CN102743818B - 一种抗干扰肌电生物反馈治疗仪及抗干扰方法 - Google Patents

Abstract

一种抗干扰肌电生物反馈治疗仪及抗干扰方法，治疗仪包括相互连接的CPU、高压升压电路、电刺激输出模块、负载检测电路、存储模块、显示模块、按键模块、模块切换电路、肌电信号输入模块、频带选择电路和信号放大电路，肌电信号输入模块包括电磁兼容抑制电路、高通滤波电路、共模检测电路、通道切换电路、平衡衰减电路、差分放大电路；差分放大电路包括并联双运放电路、增益选择电路和低噪声放大电路；方法为比较共模电压值与差分放大电路输入级最大共模输入电压，共模电压值大时CPU控制共模电压信号输出至平衡衰减电路后接差分放大电路，否则CPU控制共模电压信号输出至差分放大电路。本发明提高噪声抑制能力，避免运放饱和，抗干扰能力强，结构简单。

Description

一种抗干扰肌电生物反馈治疗仪及抗干扰方法

技术领域

本发明涉及一种可用于强干扰环境的肌电生物反馈治疗仪，还涉及用于该肌电生物反馈治疗仪的抗干扰方法。

背景技术

肌电信号(Electromyography，EMG)是众多肌纤维中运动单位动作电位（motor unit action potertial，MUAP）的叠加。EMG信号检测是一种简单、无创、容易被受试者接受的肌电检测活动，可用于测试人体较大范围内的肌肉电信号，并有助于反映运动过程中肌肉生理、生化等方面的改变，不仅可在静止状态测定肌肉活动，而且可在各种运动过程中持续观察肌肉活动的变化。是一种对人体运动功能具有重要意义的诊断评价方法，同时也发展成为一种较好的生物反馈治疗技术，因而在临床医学的神经肌肉疾病诊断、高等院校人机工效学领域的肌肉工作的工效学分析，体育系统疲劳判定、运动技术合理性分析、肌纤维类型和无氧阈值的无损伤性预测，医院康复领域神经肌肉疾病诊断，肌肉功能评价等等方面得到了广泛的运用。

肌电生物反馈治疗仪已经在很多领域得到了较大范围的应用。但是，在通常情况下，由于现有肌电生物反馈治疗仪检测的肌电信号非常微弱，对环境噪声非常敏感，在具有干扰的环境中，特别是在强干扰环境中，现有的肌电生物反馈治疗仪将由于干扰信号而无法正常使用，因此，现有的肌电生物反馈治疗仪对使用环境干扰因素要求高，限制了现有的肌电生物反馈治疗仪的使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一在于，提供一种抗干扰肌电生物反馈治疗仪，克服现有肌电生物反馈治疗仪的缺陷，可在强干扰环境下正常使用。

本发明要解决的技术问题之二在于，提供一种肌电生物反馈治疗仪抗干扰方法，该方法结合上述抗干扰肌电生物反馈治疗仪，可在强干扰环境下正常测量人体肌电。

本发明解决其技术问题之一所采用的技术方案是：构造一种抗干扰肌电生物反馈治疗仪，包括CPU、高压升压电路、电刺激输出模块、负载检测电路、存储模块、显示模块和按键模块；

