉群的形变信息，这里的形变可以是指收缩、拉伸等所述肌肉群中肌肉的变形情况；这里的所述肌肉例如可以指肱二头肌、背阔肌等，所述肌肉群可以是单个肌肉或者多个肌肉共同形成的肌肉组合。

作为优选，为了更方便地获取人体的所述肌肉运动信息，所述肌肉运动传感器10可以选择传感薄膜的形式。这里的所述传感薄膜的形状和固定方式可以根据人体监测的肌肉或者肌肉群的位置不同而进行设置，例如在监测上臂肱二头肌、三角肌时等人体运动部位的所述肌肉运动信息时可以将所述传感薄膜设置为环状并且采用臂带式，以便于缠绕地固定在胳臂、肩膀部等位置，在监测背部阔背肌、棘下肌等人体运动部位的所述肌肉运动信息时时可以将所述传感薄膜的形状设置为月牙式或者长条式并且采用平铺式布置，以便于平铺地固定在后背等位置。

为了对位于人体运动部位的肌肉群等的所述肌肉运动信息进行监测，如图2所示，所述传感薄膜包括基底11和生物兼容胶12，所述基底11采用柔性材质制成以便于能够实现弯曲，在所述基底11的内侧表面上按照预定方式设置柔性压力传感器阵列13，这里的内侧是指需要与人体的皮肤接触的一侧，需要说明的是，如图3所示，这里的所述预定方式可以基于所述基底11的形状以及针对监测的肌肉或者肌肉群的分布区域确定，例如可以布置为3*3的布局。

考虑到上述所述传感薄膜的形状和固定方式可以根据人体监测的肌肉或者肌肉群的位置不同而进行设置，例如在监测上臂肱二头肌、三角肌时等人体运动部位的所述肌肉运动信息时，可以将所述传感薄膜设置为环状并且采用臂带式，为此，可以将所述柔性压力传感器13设置在所述基底11的中部，通过所述生物兼容胶12封装所述柔性压力传感器13，从而在将所述传感薄膜以臂带的方式固定在人体的例如上臂时，可以使得所述柔性压力传感器13监测所述肱二头肌的肌肉运动信息；例如在监测背部阔背肌的人体运动部位的所述肌肉运动信息时，可以将所述传感薄膜的形状设置为长条式，所述柔性压力传感器13完全设置在所述基底11上，并且采用平铺式固定在后背位置，在监测肩膀部的棘下肌的人体运动部位的所述肌肉运动信息时，可以将所述传感薄膜的形状设置为月牙式，所述柔性压力传感器13完全设置在所述基底11上，并且采用平铺式固定在肩膀位置。

进一步地，所述生物兼容胶12用于在所述基底11上固定和封装所述柔性压力传感器阵列13。具体地，这里的所述生物兼容胶12在人体皮肤上固定所述传感薄膜时与人体皮肤相接触，其可以一次性使用并具有弹性和收缩性，例如可以是人造皮肤材料。考虑到在监测受试者的肌肉群的所述肌肉运动信息时需要覆盖受试者的大面积的人体运动部位表面，为了不影响受试者的运动，利用具有弹性与收缩性特点的并且常用于人造皮肤的材料固定和封装所述柔性传感器阵列13，能够尽可能小的干扰受试者的运动。此外，如图3所示，在所述基底11上设置输出接口14，所述输出接口14用于输出获取的所述肌肉运动信息，其具体地通过数据线15与所述柔性传感器阵列13相连接。

进一步地，所述传感薄膜中利用在所述基底1的内侧设置的一次性的生物兼容胶12与人体中被监测的肌肉群所靠近的皮肤严密贴合，使得所述传感薄膜可以根据人体的动作随着肌肉群的形变而发生压力变化，从而通过所述柔性压力传感器阵列13实时监测肌肉群的压力信息以及运动情况。当然，为了便于使用安全，所述传感薄膜可以在每次使用后可适用医用酒精洗净消毒，再次使用时可以重新封装所述生物兼容胶12。

进一步地，所述运动采集装置20用于获取人体运动信息并传输到所述控制装置30，这里的所述人体运动信息描述受试者在进行动作时的整体运动情况；其中，所述运动采集装置20采用红外传感器，例如还可以采用红外摄像仪等装置，当采用所述红外传感器时，可以通过获取的运动关节图表示所述人体运动信息，这里的所述运动关节图通过点线形式表示，其中，在所述运动关节图中可以通过节点表示关节并且通过线表示人体的肢体，这样，采用所述运动关节图能够最简要清楚地描述人体的整体运动情况。

