CN109464144A - 一种手持肌电采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医疗技术领域，具体公开一种手持肌电采集装置，微处理器接收到操作部件采集肌电指令时，前置放大模块提取人体肌电信号，同时参考端模块提取人体肌电信号中的共模干扰信号，以负反馈输出抵消前置放大模块共模干扰，再将肌电信号依次传递至带通滤波模块和工频滤波模块，肌电信号经带通滤波模块和工频滤波模块滤波后传递至后级放大模块，AD转换模块对后级放大模块放大后的肌电信号采用后传递至微处理器分析以确定肌电值，并通过显示部件显示结果。本发明通过将参考电极内置于装置的手持处，使用时人体直接与参考电极相接触，以此用户无需连线和确认电极粘贴位置，既提高了测量准确性，简化连接和操作步骤，节约装置表面耗材。
Description
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，具体公开了一种手持肌电采集装置。
背景技术
表面肌电信号 (surface electromyography，SEMG) 是肌肉收缩时伴随的电信号，是在体表无创检测肌肉活动的重要方法。表面肌电信号是由肌肉兴奋时所募集的运动单位产生的一个个动作电位序列(Motor Unit Action Potential Trains, MUAPT)在皮肤表面叠加而成，是一种非平稳的微弱信号。通过提取和研究表面肌电信号，可以有效识别人体运动动作、诊断肌肉病症以及指导康复医疗等，广泛应用于疾病诊断、康复医学、运动育等领域。
我们处于一个无处不在的电场（50Hz工频共模干扰）之中，人体本身变成一个大的电容，体表本身就有一定的电势，在测量表面肌电信号时，为了排除非人体自主产生的电压，这需要一个基准电压，这个电压就是参考电压，必须由参考电极提供，参考电极可以摆放在体表的骨性标志上或不参加测试运动的肌肉的肌腱处，关键是在测试中参考电极不能采集到自主运动的电信号。在常规应用中，特别是在家庭应用中，使用者常常不知道参考电极如何连接或连接错误，导致肌电信号测量不准确。
因此，需要一种能解决上述问题的装置。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种手持肌电采集装置。
为实现上述目的，本发明采用如下方案。
一种手持肌电采集装置，包括外壳，两个采集电极和参考电极；所述参考电极内置于外壳的手持处；所述外壳设有显示部件和操作部件，所述外壳内设有电控板，电控板分别与显示部件和操作部件电性连接；所述电控板包括前置放大模块，参考端模块，带通滤波模块，工频滤波模块，后级放大模块，AD转换模块和微处理器；所述前置放大模块与两个采集电极，参考模块和带通滤波器电性连接；所述参考模块还与参考电极电性连接；所述带通滤波模块还与工频滤波模块电性连接；所述工频滤波模块还与后级放大模块电性连接；所述后级放大模块还与AD转换模块电性连接；所述AD转换模块还与微处理器电性连接；当微处理器接收到操作部件采集肌电指令时，前置放大模块通过采集电极提取人体肌电信号，同时内置于外壳手持处内的参考电极与人体直接接触，参考端模块通过参考电极提取人体肌电信号中的共模干扰信号，以负反馈输出抵消前置放大模块的共模干扰，再将肌电信号依次传递至带通滤波模块和工频滤波模块，肌电信号经带通滤波模块和工频滤波模块滤波后传递至后级放大模块，AD转换模块对后级放大模块放大后的肌电信号采用后传递至微处理器分析以确定肌电值，并通过显示部件显示结果。
进一步地，所述采集装置设有用于连接外部参考电极的端口电路。
进一步地，所述前置放大模块包括第一滤波电路，第二滤波电路和第一放大电路；所述第一滤波电路包括第一电阻R32，第二电阻R61，第一电容C42，第二电容C50，第三电容C53；所述第一电阻R32一端与一采集电极电性相连，另一端分别与第一电容C42和第二电容C50电性相连，所述第二电阻R61一端与另一采集电极电性相连，另一端分别与第三电容C53和第二电容C50电性相连，所述第一电容C42和第三电容C53还与地端相连；所述第二滤波电路包括第四电容C45，第五电容C52，第三电阻R31，第四电阻R70；所述第四电容C45一端与第一电阻R32，第一电容C42和第二电容C50均电性相连，另一端与第三电阻R31电性