该CPU、高压升压电路、电刺激输出模块顺序连接，实现电刺激信号的输出和控制；

该CPU、负载检测电路、电刺激输出模块顺序连接，实现负载检测；

该存储模块与该CPU连接，实现数据存储和读取；

该显示模块与该CPU连接，实现数据的显示输出；

该按键模块与该CPU连接，实现控制信号的输入；

其特征在于，该治疗仪还包括模块切换电路、肌电信号输入模块、频带选择电路和信号放大电路；

该模块切换电路分别与该肌电信号输入模块、所述电刺激输出模块连接，并包括电极接口；

该模块切换电路、肌电信号输入模块、频带选择电路、信号放大电路顺序连接，该信号放大电路输出端连接所述CPU；

所述肌电信号输入模块包括电磁兼容抑制电路、高通滤波电路、共模检测电路、通道切换电路、平衡衰减电路、差分放大电路；该电磁兼容抑制电路、高通滤波电路、通道切换电路顺序连接，该电磁兼容抑制电路输入端连接所述模块切换电路，该通道切换电路输出端连接该差分放大电路；该高通滤波电路通过该共模检测电路连接所述CPU，所述CPU连接该通道切换电路的控制输入端，该通道切换电路的输出端经该平衡衰减电路连接该差分放大电路，该差分放大电路连接所述频带选择电路；

所述平衡衰减电路对其两个输入电极对称；

所述差分放大电路包括顺序连接的并联双运放电路、增益选择电路和低噪声放大电路，所述CPU连接该增益选择电路的控制输入端，该低噪声放大电路输出端连接所述频带选择电路，该并联双运放电路的输入端与所述通道切换电路连接。

在本发明的抗干扰肌电生物反馈治疗仪中，所述高通滤波电路为无源滤波器。

在本发明的抗干扰肌电生物反馈治疗仪中，所述无源滤波器为电阻、电容组成的阻容滤波器或电感、电容组成的感容滤波器。

在本发明的抗干扰肌电生物反馈治疗仪中，所述无源滤波器的截止频率点为0.5Hz。

在本发明的抗干扰肌电生物反馈治疗仪中，所述低噪声放大电路为仪用差分放大电路。

本发明解决其技术问题之二所采用的技术方案是：提供一种肌电生物反馈治疗仪抗干扰方法，其特征在于，所述治疗仪包括CPU、高压升压电路、电刺激输出模块、负载检测电路、存储模块、显示模块和按键模块；

该CPU、高压升压电路、电刺激输出模块顺序连接，实现电刺激信号的输出和控制；

该CPU、负载检测电路、电刺激输出模块顺序连接，实现负载检测；

该存储模块与该CPU连接，实现数据存储和读取；

该显示模块与该CPU连接，实现数据的显示输出；

该按键模块与该CPU连接，实现控制信号的输入；

其特征在于，该治疗仪还包括模块切换电路、肌电信号输入模块、频带选择电路和信号放大电路；

该模块切换电路分别与该肌电信号输入模块、所述电刺激输出模块连接，并包括电极接口；

该模块切换电路、肌电信号输入模块、频带选择电路、信号放大电路顺序连接，该信号放大电路输出端连接所述CPU；

所述肌电信号输入模块包括电磁兼容抑制电路、高通滤波电路、共模检测电路、通道切换电路、平衡衰减电路、差分放大电路；该电磁兼容抑制电路、高通滤波电路、通道切换电路顺序连接，该电磁兼容抑制电路输入端连接所述模块切换电路，该通道切换电路输出端连接该差分放大电路；该高通滤波电路通过该共模检测电路连接所述CPU，所述CPU连接该通道切换电路的控制输入端，该通道切换电路的输出端经该平衡衰减电路连接该差分放大电路，该差分放大电路连接所述频带选择电路；

所述平衡衰减电路对其两个输入电极对称；

所述差分放大电路包括顺序连接的并联双运放电路、增益选择电路和低噪声放大电路，所述CPU连接该增益选择电路的控制输入端，该低噪声放大电路输出端连接所述频带选择电路，该并联双运放电路的输入端与所述通道切换电路连接；

该方法包括：共模检测电路检测高通滤波电路的共模电压值，当检测的共模电压值大于差分放大电路输入级运放的最大共模输入电压时，CPU控制通道切换电路将高通滤波电路的共模电压信号输出至平衡衰减电路，再接入差分放大电路；当检测的共模电压值小于等于差分放大电路输入级运放的最大共模输入电压时，CPU控制通道切换电路将高通滤波电路的共模电压信号输出至差分放大电路。

