表面肌信號采集器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明所述表面肌信號采集器，包括中央處理器和與中央處理器連接的信號調(diào)理電路、電壓檢測電路、信號轉(zhuǎn)換電路及存儲器，所述信號調(diào)理電路與EMG采集電極連接，所述信號轉(zhuǎn)換電路還與USB接口連接。本發(fā)明所述表面肌信號采集器，大大降低了肌電信號的干擾源，提高了裝置的使用便利性，使用方便靈活，采集的肌電信號干擾小。
【專利說明】
表面肌信號采集器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電子電路領(lǐng)域，具體地，涉及一種表面肌信號采集器。
【背景技術(shù)】
[0002]肌電信號(EMG)是眾多肌纖維中運(yùn)動單元動作電位(MUAP)在時間和空間上的疊加。表面肌電信號(SEMG)是淺層肌肉EMG和神經(jīng)干上電活動在皮膚表面的綜合效應(yīng)，能在一定程度上反映神經(jīng)肌肉的活動;相對于針電極EMG，SEMG在測量上具有非侵入性、無創(chuàng)傷、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。因而，SEMG在臨床醫(yī)學(xué)、人機(jī)功效學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)以及體育科學(xué)等方面均有重要的實(shí)用價值。
[0003]隨著檢測技術(shù)和信號處理手段的發(fā)展，用SEMG代替針電極EMG進(jìn)行全面臨床無損診斷已成為生物醫(yī)學(xué)和醫(yī)學(xué)界研究的熱點(diǎn)問題之一。人體的SEMG很微弱、易受干擾，測量難度大，如何有效采集提取SEMG已成為SEMG應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0004]目前應(yīng)用的SEMG采集裝置大多將采集到的SEMG通過導(dǎo)線傳送到數(shù)據(jù)采集卡或特定的醫(yī)療儀器進(jìn)行分析處理，采樣電極粘貼于皮膚表面，電極供電則間接來自市電。這種方法的顯著不足如下:(I)需要專用儀器完成信號采集，應(yīng)用場合受限制，如無法采集短跑運(yùn)動中的運(yùn)動員肢體S EMG;(2 )因有導(dǎo)線相連，當(dāng)肢體運(yùn)動時，易導(dǎo)致電極與皮膚間的相對運(yùn)動，影響采集結(jié)果；(3)供電電源由市電處理后獲取，引入了較大的工頻干擾，增加了數(shù)據(jù)處理難度;(4)若導(dǎo)線較長，則極易引入環(huán)境中的其他干擾，如電磁干擾等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有肌電信號采集裝置的技術(shù)缺陷與不足，本發(fā)明公開了一種表面肌信號米集器。
[0006]本發(fā)明所述表面肌信號采集器，包括中央處理器和與中央處理器連接的信號調(diào)理電路、電壓檢測電路、信號轉(zhuǎn)換電路及存儲器，所述信號調(diào)理電路與EMG采集電極連接，所述信號轉(zhuǎn)換電路還與USB接口連接。
[0007]優(yōu)選的，還包括與中央處理器連接的LED指示燈。
[0008]優(yōu)選的，所述信號轉(zhuǎn)換電路為CP2021，還包括與信號轉(zhuǎn)換電路連接的供電電路，所述供電電路與USB接口連接。
[0009]優(yōu)選的，所述中央處理器為MSP430F167。
[0010]優(yōu)選的，所述EMG采集電極為Ag/AgCl表面電極。
[0011]優(yōu)選的，所述存儲器為FLASH。
[0012]本發(fā)明所述表面肌信號采集器，大大降低了肌電信號的干擾源，提高了裝置的使用便利性，使用方便靈活，采集的肌電信號干擾小。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明一種【具體實(shí)施方式】示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0015]本發(fā)明所述表面肌信號采集器，包括中央處理器和與中央處理器連接的信號調(diào)理電路、電壓檢測電路、信號轉(zhuǎn)換電路及存儲器，所述信號調(diào)理電路與EMG采集電極連接，所述信號轉(zhuǎn)換電路還與USB接口連接。
[0016]根據(jù)神經(jīng)生理知識，肌肉動作電位將產(chǎn)生_90mV到30mV的電勢差，由于人體是電的不良導(dǎo)體(IM Ω數(shù)量級內(nèi)阻)，故從體表的貼片電極上只能獲得ImV左右的峰值。SEMG中往往混合著甚低頻(接近直流)和高頻的干擾信號，而有效的肌電信號頻譜分布在10-500HZ間。故從貼片電極檢測出的信號需經(jīng)過高通濾波(隔直處理)、高倍放大、低通濾波(濾除高頻干擾)等信號調(diào)理過程。
[0017]如圖1所示，采樣電極采用Ag/AgCl表面電極，其極化電壓小，能快速獲得穩(wěn)定的肌電信號。本設(shè)計中一個電極由三片相互平行的Ag/AgCl電極構(gòu)成，中間電極為參考地端，兩側(cè)兩個構(gòu)成差分輸入端。引入的參考地端電極有效降低了噪聲干擾，提高了共模抑制能力。
