肌电描记EMG设备和肌电描记EMG电路的制作方法

本申请涉及肌电描记(emg)，更具体地涉及用于从动作电位电压获得和处理emg信号的装置和方法。

背景技术：

肌电描记(emg)是指评估由受试者(例如人和动物)的骨骼肌产生的电活动。特别地，emg测量神经激活肌肉的动作电位电压。动作电位电压可以从表面电极或插入受试者肌肉中的肌内电极测得。emg可用于治疗用途，例如用于物理治疗或康复。emg还被用于娱乐，例如用于控制视频游戏或其它电子设备。

技术实现要素：

根据本公开的一方面的肌电描记(emg)设备包括具有相对的第一面和第二面的主电路板。在所述第一面上设置第一类型的多个第一连接器，并且在所述第二面上设置多个输入触点。在所述主电路板上设置emg电路。所述emg电路用于利用所述输入触点作为输入来获得emg输入信号，并且处理所述emg输入信号以提供基于所述emg输入信号但又不同于所述emg输入信号的emg输出信号。对于每个所述输入触点，在所述输入触点和任何所述第一连接器之间没有直接的导电路径。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述输入触点是不同于所述第一类型的第二类型的第二连接器。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述主电路板包括多个角部区域，并且所述第一连接器和所述第二连接器中的至少一个连接器设置在所述角部区域中的相应角部区域中。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述第一连接器和所述第二连接器中的至少一个连接器至少部分地设置在其相应角区域中的相应开口中。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述第一类型的连接器是非卡扣连接器。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述第一连接器和所述第二连接器是卡扣连接器。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述第一连接器和所述第二连接器成对布置，每对连接器共享相应的中心纵向轴线，并且每个第一连接器是卡扣柱和卡扣座中的一个，并且每个第二连接器是卡扣柱和卡扣座中的另一个。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，对于每对连接器，所述第一连接器和所述第二连接器与所述emg电路的不同节点连接。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，设置有兄弟板，其具有多个连接器，所述多个连接器用于接合所述主电路板的所述第一连接器或所述第二连接器，以便在安装配置中将所述兄弟板安装到所述主电路板。在安装配置中，所述主电路板和所述兄弟板彼此面对并且基本上彼此平行。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述兄弟板是兄弟电路板，并且所述兄弟电路板的连接器是卡扣连接器。所述兄弟电路板的卡扣连接器中的一个与所述第一连接器和所述第二连接器中的一个之间的第一接合在所述兄弟电路板和所述主电路板之间共享接地信号。所述兄弟电路板的卡扣连接器中的一个与所述第一连接器和所述第二连接器中的另一个之间的第二接合在所述兄弟电路板和所述主电路板之间共享电源电压。所述兄弟电路板的卡扣连接器中的一个与所述第一连接器和所述第二连接器中的另一个之间的第三接合提供从所述主电路板到所述兄弟电路板的emg输出信号。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述兄弟板的轮廓和面积近似与所述主电路板的轮廓和面积相同。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述兄弟板的轮廓和面积不同于所述主电路板的轮廓和面积。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述兄弟板是不包括电路部件的保护板，并且所述保护板具有凹口边缘，所述凹口边缘提供到在所述安装配置中沿着所述主电路板的边缘设置的销插座的通路。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述兄弟板是兄弟电路板，并且所述主电路板包括沿着所述主电路板的边缘设置并且与多个第一和第二连接器分离的销插座。所述兄弟电路板包括销，该销在所述安装配置中被接纳到所述销插座中并且提供所述主电路板和所述兄弟电路板之间的信号传输，所述销基本上平行于中心纵轴延伸并且与所述兄弟电路板的所述多个卡扣连接器分离。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，经由所述销和所述销插座在所述主电路板和所述兄弟电路板之间传输的信号是所述emg输出信号。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述emg电路用于提供多个不同的emg输出信号，每个emg输出信号都基于所述emg输入信号。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述多个不同的emg输出信号包括第一emg输出信号、第二emg输出信号和第三emg输出信号，所述第一emg输出信号是所述emg输入信号的滤波版本并且包括电压偏移，所述第二emg输出信号对应于在整流以及以非零电压为中心并且去除所述电压偏移之后的所述第一emg输出信号，所述第三emg输出信号是包络信号并且对应于所述第二emg输出信号的包络。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述emg电路包括差分电路，该差分电路具有运算放大器，该差分电路用于利用两个所述第一连接器来获得相应的动作电位电压，并且基于两个动作电位电压之间的差来生成所述emg输入信号。所述emg输入信号的生成引入电压偏移，该电压偏移并非已经存在于所述动作电位电压中，所述电压偏移使所述多个输出信号以非零电压为中心。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述emg电路包括带通滤波器，该带通滤波器用于从所述差分电路接收所述emg输入信号并且提供滤波后的emg信号作为输出，该输出排除所述emg输入信号中高于预定义上阈值的频率和所述emg输入信号中低于预定义下阈值的频率中的至少一个。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述emg电路包括整流电路和偏移去除电路，所述整流电路用于关于所述非零电压对所述emg输入信号进行整流以生成经整流emg信号，所述偏移去除电路用于接收所述经整流emg信号并提供其中所述电压偏移被去除的经调整emg信号。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述emg电路包括输出电路，该输出电路连接到所述偏移去除电路并且用于产生所述emg输出信号作为基于经调整的emg信号的emg包络信号。

