肌电信号检测装置及方法与流程

肌电信号检测装置及方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年9月4日提交的申请号为第10-2020-0113256的韩国专利申请的权益，该韩国专利申请在此通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本公开涉及一种肌电信号检测装置。


背景技术：

4.通常，肌电(emg：electromyography)信号根据周围环境和测量方法而包括各种噪声信号。噪声信号可以由电源线干扰(power line interferenc)(例如，50hz及其谐波或60hz及其谐波)、运动噪音和直流(dc)噪声产生。
5.因为肌电信号包括能够在诊断用户状态的过程中引起错误的噪声信号，所以需要从肌电信号中去除噪声信号的过程。
6.传统的肌电(emg)信号检测技术分析测量的肌电信号以研究噪声模式，并且使用传统方法从实时emg信号中去除噪声信号以获得最终的肌电输出。
7.在这种传统的方式中，为了从测量出的肌电信号中提取噪声信号，需要预先准备记录关于噪声信号的信息的数据库，这使得实施复杂度增加。
8.本背景技术中描述的事项旨在增强对本公开的背景的理解，并且可以包括本领域普通技术人员已知的现有技术以外的事项。


技术实现要素：

9.本公开涉及一种肌电信号检测装置。具体实施例涉及一种基于自适应滤波器从肌电信号中去除噪声信号的技术。
10.本公开的实施例可以在保持由现有技术实现的优点完整的同时，解决现有技术中出现的问题。
11.本公开的实施例提供一种检测肌电信号的装置及方法，该装置及方法可以通过获得用户周边的参考频率的噪声信号并且基于所获得的噪声信号以自适应滤波方式实时去除用户的肌电信号中包括的噪声信号，以高精度检测肌电信号。
12.本公开的实施例不限于上述实施例，并且将从下列描述中理解未提及的本公开的其他特征和优点，并且将从本公开的实施例中显而易见地理解该未提及的本公开的其他特征和优点。另外，将容易理解的是，本公开的实施例的特征和优点是通过所附权利要求中描述的手段和组合来实现的。
13.本发明构思的实施例可以解决的技术问题不限于上述问题，并且本公开所属领域的技术人员将从下列描述中清楚地理解在本文中未提及的任何其它技术问题。
14.根据本公开的实施例，一种肌电信号检测装置可以包括：噪声信号获得装置，获取用户周边的参考频率的噪声信号；肌电信号测量装置，测量来自用户的肌电信号；以及控制
器，基于所获得的噪声信号来去除用户的肌电信号中包括的噪声信号。
15.在本公开的实施例中，控制器可以通过使用自适应滤波器来去除用户的肌电信号中包括的噪声信号。
16.在本公开的实施例中，噪声信号获得装置可以基于将电线用作天线的第一方案、使用与用户的皮肤接触的附加电极的第二方案以及结合第一方案和第二方案的第三方案，来获得噪声信号。
17.在本公开的实施例中，噪声信号获得装置可以获得通过预定电容量电容耦合到电线的具有未知参考频率的环境噪声信号。
18.在本公开的实施例中，噪声信号获得装置可以通过模数转换器(adc)通道从电线中接收所获得的噪声信号。
19.在本公开的实施例中，噪声信号获得装置可以通过将附加电极附接到用户的皮肤获得通过预定电容量电容耦合到用户的皮肤的具有未知参考频率的环境噪声信号。
20.在本公开的实施例中，噪声信号获得装置可以通过adc通道从电极接收所获得的噪声信号。
21.在本公开的实施例中，噪声信号获得装置可以通过将电容耦合到电线的噪声信号和电容耦合到用户的皮肤的噪声信号叠加，来获得具有未知参考频率的最终环境噪声信号。
22.在本公开的实施例中，噪声信号获得装置可以通过adc通道来接收最终噪声信号。
23.根据本公开的实施例，一种检测肌电信号的方法可以包括以下步骤：通过噪声信号获得装置获得用户周边的具有未知参考频率的噪声信号；通过肌电信号测量装置测量来自用户的肌电信号；并且通过控制器基于所获得的噪声信号去除用户的肌电信号中包括的噪声信号。
24.在本公开的实施例中，去除用户的肌电信号中包括的噪声信号的步骤可以包括以下步骤，即，通过使用自适应滤波器来去除用户的肌电信号中包括的噪声信号。
25.在本公开的实施例中，获得具有未知参考频率的噪声信号的步骤可以包括以下步骤，即，基于将电线用作天线的第一方案、使用与用户的皮肤接触的附加电极的第二方案以及结合第一方案和第二方案而获得的第三方案，来获得噪声信号。
