CN112221012A - 一种肌电信号采集器以及康复系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种肌电信号采集器及康复系统，包括：主控芯片，用于控制肌电信号采集器上信号的传输；控制电路，与所述主控芯片的输出端电连接，所述控制电路用于根据所述主控芯片发出的控制信号控制肌电采集电路与神经肌肉电刺激电路的工作状态；肌电采集电路，用于通过与静电防护电路电连接的电极片对目标肌肉群的肌群信号进行采集；神经肌肉电刺激电路，用于通过与静电防护电路电连接的电极片对目标肌肉群进行低频刺激。本发明能够提高对肌肉群的肌电信号采集精度及神经肌肉电刺激精度，减少测量误差与延时，满足了实际应用需求。

Description

一种肌电信号采集器以及康复系统
技术领域
本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种肌电信号采集器以及康复系统。
背景技术
表面肌电信号是人体肌肉运动过程中，大量神经纤维和肌纤维的电传导以及由此引发的体液中的大量离子运动产生反应到体表的电变化，能够在一定程度上反应神经、肌肉的功能状态。当肢体出现运动障碍，康复训练的一种形式是测量造成运动障碍的肌肉/肌群的肌电信号，对采集的肌电信号进行分析，并对相应的肌肉/肌群进行神经肌肉电刺激，以便于根据当前的肌电信号调整神经肌肉电刺激强度。
众所周知的，在进行神经肌肉电刺激时需要将电极片贴合到相应肌肉群的人体皮肤上，通过施加低频电流通过电极片刺激特定肌肉群使其抽搐或者收缩；在采集肌肉群的肌电信号时也需要将电极片贴合到相应肌肉群的人体皮肤上。
然而，现有技术中，肌电信号采集分析和神经肌肉电刺激控制存在信号延时和精度差的缺陷。同时，当需要对人体某个肌肉群进行神经肌肉电刺激和肌电信号采集时，通常需要在相应肌肉群的人体皮肤贴上两对电极片并连接两组导线分别进行神经肌肉电刺激及肌电信号采集，成本高且便利性较差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种能够对肌肉群的肌电信号进行采集并提高其精度，同时又能给予神经肌肉电刺激，减少测量误差与延时的肌电信号采集器以及康复系统。
一种肌电信号采集器，包括：
主控芯片，用于控制肌电信号采集器上信号的传输；
控制电路，与所述主控芯片的输出端电连接，所述控制电路用于根据所述主控芯片发出的控制信号控制肌电采集电路与神经肌肉电刺激电路的工作状态；
肌电采集电路，用于通过与静电防护电路电连接的电极片对目标肌肉群的肌群信号进行采集；
神经肌肉电刺激电路，用于通过与静电防护电路电连接的电极片对目标肌肉群进行低频刺激。
另外，根据本发明提供的肌电信号采集器，还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述控制电路包括驱动电路、驱动保护电路及继电器；所述继电器的第一输入端与所述驱动电路的输出端电连接，所述继电器的第二输入端与所述肌电采集电路或神经肌肉电刺激电路电连接，所述继电器的第一输出端与所述静电保护电路输入端电连接，所述继电器的第二输出端接地。
进一步地，所述驱动电路包括第一电阻、与所述第一电阻输出端电连接的第二电阻，以及依次与所述第二电阻并联的第一三极管、第三电阻和第二三极管，所述第一三极管及第二三极管的集电极分别通过一第四电阻及第五电阻与一MOS管电连接，所述MOS管的漏极通过第三二极管与所述驱动保护电路电连接。
进一步地，所述驱动保护电路包括磁珠、第一电容及续流二极管；所述磁珠的输入端与所述驱动电路的输出端电连接，所述第一电容的输入端及续流二极管的输出端分别与所述磁珠的输出端电连接，所述第一电容的输出端及所述续流二极管的输入端分接地。
进一步地，所述静电保护电路包括第二电容及ESD管，所述第二电容的第一/第二输入端及ESD管的的第一/第二输入端分别与所述继电器及电极片电连接，所述第二电容及ESD管的输出端分别接地。
进一步地，所述肌电采集电路包括分别与所述电极片输出端电连接的浮地电路及缓冲电路，以及依次与所述缓冲电路连接的第一放大电路、高通滤波电路、低通滤波电路、第二放大电路及采样电路。
进一步地，所述神经肌肉电刺激电路为PWM脉冲输出电路。
