[發(fā)明專(zhuān)利]陣列式表面肌電圖像采集器及采集方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310579380.4
• 申請(qǐng)日: 2013-11-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103735263A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金文光;李益棟;林上耀;胡也
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): A61B5/0488
• 分類(lèi)號(hào): A61B5/0488;A61B5/0492
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于人體表面肌電信號(hào)采集設(shè)備制造領(lǐng)域，尤其涉及一種陣列式表面肌電圖像采集器及采集方法。?

背景技術(shù)

肌電信號(hào)（Electromyography，EMG）是應(yīng)用電子學(xué)儀器記錄肌肉靜止或收縮時(shí)的電活動(dòng)的曲線(xiàn)。一條肌纖維上動(dòng)作電位傳播過(guò)程形成了單纖維動(dòng)作單位（Single?Fiber?Action?Potential，SFAP）；一個(gè)運(yùn)動(dòng)單位內(nèi)所有SFAP在時(shí)間和空間上的綜合疊加就形成了運(yùn)動(dòng)單元?jiǎng)幼麟娢唬∕otor?Unit?Action?Potential，MUAP），運(yùn)動(dòng)單位持續(xù)的發(fā)放過(guò)程產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)單位動(dòng)作電位序列（Motor?Unit?Action?Potential?train，MUAPt）；肌肉活動(dòng)時(shí)，參與肌肉活動(dòng)的多個(gè)運(yùn)動(dòng)單位形成的MUAPt經(jīng)過(guò)由肌肉、皮下組織和皮膚等組成的容積導(dǎo)體的濾波作用后在檢測(cè)電極處時(shí)空疊加形成了肌電圖像。?

傳統(tǒng)的肌電圖像采集方法是將針電極或線(xiàn)電極等細(xì)小電極直接插進(jìn)肌肉組織進(jìn)行采集，得到插入式肌電信號(hào)（indwelling?or?intramuscular?EMG?Signal，iEMG）。針電極、線(xiàn)電極能夠很好地與肌纖維接觸，MUAP互相疊加程度較低，因此可以較容易地檢測(cè)出不同類(lèi)型運(yùn)動(dòng)單位的MUAP序列。?

另外一種方法稱(chēng)為表面肌電信號(hào)檢測(cè)。表面肌電（surface?Electromyography,?sEMG）信號(hào)是神經(jīng)肌肉系統(tǒng)在進(jìn)行隨意性和非隨意性活動(dòng)時(shí)的生物電變化經(jīng)表面電極引導(dǎo)、放大、顯示和記錄所獲得的一維電壓時(shí)間序列信號(hào)，其振幅約為0-5000μV，頻率0-500Hz，信號(hào)形態(tài)具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性。?

與傳統(tǒng)的針式肌電圖信號(hào)相比，sEMG的探測(cè)空間較大，重復(fù)性較好。基礎(chǔ)研究表明，sEMG?信號(hào)源于大腦運(yùn)動(dòng)皮層控制之下的脊髓α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的生物電活動(dòng)，信號(hào)的振幅和頻率特征變化取決于不同肌肉活動(dòng)水平和功能狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)單位活動(dòng)同步化、肌纖維募集等生理性因素，以及探測(cè)電極位置、信號(hào)串?dāng)_（Crosstalk）、皮膚溫度、肌肉長(zhǎng)度和肌肉收縮方式等測(cè)量性因素的共同作用。在控制良好的條件下，上述sEMG?信號(hào)活動(dòng)的變化在很大程度上能夠定量反映肌肉活動(dòng)的局部疲勞程度、肌力水平、肌肉激活模式、運(yùn)動(dòng)單位興奮傳導(dǎo)速度、多肌群協(xié)調(diào)性等肌肉活動(dòng)和中樞控制特征的變化規(guī)律，因而對(duì)于體育科學(xué)研究、手勢(shì)識(shí)別、康復(fù)醫(yī)學(xué)臨床和基礎(chǔ)研究等具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用意義。?

但是以上這兩種肌電信號(hào)采集方法都存在不足。?

醫(yī)療實(shí)踐表明，iEMG給患者帶來(lái)了較大的痛苦，首先，它會(huì)對(duì)皮膚造成損害，也會(huì)給患者帶來(lái)疼痛感；其次，它不適用于多次重復(fù)檢測(cè)。?

而目前我們能見(jiàn)到的sEMG信號(hào)采集器都是單通道或者若干個(gè)分散的通道進(jìn)行采集。由于肌電信號(hào)存在串?dāng)_現(xiàn)象使得采集到的信號(hào)不能分析多肌群之間的協(xié)作關(guān)系，再由于電極檢測(cè)點(diǎn)密度不夠精細(xì)，無(wú)法利用其進(jìn)行更高水平的圖形學(xué)上的研究。?

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有肌電信號(hào)采集技術(shù)上的不足和缺陷，本發(fā)明提供了一種基于陣列式電極的表面肌電圖像采集器及采集方法。它可以同時(shí)高速地采集、處理和傳輸16個(gè)通道的肌電信號(hào)，并可通過(guò)多個(gè)采集器的并聯(lián)使用得到通道數(shù)的擴(kuò)展，從而形成由密集電極組成的肌電圖像。這避免了iEMG給人帶來(lái)的痛苦，又可同時(shí)獲得不同肌群之間協(xié)作完成某個(gè)動(dòng)作的肌電圖像序列。?

為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來(lái)解決以上技術(shù)問(wèn)題：?

一種陣列式表面肌電圖像采集器，包括1個(gè)16通道的陣列電極、1個(gè)參考電極模塊、2個(gè)模擬濾波放大電路模塊、2個(gè)A/D轉(zhuǎn)換模塊、1個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊與1個(gè)電源模塊。

所述16通道的陣列電極由兩個(gè)8通道陣列電極組成，每個(gè)8通道陣列電極由8個(gè)電極組成，可采集8路肌電信號(hào)。?

所述參考電極模塊由一個(gè)電極構(gòu)成，貼于人體表面肌肉組織較少的部位（如手腕），是本發(fā)明陣列式表面肌電圖像采集器的參考地。?

所述模擬濾波放大電路模塊包括八個(gè)模擬濾波放大電路，每個(gè)模擬濾波放大電路由一級(jí)差分放大電路、帶通濾波電路與二級(jí)差分放大電路串聯(lián)組成。每個(gè)模擬濾波放大電路與前端的8通道陣列電極中的一個(gè)通道相連接。模擬濾波放大電路模塊對(duì)電極采集到的微弱信號(hào)進(jìn)行一級(jí)差分放大后濾除20-380Hz以外的干擾信號(hào)，再經(jīng)過(guò)二級(jí)差分放大，輸出信號(hào)比輸入信號(hào)增強(qiáng)60dB左右。16路信號(hào)并行傳輸，互不干擾。?