一種表面肌電采集裝置及其肌電信號處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及皮膚表面肌電信號的采集和處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種表面肌電采集裝置及其肌電信號處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]表面肌電信號(surface electromyography, SEMG)是肌肉收縮時伴隨的電信號，是在體表無創(chuàng)檢測肌肉活動的重要方法。表面肌電信號是由肌肉興奮時所募集的運動單位產(chǎn)生的一個個動作電位序列(Motor Unit Act1n Potential Trains, MUAPT)在皮膚表面疊加而成，是一種非平穩(wěn)的微弱信號。通過提取和研宄表面肌電信號，可以有效識別人體運動動作、診斷肌肉病癥以及指導(dǎo)康復(fù)醫(yī)療等，廣泛應(yīng)用于疾病診斷、康復(fù)醫(yī)學(xué)、運動體育等領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有的肌電信號采集裝置一般通過電極接觸人體皮膚來獲取皮膚表面肌電信號，再通過相應(yīng)的電路對肌電信號進(jìn)行處理。但現(xiàn)有的肌電信號采集裝置采集到的肌電信號的共模抑制比低，輸入阻抗低，導(dǎo)致采集到的肌電信號數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率低，精度低。
[0004]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種表面肌電采集裝置及其肌電信號處理方法，旨在解決現(xiàn)有的肌電信號采集裝置采集的肌電信號不準(zhǔn)確，精度低的問題。
[0006]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
一種表面肌電采集裝置，其中，包括:
用于獲取皮膚表面肌電信號的第一電極、第二電極和第三電極；
用于與第一電極和第二電極連接、提取肌電差分信號并放大的前端放大模塊；
用于與第三電極連接、提取人體參考電信號的腿部驅(qū)動模塊；
用于濾除肌電范圍以外的信號的帶通濾波模塊；
用于濾除工頻干擾的工頻濾波模塊；
用于抬高電平的電平抬升模塊；
用于對肌電信號進(jìn)行AD采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號的AD采集模塊；
用于對數(shù)字信號進(jìn)行處理的微處理器；
用于減少AD采集模塊和微處理器之間相互干擾的數(shù)字隔離模塊；
所述第一電極、第二電極通過前端放大模塊連接帶通濾波模塊；所述第三電極通過腿部驅(qū)動模塊連接前端放大模塊；所述帶通濾波模塊、工頻濾波模塊、電平抬升模塊、AD采集模塊、數(shù)字隔離模塊和微處理器依次連接。
[0007]所述的表面肌電采集裝置，其中，所述前端放大模塊包括:低通濾波電路、阻抗匹配電路、高通濾波電路、導(dǎo)聯(lián)線屏蔽驅(qū)動電路和電橋平衡差分放大電路；
所述阻抗匹配電路通過低通濾波電路分別連接第一電極和第二電極；所述電橋平衡差分放大電路通過腿部驅(qū)動模塊連接第三電極；所述阻抗匹配電路通過高通濾波電路連接電橋平衡差分放大電路；所述導(dǎo)聯(lián)線屏蔽驅(qū)動電路連接所述高通濾波電路；所述電橋平衡差分放大電路連接帶通濾波模塊。
[0008]所述的表面肌電采集裝置，其中，所述阻抗匹配電路包括:第一運算放大器、第二運算放大器、第四電阻、第五電阻和第六電阻；
所述低通濾波電路包括:第一電阻、第二電阻和第一電容；
所述第一運算放大器的同相輸入端通過第一電阻連接第一電極，所述第一運算放大器的同相輸入端還通過第一電容連接第二運算放大器的同相輸入端；所述第一運算放大器的輸出端通過第五電阻連接所述第一運算放大器的反相輸入端；所述第一運算放大器的反相輸入端通過第四電阻連接第二運算放大器的反相輸入端，所述第一運算放大器的反相輸入端還依次通過第四電阻和第六電阻連接第二運算放大器的輸出端；所述第一運算放大器的輸出端連接高通濾波電路；所述第二運算放大器的同相輸入端通過第二電阻連接第二電極；所述第二運算放大器的輸出端連接高通濾波電路。