26.在本公开的实施例中，获得具有未知参考频率的环境噪声信号的步骤可以包括以下步骤，即，获得通过预定电容量电容耦合到电线的噪声信号。
27.在本公开的实施例中，获得参考频率的噪声信号的步骤可以进一步包括通过adc通道从电线接收所获得的噪声信号的步骤。
28.在本公开的实施例中，获得具有未知参考频率的环境噪声信号的步骤可以包括以下步骤，即，使用附加电极获取通过预定电容量电容耦合到用户的皮肤的噪声信号。
29.在本公开的实施例中，获得参考频率的噪声信号的步骤可以进一步包括通过adc通道从电极接收所获得的噪声信号的步骤。
30.在本公开的实施例中，获得具有未知参考频率的环境噪声信号的步骤可以包括以下步骤，即，通过将电容耦合到电线的噪声信号和电容耦合到用户的皮肤的噪声信号叠加而获得最终噪声信号。
31.在本公开的实施例中，获得未知参考频率的噪声信号的步骤可以进一步包括通过
adc通道来接收最终噪声信号的步骤。
附图说明
32.结合附图并根据下列详细描述，本公开的实施例的上述和其它目的、特征和优点将更加明显，其中：
33.图1为根据本公开的实施例的肌电信号检测装置的框图。
34.图2为根据本公开的实施例的肌电信号检测装置的控制器中包括的自适应滤波器的结构图。
35.图3为示出根据本公开的实施例的肌电信号检测装置中包括的噪声信号获得装置的第一方案的详细结构的示图。
36.图4为示出根据本公开的实施例的肌电信号检测装置中包括的噪声信号获得装置的第二方案的详细结构的示图。
37.图5为示出根据本公开的实施例的肌电信号检测装置中包括的噪声信号获得装置的第三方案的详细结构的示图。
38.图6a至图6c为示出根据本公开的实施例的肌电信号检测装置在频域和时域中的性能的示图。
39.图7a至图7c为示出根据本公开的实施例当存在高环境噪声时肌电信号检测装置在频域和时域中的性能的其他附加示图。
40.图8为根据本公开的实施例的肌电信号检测方法的流程图；以及
41.图9为示出根据本公开的实施例的用于执行检测肌电信号的方法的计算系统的框图。
具体实施方式
42.在下文中，将参考示例图详细描述本公开的一些实施例。在将附图标记添加到每个附图的组件时，应当注意的是，相同或等同的组件即使显示在其它附图上时也由相同的标记表示。进一步，在描述本公开的实施例时，为了避免不必要地模糊本公开的要点，将省略公知的特征或功能的详细描述。
43.在描述根据本公开的实施例的组件时，可以使用诸如第一、第二、“a”、“b”、(a)、(b)等的术语。这些术语仅旨在将一个组件与另一组件区分开，并且这些术语不限制构成组件的性质、序列或顺序。除非另外定义，否则本文中使用的包括技术或科学术语的所有术语具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。诸如通用词典中定义的那些术语的术语被解释为具有与相关技术领域中的上下文含义相同的含义，而不被解释为具有理想或过于正式的含义，除非在本技术中被明确定义为具有这种理想或过于正式的含义。
44.图1为根据本公开的实施例的肌电信号检测装置的框图。
45.如图1所示，肌电信号检测装置100可以包括存储器10、噪声信号获得装置20、肌电信号测量装置30和控制器40。此时，根据操作本公开的实施例的肌电信号检测装置100的方法，组件中的每一个可以彼此联接并实现为一个装置或者可以省略部分组件。
46.参照各组件，首先，存储器10可以存储在获得用户周边的参考频率的噪声信号并
且基于所获得的噪声信号通过自适应滤波方式来去除用户的肌电信号中包括的噪声信号的过程中所需的各种逻辑、算法和程序。
47.存储器10可以包括闪速存储器类型的存储器、硬盘类型的存储器、微型存储器、卡型(例如，安全数字(sd)卡或极限数字(xd)卡)存储器、随机存取存储器(ram)类型的存储器、静态ram(sram)类型的存储器、只读存储器(rom)类型的存储器、可编程rom(prom)类型的存储器、电可擦除prom(eeprom)类型的存储器、磁性ram(mram)类型的存储器、磁盘类型的存储器或光盘类型的存储器之中的至少一种类型的存储介质。
48.噪声信号获得装置20可以获得用户周边的具有未知参考频率的噪声信号。噪声信号获得装置20可以通过将电线用作天线的第一方案、使用与人体(用户的皮肤)接触的电极的第二方案以及通过结合第一方案和第二方案而获得的第三方案，来获得噪声信号。