相连；所述第五电容C52一端与第二电阻R61，第三电容C53和第二电容C50均电性相连，所述第三电阻R31和第四电阻R70还与地端相连；所述第一放大电路包括第一放大器U19，第一二极管D13，第二二极管D14，第三二极管D16，第四二极管D17，第六电容C40，第七电容C77，第五电阻R50，第六电阻R60和第七电阻R54；所述第一放大器U19的Pin1脚与第一二极管D13，第二二极管D14电性连接，第一放大器U19的Pin4脚与第三二极管D16，第四二极管D17电性连接，第一放大器U19的Pin5脚与第七电容C77及-5V电源电性连接，第一放大器U19的Pin8脚与第六电容C40及+5V电源电性连接；所述第五电阻R50，第六电阻R60和第七电阻R54组成增益调整电阻后与第一放大器U19的Pin2脚和Pin3脚电性连接。
进一步地，所述参考端模块包括电压跟随器电路和反向放大器电路；所述电压跟随器电路包括第二放大器U20A，第八电容C78，第九电容C56；所述第二放大器U20A的Pin1脚和Pin2脚电性连接，第二放大器U20A的Pin3脚与第五电阻R50及第六电阻R60电性连接；第二放大器U20A的Pin4脚与-5V电源及第八电容C78的一端均电性相连，第八电容C78的另一端接地，第二放大器U20A的Pin8脚与+5V电源及第九电容C56的一端均电性相连，第九电容C56的另一端接地；所述反向放大器电路包括第三放大器U20B，第十电容C57，第八电阻R76，第九电阻R77，第十电阻R78,第十一电阻R79；所述第三放大器U20B的Pin6脚与第八电阻R76，第九电阻R77，第十电阻R78均电性连接，第八电阻R76还与第二放大器U20A的Pin1脚，第九电阻R77及第十电阻R78电性连接，第九电阻R77还与第八电阻R76，第十电容C57及第十电阻R78电性连接，第十电容C57还与第十电阻R78，第三放大器U20B的Pin7脚电性相连，第三放大器U20B的Pin7脚与第十一电阻R79电性相连，第十一电阻R79与参考电极相连，第三放大器U20B的Pin5脚接地。
本发明的有益效果：提供一种手持肌电采集装置，通过将参考电极内置于装置的手持处，使用时人体直接与参考电极相接触以获取基准信号或提供共模抑制比，以此用户无需连线和确认电极粘贴位置，既提高了测量准确性，还简化了连接和操作步骤，节约装置表面耗材。
附图说明
图1为本发明实施例电控板的结构框图。
图2为本发明实施例的前置放大模块及参考端模块的电路示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
一种手持肌电采集装置,如图1所示，包括外壳，两个采集电极8和参考电极9；所述参考电极9内置于外壳的手持处；所述外壳设有显示部件和操作部件，所述外壳内设有电控板，电控板分别与显示部件和操作部件电性连接；所述电控板包括前置放大模块1，参考端模块4，带通滤波模块2，工频滤波模块3，后级放大模块5，AD转换模块7和微处理器6；所述前置放大模块1与两个采集电极8，参考模块4和带通滤波器2电性连接；所述参考模块4还与参考电极9电性连接；所述带通滤波模块2还与工频滤波模块3电性连接；所述工频滤波模块3还与后级放大模块5电性连接；所述后级放大模块5还与AD转换模块7电性连接；所述AD转换模块7还与微处理器6电性连接。
使用时，操作者手持装置，并通过操作部件向微处理器6发送采集肌电指令，微处理器6接收到操作部件采集肌电指令后，微处理器6将控制前置放大模块1对肌电信号进行采集，前置放大模块1通过采集电极获取人体肌电信号，并从人体肌电信号中提取有用的差分信号并放大，而且前置放大模块1对高频信号和直流信号作了初步的滤波和隔离处理，使得电路具有高输入阻抗和高共模抑制比。操作者手持时内置于装置手持处内的参考电极9与人体直接接触，参考端模块4通过前置放大模块1提取人体肌电信号中的共模干扰信号，并以负反馈放大输出至参考电极9以抵消采集的肌电信息中的共模干扰。随后，前置放大模块1再输出处理后的肌电信号至带通滤波模块2，带通滤波模块2将肌电范围以外的信号滤除，将经带通滤波模块2滤除杂质信号后的肌电信息传递至工频滤波模块3，工频滤波模块3滤除工频干扰后传递至后级放大模块5。后级放大模块5将肌电信号进行进一步放大后传递至AD转换模块7，AD转换模块7对肌电信号进行AD采样并传递至微处理器6，经微处理器6分析处理后通过显示部件显示肌电值。以此用户只要手持采集装置，无需连线和确认电极粘贴位置，参考电极9即与人体接触以获取基准信号或提高共模抑制，有效避免用户不知道如何连接参考电极9或参考电极9连接错误而导致肌电信号测量不准的问题，提高了测量准确性，同时还简化了连接和操作步骤，节约装置表面耗材。