根据本公开的一方面的emg设备包括差分电路，该差分电路包括耦接到两个动作电位电压的运算放大器并且用于基于所述两个动作电位电压之间的差来生成emg信号。所述emg信号的生成引入并非已经存在于所述动作电位电压中的电压偏移，该电压偏移使所述emg信号以非零电压为中心。带通滤波器用于从所述差分电路接收所述emg信号，并且提供滤波后的emg信号，该滤波后的emg信号排除所述emg信号中高于预定义上阈值的频率和低于预定义下阈值的频率。整流电路用于整流所述滤波后的emg信号以生成以所述非零电压为中心的经整流emg信号。偏移去除电路用于接收所述经整流emg信号并提供其中去除所述电压偏移的经调整emg信号。输出电路连接到所述偏移去除电路，并且用于基于所述经调整emg信号来产生emg包络信号。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述emg电路设置在电路板上，并且包括多对卡扣构件，每对卡扣构件包括共享相应中心纵向轴线的卡扣柱和卡扣座，所述卡扣柱从所述电路板的第一面向外延伸，并且所述卡扣座包括盲孔，该盲孔通向所述电路板的与所述第一面相对的第二面。所述emg电路用于通过所述卡扣座获得所述动作电位电压，并且对于多对卡扣构件中的每一对，所述卡扣柱与所述卡扣座间隔开，并且在所述卡扣柱和所述卡扣座之间没有直接的导电路径。

根据本公开的一方面的获得emg信号的方法包括从主电路板的第一面上的第一类型的多个第一卡扣连接器接收输入电压，每个第一卡扣连接器是相应的一对卡扣构件的一部分，该对卡扣构件还包括所述主电路板的与所述第一面相对的第二面上的第二类型的第二卡扣连接器。对于每对卡扣构件，所述第一卡扣连接器与所述第二卡扣连接器间隔开，并且在所述第一卡扣连接器和所述第二卡扣连接器之间没有直接的导电路径，并且每对卡扣构件共享相应的中心纵向轴线。该方法包括将兄弟电路板堆叠到所述主电路板上。该堆叠包括将所述主电路板的所述第一卡扣连接器与所述兄弟电路板的对应卡扣连接器接合。利用所述主电路板上的emg电路来获得基于所述输入电压的emg输出信号，并且通过与所述兄弟电路板的所述卡扣连接器中的一个卡扣连接器接合的所述主电路板的一个第一卡扣连接器，将来自所述主电路板上的所述emg电路的信号提供给所述兄弟电路板。