进一步地，所述电极片包括采用聚酰亚胺制作的柔性基层，所述柔性基层上沿着底层向上顺序设置有肌电传感器及神经肌肉电刺激器，所述柔性基层的厚度为116μm-152μm之间。
进一步地，所述肌电传感器的探测面与神经肌肉电刺激器的刺激面同轴设置，且所述刺激面位于探测面靠近轴心的一侧。
进一步地，所述柔性基层包括第一接触面及第二接触面，所述第一接触面的接触面积大于第二接触面的接触面积，所述第一接触面及第二接触面的形状不同，包括椭圆形、圆角矩形或圆形。
一种康复系统，其中，包括上述的肌电信号采集器。
根据本发明提出的肌电信号采集器以及康复系统，包括：主控芯片，用于控制肌电信号采集器上信号的传输；控制电路，与所述主控芯片的输出端电连接，所述控制电路用于根据所述主控芯片发出的控制信号控制肌电采集电路与神经肌肉电刺激电路的工作状态；肌电采集电路，用于通过与静电防护电路电连接的电极片对目标肌肉群的肌群信号进行采集，提高了对肌肉群的肌电信号采集精度；神经肌肉电刺激电路，用于通过与静电防护电路电连接的电极片对目标肌肉群进行低频刺激，提高了对肌肉群的神经肌肉电刺激精度，减少测量误差与延时。本发明能够对人体皮肤上的静电进行防护，避免静电通过电极片释放至其他电路上，导致设备的功能失灵与损坏。此外本申请能够同时对同一位置的肌肉群进行肌电信号采集与神经肌肉电刺激，无需来回切换神经肌肉电刺激和肌电信号采集连接，既可减少导线的连接和电极片的投入使用，也可以减少操作人员的操作步骤，降低使用难度和提高便利性，满足了实际应用需求。
附图说明
图1是一种肌电信号采集器的结构框图；
图2为图1中控制电路的结构示意图1中的结构框图；
图3为图1中主控电路与肌电采集电路和神经肌肉电刺激的结构示意图；
图4为图1中肌电采集电路的结构框图；
图5为图2中驱动电路的结构示意图。
主要元件符号说明：
主控芯片 10 控制电路 20
驱动电路 21 驱动保护电路 22
继电器 23 肌电采集电路 30
缓冲电路 31 第一放大电路 32
高通滤波电路 33 低通滤波电路 34
第二放大电路 35 采样电路 36
浮地电路 37 神经肌肉电刺激电路 40
静电保护电路 50 电极片 60
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1至图5所示，一种肌电信号采集器，用于对人体的肌肉群进行神经肌肉电刺激与机电信号的采集。包括通过控制电路20与主控芯片10电连接的肌电采集电路30和神经肌肉电刺激电路40，以及通过静电保护电路50与所述肌电采集电路30和神经肌肉电刺激电路40电连接的电极片60。
进一步地，所述主控芯片10用于控制肌电信号采集器上信号的传输。本实施例中，所述主控芯片10采用ATMEL公司的处理器AT91SAM7SE512。
进一步地，所述控制电路20与所述主控芯片10的输出端电连接，所述控制电路20用于根据所述主控芯片10发出的控制信号控制肌电采集电路30与神经肌肉电刺激电路40的工作状态。如控制神经肌肉电刺激电路40对人体的肌肉群进行神经肌肉电刺激、控制肌电采集电路30对人体的肌肉群的肌电信号进行采集。
具体的，所述控制电路20包括驱动电路21、驱动保护电路22及继电器23。其中，所述继电器23的第一输入端与所述驱动电路21的输出端电连接，所述继电器23的第二输入端与所述肌电采集电路30或神经肌肉电刺激电路40电连，所述继电器23的第一输出端与所述静电保护电路50输入端电连接，所述继电器23的第二输出端接地。
进一步地，所述驱动电路21包括第一电阻、与所述第一电阻输出端电连接的第二电阻，以及依次与所述第二电阻并联的第一三极管、第三电阻和第二三极管，所述第一三极管及第二三极管的集电极分别通过一第四电阻及第五电阻与一MOS管电连接，所述MOS管的漏极通过第三二极管与所述驱动保护电路22电连接。所述第一电阻为驱动电阻，用于为所述第一三极管提供导通电压。
可以理解的，所述第一-第五电阻R1-R5、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一MOS管QC1及第三二极管D3配合作用，构成了对所述继电器23进行驱动的驱动电路21。通过所述驱动电路21的设计以便于根据所述主控芯片10的控制信号确定对所述肌电采集电路30与神经肌肉电刺激电路40的工作状态。