在一些实施方式中，由于所述肌肉运动传感器10固定在人体的皮肤上，为了便于所述肌肉运动信息的传输，本公开实施例的所述肌肉运动能力信息的监测系统还包括通信装置40，其与所述肌肉运动传感器10连接，用于将所述肌肉运动信息传输至所述控制装置30。

这里的通信装置40包括单片机和通信芯片，这里的所述单片机例如可以是STM32单片机，这里的所述通信芯片采用能够兼容例如医院、康复中心使用的蓝牙通信协议、WiFi通信协议或者Zigbee通信协议等中的至少一个通信协议的通信芯片，其中，所述单片机与所述肌肉运动传感器10的所述输出接口14连接，从而能够接收到所述肌肉运动信息，并最终通过所述通信装置40传输到所述控制装置30。

所述控制装置30用于基于所述肌肉运动信息和所述人体运动信息确定预定肌肉的运动能力信息；具体地，在获取所述肌肉运动信息和所述人体运动信息后，首先对收到的信号进行放大、滤波、分解等基础性的信号处理，然后，以所述人体运动信息作为比较对象，使得所述肌肉运动信息与所述人体运动信息进行匹配，相当于在所述人体运动信息中的动作与所述肌肉运动信息中每个肌肉的变化(例如收缩、拉伸等变化)之间建立对应关系，这样，能够对人体中预定肌肉在运动中根据不同动作的变化进行分析以获取预定肌肉的运动能力信息。

具体地，这种分析例如可以从横向和纵向两方面分析施力信息的方式进行，例如可以针对人体在同一动作中通过横向对比所述肌肉群中各个肌肉的施力信息，能够准确地获取预定肌肉的运动能力信息，为此，可以发现例如所述预定肌肉的异常运动信息，从而能够设计针对性地医疗或者康复训练计划；当然也可以针对人体中所述肌肉群中的同一预定肌肉在不同动作中的施力信息，具体地，可以基于时间轴将所述肌肉运动信息和所述人体运动信息合并，获得同一预定肌肉在不同时间的施力信息，便于评定康复医疗或者运动训练的效果，从而设计下一阶段的医疗或者康复训练计划。当然，上述横向对比和纵向对比的结果都可以通过例如显示装置等实现显示。

这样，通过所述控制装置30能够使用所述肌肉运动传感器10与人体的不同运动部位的肌肉群紧密贴合，通过监测预定肌肉的收缩、拉伸等肌肉运动信息，实现例如针对肌肉群以及其中每一块肌肉的监测，并与通过所述运动采集装置20获取的例如运动关节图的所述人体运动信息之间实现对照分析，能够实时获取预定肌肉的运动能力信息，从而评估预定肌肉的康复医疗与运动训练的效果。

需要说明的是，基于所述预定肌肉的肌肉运动能力信息能够在康复训练、体育竞技训练中得到应用，例如在康复训练中，监测预定肌肉的运动能力信息可以直观和及时地判断肌肉群的康复状态的信息，从而判断训练动作的设计合理性与支持后续训练规划的合理性，还例如在体育竞技的训练中，对预定肌肉群的精准监测可以有效地判断训练的效果，支持后续搞笑训练的规划，并监测运动员的肌体疲劳状态，支持实时变化训练强度，避免产生过劳损伤或者应力性损伤。

本公开实施例通过采集指定肌肉群的施力信息，可以直观横向对比不同肌肉群的运动情况，准确确定异常位置，还可以纵向对比预定肌肉群在不同时间的运动情况，从而能够有效评估医疗或训练的效果。

本公开的第二实施例提供一种肌肉运动能力的监测方法，本实施例采用的监测方法采用上述第一实施例中的监测系统，如图4所示，所述方法包括以下步骤：

S101，获取人体的肌肉运动信息以及人体运动信息。

在本步骤中，例如通过将所述肌肉运动传感器10用于固定在人体的运动部位的皮肤上以获取人体的肌肉运动信息，这里的所述人体运动部位是指人体中通过肌肉群的收缩、拉伸等形变以实现对应的动作或者运动的位置，这里的所述肌肉群至少包括一块肌肉；这里的所述肌肉运动信息是指人体在实现动作时肌肉群的形变信息，这里的形变可以是指收缩、拉伸等所述肌肉群中肌肉的变形情况；这里的所述肌肉例如可以指肱二头肌、背阔肌等，所述肌肉群可以是单个肌肉或者多个肌肉共同形成的肌肉组合。作为优选，为了更方便地获取人体的所述肌肉运动信息，所述肌肉运动传感器10可以选择传感薄膜的形式。