[0018]信號調(diào)理電路主要包括高通濾波、高倍放大、低通濾波幾個部分。若將電極拾取的體表肌電信號直接接入高倍放大器，則由于噪聲的影響，輸出信號易發(fā)生漂移并很快達(dá)到飽和，故先將信號接入高通濾波電路后再送入高倍放大電路。高倍放大電路中采用儀用放大器INA118，其共模抑制比高達(dá)115dB，失調(diào)電壓<50uV，只需外掛一個精密電阻就可設(shè)定I?10000的放大倍數(shù)。為濾除高頻噪聲，放大后的信號被接入低通濾波器，低通濾波截止頻率設(shè)定為600Hz。本系統(tǒng)采用電壓穩(wěn)定、純凈的電池供電，且避免了外部導(dǎo)線易引入的干擾，故可省去常見的50Hz陷波器。使用50Hz陷波器存在消除部分50Hz有用信號的缺點(diǎn)。
[0019]MCU采用MSP430F167，其片內(nèi)外圍豐富，有01^、12位六0模塊(六0(:12)、硬件乘法器(10^)、1^1^、16位1^11^及多達(dá)48個1/0口。本系統(tǒng)中，利用厶0(:12對肌電信號采樣，并對采樣結(jié)果進(jìn)行濾波處理，提高了采樣的準(zhǔn)確性;DMA配合ADC12使用，大大提高了讀取AD采樣結(jié)果的速度；MPY極大提高了數(shù)據(jù)處理速度。本系統(tǒng)運(yùn)行于SM時鐘下，且設(shè)定采樣頻率為2000Hz，完全滿足采樣間隔要求。
[0020]FLASH采用了8Mbit的SST25VF080B，與MCU間采用SPI接口，操作方便。本系統(tǒng)中，每個采樣數(shù)據(jù)占兩個字節(jié)，可記錄近500秒的肌電信號，完全滿足肌電信號的一般處理需要。特別是，當(dāng)需要完整記錄運(yùn)動員在某一運(yùn)動過程中肌電信號變化情況時，本裝置特有的無線連接及超長存儲時間的優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)采集儀所不具備的。
[0021]系統(tǒng)由3.6V鋰電池供電，經(jīng)高效的RH5RL33AA后為系統(tǒng)提供+3.3V電源，同時系統(tǒng)對電池電壓進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)電池電量不足時通過LED發(fā)光提示。按鍵用于啟動、停止肌電信號采集，也可實(shí)現(xiàn)其他基本操作?？紤]到系統(tǒng)低功耗及精簡的需要，本設(shè)計中未采用液晶或數(shù)碼管顯示，僅通過兩個LED燈指示系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。
[0022]本裝置的USB接口用于與PC機(jī)進(jìn)行通訊，操作簡單方便。當(dāng)需要將采集的肌電信號上傳到PC機(jī)分析處理時，MCU從FLASH內(nèi)讀取存儲的肌電信號，通過UART接口發(fā)送到CP2102。CP2102用于實(shí)現(xiàn)USB信號與UART之間的轉(zhuǎn)換。CP2102與MCU及存儲電路之間獨(dú)立供電，在肌電信號采集階段及系統(tǒng)待機(jī)狀態(tài)下，CP2102不消耗電池能量;當(dāng)與PC機(jī)通訊時，CP2102供電電路工作，其中的BMl 117-3.3將USB總線的+5V電源轉(zhuǎn)換為+3.3V向CP2102供電。
[0023]如上所述，可較好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.表面肌信號采集器，其特征在于，包括中央處理器和與中央處理器連接的信號調(diào)理電路、電壓檢測電路、信號轉(zhuǎn)換電路及存儲器，所述信號調(diào)理電路與EMG采集電極連接，所述信號轉(zhuǎn)換電路還與USB接口連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面肌信號采集器，其特征在于，還包括與中央處理器連接的LED指示燈。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面肌信號采集器，其特征在于，所述信號轉(zhuǎn)換電路為CP2021，還包括與信號轉(zhuǎn)換電路連接的供電電路，所述供電電路與USB接口連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面肌信號采集器，其特征在于，所述中央處理器為MSP430F167。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面肌信號采集器，其特征在于，所述EMG采集電極為Ag/AgCl表面電極。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面肌信號采集器，其特征在于，所述存儲器為FLASH。
【文檔編號】A61B5/0492GK106037728SQ201610428420
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】湖南博廣信息科技有限公司