一种表面肌电采集装置及其肌电信号处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及皮肤表面肌电信号的采集和处理技术领域，尤其涉及的是一种表面肌电采集装置及其肌电信号处理方法。
【背景技术】
[0002]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 Act1n Potential Trains, MUAPT)在皮肤表面叠加而成，是一种非平稳的微弱信号。通过提取和研宄表面肌电信号，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、运动体育等领域。
[0003]现有的肌电信号采集装置一般通过电极接触人体皮肤来获取皮肤表面肌电信号，再通过相应的电路对肌电信号进行处理。但现有的肌电信号采集装置采集到的肌电信号的共模抑制比低，输入阻抗低，导致采集到的肌电信号数据准确率低，精度低。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于，提供一种表面肌电采集装置及其肌电信号处理方法，旨在解决现有的肌电信号采集装置采集的肌电信号不准确，精度低的问题。
[0006]本发明解决技术问题所采用的技术方案如下:
一种表面肌电采集装置，其中，包括:
用于获取皮肤表面肌电信号的第一电极、第二电极和第三电极；
用于与第一电极和第二电极连接、提取肌电差分信号并放大的前端放大模块；
用于与第三电极连接、提取人体参考电信号的腿部驱动模块；
用于滤除肌电范围以外的信号的带通滤波模块；
用于滤除工频干扰的工频滤波模块；
用于抬高电平的电平抬升模块；
用于对肌电信号进行AD采样，模数转换为对应的数字信号的AD采集模块；
用于对数字信号进行处理的微处理器；
用于减少AD采集模块和微处理器之间相互干扰的数字隔离模块；
所述第一电极、第二电极通过前端放大模块连接带通滤波模块；所述第三电极通过腿部驱动模块连接前端放大模块；所述带通滤波模块、工频滤波模块、电平抬升模块、AD采集模块、数字隔离模块和微处理器依次连接。
[0007]所述的表面肌电采集装置，其中，所述前端放大模块包括:低通滤波电路、阻抗匹配电路、高通滤波电路、导联线屏蔽驱动电路和电桥平衡差分放大电路；
所述阻抗匹配电路通过低通滤波电路分别连接第一电极和第二电极；所述电桥平衡差分放大电路通过腿部驱动模块连接第三电极；所述阻抗匹配电路通过高通滤波电路连接电桥平衡差分放大电路；所述导联线屏蔽驱动电路连接所述高通滤波电路；所述电桥平衡差分放大电路连接带通滤波模块。
[0008]所述的表面肌电采集装置，其中，所述阻抗匹配电路包括:第一运算放大器、第二运算放大器、第四电阻、第五电阻和第六电阻；
所述低通滤波电路包括:第一电阻、第二电阻和第一电容；
所述第一运算放大器的同相输入端通过第一电阻连接第一电极，所述第一运算放大器的同相输入端还通过第一电容连接第二运算放大器的同相输入端；所述第一运算放大器的输出端通过第五电阻连接所述第一运算放大器的反相输入端；所述第一运算放大器的反相输入端通过第四电阻连接第二运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的反相输入端还依次通过第四电阻和第六电阻连接第二运算放大器的输出端；所述第一运算放大器的输出端连接高通滤波电路；所述第二运算放大器的同相输入端通过第二电阻连接第二电极；所述第二运算放大器的输出端连接高通滤波电路。
[0009]所述的表面肌电采集装置，其中，所述高通滤波电路包括第九电阻、第十电阻、第四电容和第五电容；
所述电桥平衡差分放大电路包括:第十二电阻、第十三电阻和第六运算放大器；
所述第六运算放大器的同相输入端通过第四电容连接阻抗匹配电路；所述第六运算放大器的同相输入端还依次通过第九电阻和第十电阻连接第六运算放大器的反相输入端；所述第六运算放大器的同相输入端还依次通过第十二电阻和第十三电阻连接第六运算放大器的反相输入端；所述第六运算放大器的反相输入端通过第五电容连接阻抗匹配电路；所述第六运算放大器的输出端连接带通滤波模块。
[0010]所述的表面肌电采集装置，其中，所述导联线屏蔽驱动电路包括第三运算放大器；所述第三运算放大器的同相输入端连接高通滤波电路；所述第三运算放大器的反相输入端连接第三运算放大器的输出端；所述第三运算放大器的输出端接地。
[0011]所述的表面肌电采集装置，其中，所述腿部驱动模块包括:第三电阻、第七电阻、第八电阻、第十一电阻、第六电容、第四运算放大器和第五运算放大器；
所述第五运算放大器的输出端通过第三电阻连接第三电极；所述第五运算放大器的输出端还通过第七电阻连接第五运算放大器的反相输入端，所述第五运算放大器的输出端还依次通过第六电容和第八电阻连接第五运算放大器的反相输入端；所述第五运算放大器的同相输入端接地；
所述第四运算放大器的输出端通过第十一电阻连接第五运算放大器的反相输入端；所述第四运算放大器的输出端还连接第四运算放大器的反相输入端；所述第四运算放大器的同相输入端连接前端放大模块。
[0012]所述的表面肌电采集装置，其中，所述微处理器包括:
预处理单元，用于对所述表面肌电信号对应的数字信号进行预处理，得到对应的肌电数据；
肌力评估单元，用于利用端点检测算法从所述肌电数据中划分选取部分肌电数据，根据该部分肌电数据计算对应的均方根和肌电积分值，根据所述均方根和肌电积分值进行肌张力评估和肌力等级评估； 肌肉疲劳评估单元，用于利用端点检测算法从所述肌电数据中划分选取部分肌电数据，根据该部分肌电数据计算对应的平均频率和中值频率，根据所述平均频率和中值频率进行肌肉疲劳评估。
[0013]所述的表面肌电采集装置，其中，所述肌肉疲劳评估单元包括:
肌电数据提取子单元，用于利用端点检测算法从所述肌电数据中划分选取部分肌电数据；
肌肉疲劳计算子单元，用于利用短时傅立叶变换计算该部分肌电数据的肌电信号频谱，通过计算出的中值频率得到肌肉的疲劳程度。
[0014]一种采用上述的表面肌电采集装置的肌电信号处理方法，其中，包括:
51、采集皮肤表面肌电信号，并转换为对应的数字信号；
52、对所述数字信号进行预处理，得到对应的肌电数据；
53、利用端点检测算法从所述肌电数据中划分选取部分肌电数据，根据该部分肌电数据计算对应的均方根、肌电积分值、平均频率和中值频率；
54、根据所述均方根和肌电积分值进行肌张力评估和肌力等级评估，根据所述平均频率和中值频率进行肌肉疲劳评估。
[0015]本发明所提供的一种表面肌电采集装置及其肌电信号处理方法，有效地解决了现有的肌电信号采集装置采集的肌电信号不准确，精度低的问题，包括:第一电极、第二电极、第三电极、前端放大模块、腿部驱动模块、带通滤波模块、工频滤波模块、电平抬升模块、AD采集模块、微处理器和数字隔离模块；所述第一电极、第二电极通过前端放大模块连接带通滤波模块；所述第三电极通过腿部驱动模块连接前端放大模块；所述带通滤波模块、工频滤波模块、电平抬升模块、AD采集模块、数字隔离模块和微处理器依次连接；通过腿部驱动模块提取人体参考电信号起到了快速放电、有效衰减人体共模电压信号的作用，通过前端放大模块，