进一步地，所述驱动保护电路22包括磁珠L1、第一电容C1及续流二极管D2。所述磁珠L1的输入端与所述驱动电路21的输出端电连接，所述第一电容C1的输入端及续流二极管D2的输出端分别与所述磁珠L1的输出端电连接，所述第一电容C1的输出端及所述续流二极管D2的输入端分接地。
可以理解的，通过在所述继电器23的输入端串入一个磁珠L1，并入电容C1和二极管D2。其中，磁珠L1负责差模滤波，电容C1能够防止驱动电压产生突变，二极管D2为续流二极管，当继电器23接通或者断开时，通过续流二极管抵消掉继电器23内部电感线圈产生的反向电动势，从而达到保护继电器23及驱动电路21的作用。
进一步地，所述肌电采集电路30用于通过与静电防护电路电连接的电极片60对目标肌肉群的肌群信号进行采集。
具体的，所述肌电采集电路30包括分别与所述电极片60输出端电连接的浮地电路37及缓冲电路31，以及依次与所述缓冲电路31连接的第一放大电路32、高通滤波电路33、低通滤波电路34、第二放大电路35及采样电路36，所述浮地电路37的另一端与所述第一放大电路32电连接，用于向电极片60上的传感器提供浮动电压的同时隔离来自其他电路及直流接地的干扰，提高肌电信号获取的稳定性。本实施例中所述浮地电路37由两个通过电阻连接的运算放大器组成。
可以理解的，本实施例中通过所述缓冲电路31对获得的肌电信号进行缓冲处理后，输入至第一放大电路32进行第一级放大，并将放大处理后的肌电信号依次经过高通滤波器33及低通滤波器34进行滤波，再经过第二放大器35进行第二级放大后输入至采样电路36，以完成肌电信号的处理及采样。所述采样电路36能够将所得到肌电信息传输至主控芯片10，以使主控芯片10根据所采集的肌电信号通过电极片60对其对应的肌肉群进行刺激。
进一步地，神经肌肉电刺激电路40用于通过与静电防护电路电连接的电极片60对目标肌肉群进行低频刺激。所述神经肌肉电刺激电路40为PWM脉冲输出电路。可以理解的，所述神经肌肉电刺激电路40能够根据主控芯片10所下发的刺激信息通过刺激电路产生相应的刺激信号，以对对应的肌肉群进行刺激。
进一步地，所述静电保护电路50包括第二电容及ESD管，所述第二电容的第一/第二输入端及ESD管的第一/第二输入端分别与所述继电器23及电极片60电连接，所述第二电容及ESD管的输出端分别接地。
可以理解的，通过所述在电极片60和继电器23触点之间增加静电保护电路50，电容C2和ESD管D1。其中当静电通所述过ESD管D1时，由于静电电压大大高于ESD管D1的击穿电压，因而ESD管D1导通，将静电泄放到地，限制电压过高，从而实现对神经肌肉电刺激电路40和肌电采集电路30进行保护。同时电容C2能够起到滤波作用，从而将多余的电气噪音过滤掉，使输出的神经肌肉电刺激更加稳定和有力、使采集到的肌电信号更加平稳可靠。
进一步地，所述电极片60通过多通道传输线或两个传输线与所述肌电采集电路30及神经肌肉电刺激电路40电连接。所述电极片60包括采用聚酰亚胺制作的柔性基层，所述柔性基层上沿着底层向上顺序设置有肌电传感器及神经肌肉电刺激器，所述柔性基层的厚度为116μm-152μm之间。
具体的，所述肌电传感器的探测面与神经肌肉电刺激器的刺激面同轴设置，且所述刺激面位于探测面靠近轴心的一侧。可以理解的，所述神经肌肉电刺激器的刺激面位于所述电极片60的中心位置，所述肌电传感器的探测面位于所述电极片60的边缘位置。在其他实施例中，所述神经肌肉电刺激器的刺激面积所述肌电传感器的探测面可以为多个，并等间隔的设置与所述电极片60上。
具体的，所述柔性基层包括第一接触面及第二接触面，所述第一接触面的接触面积大于第二接触面的接触面积，所述第一接触面及第二接触面的形状不同，包括椭圆形、圆角矩形或圆形。可以理解的，通过所述第一接触面与第二接触面的设计，以便于根据待测试人员所需测试的肌肉群的面积而选择不同的接触面。
