CN103393420B - 一种高密度有源柔性电极阵列及其信号调理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高密度有源柔性电极阵列及其信号调理电路，包括高密度有源柔性电极阵列及其放大滤波电路，其中电极阵列采集每个电极对应皮肤位置表面电位，并通过安置在柔性板上的运算放大器或仪用放大器进行阻抗变换或第一级放大。运算放大器对每一通道电极做阻抗变换，然后再通过后级仪用放大器对两两相邻信号之间差值进行放大和滤波。仪用放大器直接进行第一级放大，对两两相邻电极对之间的差值直接进行放大处理。信号调理电路对所述电极阵列输出的多路表面肌电信号进行放大、滤波处理，输出具有一定带宽且便于A/D(模数转换)的多路表面肌电信号。本发明能够获取人体皮肤表面电位，即使在不平坦区域亦能获取高质量、低噪声的多路表面肌电信号。

Description

一种高密度有源柔性电极阵列及其信号调理电路

技术领域

本发明涉及一种医疗诊断和科学研制装置，尤其涉及一种表面肌电信号分解的高密度柔性电极板及其相关的放大滤波部分。

背景技术

肌电图（Electromyogram,EMG）是应用电子学仪器记录肌肉静止或收缩时的电活动，及应用电刺激检查神经、肌肉兴奋及传导功能的方法。利用肌电图装置可对由肌肉产生的电位进行测量和记录，从而获得描绘肌肉电活动的肌电图。

与传统的针电极EMG相比，表面肌电图（Surface Electromyogram,sEMG）具有无痛苦，无损伤，不会导致感染等优点。传统的sEMG，在每个肌肉对应的皮肤位置使用一对电极对，测量包含了不同肌肉的肌肉活动信息，主要用于运动研究。现有技术提出一种运用阵列式电极实现具有空间滤波特性的方法采集表面肌电信号，从而获取具有更好肌肉运动单位分辨率能力的表面肌电信号。

根据空间奈奎斯特采样定律，如果电极间距足够短，电极上瞬间电位的拾取可视为包含了可正确重建电位分布的全部信号的采集。HD-sEMG（High-density surface EMG）就是基于上述理论，提出的一种在皮肤表面区域通过多个（>2）紧密间隔的电极测量肌肉电活动的非侵入式技术。除了时域活动信息外，HD-sEMG允许记录空间EMG活动信息，这使得检测新的肌肉特性成为可能。特别在肌纤维传导速度（muscle fiber conduction velocity,MFCV)测量和单运动单元(single motor unit，MU)特性评估方面。此外，HD-sEMG可用于提取单个运动单元的信息，使用HD-sEMG在MFCV上可获取肌纤维水平级别的信息。

现有sEMG采集多使用单/双差分结构肌电电极传感器，主要用于运动监测、动作识别、康复训练等，而基于电极阵列的sEMG传感器可同时记录时域和空间域的信息，多用于表面肌电信号分解，现有研究表明，基于电极阵列的sEMG信号可初步用于临床诊断应用。

在电极专利方面，有Delsys的单/双差分电极传感器，用于表面肌电分解的多点差分电极传感器，上述sEMG传感器都为有源形式，有线或无线传输可选，但上述sEMG传感器都是基于硬质材料制作，电极间隔较大，形状多为条状，材料多为银条。在电极阵列的实现中，有基于硬性材料和柔性材料制作的阵列结构之分，现有的基于硬质板制作的有源电极阵列，其电极间距较大，且不适用于表面弯曲和不平坦部位的sEMG信号采集，如赵章琰发明的间隔1cm的有源电极阵列；而基于柔性材料设计的电极阵列中，如Paraspinal Diagnostic Corp发明的电极阵列和Corp Philip C发明用于无创神经定位和成像的电极阵列，其电极间距可选，但都为无源柔性电极阵列，与人体皮肤接触的电极部分到信号处理模块间的走线长度会影响最终的信号质量，同时易引入工频干扰等。

