CN103315737B - 佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环，包括信号调理模块、信号处理模块、电源模块和臂环模块，其中信号调理模块通过柔性电路板线，即FPC线与信号处理模块相连接，信号调理模块、信号处理模块和电源模块安装集成在臂环模块上；信号调理模块用于采集、处理表面肌电信号，并将处理后的信号传送给信号处理模块；信号处理模块对信号调理模块传送来的信号进行处理，并传输到信号的接收端；电源模块为信号调理模块和信号处理模块供电；本发明提供的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环具有佩戴更加方便和微型化的优点，使用者可以在通信范围内随意走动，并且可以做较大幅度的动作。

Description

佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环。
背景技术
表面肌电信号sEMG(surface ElectroMyoGraphy）是肌肉收缩时伴随的电信号，可以理解为多块肌肉产生的电信号在人体表面时间和空间上的综合，体现了肌肉对神经冲动的响应，反映了神经和肌肉的功能状态，是一种在体表无创检测肌肉活动的重要信息。提取表面肌电信号要使用到表面电极，根据表面电极的材料和制造工艺，表面肌电电极可以分为湿电极和干电极。湿电极一般都有一层导电凝胶，且配有吸附胶，通过电极-皮肤界面来采集皮肤上的电流，保证了与皮肤的良好接触，采集到的信号质量较好，但因需要电极片耗材，且信号特征易随电极片吸附力变差而变化，故在佩戴式装备中较少使用。针对这些不足，干电极应运而生，常见的干电极有金、铂、银等贵金属制造的条形电极、碳电极和AgCl电极等，使用方便。
现有商品化的表面肌电信号采集设备，如Biometrics和DELSYS等，使用时需要用双面胶将电极粘在手臂上，因其主要针对通用用途，电极采用分列式，故在实验准备时比较费时。另外，Biometrics和MEGA的主流表面肌电采集设备都采用有线的方式，使用者手臂上要佩戴很多带有长线的电极，为防止信号线抖动带来额外的信号干扰，不便做大幅度的手臂动作，且限制了使用者的移动。因此采用通用的肌电产品化设备，无法实现便捷的肌电信号采集。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种便捷的佩戴式表面肌电信号采集装置。
发明内容
为了解决现有表面肌电信号采集装置存在的问题，本发明提供了佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环，具有便于佩戴、微型化、信号质量高且稳定、成本低的特点。
本发明提供了一种佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环，包括信号调理模块、信号处理模块、电源模块和臂环模块，其中信号调理模块通过柔性电路板线，即FPC线与信号处理模块相连接，信号调理模块、信号处理模块和电源模块安装集成在臂环模块上；信号调理模块用于采集、处理表面肌电信号，并将处理后的信号传送给信号处理模块；信号处理模块对信号调理模块传送来的信号进行处理，并传输到信号的接收端；电源模块为信号调理模块和信号处理模块供电。
进一步地，信号调理模块能够同时采集多个通道不同手臂位置的表面肌电信号，对采集到的表面肌电信号进行放大和滤波处理，并将处理后的信号传送给信号处理模块。
进一步地，信号调理模块通过镀金铜电极同时采集多个通道不同手臂位置的表面肌电信号。
进一步地，信号处理模块对信号调理模块传送来的信号进行模数转换，并将转换后的数字信号通过无线通信传输到接收端。
进一步地，信号处理模块包含单片机MCU、AD芯片和蓝牙芯片，其中AD芯片对信号调理模块传送来的信号进行模数转换，再通过蓝牙芯片将转换后的数字信号通信到信号的接收端，整个过程由单片机MCU控制。
进一步地，电源模块为锂电池。
进一步地，电源模块为小体积的锂电池。
进一步地，臂环模块为多个塑料壳通过弹性材料连接而成的圆环，能够佩戴在手臂上。
进一步地，信号调理模块安装在臂环模块的塑料壳内。
本发明提供的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环，将信号处理模块、信号调理模块和电源模块同时集成在臂环模块上，形成了一个整体，具有佩戴更加方便和微型化的优点，使用者可以在通信范围内随意走动，并且可以做较大幅度的动作。本发明提供的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环采用镀金铜作为表面肌电信号采集电极，提高了电极与皮肤的接触面积和接触稳定性，很大程度上提升了信号质量和系统的稳定性，并且镀金铜电极抗腐蚀性能较好，能够多次重复使用，使系统的使用寿命更长。使用本发明提供的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环时，使用者本人即可完成表面肌电信号采集装置的佩戴，无需其他人的帮助，且佩戴迅速，大大节省了实验准备时间。本发明提供的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环相比于国内外同类设备，成本更加低廉。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例中的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环的模块示意图。
图2为本发明的较佳实施例中的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环的结构示意图。
图3为图2中的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环的结构展开示意图。
