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(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(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)——軟件系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)平時處于低功耗模式，MCU關(guān)閉所有的片內(nèi)外圍，運(yùn)行于低功耗模式4(LPM4)狀態(tài)。需要工作時，CPU被喚醒，進(jìn)入正常工作模式。系統(tǒng)由中斷驅(qū)動，主要有按鍵中斷、UART中斷、定時中斷，系統(tǒng)退出中斷后運(yùn)行于低功耗模式。

當(dāng)有按鍵中斷發(fā)生時，MCU被喚醒，并根據(jù)按鍵值進(jìn)行相應(yīng)的處理。

除通過按鍵和LED指示對本裝置進(jìn)行操作外，系統(tǒng)可接受PC機(jī)軟件的控制。當(dāng)按鍵2和按鍵3按下后，系統(tǒng)啟動定時器，若在定時時間內(nèi)接收到PC機(jī)的控制命令，則進(jìn)行相應(yīng)處理，否則未收到通信請求即自動回到低功耗模式。系統(tǒng)與PC機(jī)間共有3種命令，分別為讀肌電信號、讀電池狀態(tài)、讀存儲器狀態(tài)。系統(tǒng)與PC機(jī)通訊時，主要由UART發(fā)送和接收中斷驅(qū)動。UART發(fā)送中斷程序判斷有無后續(xù)數(shù)據(jù)需發(fā)送并進(jìn)行相應(yīng)處理。