在人体生物电信号采集方面，其主要干扰来源是运动伪迹和工频干扰，运动伪迹主要来源于人体皮肤表面位置与采集人体皮肤表面电位的电极之间的相对移动，工频干扰主要由高阻抗的传感器即电极与具有高输入电阻的放大器之间的连接线以及电极与皮肤之间的接触不良所引入。现有技术中，采用柔性材料制作的柔性电极阵列可制作出任意所需形状和尺寸，因其具有可挠性，柔性电极可用于不平坦的皮肤部位，经特殊处理后，可实现与皮肤接触良好接触，对于通过电缆与放大电路连接的高密度柔性电极阵列，在实际应用中经电缆传输的高阻抗表面肌电信号易受到空间电磁场和工频交流电的干扰，从而影响最终获取的表面肌电信号的质量。而基于硬质板的有源电极阵列，电极间距大多在10mm之上，未能完整拾取浅层肌肉所产生的表面肌电信号，不仅不利于肌电分解，在不平坦区域测量时，还会带来电极-皮肤接触问题，从而影响最终的信号质量及信号的测量精度。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术存在的问题，提出一种能够进一步提高表面肌电信号分解精度，增强不平坦区域电极接触的高密度有源柔性电极阵列板及其后续信号调理电路。

本发明主要包括：

与人体皮肤接触以进行测量的高密度柔性电极阵列部分，板上直接集成了用于阻抗变换或第一级信号差分放大的前置放大电路，用于输出具有低输出阻抗和具有第一级放大的表面肌电信号。所述电极阵列采集每个电极对应皮肤表面电位，所述阻抗变换采用具有高输入阻抗低输出阻抗的运算放大器，分别对每一个电极采集到的表面肌电信号进行缓冲处理，所述前置放大电路采用3运放构成的仪用放大器对相邻电极直接进行差分放大。通过有源变换处理，可减小工频干扰，提高信号质量。与所述高密度有源柔性电极板输出端连接的信号调理板，所述信号调理板分别有对所述每一通道低阻抗表面肌电信号进行第一放大和滤波电路，以获取多个具有一级放大倍数的表面肌电信号，以及为便于数据采集和减小带外噪声的第二级放大和滤波电路，输出便于表面肌电信号采集处理的多路表面肌电信号。

根据本发明实施例，所述高密度有源柔性电极阵列板的每个电极采集对应皮肤位置的电位，为方便在后续信号处理中实现多种空间滤波效果,如纵向单/双差分（LSD/LDD）、横向单/双差分（TSD/TDD）、双向双差分（NDD），所述实施例电极阵列采用纵横排布方式，通过对采集到的信号进行软件上的加减处理即可实现各种差分结构。根据所采集的人体表面肌肉大小和分布，所述电极阵列有8、16或32通道可选，通过组合方式，可实现128通道肌电信号的同步采集。

根据本发明实施例，所述电极阵列使用可挠性变形柔性材料如聚酰亚胺制作基板，所述电极阵列每个电极位置对应一个运算放大器，电极与运算放大器同相端连接，运放反相输入端与输出端短接，构成电压缓冲器。

根据本发明的进一步实施例，所述高密度有源柔性电极板为双层柔性版，所述双层柔性版的顶层焊接有所述缓冲器，电源线与信号线均在顶层布线，尽量减少从底层布线的走线。底层分布有与人体皮肤接触的电极阵列，电极阵列输出通过顶层的fpc连接口引出。对于多层FPC板，可在中间层放置走线，走线和放大器安置在顶层。

根据本发明的进一步实施例，所述铜盘电极表面镀金，厚度为2.035um；根据本发明的进一步实施例，在所述电极阵列镀金铜盘电极上连接半球状或球形银珠，所述银珠的直径与铜盘电极大小相同或略小于铜盘电极直径。

根据本发明的进一步实施例，增大电极间间距，在电极阵列中两两纵横相邻的电极对应一个仪用放大器，可直接实现信号的差分放大和高通滤波，所述高通滤波单元通过在仪用放大器的增益电阻处连接串联的电阻电容实现，所述仪用放大器的两个输入端分别连接两两相邻的电极。所述仪用放大器采用具有低输入电流噪声的8脚msop封装的集成芯片。

根据本发明进一步的实施例，所述信号调理电路板依据所述高密度有源柔性电极板有两种实施方案：

方案一，对应电极阵列板为所述电极部分每一通道对应一个运算放大器输出具有低阻抗表面肌电信号的高密度有源柔性电极阵列，所述信号调理电路具有第一级放大滤波和第二级放大滤波电路。所述第一放大滤波包括仪用放大器、高通滤波和一阶低通滤波单元，所述高通滤波单元两端连接到所述仪用放大器的增益调节端，所述高通滤波单元包括串联的电阻和电容，所述仪用放大器为具有低输入电压噪声的msop8封装的集成芯片，所述低通滤波单元采用串联的电阻和电阻，其中电阻一端与仪用放大器输出端相连，电容一端与信号地短接，串联的电阻电容连接处输出滤波后的信号。