49.肌电信号测量装置30可以测量来自用户的肌电信号。肌电信号测量装置30可以以各种各样的公知的方案来测量肌电信号，而不限于任何一种方案。
50.控制器40执行整体控制，使得组件中的每一个能够正常执行组件的功能。控制器40可以以硬件的形式实现，可以以软件的形式实现，或者可以以硬件和软件结合的形式实现。优选地，控制器40可以以微处理器实现，但不限于此。
51.具体地，在获得用户周边的参考频率的噪声信号并且基于所获得的噪声信号通过自适应滤波方式来去除用户的肌电信号中包括的噪声信号的过程中，控制器40可以执行各种控制。
52.控制器40可以包括如图2所示的自适应滤波器。
53.图2为根据本公开的实施例的肌电信号检测装置的控制器中包括的自适应滤波器的结构图。
54.如图2所示，控制器40中包括的自适应滤波器400可以包括有限长单位冲激响应(fir)滤波器410、减法器420和自适应滤波器权重430。
55.在图2中，d(n)可以是由肌电信号测量装置30测量的肌电信号，并且可以包括由50hz噪声分量及其谐波，或60hz噪声分量及其谐波，或频谱中分布的其他噪声分量产生的噪声信号。x(n)是由噪声信号获得装置20获得的噪声信号，并且是与肌电信号d(n)中包括的噪声信号大致相关的信号。e(n)表示滤波后的肌电信号。y(n)是fir滤波器410的输出，并且是用于去除肌电信号d(n)中包括的噪声信号的估计噪声信号。
56.自适应滤波器400可以基于随机梯度下降(sgd)算法并使用噪声信号x(n)来重复去除肌电信号d(n)中包括的噪声信号。此时，根据sgd算法在每一步更新自适应滤波器权重430。
57.fir滤波器410可以基于自适应滤波器权重430对噪声信号x(n)进行滤波。
58.减法器420可以从肌电信号d(n)中去除估计噪声信号y(n)。
59.在下文中，将参照图3至图5描述噪声信号获得装置20的详细结构。
60.图3为示出根据本公开的实施例的肌电信号检测装置中包括的噪声信号获得装置的第一方案的详细结构的示图。
61.如图3所示，根据本公开的实施例的肌电信号检测装置中包括的噪声信号获得装置20可以包括天线31和微控制器32。
62.例如，天线31可以用电线来实现。此时，可以调整电线的长度、粗细和形状以获得
参考频率(例如，50hz或60hz)的噪声信号x(n)。此时，在天线31内部示出的50hz或60hz的噪声源310和电容器320表示通过使用电线建模的天线31。
63.微控制器32可以获得通过预定电容量电容耦合到电线的具有未知参考频率的环境噪声信号x(n)。此时，微控制器32可以包括模数转换器(adc)，并且可以通过adc通道从天线31接收噪声信号x(n)。
64.图4为示出根据本公开的实施例的肌电信号检测装置中包括的噪声信号获得装置的第二方案的详细结构的示图。
65.如图4所示，根据本公开的实施例的肌电信号检测装置中包括的噪声信号获得装置20可以包括天线41和微控制器42。
66.电极使用天线41直接连接到微控制器42的adc通道。此时，电极可以与用户的皮肤接触。此时，在天线41内部示出的50hz或60hz的噪声源和电容器c表示通过使用附接到用户的皮肤的电极建模的天线41。
67.微控制器42可以获得通过预定电容量电容耦合到人体的具有未知参考频率(例如，具有其它噪声伪影(noise artifact)的50hz或60hz)的环境噪声信号x(n)。此时，微控制器42可以包括adc，并且可以通过adc通道从天线41接收噪声信号x(n)。
68.图5为示出根据本公开的实施例的肌电信号检测装置中包括的噪声信号获得装置的第三方案的详细结构的示图。
69.如图5所示，根据本公开的实施例的肌电信号检测装置中包括的噪声信号获得装置20可以包括天线51和微控制器52。
70.天线51可以具有通过结合使用如图3所示的电线建模的天线31和使用如图4所示的电极建模的天线41而获得的形态，并且可以获得通过结合通过天线31获得的噪声信号a(n)和通过天线41获得的噪声信号b(n)而获得的噪声信号x(n)。
71.微控制器52可以通过将通过电容量c1电容耦合到电线的噪声信号a(n)和通过电容量c2电容耦合到人体的噪声信号b(n)叠加，来获得环境噪声信号x(n)。此时，微控制器52可以包括adc，并且可以通过adc通道从天线51接收噪声信号x(n)。