本实施例中，所述采集装置设有用于连接外部参考电极的端口电路，该采集装置保留常见的连接外部参考电极的端口电路，用户可选择连接外部参考电极的方式抵消肌电信息中的共模干扰。
本实施例中，如图2所示，所述前置放大模块包括第一滤波电路，第二滤波电路和第一放大电路；所述第一滤波电路包括第一电阻R32，第二电阻R61，第一电容C42，第二电容C50，第三电容C53；所述第一电阻R32一端与一采集电极电性相连，另一端分别与第一电容C42和第二电容C50电性相连，所述第二电阻R61一端与另一采集电极电性相连，另一端分别与第三电容C53和第二电容C50电性相连，所述第一电容C42和第三电容C53还与地端相连；所述第二滤波电路包括第四电容C45，第五电容C52，第三电阻R31，第四电阻R70；所述第四电容C45一端与第一电阻R32，第一电容C42和第二电容C50均电性相连，另一端与第三电阻R31电性相连；所述第五电容C52一端与第二电阻R61，第三电容C53和第二电容C50均电性相连，所述第三电阻R31和第四电阻R70还与地端相连；所述第一放大电路包括第一放大器U19，第一二极管D13，第二二极管D14，第三二极管D16，第四二极管D17，第六电容C40，第七电容C77，第五电阻R50，第六电阻R60和第七电阻R54；所述第一放大器U19的Pin1脚与第一二极管D13，第二二极管D14电性连接，第一放大器U19的Pin4脚与第三二极管D16，第四二极管D17电性连接，第一放大器U19的Pin5脚与第七电容C77及-5V电源电性连接，第一放大器U19的Pin8脚与第六电容C40及+5V电源电性连接；所述第五电阻R50，第六电阻R60和第七电阻R54组成增益调整电阻后与第一放大器U19的Pin2脚和Pin3脚电性连接。其中，R32、C42、C50、C53、R61组成的滤波网络进行初次滤波，过滤高频率的无用信号，，而C45、R31及C52、R70分别组成高通滤波电路，过滤低频率的无用信号；D13、D14及D16、D17分别用于U19放大器Pin1和Pin4的保护，避免过高幅度的输出信号损坏U19；C40、C77用于电源滤波。R50、R54、R60组成Rg作为增益调整电阻，同时R50、R60提取EMG1和EMG2肌电信号中的共模信号并传送给U20A。
本实施例中，如图2所示，所述参考端模块包括电压跟随器电路和反向放大器电路；所述电压跟随器电路包括第二放大器U20A，第八电容C78，第九电容C56；所述第二放大器U20A的Pin1脚和Pin2脚电性连接，第二放大器U20A的Pin3脚与第五电阻R50及第六电阻R60电性连接；第二放大器U20A的Pin4脚与-5V电源及第八电容C78的一端均电性相连，第八电容C78的另一端接地，第二放大器U20A的Pin8脚与+5V电源及第九电容C56的一端均电性相连，第九电容C56的另一端接地；所述反向放大器电路包括第三放大器U20B，第十电容C57，第八电阻R76，第九电阻R77，第十电阻R78,第十一电阻R79；所述第三放大器U20B的Pin6脚与第八电阻R76，第九电阻R77，第十电阻R78均电性连接，第八电阻R76还与第二放大器U20A的Pin1脚，第九电阻R77及第十电阻R78电性连接，第九电阻R77还与第八电阻R76，第十电容C57及第十电阻R78电性连接，第十电容C57还与第十电阻R78，第三放大器U20B的Pin7脚电性相连，第三放大器U20B的Pin7脚与第十一电阻R79电性相连，第十一电阻R79与参考电极相连，第三放大器U20B的Pin5脚接地。U20A的pin2与pin1直接电连接，组成电压跟随器。C78、C56用于电源滤波。R76、R77、R78、R79、C57、U20B组成反向放大器，其输出EMG_REF电连接参考电极。