专利名称：佩戴式肌电信号采集系统的制作方法
技术领域：
本发明是涉及医学技术及测量领域的系统，具体是一种非损伤性的皮肤表面肌电信号采集系统。
背景技术：
肌电信号是一系列运动单位动作电位的集成，它体现了肌肉对神经冲动的响应。自肌电信号传感器被发明以来，其已经被广泛使用在医疗、生物电反馈和体育训练等领域，用来测量肌肉在收缩时产生的电信号。传统的肌电信号采集系统通过导电凝胶与皮肤相接触将信号引入差分放大器进行采集。使用凝胶电极的过程是极其繁琐的，同时凝胶电极很难被重复使用，大多数情况下则是一次性的。虽然凝胶电极能够保证与皮肤良好的接触，并一定程度上保证信号质量，但是使用过程的繁琐使得它很难被广泛的应用。也有研究表明 在扰动情况下，凝胶容易形变的特性使得采集的信号同样会收到很大的影响。所以，采用金属作为电极与皮肤接触的设备变得逾加广泛。随着医疗和研究领域对于肌电信号采集系统的需求增加，很多公司已经开发出了相应的商业产品，如DELSYS公司就有很多针对不同应用的EMG (肌电信号)采集系统。但是，这些产品在使用时仍然需要特制的胶将电极粘在手臂上，而且便携产品的采集通道较少，同时整个系统仍然较为庞大不适于携带，整个价格偏高。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种佩戴式肌电信号采集系统。通过干电极对信号进行采集，通过蓝牙发送数据。整个系统更加便携，成本较低。本发明是通过以下技术方案实现的一种佩戴式肌电信号采集系统，包括腕带式前置信号放大装置和信号处理装置两个部分，其中，腕带式前置信号放大装置与信号处理装置通过FPC (柔性扁平电缆)相连接；所述腕带式前置信号放大装置，对表面肌电信号进行初步滤波及放大处理；所述信号处理装置，对所述腕带式前置信号放大装置传送的信号进行进一步滤波、放大及模数转换，通过蓝牙发送至计算机或其它终端。所述腕带式前置信号放大装置包括多个放大器，能够同时采集多个通道的肌电信号。所述多个放大器固定在一条有弹性的绑带上的不同位置，以采集相应位置的表面肌电信号。所述放大器采用差分放大模式，接触皮肤部分使用三个镀银铜电极。所述每个放大器先分别通过一根FPC将初步放大信号送至一块集线板，再通过一根FPC将多个通道的初步放大信号传递至信号处理装置。所述信号处理装置采用并行的采样芯片，同时对多路信号进行模数转换，通过蓝牙将转换后的信号发送至电脑或其他终端。
所述绑带一头具有魔术贴，能够在绑带绕紧后将绑带固定住。所述系统呈带通特性，通频带为20 500Hz。和现有技术相比，本发明具有以下优点(I)使用更加简便。采用前置放大策略，使用金属电极代替导电凝胶电极，大大提高了使用的便携性。因为将电极片贴在皮肤上的方法几乎可以认为是一次性的，在每次使用之前还需要准备新的贴片，而金属电极作为一种干电极，则能重复使用。同时，当通道数较多时，线束混杂在一起也会限制住手部的大幅度运动，对使用造成不便。而本系统采用FPC来传递信号，在前置放大装置和信号处理装置之间仅有一根FPC，整个系统更加简洁，从而避免了线束混杂的问题。(2)通道数更多，信息量更大。本系统可以具有多个通道，能够更加全面的采集到
手臂前臂的肌电信号，使后续处理更可靠。(3)便携性能得到提高。本发明明显提高了系统的易用性和便携性，蓝牙的接口使得更多的终端能够与本系统配套使用，拥有广泛的使用前景。采用弹性绑带能够一定程度的伸缩，适应不同小臂粗细的人群。由于将采集系统固定在了手臂上，同时整个装置又很轻便，在佩戴完成之后几乎不会对佩戴者的动作造成干扰，佩戴者能够随意走动或做其他不剧烈的动作。( 4 )相比于国内外的同类产品，该发明的成本更加低廉。
图I为本发明系统组成框图；图2为图I中前置信号放大装置的示意图；图中，4为前置放大器，5为弹性绑带，6为魔术贴图3为图2中前置放大器的示意图；图中，7为金属电极图4为本系统结构示意图；图中，I为前置信号放大装置；2为柔性扁平电缆；3为信号处理装置