进一步地，例如通过所述运动采集装置20用于获取人体运动信息，这里的所述人体运动信息描述受试者在进行动作时的整体运动情况；其中，所述运动采集装置20采用红外传感器，例如还可以采用红外摄像仪等装置，当采用所述红外传感器时，可以通过获取的运动关节图表示所述人体运动信息，这里的所述运动关节图通过点线形式表示，其中，在所述运动关节图中可以通过节点表示关节并且通过线表示人体的肢体，这样，采用所述运动关节图能够最简要清楚地描述人体的整体运动情况。

S102，基于所述肌肉运动信息和所述人体运动信息，确定预定肌肉的运动能力信息。

在本步骤中，基于获取的所述肌肉运动信息和所述人体运动信息，例如通过所述控制装置30基于所述肌肉运动信息和所述人体运动信息确定预定肌肉的运动能力信息；具体地，在获取所述肌肉运动信息和所述人体运动信息后，以所述人体运动信息作为比较对象，使得所述肌肉运动信息与所述人体运动信息进行匹配，相当于在所述人体运动信息中的动作与所述肌肉运动信息中每个肌肉的变化(例如收缩、拉伸等变化)之间建立对应关系，这样，能够对人体中预定肌肉在运动中根据不同动作的变化进行分析以获取预定肌肉的运动能力信息，这种分析例如可以从横向和纵向两方面分析施力信息的方式进行，例如可以针对人体在同一动作中通过横向对比所述肌肉群中各个肌肉的施力信息，能够准确地获取预定肌肉的运动能力信息，为此，可以发现例如所述预定肌肉的异常运动信息，从而能够设计针对性地医疗或者康复训练计划；当然也可以针对人体中所述肌肉群中的同一预定肌肉在不同动作中的施力信息，这样可以基于时间轴，获得同一预定肌肉在不同时间的施力信息，便于评定康复医疗或者运动训练的效果，从而设计下一阶段的医疗或者康复训练计划。这样，通过使用所述肌肉运动传感器10与人体的不同运动部位的肌肉群紧密贴合，通过监测预定肌肉的收缩、拉伸等肌肉运动信息，实现例如针对肌肉群以及其中每一块肌肉的监测，并与通过所述运动采集装置20获取的例如运动关节图的所述人体运动信息之间实现对照分析，能够实时获取预定肌肉的运动能力信息，从而评估预定肌肉的康复医疗与运动训练的效果。

本公开实施例通过采集指定肌肉群的施力信息，可以直观横向对比不同肌肉群的运动情况，准确确定异常位置，还可以纵向对比预定肌肉群在不同时间的运动情况，从而能够有效评估医疗或训练的效果。

本公开的第三实施例提供了一种存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现本公开任意实施例提供的方法，如下步骤S1至S2：

S1，获取人体的肌肉运动信息以及人体运动信息；

S2，基于所述肌肉运动信息和所述人体运动信息，确定预定肌肉的运动能力信息。

上述存储介质可以设置在至少包括存储器、处理器的终端中，以存储器的形式存在，具体实现方式此处不再赘述。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。可选地，在本实施例中，处理器根据存储介质中已存储的程序代码执行上述实施例记载的方法步骤。可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本公开的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本公开不限制于任何特定的硬件和软件结合。

本公开实施例通过采集指定肌肉群的施力信息，可以直观横向对比不同肌肉群的运动情况，准确确定异常位置，还可以纵向对比预定肌肉群在不同时间的运动情况，从而能够有效评估医疗或训练的效果。

本公开的第四实施例提供了一种电子设备，该电子设备至少包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器在执行所述存储器上的计算机程序时实现本公开任意实施例提供的方法，计算机程序步骤如下S11至S12：

S11，获取人体的肌肉运动信息以及人体运动信息；

S12，基于所述肌肉运动信息和所述人体运动信息，确定预定肌肉的运动能力信息。

本公开实施例通过采集指定肌肉群的施力信息，可以直观横向对比不同肌肉群的运动情况，准确确定异常位置，还可以纵向对比预定肌肉群在不同时间的运动情况，从而能够有效评估医疗或训练的效果。

此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本公开的具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例交叉的方案)、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。

以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例(或其一个或更多方案)可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本公开。这不应解释为一种不要求保护的公开的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本公开的主题可以少于特定的公开的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。

本公开的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。以上实施例仅为本公开的示例性实施例，不用于限制本公开，本公开的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本公开的实质和保护范围内，对本公开做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本公开的保护范围内。