方案二，对应所述电极阵列板为所述电极部分采用两两纵横相邻电极对应一路仪用放大器，输出具有一级放大和高通滤波的表面肌电信号的高密度有源柔性电极阵列，因此所述信号调理板具有第二级滤波放大电路。

根据本发明的进一步实施例，所述第二级放大滤波电路包括第一电阻、第一电容、第二电阻、第二电容以及轨到轨运算放大器，所述运算放大器同相端接地，第一电阻和第一电容串接，第一电阻另一端接第一级放大滤波的输出端，第一电容另一端与运放反相端相接，第二电容跨接第一电阻与第一电容连接处和运放输出端，第二电阻跨接运放反相输入端与输出端。

根据本发明的进一步实施例，所述信号调理板为多层印刷电路板，所述多层印刷板顶层焊接有所述差分放大和滤波单元以及与高密度电极阵列板连接的FPC连接器，此外，所述多层板顶层设置有为所述运放单元供电的稳压模块和信号输出插接件接口，所述多层板中间层设有为所述差分供电的电源走线和信号输出走线，所述多层板每一层均铺有公共地，并通过通孔连接。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）通过在可挠性材料上安置电极，可在不平坦皮肤表面实现良好的皮肤电极接触，采用高密度的电极阵列形式，满足空间奈奎斯特采样定律，可拾取皮肤表面肌肉产生的全部信息，利于更好的获取肌纤维水平级别的信息，通过将运算放大器集成于柔性高密度电极阵列板，实现有源电极阵列，从而避免高阻抗表面肌电信号因空间电磁场和工频交流电引入大量噪声，通过在电极上安置银珠的方法，可进一步增强皮肤电极接触，从而可从皮肤表面，即使在不平坦区域和动作幅度较大的肌肉位置处获取高质量、低噪声、低运动伪迹的多路表面肌电信号。

（2）本发明能够获取人体皮肤表面电位，即使在不平坦区域亦能获取高质量、低噪声的多路表面肌电信号。本发明在前端柔性电极处采用有源方式，将人体表面肌电信号转化为具有低阻抗的肌电信号，通过电极表面镀金等方法增强接触电阻的稳定度，通过在电极处安置直径等同于(或略小于)铜盘电极直径的银珠的方法增强皮肤电极接触，同时降低接触电阻，提高了采集到的表面肌电信号的质量。

附图说明

图1为高密度有源柔性电极阵列及其信号调理模块的整体示意图；

图2为几种适用于高密度电极阵列的电极差分结构排布示意图，其中a为单分结构，b为双差分结构，c为NDD结构；

图3为本发明实施例1高密度有源柔性电极横截面视图；

图4为本发明实施例2高密度有源柔性电极横截面视图；

图5为本发明实施例高密度柔性电极整体俯视图；

图6为本发明实施例方案一的高密度柔性电极阵列示意图；

图7为本发明实施例方案二的高密度柔性电极阵列示意图；

图8为本发明柔性电极阵列实施例方案一对应运放构成电压缓冲器的电路结构图；

图9a为本发明柔性电极阵列实施例方案二对应仪用放大器构成第一级差分放大的电路整体结构图；

图9b为本发明第一级放大和滤波的电路整体结构图；

图10为本发明第二放大和带通滤波电路结构图；

图11为本发明实施例电源稳压模块示意图；

图12为本发明实施例采集到的表面肌电信号整体波形图；

图13为本发明实施例采集到的表面肌电信号局部活动段波形图。

具体实施方式

本发明一种高密度有源柔性电极阵列及其信号调理电路，包括高密度有源柔性电极阵列及其放大滤波电路板，其中电极阵列采集每个电极对应皮肤位置表面电位，并通过安置在柔性板上的运算放大器或仪用放大器进行阻抗变换或第一级放大。运算放大器对每一通道电极做阻抗变换，然后再通过后级仪用放大器对两两相邻信号之间差值进行放大和滤波。仪用放大器直接对两两相邻电极对之间的差值直接进行放大处理。

