表面肌電分析系統(tǒng)——無線肌電解決方案的應(yīng)用

肌電信號(EMG)是眾多肌纖維中運(yùn)動單元?jiǎng)幼麟娢?MUAP)在時(shí)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(jià)值。

表面肌電信號是肌肉收縮時(shí)伴隨的電信號，是在體表無創(chuàng)檢測肌肉活動的重要方法。我們研究分析表面肌電信號的檢測與分析方法，也包括檢測技術(shù)與裝置及利用表面肌電信號反饋控制外部裝置的方法等。其應(yīng)用背景主要集中在康復(fù)醫(yī)學(xué)和體育科學(xué)兩大領(lǐng)域。

表面肌電分析系統(tǒng)——部件介紹

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(gè)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，只需一個(gè)精密電阻就可設(shè)定1~10000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)。

表面肌電分析系統(tǒng)——MCU

MCU采用MSP430F167，其片內(nèi)外圍豐富，有DMA、12位AD模塊(ADC12)、硬件乘法器(MPY)、USART、16位Timer及多達(dá)48個(gè)I/O口。本系統(tǒng)中，利用ADC12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8M時(shí)鐘下，且設(shè)定采樣頻率為2000Hz，完全滿足采樣間隔要求。

表面肌電分析系統(tǒng)介紹

本系統(tǒng)中，PC機(jī)軟件采用Visual C 設(shè)計(jì)完成，主要涉及的內(nèi)容為人機(jī)界面設(shè)計(jì)、串口通信編程、簡單算法實(shí)現(xiàn)和文件讀寫操作。人機(jī)界面設(shè)計(jì)主要用到一些按鈕、文本框等控件，用以提供對肌電信號采集裝置的控制;所有的通信編程使用控件MSCOMM實(shí)現(xiàn)，在PC機(jī)安裝CP2102驅(qū)動后，本裝置會被識別為一個(gè)串口設(shè)備;簡單算法主要實(shí)現(xiàn)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，還原為實(shí)際電壓值;讀寫文件實(shí)現(xiàn)將讀取到的肌電信號以文本形式存儲下來，便于利用其他數(shù)學(xué)工具(如MATLAB)進(jìn)行分析處理。