具体实施例方式以下结合附图以及具体实施例对本发明技术方案做一详细的说明如图I所示，本系统是通过金属电极贴在小臂肌肉上进行肌电信号的采集。包括腕带式前置信号放大装置和信号处理装置两个部分，其中，腕带式前置信号放大装置，对表面肌电信号进行初步滤波及放大处理。信号处理装置，对腕带式前置信号放大装置传送的信号进行进一步滤波、放大及模数转换，通过蓝牙发送至计算机或手机等其它终端。腕带式前置信号放大装置与信号处理装置之间通过FPC相连接。如图2所示，本实施例中，前置信号放大装置一共具有8个前置放大器，每个放大器的大小为27mmX 19mmX8mm;采用了差分放大模式。每个放大器上接触皮肤部分具有三个镀银铜金属电极7，其中两个用于差分输入，一个是地极参考点。两个差分输入电极间距为IOmm,另一个电极与最近一个信号输入电极的间距为6mm。如图3所示，8个前置放大器被固定在一根弹性绑带5上。绑带一头具有魔术贴6，能够在绕紧绑带后将绑带固定住。如图4所示，前置信号放大装置I将8路模拟信号送入到信号处理装置3中。本实施例中的信号处理装置3的尺寸为69mmX44mmX27mm。信号处理装置3采用了并行的采样芯片，同时对8路信号进行模数转换，采样频率为1000Hz，由蓝牙将数字信号发送至电脑或其他终端。信号处理装置3的一面具有魔术贴便于固定。本发明系统呈带通特性，通频带为20 500Hz。本发明系统的使用过程包括以下步骤I、对需要佩戴该系统的前臂用水或酒精稍微进行清洁。将腕带式前置信号放大装置I绕在手臂上并收紧，将魔术贴6搭在绑带5上以固定。2、手动调整每个前置放大器4的位置，使其上的金属电极7与皮肤保持良好的接触。 3、在对应手臂的大臂上佩戴上具有魔术贴6的绑带，利用魔术贴将信号处理装置3固定在该绑带上。4、打开信号处理装置3上的开关，信号即开始发送。在电脑端或其他终端上打开蓝牙与信号处理装置进行配对，即能收到信号。该装置能同时采集8个通道的表面肌电信号，为后续研究、应用提供可能。使用简便易行，并且拥有较好的信号质量。上述实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
权利要求
1.一种佩戴式肌电信号采集系统，其特征在于，包括腕带式前置信号放大装置和信号处理装置两个部分，其中，腕带式前置信号放大装置与信号处理装置通过FPC (柔性扁平电缆)相连接； 所述腕带式前置信号放大装置，对表面肌电信号进行初步滤波及放大处理； 所述信号处理装置，对所述腕带式前置信号放大装置传送的信号进行进一步滤波、放大及模数转换，并通过蓝牙发送至计算机或其它终端设备。
2.根据权利要求I所述的佩戴式肌电信号采集系统，其特征在于，所述腕带式前置信号放大装置包括多个放大器，能够同时采集多个通道的肌电信号。
3.根据权利要求2所述的佩戴式肌电信号采集系统，其特征在于，所述多个放大器固定在一条有弹性的绑带上的不同位置，以采集相应位置的表面肌电信号。
4.根据权利要求2所述的佩戴式肌电信号采集系统，其特征在于，所述放大器采用差分放大模式，接触皮肤部分使用三个镀银铜电极。
5.根据权利要求2所述的佩戴式肌电信号采集系统，其特征在于，所述每个放大器先分别通过一根FPC将初步放大信号送至一块集线板，再通过一根FPC将多个通道的初步放大信号传递至信号处理装置。
6.根据权利要求2所述的佩戴式肌电信号采集系统，其特征在于，所述信号处理装置采用并行的采样芯片，同时对多路信号进行模数转换，再通过蓝牙将转换后的信号发送至电脑或其他终端。
7.根据权利要求3所述的佩戴式肌电信号采集系统，其特征在于，所述绑带一头带有魔术贴，能够在绑带绕紧后将绑带固定住。
8.根据权利要求I所述的佩戴式肌电信号采集系统，其特征在于，所述系统呈带通特性，通频带为20 500Hz。
全文摘要
本发明公开一种佩戴式肌电信号采集系统，包括腕带式前置信号放大器和信号处理装置，其中，腕带式前置信号放大器与信号处理装置通过一根柔性扁平电缆相连接；腕带式前置信号放大装置通过对皮肤表面肌电信号预处理使得系统的抗干扰能力提升，将处理后的信号送入信号处理装置；信号处理装置通过模数转换通过蓝牙将信号送至电脑进行处理。本发明使用镀银铜线替代传统的凝胶电极并采用了前置放大策略，在降低很少信号质量的情况下大大提升了肌电信号采集装置的使用便捷性；使用者无需严格的皮肤表面清洁，便能利用此肌电信号采集装置获得较好质量的肌电信号；本发明方便易用，成本较低。
文档编号A61B5/0488GK102846317SQ20121024947
公开日2013年1月2日 申请日期2012年7月18日 优先权日2012年7月18日
发明者朱向阳, 陈星羽, 张定国, 盛鑫军 申请人:上海交通大学