有源电极输出具有低内阻的表面肌电信号，在通过后续放大和滤波电路得到多路具有更高放大倍数以便于数据采集的表面肌电信号。整个高密度有源柔性电极阵列的电极差分结构通过特定的排列方式实现，数据采集装置采集调理后的表面肌电信号并转换为对应的数字信号后可方便软件处理上对表面肌电信号进行空间滤波处理，进而进一步提高信号质量。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所述参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。如图1所示，本发明所述一种高密度有源柔性电极阵列及其信号调理装置，所述装置包括：

高密度有源电极阵列30，用于采集多路表面肌电信号，电极阵列33由4*6纵横排列的电极34组成，每一电极采集对应皮肤表面电位，电极采集到的信号经阻抗变换后通过14与信号调理板16连接。

信号调理电路16，对所述电极阵列采集到的多路表面肌电信号进行放大和滤波，通过FPC扁平电缆连接器15连接柔性电极阵列输出，经信号调理之后由双排插针17输出具有一定带宽且便于A/D转换的表面肌电信号，可通过数据采集装置对信号进行A/D转换并输出。

高密度有源电极阵列30,在以聚酰亚胺为柔性材质的电极板上排布有以纵横形式排列的电极阵列，并在电极阵列对应位置处安置与电极一一对应的运算放大器，或安置对应相邻电极差分的仪用放大器。其中，电极阵列用于采集每个电极对应皮肤位置的电位，运算放大器用于对所采集到的每一通道表面肌电信号进行阻抗变换，用以输出具有低阻抗的表面肌电信号，仪用放大器对相邻电极进行差分放大。高密度有源电极阵列板电极的描述将在下文中详细给出。

信号调理电路16通过FPC扁平电缆连接器15与所述电极阵列相连，信号调理板包括第一放大和滤波电路，第二放大滤波电路以及电源稳压电路。其中，第一放大滤波电路用于对电极阵列板30输出的多路低阻抗表面肌电信号进行一级放大和高通滤波，以获取所需带宽且具有一级放大的多路表面肌电信号；第二放大滤波电路用于对所述具有一级放大的多路表面肌电信号进行第二级放大和滤波，输出便于A/D转换的多路表面肌电信号。电源稳压电路用于对供电电源进行稳压处理，为信号调理板和高密度有源电极阵列提供所需正负电源。A/D转换与数据采集装置可通过电缆与信号调理板的输出端17连接，对所述具有第二级放大的多路表面肌电信号进行A/D转换。

如图2所示，为几种适于高密度电极阵列的电极差分结构图示，差分结构不同具有不同的空间滤波效果，且随着差分结构与肌纤维方向的不同，其采集肌电信号的幅值效果亦有差异，图2所述差分形式包括单差分、双差分、常规差分NDD，根据肌纤维方向，单差分又分为横向差分(TSD)、纵向差分(LSD)，双向差分又分为横向双差分(TDD)、纵向双差分(LDD)。易知，NDD具有旋转不变形，NDD方式采集的肌电信号对肌纤维方向不敏感，因此被广泛使用。在本发明的实施例中，采用单差分形式采集表面肌电信号，但通过纵横排列的电极阵列，易于在后续信号处理中实现多种差分结构形式。

如图3所示，为本发明的电极阵列板对应电极横截面剖图，电极阵列板由2层柔性版组成，柔性板采用聚酰亚胺材料，厚度为0.15mm，除柔性版底层铜盘电极、顶层元件安放位置和焊盘外，其它部分表面都附有绝缘材料。

图3中，22为由聚酰亚胺材料构建的柔性版基质，在对应电极位置处对应的圆形铜盘24做电极使用，除电极外，底层其他与柔性基质22相连材料为绝缘材料用于隔离与皮肤的接触。铜盘电极24上通过特殊工艺制作镀金或银或其他所需材料，用于稳定电极皮肤接触阻抗，最终在铜盘电极之上形成一层厚度约2.035um的金层21。

如图4所示，为本发明电极阵列实施例2对应电极横截面剖图，为进一步增强皮肤-电极接触，减小接触阻抗，在镀金电极之上连接半圆形或圆形银珠20，银珠20直径与铜盘电极相同或略小于铜盘直径，增加的突出部分能使电极皮肤接触更加紧密，同时球状表面增加了电极-皮肤接触面积，进一步减小了接触阻抗。

