佩戴式肌電信號採集系統的製作方法
2023-08-02 04:12:56 1
專利名稱：佩戴式肌電信號採集系統的製作方法
技術領域：
本發明是涉及醫學技術及測量領域的系統，具體是一種非損傷性的皮膚表面肌電信號採集系統。
背景技術：
肌電信號是一系列運動單位動作電位的集成，它體現了肌肉對神經衝動的響應。自肌電信號傳感器被發明以來，其已經被廣泛使用在醫療、生物電反饋和體育訓練等領域，用來測量肌肉在收縮時產生的電信號。傳統的肌電信號採集系統通過導電凝膠與皮膚相接觸將信號引入差分放大器進行採集。使用凝膠電極的過程是極其繁瑣的，同時凝膠電極很難被重複使用，大多數情況下則是一次性的。雖然凝膠電極能夠保證與皮膚良好的接觸，並一定程度上保證信號質量，但是使用過程的繁瑣使得它很難被廣泛的應用。也有研究表明 在擾動情況下，凝膠容易形變的特性使得採集的信號同樣會收到很大的影響。所以，採用金屬作為電極與皮膚接觸的設備變得逾加廣泛。隨著醫療和研究領域對於肌電信號採集系統的需求增加，很多公司已經開發出了相應的商業產品，如DELSYS公司就有很多針對不同應用的EMG (肌電信號)採集系統。但是，這些產品在使用時仍然需要特製的膠將電極粘在手臂上，而且便攜產品的採集通道較少，同時整個系統仍然較為龐大不適於攜帶，整個價格偏高。
發明內容
本發明針對現有技術中存在的上述不足，提供了一種佩戴式肌電信號採集系統。通過乾電極對信號進行採集，通過藍牙發送數據。整個系統更加便攜，成本較低。本發明是通過以下技術方案實現的一種佩戴式肌電信號採集系統，包括腕帶式前置信號放大裝置和信號處理裝置兩個部分，其中，腕帶式前置信號放大裝置與信號處理裝置通過FPC (柔性扁平電纜)相連接；所述腕帶式前置信號放大裝置，對表面肌電信號進行初步濾波及放大處理；所述信號處理裝置，對所述腕帶式前置信號放大裝置傳送的信號進行進一步濾波、放大及模數轉換，通過藍牙發送至計算機或其它終端。所述腕帶式前置信號放大裝置包括多個放大器，能夠同時採集多個通道的肌電信號。所述多個放大器固定在一條有彈性的綁帶上的不同位置，以採集相應位置的表面肌電信號。所述放大器採用差分放大模式，接觸皮膚部分使用三個鍍銀銅電極。所述每個放大器先分別通過一根FPC將初步放大信號送至一塊集線板，再通過一根FPC將多個通道的初步放大信號傳遞至信號處理裝置。所述信號處理裝置採用並行的採樣晶片，同時對多路信號進行模數轉換，通過藍牙將轉換後的信號發送至電腦或其他終端。
所述綁帶一頭具有魔術貼，能夠在綁帶繞緊後將綁帶固定住。所述系統呈帶通特性，通頻帶為20 500Hz。和現有技術相比，本發明具有以下優點(I)使用更加簡便。採用前置放大策略，使用金屬電極代替導電凝膠電極，大大提高了使用的便攜性。因為將電極片貼在皮膚上的方法幾乎可以認為是一次性的，在每次使用之前還需要準備新的貼片，而金屬電極作為一種乾電極，則能重複使用。同時，當通道數較多時，線束混雜在一起也會限制住手部的大幅度運動，對使用造成不便。而本系統採用FPC來傳遞信號，在前置放大裝置和信號處理裝置之間僅有一根FPC，整個系統更加簡潔，從而避免了線束混雜的問題。(2)通道數更多，信息量更大。本系統可以具有多個通道，能夠更加全面的採集到
手臂前臂的肌電信號，使後續處理更可靠。(3)便攜性能得到提高。本發明明顯提高了系統的易用性和便攜性，藍牙的接口使得更多的終端能夠與本系統配套使用，擁有廣泛的使用前景。採用彈性綁帶能夠一定程度的伸縮，適應不同小臂粗細的人群。由於將採集系統固定在了手臂上，同時整個裝置又很輕便，在佩戴完成之後幾乎不會對佩戴者的動作造成幹擾，佩戴者能夠隨意走動或做其他不劇烈的動作。( 4 )相比於國內外的同類產品，該發明的成本更加低廉。
圖I為本發明系統組成框圖；圖2為圖I中前置信號放大裝置的示意圖；圖中，4為前置放大器，5為彈性綁帶，6為魔術貼圖3為圖2中前置放大器的示意圖；圖中，7為金屬電極圖4為本系統結構示意圖；圖中，I為前置信號放大裝置；2為柔性扁平電纜；3為信號處理裝置