本发明提出的一种肌电信号采集器，包括：主控芯片，用于控制肌电信号采集器上信号的传输；控制电路，与所述主控芯片的输出端电连接，所述控制电路用于根据所述主控芯片发出的控制信号控制肌电采集电路与神经肌肉电刺激电路的工作状态；肌电采集电路，用于通过与静电防护电路电连接的电极片对目标肌肉群的肌群信号进行采集，提高了对肌肉群的肌电信号采集精度；神经肌肉电刺激电路，用于通过与静电防护电路电连接的电极片对目标肌肉群进行低频刺激，提高了对肌肉群的神经肌肉电刺激精度，减少测量误差与延时。本发明能够对人体皮肤上的静电进行防护，避免静电通过电极片释放至其他电路上，导致设备的功能失灵与损坏。此外本申请能够同时对同一位置的肌肉群进行肌电信号采集与神经肌肉电刺激，无需来回切换神经肌肉电刺激和肌电信号采集连接，既可减少导线的连接和电极片的投入使用，也可以减少操作人员的操作步骤，降低使用难度和提高便利性，满足了实际应用需求。
本发明还提供一种康复系统，其中，包括上述的肌电信号采集器，能够对人体皮肤上的静电进行防护，避免静电通过电极片释放至其他电路上，导致设备的功能失灵与损坏。此外本申请能够同时对同一位置的肌肉群进行肌电信号采集与神经肌肉电刺激，无需来回切换神经肌肉电刺激和肌电信号采集连接，既可减少导线的连接和电极片的投入使用，也可以减少操作人员的操作步骤，降低使用难度和提高便利性，满足了实际应用需求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种肌电信号采集器，其特征在于，包括：
主控芯片，用于控制肌电信号采集器上信号的传输；
控制电路，与所述主控芯片的输出端电连接，所述控制电路用于根据所述主控芯片发出的控制信号控制肌电采集电路与神经肌肉电刺激电路的工作状态；
肌电采集电路，用于通过与静电防护电路电连接的电极片对目标肌肉群的肌群信号进行采集；
神经肌肉电刺激电路，用于通过与静电防护电路电连接的电极片对目标肌肉群进行低频刺激。
2.根据权利要求1所述的肌电信号采集器，其特征在于，所述控制电路包括驱动电路、驱动保护电路及继电器；所述继电器的第一输入端与所述驱动电路的输出端电连接，所述继电器的第二输入端与所述肌电采集电路或神经肌肉电刺激电路电连接，所述继电器的第一输出端与所述静电保护电路输入端电连接，所述继电器的第二输出端接地。
3.根据权利要求2所述的肌电信号采集器，其特征在于，所述驱动电路包括第一电阻、与所述第一电阻输出端电连接的第二电阻，以及依次与所述第二电阻并联的第一三极管、第三电阻和第二三极管，所述第一三极管及第二三极管的集电极分别通过一第四电阻及第五电阻与一MOS管电连接，所述MOS管的漏极通过第三二极管与所述驱动保护电路电连接。
4.根据权利要求2所述的肌电信号采集器，其特征在于，所述驱动保护电路包括磁珠、第一电容及续流二极管；所述磁珠的输入端与所述驱动电路的输出端电连接，所述第一电容的输入端及续流二极管的输出端分别与所述磁珠的输出端电连接，所述第一电容的输出端及所述续流二极管的输入端分接地。
5.根据权利要求1所述的肌电信号采集器，其特征在于，所述静电保护电路包括第二电容及ESD管，所述第二电容的第一/第二输入端及ESD管的的第一/第二输入端分别与所述继电器及电极片电连接，所述第二电容及ESD管的输出端分别接地。
6.根据权利要求1所述的肌电信号采集器，其特征在于，所述神经肌肉电刺激电路为PWM脉冲输出电路；所述肌电采集电路包括分别与所述电极片输出端电连接的浮地电路及缓冲电路，以及依次与所述缓冲电路连接的第一放大电路、高通滤波电路、低通滤波电路、第二放大电路及采样电路。
7.根据权利要求1所述的肌电信号采集器，其特征在于所述电极片包括采用聚酰亚胺制作的柔性基层，所述柔性基层上沿着底层向上顺序设置有肌电传感器及神经肌肉电刺激器，所述柔性基层的厚度为116μm-152μm之间。
8.根据权利要求7所述的肌电信号采集器，其特征在于，所述肌电传感器的探测面与神经肌肉电刺激器的刺激面同轴设置，且所述刺激面位于探测面靠近轴心的一侧。
9.根据权利要求7所述的肌电信号采集器，其特征在于，所述柔性基层包括第一接触面及第二接触面，所述第一接触面的接触面积大于第二接触面的接触面积，所述第一接触面及第二接触面的形状不同，包括椭圆形、圆角矩形或圆形。
10.一种康复系统，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的肌电信号采集器。
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