根据本发明的进一步实施例，柔性版的顶层安置了与电极相连的运算放大器以及所需的元器件，其中，27为顶层安置的运算放大器和相关元件，运算放大器27焊接在镀金焊盘26上，电极阵列板布线通过在顶层的走线28实现运算放大器的供电和信号输出，顶层运放和底层电极之间通过过孔23相连，完成表面肌电信号的输出与阻抗变换，并最终输出低阻抗表面肌电信号。

如图5所示，为柔性电极板整体俯视图，整个高密度有源柔性电极阵列板形如30所示。其中，有源电极34剖面形如图3所示，铜盘电极直径为2.5mm，纵横相邻电极间距为5mm，多个纵横排列的有源电极34组成点阵排列方式的电极阵列33，电极阵列33通过阻抗变换输出低阻抗的表面肌电信号，由于采用有源电极形式，其供电电源和输出信号皆通过顶层走线36与位于顶层的FPC接口35相连，FPC接口35为间距1mm、厚度0.25mm的输出信号接口阵列。其次，为更方便的固定柔性电极板，在柔性电极阵列33的四角处引出一定长度的柔性材料构成31，通过31可方便固定有源电极阵列与皮肤的相对位置，减小电极脱落概率，根据测量区域的不同，31可设置为与图示不同长度、不同形状以及与电极阵列呈不同夹角的柔性材料固定臂。在35的底层分别对应有2个铜盘电极32，铜盘电极32表面镀金凸出可与皮肤接触，同时铜盘电极32与柔性电极板的地电位相连，在人体皮肤表面可作为参考信号使用。

如图6所示，为本发明高密度有源电极阵列实施例一。如图6所示，电极阵列在底层按4列6行形式排布了纵横相邻的铜盘电极，每个铜盘电极直径大小为2.5mm，两纵横相邻电极间距为5mm，电极阵列在柔性板所占面积为17.5mm*37.5mm，所述电极阵列的每个电极采集对应皮肤表面的肌电信号，每个电极对应一个运算放大器作阻抗变换，输出低阻抗的表面肌电信号。所述电极阵列可组成纵横32个差分对，并可通过软件处理方法实现双差分以及NDD差分结构。

如图7所示，为本发明高密度有源电极阵列实施例二，所示电极阵列的每个电极采集对应皮肤表面的肌电信号，每两两纵横相邻电极对应一个仪用放大器和高通滤波单元，输出具有一级放大滤波的表面肌电信号。

如图8所示，为高密度有源柔性电极阵列中电极对应的运算放大器的原理电路，如图所示，eleIN输入端对应的电极输入点，eleOUT端接第一级放大滤波电路。因为电极间距在28mm之间，实现高密度阵列式有源电极对应运算放大器需采用小尺寸封装的集成芯片。由于电极采集的表面肌电信号比较微弱，为减小运放本身固有噪声对原始表面肌电信号造成影响，运算放大器需具有极低输入噪声，低漂移，低失调电流特性，尤其当电极与皮肤接触时，具有较大的接触电阻，为减小输入电流噪声的影响，应选择具有极小输入电流噪声特性的运算放大器。同时，由于前端运放与人体接触可能性较大，需采用具有较高静电放电承受能力的芯片，考虑接触时人体安全如发热等问题，应选择具有极低功耗的运算放大器。

本发明实施例中，采用具有上述特性的运放实现高密度有源柔性电极的阻抗变换，如TI公司的OPA376，具有sc70-5封装形式，极低噪声输入等特性，其输入电压噪声在0.1Hz到10Hz范围内为0.8uVpp，1kHz范围内电压噪声密度为,输入电流噪声密度为，能很好的实现阻抗变换，输出具有低阻抗的表面肌电信号，同时OPA376具有极低的功耗，阵列模式下的无需提供较大电流，亦不会产生发热现象。

根据本发明的进一步实施例，因表面皮肤动作电位极性有正有负，OPA376供电电压选择正负2.5V供电，通过柔性版上下两层之间的过孔连接运放同相输入端和柔性版底层对应电极，将运放的反相输入端与输出端短接，组成电压缓冲器，运放的高输入阻抗和低输出阻抗可极大的拾取表面肌电信号并输出具有低阻抗的表面肌电信号，进而减小因连接电缆而引入的工频干扰。