72.图6a至图6c为示出根据本公开的实施例的肌电信号检测装置的性能的示图，并且示出分析低噪声条件下的性能的结果。
73.图6a所示的曲线图的横轴表示频率，而图6a所示的曲线图的纵轴表示肌电信号的电压。图6a所示的曲线图表示由肌电信号测量装置30测量的频域中的肌电信号。可以看出，分别在60hz和300hz处观察到噪声峰值。
74.图6b示出根据本公开的实施例的肌电信号检测装置100从图6a所示的肌电信号中去除噪声峰值的结果。
75.图6c示出在时域中显示图6b所示的肌电信号的结果。可以看出，清晰地显示了肌电信号。
76.图7a至图7c为示出根据本公开的实施例的肌电信号检测装置的性能的其它示图，并且示出分析高噪声条件下的性能的结果。
77.图7a所示的曲线图的横轴表示频率，图7a所示的曲线图的纵轴表示肌电信号的电压。图7a所示的曲线图表示由肌电信号测量装置30测量的频域中的肌电信号。可以看出，分别在60hz及其谐波分量的180hz和300hz处观察到噪声峰值。
78.图7b示出根据本公开的实施例的肌电信号检测装置100从图7a所示的肌电信号中去除噪声峰值的结果。
79.图7c示出在时域中显示图7b所示的肌电信号的结果。可以看出，清晰地显示了肌电信号。
80.图8为根据本公开的实施例的肌电信号检测方法的流程图。
81.首先，噪声信号获得装置20获得用户周边的具有未知参考频率的环境噪声信号(801)。噪声信号获得装置20可以通过使用起到天线作用的电线的第一方案、使用与用户的皮肤接触的电极的第二方案以及结合第一方案和第二方案的第三方案，来获得噪声信号。
82.此外，肌电信号测量装置30测量来自用户的肌电信号(802)。
83.之后，控制器40基于由噪声信号获得装置20获得的噪声信号来去除用户的肌电信号中包括的噪声信号(803)。
84.图9为示出根据本公开的实施例的用于执行检测肌电信号的方法的计算系统的框图。
85.参照图9，可以通过计算系统来实现根据本公开的实施例的检测肌电信号的方法。计算系统1000可以包括通过系统总线1200彼此连接的至少一个处理器1100、存储器1300、用户接口输入装置1400、用户接口输出装置1500、存储器(即，存储装置)1600和网络接口1700。
86.处理器1100可以是中央处理单元(cpu)或者处理存储器1300和/或存储器1600中存储的指令的半导体装置。存储器1300和存储器1600可以包括各种类型的易失性或非易失性存储媒介。例如，存储器1300可以包括只读存储器(rom)1310和随机存取存储器(ram)1320。
87.因此，可以直接通过由处理器1100运行的硬件模块、软件模块或者硬件模块和软件模块的组合实现结合本文中公开的实施例而描述的方法或算法的操作。软件模块可以驻留在诸如ram、闪速存储器、rom、eprom、eeprom、寄存器、硬盘、固态驱动器(ssd)、可换式磁盘以及cd-rom的存储介质(即，存储器1300和/或存储器1600)上。该示例性存储介质可以耦合到处理器1100，并且处理器1100可以从存储介质中读取信息并且可以将信息记录在存储介质中。或者，存储介质可以与处理器1100集成。处理器和存储介质可以驻留在专用集成电路(asic)中。asic可以驻留在用户终端内。在另一情况下，处理器和存储介质可以作为单独的组件驻留在用户终端中。
88.在上文中，尽管已经参照示例性的实施例和附图对本公开进行描述，但是本公开不限于此，在不脱离所附权利要求书声称的本公开的思想和范围的情况下，本公开所属领域的技术人员可以对本公开进行各种修改和改变。
89.因此，提供本公开的各个实施例以解释本公开的思想和范围，而不是限制它们，从而本公开的思想和范围不受实施例的限制。应当基于所附权利要求书来解释本公开的范围，并且本公开的范围中应当包括等同于权利要求书的范围内的所有技术构思。
90.根据本公开的实施例的检测肌电信号的装置及方法可以通过获得用户周边的参考频率的噪声信号并且基于所获得的噪声信号以自适应滤波方式去除用户的肌电信号中包括的噪声信号，以高精度检测肌电信号。
91.在上文中，尽管已经参照各个实施例和附图对本公开进行描述，但是本公开不限
于此，在不脱离所附权利要求书声称的本公开的思想和范围的情况下，本公开所属领域的技术人员可以对本公开进行各种修改和改变。