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种手持肌电采集装置,其特征在于，包括外壳，两个采集电极和参考电极；所述参考电极内置于外壳的手持处；所述外壳设有显示部件和操作部件，所述外壳内设有电控板，电控板分别与显示部件和操作部件电性连接；所述电控板包括前置放大模块，参考端模块，带通滤波模块，工频滤波模块，后级放大模块，AD转换模块和微处理器；所述前置放大模块与两个采集电极，参考模块和带通滤波器电性连接；所述参考模块还与参考电极电性连接；所述带通滤波模块还与工频滤波模块电性连接；所述工频滤波模块还与后级放大模块电性连接；所述后级放大模块还与AD转换模块电性连接；所述AD转换模块还与微处理器电性连接；当微处理器接收到操作部件采集肌电指令时，前置放大模块通过采集电极提取人体肌电信号，同时内置于外壳手持处内的参考电极与人体直接接触，参考端模块通过参考电极提取人体肌电信号中的共模干扰信号，以负反馈输出抵消前置放大模块的共模干扰，再将肌电信号依次传递至带通滤波模块和工频滤波模块，肌电信号经带通滤波模块和工频滤波模块滤波后传递至后级放大模块，AD转换模块对后级放大模块放大后的肌电信号采用后传递至微处理器分析以确定肌电值，并通过显示部件显示结果。
2.根据权利要求1所述的一种手持肌电采集装置,其特征在于，所述采集装置设有用于连接外部参考电极的端口电路。
3.根据权利要求1所述的一种手持肌电采集装置,其特征在于，所述前置放大模块包括第一滤波电路，第二滤波电路和第一放大电路；所述第一滤波电路包括第一电阻R32，第二电阻R61，第一电容C42，第二电容C50，第三电容C53；所述第一电阻R32一端与一采集电极电性相连，另一端分别与第一电容C42和第二电容C50电性相连，所述第二电阻R61一端与另一采集电极电性相连，另一端分别与第三电容C53和第二电容C50电性相连，所述第一电容C42和第三电容C53还与地端相连；所述第二滤波电路包括第四电容C45，第五电容C52，第三电阻R31，第四电阻R70；所述第四电容C45一端与第一电阻R32，第一电容C42和第二电容C50均电性相连，另一端与第三电阻R31电性相连；所述第五电容C52一端与第二电阻R61，第三电容C53和第二电容C50均电性相连，所述第三电阻R31和第四电阻R70还与地端相连；所述第一放大电路包括第一放大器U19，第一二极管D13，第二二极管D14，第三二极管D16，第四二极管D17，第六电容C40，第七电容C77，第五电阻R50，第六电阻R60和第七电阻R54；所述第一放大器U19的Pin1脚与第一二极管D13，第二二极管D14电性连接，第一放大器U19的Pin4脚与第三二极管D16，第四二极管D17电性连接，第一放大器U19的Pin5脚与第七电容C77及-5V电源电性连接，第一放大器U19的Pin8脚与第六电容C40及+5V电源电性连接；所述第五电阻R50，第六电阻R60和第七电阻R54组成增益调整电阻后与第一放大器U19的Pin2脚和Pin3脚电性连接。
4.根据权利要求1所述的一种手持肌电采集装置,其特征在于，所述参考端模块包括电压跟随器电路和反向放大器电路；所述电压跟随器电路包括第二放大器U20A，第八电容C78，第九电容C56；所述第二放大器U20A的Pin1脚和Pin2脚电性连接，第二放大器U20A的Pin3脚与第五电阻R50及第六电阻R60电性连接；第二放大器U20A的Pin4脚与-5V电源及第八电容C78的一端均电性相连，第八电容C78的另一端接地，第二放大器U20A的Pin8脚与+5V电源及第九电容C56的一端均电性相连，第九电容C56的另一端接地；所述反向放大器电路包括第三放大器U20B，第十电容C57，第八电阻R76，第九电阻R77，第十电阻R78,第十一电阻R79；所述第三放大器U20B的Pin6脚与第八电阻R76，第九电阻R77，第十电阻R78均电性连接，第八电阻R76还与第二放大器U20A的Pin1脚，第九电阻R77及第十电阻R78电性连接，第九电阻R77还与第八电阻R76，第十电容C57及第十电阻R78电性连接，第十电容C57还与第十电阻R78，第三放大器U20B的Pin7脚电性相连，第三放大器U20B的Pin7脚与第十一电阻R79电性相连，第十一电阻R79与参考电极相连，第三放大器U20B的Pin5脚接地。
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