如图9a所示，为高密度有源柔性电极输出后第一级放大滤波电路，用以实现表面肌电信号的第一级放大和一阶高通滤波，其中，由3个运算放大器构成的仪用放大器91，对两输入端92输入的信号进行差分放大，并对其输入的共模信号具有抑制作用，两输入端92连接高密度有源柔性电极阵列板的输出端中纵横相邻电极的输出引脚，图中Rg和串联电容Cg构成增益电阻90，差分输出93连接后级信号调理电路的输入端。本实施例中使用TI工具提供的具有高共模抑制比的仪用放大器AD8220/AD8221，其共模抑制比均在96dB以上，其差分电压增益为：

$\mathrm{Gain}=1+\frac{49.9\mathrm{k\Ω}}{R_g}$

通过在增益电阻处串联电阻电容可实现电压增益为：

$\mathrm{Gain}=1+\frac{49.9\mathrm{k\Ω}}{R_g+\frac{1}{\mathrm{jwc}}}$

具有高通滤波效果，本发明实施例采用精度为1%的1.6KΩ电阻和4.7uF陶瓷电容实现转角频率在20Hz处的一阶高通滤波，具有直流增益为1，交流增益约为30倍的高通滤波，输出端93包含很少的直流成分，一级放大和高通滤波最终电路效果如图9b所示，其输出端93与仪用放大器输出引脚之间的电容电阻构成一阶低通滤波模块101，转角频率为1000Hz。

如图10所示，为本发明实施例中信号调理板上第二级放大滤波电路，采用电容电阻和运放组成多重反馈带通滤波器，易实现较高的增益，因多重反馈滤波器对电容、电阻值具有较低的灵敏度，故其输出信号受电阻电容精度的影响较小，适合后续处理中对多路信号组合处理，通过软件实现不同的空间滤波器结构。

本发明实施例中，因前端表面肌电信号有约30倍的放大，故此时选取运放对电压电流噪声的要求不高，但为防止因不同力度和肌肉发放导致不同肌电信号峰值，应采用具有轨到轨输入输出的运算放大器。在本发明实施例中，采用TI公司的LMP2022芯片，LMP2022是零漂移、低噪声、内部集成两路运放的集成运算放大器，CMRR达到139dB，PSRR达到130dB，同时，采用LMP2022可减小芯片所占尺寸，进而整体减小信号调理板尺寸，采用R1、R2、C6、C7和LMP2022中的一个运放构成一个二阶带通滤波器，其中C6取值220nF，C7取值150nF，R1阻值30KΩ，R2阻值1MΩ，实现带宽为20-1000Hz的带通滤波器，放大增益约31倍。

在本发明实施例中，为进一步的减小电源波动对有用信号的干扰，实施例中采用电源稳压芯片为信号调理板和所述高密度有源柔性电极板提供稳定的正负电源。

如图11所示，为信号调理板稳压电路模块原理图，稳压模块采用具有高电源抑制比（PSRR）的线性稳压源，能提供更纯净的电源电压，本实施例中线性稳压源提供正负2.5V电压，如TI公司的TPS72325可提供200mA的-2.5V稳压输出、TPS73225可提供250mA的2.5V稳压输出，输入输出端采用合适的电容可进一步减小输出纹波。

至此，由高密度有源柔性电极阵列输出的表面肌电信号经过30*31，约930倍的放大，滤波后带宽范围为20-1000Hz，输出信号便于数据采集装置采集输出。

如图12所示，为高密度有源柔性电极板所采集到的表面肌电信号。其测试方法如下，对高密度有源电极阵列板，为保证其与皮肤表面的良好接触，采用双面胶，通过在双面胶对应位置处打孔，满足高密度柔性电极阵列的排布方式，通过添加导电膏的方式增强接触减小接触电阻。采集设备采用NI采集卡，采样率为2000Hz、采样位数16位，满幅度量程为正负5V，所述NI采集卡可同时采集32通道模拟信号，通过内部的A/D转换器输出具有一定格式的数字信号。