图4为图2中的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环的镀金铜电极布局示意图。
在附图中，1为FPC线、2为信号处理模块、3为电源线、4为电源模块、5为信号调理模块、6为臂环模块、7为臂环模块塑料壳、8为镀金铜电极、9为正电极、10为负电极、11为参考电极。
具体实施方式
以下结合附图对本发明较佳实施例的技术方案作进一步描述。
如图1和图2所示，本发明较佳实施例中，佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环包括信号调理模块5、信号处理模块2、电源模块4和臂环模块6，其中信号调理模块5通过FPC线1与信号处理模块2相连接，在本实施例中有8个信号调理模块，每个信号调理模块连接FPC线，通过FPC线连接信号处理模块上的相应FPC座。信号处理模块2和电源模块4安装集成在臂环模块6上。电源模块4为小体积锂电池，通过电源线3为信号处理模块2和信号调理模块5供电。佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环共有八根FPC线1穿过臂环模块6，其中每根FPC线1的一端与信号调理模块5相连接，另一端与信号处理模块2相连接。
信号处理模块2包含单片机MCU、AD芯片和蓝牙芯片，其中AD芯片将由信号调理模块5传送的八通道的模拟信号转换成数字信号，再通过蓝牙芯片将转换后的数字信号通信到接收端（PC等），通信距离可达十米，整个过程由单片机MCU控制。
如图2和图3所示，信号调理模块5安装在臂环模块塑料壳7内，能够通过镀金铜电极8同时采集八个通道不同手臂位置的表面肌电信号，并对采集到的表面肌电信号进行放大和滤波处理。信号调理模块5采用差分放大的方式对镀金铜电极8采集的表面肌电信号进行放大，每个信号调理模块5具有三个镀金铜电极8，镀金铜电极8的布局如图4所示。信号调理模块5具有带通滤波的功能，在本发明的一个较佳实施例中，根据表面肌电信号的特征，设置其下限截止频率为10～20Hz，上限截止频率为450～500Hz。电极长度为12mm，宽度5mm，相邻正负电极的间距为10mm。
臂环模块6为多个臂环模块塑料壳7通过弹性材料两两相连而成的圆环，能够佩戴在手臂上，适应不同前臂粗细的使用者。用弹性材料，如橡皮筋等，连接图3所示臂环模块6两端的臂环模块塑料壳7即可形成图2所示的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环。
使用该佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环时，需要对佩戴位置用酒精棉稍做清洁，然后将该臂环直接套在手臂上。由于该臂环具有一定弹性，所以能保证镀金铜电极8与皮肤有良好的接触。打开信号处理模块2的开关，采集到的表面肌电信号即能发送到与该臂环蓝牙芯片配对的接收端。
本发明所述技术方案的实施方式，具有佩戴更加简单方便和微型化的优点，使用者可以在通信范围内随意走动，并且可以做较大幅度的动作；很大程度上提升了信号质量和系统的稳定性；能够多次重复使用，使用寿命更长；更加节省佩戴时间；相比于国内外同类设备，开发成本更加低廉。在该实施方式中的其他好处和优点对于受本发明教导的本领域技术人员是显而易见的。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环，其特征在于，包括信号调理模块、信号处理模块、电源模块和臂环模块，其中信号调理模块通过柔性电路板线，即FPC线与信号处理模块相连接，信号调理模块、信号处理模块和电源模块安装集成在臂环模块上；信号调理模块用于采集、处理表面肌电信号，并将处理后的信号传送给信号处理模块；信号处理模块对信号调理模块传送来的信号进行处理，并传输到信号的接收端；电源模块为信号调理模块和信号处理模块供电，所述臂环模块为多个塑料壳通过弹性材料连接而成的圆环，能够佩戴在手臂上，所述FPC线穿过臂环模块，所述FPC线一端与所述信号调理模块相连接，另一端与所述信号处理模块相连接，相邻的所述信号调理模块上下颠倒设置。
2.如权利要求1所述的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环，其特征在于，信号调理模块能够同时采集多个通道不同手臂位置的表面肌电信号，对采集到的表面肌电信号进行放大和滤波处理，并将处理后的信号传送给信号处理模块。
3.如权利要求1或2所述的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环，其特征在于，信号调理模块通过镀金铜电极同时采集多个通道不同手臂位置的表面肌电信号。
4.如权利要求1所述的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环，其特征在于，信号处理模块对信号调理模块传送来的信号进行模数转换，并将转换后的数字信号通过无线通信传输到接收端。
5.如权利要求1或4所述的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环，其特征在于，信号处理模块包含单片机MCU、AD芯片和蓝牙芯片，其中AD芯片对信号调理模块传送来的信号进行模数转换，再通过蓝牙芯片将转换后的数字信号通信到信号的接收端，整个过程由单片机MCU控制。
6.如权利要求1所述的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环，其特征在于，电源模块为锂电池。
7.如权利要求1所述的佩戴式多通道表面肌电信号采集臂环，其特征在于，信号调理模块安装在臂环模块的塑料壳内。
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