[0009]所述的表面肌電采集裝置，其中，所述高通濾波電路包括第九電阻、第十電阻、第四電容和第五電容；
所述電橋平衡差分放大電路包括:第十二電阻、第十三電阻和第六運算放大器；
所述第六運算放大器的同相輸入端通過第四電容連接阻抗匹配電路；所述第六運算放大器的同相輸入端還依次通過第九電阻和第十電阻連接第六運算放大器的反相輸入端；所述第六運算放大器的同相輸入端還依次通過第十二電阻和第十三電阻連接第六運算放大器的反相輸入端；所述第六運算放大器的反相輸入端通過第五電容連接阻抗匹配電路；所述第六運算放大器的輸出端連接帶通濾波模塊。
[0010]所述的表面肌電采集裝置，其中，所述導(dǎo)聯(lián)線屏蔽驅(qū)動電路包括第三運算放大器；所述第三運算放大器的同相輸入端連接高通濾波電路；所述第三運算放大器的反相輸入端連接第三運算放大器的輸出端；所述第三運算放大器的輸出端接地。
[0011]所述的表面肌電采集裝置，其中，所述腿部驅(qū)動模塊包括:第三電阻、第七電阻、第八電阻、第十一電阻、第六電容、第四運算放大器和第五運算放大器；
所述第五運算放大器的輸出端通過第三電阻連接第三電極；所述第五運算放大器的輸出端還通過第七電阻連接第五運算放大器的反相輸入端，所述第五運算放大器的輸出端還依次通過第六電容和第八電阻連接第五運算放大器的反相輸入端；所述第五運算放大器的同相輸入端接地；
所述第四運算放大器的輸出端通過第十一電阻連接第五運算放大器的反相輸入端；所述第四運算放大器的輸出端還連接第四運算放大器的反相輸入端；所述第四運算放大器的同相輸入端連接前端放大模塊。
[0012]所述的表面肌電采集裝置，其中，所述微處理器包括:
預(yù)處理單元，用于對所述表面肌電信號對應(yīng)的數(shù)字信號進(jìn)行預(yù)處理，得到對應(yīng)的肌電數(shù)據(jù)；
肌力評估單元，用于利用端點檢測算法從所述肌電數(shù)據(jù)中劃分選取部分肌電數(shù)據(jù)，根據(jù)該部分肌電數(shù)據(jù)計算對應(yīng)的均方根和肌電積分值，根據(jù)所述均方根和肌電積分值進(jìn)行肌張力評估和肌力等級評估； 肌肉疲勞評估單元，用于利用端點檢測算法從所述肌電數(shù)據(jù)中劃分選取部分肌電數(shù)據(jù)，根據(jù)該部分肌電數(shù)據(jù)計算對應(yīng)的平均頻率和中值頻率，根據(jù)所述平均頻率和中值頻率進(jìn)行肌肉疲勞評估。
[0013]所述的表面肌電采集裝置，其中，所述肌肉疲勞評估單元包括:
肌電數(shù)據(jù)提取子單元，用于利用端點檢測算法從所述肌電數(shù)據(jù)中劃分選取部分肌電數(shù)據(jù)；
肌肉疲勞計算子單元，用于利用短時傅立葉變換計算該部分肌電數(shù)據(jù)的肌電信號頻譜，通過計算出的中值頻率得到肌肉的疲勞程度。
[0014]一種采用上述的表面肌電采集裝置的肌電信號處理方法，其中，包括:
51、采集皮膚表面肌電信號，并轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號；
52、對所述數(shù)字信號進(jìn)行預(yù)處理，得到對應(yīng)的肌電數(shù)據(jù)；
53、利用端點檢測算法從所述肌電數(shù)據(jù)中劃分選取部分肌電數(shù)據(jù)，根據(jù)該部分肌電數(shù)據(jù)計算對應(yīng)的均方根、肌電積分值、平均頻率和中值頻率；
54、根據(jù)所述均方根和肌電積分值進(jìn)行肌張力評估和肌力等級評估，根據(jù)所述平均頻率和中值頻率進(jìn)行肌肉疲勞評估。
[0015]本發(fā)明所提供的一種表面肌電采集裝置及其肌電信號處理方法，有效地解決了現(xiàn)有的肌電信號采集裝置采集的肌電信號不準(zhǔn)確，精度低的問題，包括:第一電極、第二電極、第三電極、前端放大模塊、腿部驅(qū)動模塊、帶通濾波模塊、工頻濾波模塊、電平抬升模塊、AD采集模塊、微處理器和數(shù)字隔離模塊；所述第一電極、第二電極通過前端放大模塊連接帶通濾波模塊；所述第三電極通過腿部驅(qū)動模塊連接前端放大模塊；所述帶通濾波模塊、工頻濾波模塊、電平抬升模塊、AD采集模塊、數(shù)字隔離模塊和微處理器依次連接；通過腿部驅(qū)動模塊提取人體參考電信號起到了快速放電、有效衰減人體共模電壓信號的作用，通過前端放大模塊，