如图13所示，为高密度有源柔性电极板采集肱桡肌处表面肌电信号的局部视图，为图12中第二个活动段截取部分的放大图。对于表面肌电信号（sEMG），MUAP时长（运动单元动作电位时长）是肌电信号偏离基线（基线：肌肉放松时输出信号大小，如图12中波形平坦区域）到恢复至基线所用的时间，一般而言，MUAP时长越短，表面肌电信号越容易分解，因此，MUAP时长是表面肌电信号的重要指标之一。由图13可知，活动段sEMG峰峰值之间具有较高的分辨能力，MUAP清晰，利于进行表面肌电信号分解工作。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.高密度有源柔性电极阵列，其特征在于包括：

采用柔性材料作为基板的电极阵列板；

在所述电极阵列板底板上放置的间距2-8mm的高密度电极阵列，用于采集多路表面肌电信号；所述高密度有源电极阵列由多个纵横排列的电极组成，其中电极阵列采集每个电极对应皮肤位置表面电位，并通过安置在柔性板上的运算放大器或仪用放大器进行阻抗变换或第一级放大，运算放大器对每一通道电极做阻抗变换，然后再通过后级仪用放大器对两两相邻信号之间差值进行放大和滤波；采集的所述信号经阻抗变换后输出具有低阻抗的表面肌电信号；

2.根据权利要求1所述的高密度有源柔性电极阵列，其特征在于：所述阻抗变换电路采用运算放大器实现，所述运算放大器针对每一个电极通道形成电压缓冲器，分别对每一个铜盘电极采集到的表面肌电信号进行缓冲预处理，输出具有低阻抗的表面肌电信号，同时减小工频干扰，提高了信号质量。

3.根据权利要求2所述的高密度有源柔性电极阵列，其特征在于：所述电极与运算放大器同相端连接，运算放大器反相输入端与输出端短接，构成电压缓冲器。

4.根据权利要求1所述的高密度有源柔性电极阵列，其特征在于：采用由3个运算放大器构成的仪用放大器对纵横相邻的2个铜盘电极通道直接差分放大，实现具有第一级放大输出的表面肌电信号；所述仪用放大器对纵横相邻电极直接进行差分放大时，对应每一仪用放大器的增益电阻，通过串联一个电阻、一个电容实现简单的一阶高通滤波。

5.根据权利要求1所述的高密度有源柔性电极阵列，其特征在于：所述电极阵列的排布方式满足NDD(正常差分或双向双差分)、LSD(纵向单差分)、TSD(横向单差分)、LDD(纵向双差分)或TDD(横向双差分)方式。

6.根据权利要求1所述的高密度有源柔性电极阵列，其特征在于：所述电极个数8、16或32通道可选，其中所述电极部分其间距和尺寸根据测量目标区域来可重新设定。

7.根据权利要求1所述的高密度有源柔性电极阵列，其特征在于：所述电极形状为圆形或圆角矩形；所述柔性材料的基板能够设置不同的形状，以适应不同测量区域的变化。

8.根据权利要求1所述的高密度有源柔性电极阵列，其特征在于：所述电极阵列中在每个电极表面通过镀金增强与皮肤接触的稳定度。

9.根据权利要求1所述的高密度有源柔性电极阵列，其特征在于：在所述电极阵列中，每个电极中放置与铜盘相同直径或略小于铜盘电极直径的银珠，加强电极与皮肤接触，减小接触阻抗，确保高的基线稳定度和低的信号噪声水平。

10.高密度有源柔性电极信号调理电路，其特征在于：

所述信号调理电路包括信号放大和信号滤波电路，包括第一级放大滤波电路、第二级放大滤波电路，所述第一级放大电路由仪用放大器构成，其增益电阻端通过串联一个电阻和一个电容构成具有一定增益的高通滤波电路，仪用放大器的输出端通过一个电阻R和一个电容C构成RC低通滤波器；第二级放大滤波电路采用输入输出电压略小于电源电压的轨到轨运算放大器加两对电阻电容构成多重反馈形式的2阶有源带通滤波器，其中第一电阻和第一电容通过串联的形式与运放的反相输出端相连，第一电阻的另一端接滤波后的差分输出信号，第一电容的另一端接运放的反相端，第二电阻桥接在运放反相端和运放输出端之间，第二电容桥接在第一电容与第一电阻的连接处和运放输出端之间；信号调理电路对所述高密度有源柔性电极阵列板采集到的多路表面肌电信号进行放大和滤波处理，经信号调理之后由双排插针输出具有一定带宽且便于A/D转换的表面肌电信号，通过数据采集装置对信号进行A/D转换并输出。