实施本发明的抗干扰肌电生物反馈治疗仪及抗干扰方法，与现有技术比较，其有益效果是：

1．在结构和方法上对共模电压采用判断处理机制，有效防止过大外界干扰导致电路运放饱和的发生，避免了由于运放饱和带来的电路无法采集肌电信号，大大提高肌电生物反馈治疗仪的抗干扰能力，能够在强干扰环境下正常工作；

2．在差分放大电路中采用可调整的增益选择电路，可以选择前级的增益，在检测到输入差模信号较大时会调整前级增益，防止后端运放饱和，从而在检测小信号输入时可在并联型双运放电路使用超高增益，大大提高肌电生物反馈治疗仪的噪声共模抑制能力；

3．在电路中采用对称平衡衰减电路、低噪声放大电路等措施，有效降低电路自身带来的噪音；

4．结构简单，容易实施。

附图说明

图1是本发明抗干扰肌电生物反馈治疗仪一种实施例的系统示意框图。

图2是本发明抗干扰肌电生物反馈治疗仪中EMG输入模块结构示意图。

图3是本发明抗干扰肌电生物反馈治疗仪中差分放大电路一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的抗干扰肌电生物反馈治疗仪包括CPU90、高压升压电路10、电刺激输出模块30、负载检测电路20、语音播放模块101、存储模块102、显示模块103、通信模块104、按键模块105、模块切换电路50、EMG输入模块60（肌电信号输入模块）、频带选择电路70和信号放大电路80。

CPU90、高压升压电路10、电刺激输出模块30顺序连接，实现电刺激信号的输出和控制。

CPU90、负载检测电路20、电刺激输出模块30顺序连接，实现负载检测。

语音播放模块101与CPU90连接，实现数据的语音输出。

存储模块102与CPU90连接，实现数据存储和读取。

显示模块103与CPU90连接，实现数据的显示输出。

通信模块104与CPU90连接，实现抗干扰肌电生物反馈治疗仪与其他设备（如集中控制的PC机等）的无线通信连接。

按键模块105与CPU90连接，实现控制信号的输入。

模块切换电路50分别与EMG输入模块60、电刺激输出模块30连接，并包括电极接口40，用于与电极连接。

模块切换电路50、EMG输入模块60、频带选择电路70、信号放大电路80顺序连接，信号放大电路80输出端连接CPU90，实现肌电信号的放大。

其中，如图2所示，EMG输入模块60包括EMC抑制电路61（EMC－Electro Magnetic Compatibility电磁兼容，电磁兼容抑制电路）、高通滤波电路62、共模检测电路63、通道切换电路65、平衡衰减电路64和差分放大电路66。EMC抑制电路61、高通滤波电路62、通道切换电路65顺序连接，EMC抑制电路61的输入端连接模块切换电路50，通道切换电路65的输出端连接差分放大电路66。高通滤波电路62通过共模检测电路63连接CPU90，CPU90连接通道切换电路65的控制输入端，通道切换电路65的输出端经该平衡衰减电路64连接差分放大电路66的输入端，差分放大电路66的输出端连接频带选择电路70。

其中，平衡衰减电路64对其两个输入电极对称，以避免引入差模噪声。

如图3所示，差分放大电路66包括顺序连接的并联双运放电路661、增益选择电路662和低噪声放大电路，CPU90连接增益选择电路662的控制输入端，该低噪声放大电路输出端连接频带选择电路70，并联双运放电路661的输入端与通道切换电路65连接。