具體實施例方式以下結合附圖以及具體實施例對本發明技術方案做一詳細的說明如圖I所示，本系統是通過金屬電極貼在小臂肌肉上進行肌電信號的採集。包括腕帶式前置信號放大裝置和信號處理裝置兩個部分，其中，腕帶式前置信號放大裝置，對表面肌電信號進行初步濾波及放大處理。信號處理裝置，對腕帶式前置信號放大裝置傳送的信號進行進一步濾波、放大及模數轉換，通過藍牙發送至計算機或手機等其它終端。腕帶式前置信號放大裝置與信號處理裝置之間通過FPC相連接。如圖2所示，本實施例中，前置信號放大裝置一共具有8個前置放大器，每個放大器的大小為27mmX 19mmX8mm;採用了差分放大模式。每個放大器上接觸皮膚部分具有三個鍍銀銅金屬電極7，其中兩個用於差分輸入，一個是地極參考點。兩個差分輸入電極間距為IOmm,另一個電極與最近一個信號輸入電極的間距為6mm。如圖3所示，8個前置放大器被固定在一根彈性綁帶5上。綁帶一頭具有魔術貼6，能夠在繞緊綁帶後將綁帶固定住。如圖4所示，前置信號放大裝置I將8路模擬信號送入到信號處理裝置3中。本實施例中的信號處理裝置3的尺寸為69mmX44mmX27mm。信號處理裝置3採用了並行的採樣晶片，同時對8路信號進行模數轉換，採樣頻率為1000Hz，由藍牙將數位訊號發送至電腦或其他終端。信號處理裝置3的一面具有魔術貼便於固定。本發明系統呈帶通特性，通頻帶為20 500Hz。本發明系統的使用過程包括以下步驟I、對需要佩戴該系統的前臂用水或酒精稍微進行清潔。將腕帶式前置信號放大裝置I繞在手臂上並收緊，將魔術貼6搭在綁帶5上以固定。2、手動調整每個前置放大器4的位置，使其上的金屬電極7與皮膚保持良好的接觸。 3、在對應手臂的大臂上佩戴上具有魔術貼6的綁帶，利用魔術貼將信號處理裝置3固定在該綁帶上。4、打開信號處理裝置3上的開關，信號即開始發送。在電腦端或其他終端上打開藍牙與信號處理裝置進行配對，即能收到信號。該裝置能同時採集8個通道的表面肌電信號，為後續研究、應用提供可能。使用簡便易行，並且擁有較好的信號質量。上述實施例應理解為僅用於說明本發明而不用於限制本發明的保護範圍。在閱讀了本發明記載的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發明權利要求所限定的範圍。
權利要求
1.一種佩戴式肌電信號採集系統，其特徵在於，包括腕帶式前置信號放大裝置和信號處理裝置兩個部分，其中，腕帶式前置信號放大裝置與信號處理裝置通過FPC (柔性扁平電纜)相連接； 所述腕帶式前置信號放大裝置，對表面肌電信號進行初步濾波及放大處理； 所述信號處理裝置，對所述腕帶式前置信號放大裝置傳送的信號進行進一步濾波、放大及模數轉換，並通過藍牙發送至計算機或其它終端設備。
2.根據權利要求I所述的佩戴式肌電信號採集系統，其特徵在於，所述腕帶式前置信號放大裝置包括多個放大器，能夠同時採集多個通道的肌電信號。
3.根據權利要求2所述的佩戴式肌電信號採集系統，其特徵在於，所述多個放大器固定在一條有彈性的綁帶上的不同位置，以採集相應位置的表面肌電信號。
4.根據權利要求2所述的佩戴式肌電信號採集系統，其特徵在於，所述放大器採用差分放大模式，接觸皮膚部分使用三個鍍銀銅電極。
5.根據權利要求2所述的佩戴式肌電信號採集系統，其特徵在於，所述每個放大器先分別通過一根FPC將初步放大信號送至一塊集線板，再通過一根FPC將多個通道的初步放大信號傳遞至信號處理裝置。
6.根據權利要求2所述的佩戴式肌電信號採集系統，其特徵在於，所述信號處理裝置採用並行的採樣晶片，同時對多路信號進行模數轉換，再通過藍牙將轉換後的信號發送至電腦或其他終端。
7.根據權利要求3所述的佩戴式肌電信號採集系統，其特徵在於，所述綁帶一頭帶有魔術貼，能夠在綁帶繞緊後將綁帶固定住。
8.根據權利要求I所述的佩戴式肌電信號採集系統，其特徵在於，所述系統呈帶通特性，通頻帶為20 500Hz。
全文摘要
本發明公開一種佩戴式肌電信號採集系統，包括腕帶式前置信號放大器和信號處理裝置，其中，腕帶式前置信號放大器與信號處理裝置通過一根柔性扁平電纜相連接；腕帶式前置信號放大裝置通過對皮膚表面肌電信號預處理使得系統的抗幹擾能力提升，將處理後的信號送入信號處理裝置；信號處理裝置通過模數轉換通過藍牙將信號送至電腦進行處理。本發明使用鍍銀銅線替代傳統的凝膠電極並採用了前置放大策略，在降低很少信號質量的情況下大大提升了肌電信號採集裝置的使用便捷性；使用者無需嚴格的皮膚表面清潔，便能利用此肌電信號採集裝置獲得較好質量的肌電信號；本發明方便易用，成本較低。
文檔編號A61B5/0488GK102846317SQ20121024947
公開日2013年1月2日 申請日期2012年7月18日 優先權日2012年7月18日
發明者朱向陽, 陳星羽, 張定國, 盛鑫軍 申請人:上海交通大學