表面肌電分析系統(tǒng)——無線肌電解決方案的應用

肌電信號(EMG)是眾多肌纖維中運動單元動作電位(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，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 。因而，SEMG在臨床醫(yī)學、人機功效學、康復醫(yī)學以及體育科學等方面均有重要的實用價值。

表面肌電信號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。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。其應用背景主要集中在康復醫(yī)學和體育科學兩大領域。

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115dB，失調(diào)電壓<50uV，只需一個精密電阻就可設定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。

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48個I/O口。本系統(tǒng)中，利用ADC12對肌電信號采樣，并對采樣結果進行濾波處理，提高了采樣的準確性;DMA配合ADC12使用，大大提高了讀取AD采樣結果的速度;MPY極大提高了數(shù)據(jù)處理速度。本系統(tǒng)運行于8M時鐘下，且設定采樣頻率為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機軟件采用Visual C 設計完成，主要涉及的內(nèi)容為人機界面設計、串口通信編程、簡單算法實現(xiàn)和文件讀寫操作。人機界面設計主要用到一些按鈕、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實現(xiàn)，在PC機安裝CP2102驅動后，本裝置會被識別為一個串口設備;簡單算法主要實現(xiàn)對接收到的數(shù)據(jù)進行分析處理，還原為實際電壓值;讀寫文件實現(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)學工具(如MATLAB)進行分析處理。