在本实施例中，低噪声放大电路采用仪用差分放大电路663。在其他实施例中，低噪声放大电路可采用其他普通的低噪声放大器。

高通滤波电路62优选无源滤波器，以防止引入噪声。

无源滤波器可以采用包括但不限于：电阻、电容组成的阻容滤波器或电感、电容组成的感容滤波器。

上述无源滤波器的截止频率点优选为0.5Hz。在其他实施例中，根据需要，上述无源滤波器的截止频率点可以选择其他频率点，如0.6Hz、0.8Hz等。

在其他实施例中，不设置通信模块或不设置语音播放模块或不设置通信模块和语音播放模块，均不影响本发明目的的实现。

本发明的肌电生物反馈治疗仪抗干扰方法采用上述抗干扰肌电生物反馈治疗仪来实现对肌电信号的抗干扰检测。该方法包括：

首先，共模检测电路63检测高通滤波电路62的共模电压值，将检测到的共模电压值与差分放大电路66的输入级运放的最大共模输入电压进行比较，当检测的共模电压值大于差分放大电路输入级运放的最大共模输入电压时，CPU90控制通道切换电路65将高通滤波电路63的共模电压信号输出至平衡衰减电路64，经平衡衰减电路64衰减后再接入差分放大电路66进行放大，以防止运放饱和。根据需要，平衡衰减电路64可以设置为一级衰减、两级衰减或多级衰减，CPU90将平衡衰减电路64的衰减系数运用到EMG信号计算中。

当检测的共模电压值小于等于差分放大电路输入级运放的最大共模输入电压时，CPU90控制通道切换电路65将高通滤波电路63的共模电压信号输出至差分放大电路66，进行放大。此时，因高通滤波电路63的共模电压信号小于或等于差分放大电路输入级运放的最大共模输入电压，不会产生运放饱和现象。

在差分放大电路66中采用可调整的增益选择电路662，可以选择并联型双运放电路661的增益，在CPU90检测到输入差模信号较大时会调整增益，防止后端仪用差分放大电路663运放饱和，从而在检测小信号输入时可在并联型双运放电路661使用超高增益，大大提高肌电生物反馈治疗仪的共模噪声抑制能力。

Claims (1)

1.一种肌电生物反馈治疗仪抗干扰方法，其特征在于，所述治疗仪包括CPU、高压升压电路、电刺激输出模块、负载检测电路、存储模块、显示模块和按键模块；

该CPU、高压升压电路、电刺激输出模块顺序连接，实现电刺激信号的输出和控制；

该CPU、负载检测电路、电刺激输出模块顺序连接，实现负载检测；

该存储模块与该CPU连接，实现数据存储和读取；

该显示模块与该CPU连接，实现数据的显示输出；

该按键模块与该CPU连接，实现控制信号的输入；

其特征在于，该治疗仪还包括模块切换电路、肌电信号输入模块、频带选择电路和信号放大电路；

该模块切换电路分别与该肌电信号输入模块、所述电刺激输出模块连接，并包括电极接口；

该模块切换电路、肌电信号输入模块、频带选择电路、信号放大电路顺序连接，该信号放大电路输出端连接所述CPU；

所述肌电信号输入模块包括电磁兼容抑制电路、高通滤波电路、共模检测电路、通道切换电路、平衡衰减电路、差分放大电路；该电磁兼容抑制电路、高通滤波电路、通道切换电路顺序连接，该电磁兼容抑制电路输入端连接所述模块切换电路，该通道切换电路输出端连接该差分放大电路；该高通滤波电路通过该共模检测电路连接所述CPU，所述CPU连接该通道切换电路的控制输入端，该通道切换电路的输出端经该平衡衰减电路连接该差分放大电路，该差分放大电路连接所述频带选择电路；

所述平衡衰减电路对其两个输入电极对称；

所述差分放大电路包括顺序连接的并联双运放电路、增益选择电路和低噪声放大电路，所述CPU连接该增益选择电路的控制输入端，该低噪声放大电路输出端连接所述频带选择电路，该并联双运放电路的输入端与所述通道切换电路连接；

该方法包括：共模检测电路检测高通滤波电路的共模电压值，当检测的共模电压值大于差分放大电路输入级运放的最大共模输入电压时，CPU控制通道切换电路将高通滤波电路的共模电压信号输出至平衡衰减电路，再接入差分放大电路；当检测的共模电压值小于等于差分放大电路输入级运放的最大共模输入电压时，CPU控制通道切换电路将高通滤波电路的共模电压信号输出至差分放大电路。