在任何前述实施方式的另一实施方式中，所述方法包括将销接纳到所述主电路板的销插座中，该销从所述兄弟电路板大致平行于所述中心纵向轴线延伸，该销插座沿着所述主电路板的边缘设置并且与所述主电路板的所述第一卡扣连接器和所述第二卡扣连接器分离。信号通过所述销和所述销插座在所述emg电路和所述兄弟电路板之间传输。

附图说明

图1示意性地示出了示例性emg电路。

图2示出了图1的emg电路的示例性实施方式。

图3a示出了包括图1的emg电路的至少一部分的示例性电路板的第一面。

图3b示出了图3的电路板的与第一面相对的第二面。

图3c示出了图3a的示例性电路板的侧视图。

图4a示出了图3a的电路板和可以安装到电路板的兄弟电路板的透视图。

图4b示出了安装到图3a的电路板的图4a的兄弟电路板的侧视图。

图5示出了安装到图3a的电路板的保护板的视图。

图6示出了可包括图1的emg电路的至少一部分的另一示例电路板的视图。

权利要求书和以下说明书和附图中所描述的实施方式、示例和替代方案，包括其各种方面或相应个别特征中的任一者，可独立地或以任何组合来采用。结合一个实施方式描述的特征适用于所有实施方式，除非这些特征是不兼容的。

具体实施方式

图1示意性地示出了电连接到固定到人类受试者13的电极12a至12c的示例性emg电路10。电极12a至12c向emg电路10提供动作电位电压14。例如，电极12a至12c可以是用户粘贴到其皮肤上的标准粘贴电极或嵌入可穿戴织物中的电极。

差分电路16用于基于两个动作电位电压14之间的差来生成emg输入信号17。动作电位电压14包括在由差分电路16生成emg输入信号17之前的电压偏移(例如，dc偏移)。这在本文中将被称为“固有电压偏移”，因为其可以是动作电位电压14固有的，并且不是由emg电路10引入的。

在生成emg输入信号17时，差分电路引入附加电压偏移，该附加电压偏移并非已经存在于动作电位电压中(即，不同于固有电压偏移)，该附加电压偏移使emg输入信号17以非零电压为中心。该附加电压偏移在本文中将被称为“引入的电压偏移”，因为它是由emg电路10有意引入的。在一个或多个实施方式中，emg信号以其为中心的非零电压是vs/2，其中vs是emg电路10的电源40的电压。在一些此类实施方式中，vs/2可充当虚拟接地。

带通滤波器18连接到差分电路16。带通滤波器18用于滤除emg输入信号17中高于预定义上阈值的频率和低于预定义下阈值的频率，其中上阈值大于下阈值。带通滤波器18还用于去除固有的电压偏移。带通滤波器18提供滤波后的emg信号19(或“原始emg信号”)，其被传递到整流电路20并且被提供为第一emg输出信号36a。固有电压偏移的去除可提供emg信号119以其参考电压(例如，vs/2)为中心，如果固有电压偏移未去除，则可能不存在emg信号119以其参考电压为中心。

整流电路20用于针对非零电压对滤波后的emg信号19进行整流，以生成经整流emg信号21。

偏移去除电路22用于从经整流emg信号21中去除所引入的电压偏移以生成经调整emg信号23，所述经调整emg信号23被提供为第二emg输出信号36b。

包络检测电路24用于接收经调整emg信号23以产生与经调整emg信号23的包络对应的第三emg输出信号36c。

输出信号36a至36c中的每一个基于emg输入信号17。例如，可以将输出信号36a至36c提供给客户端设备38。可使用多个客户端设备38，例如计算机、平板设备、智能电话、开发板(例如，阿尔杜伊诺板(arduino)、树莓派(raspberrypi)等)、微控制器等。可选地，可在客户端设备38上使用模数转换器(adc)42以生成用于数字处理电路的数字信号。

可选地，可以包括可调节增益放大器26，其用于调节emg输出信号36c的增益。还可以包括输出发光二极管(led)指示器28，其被配置为使得emg输出信号36通过led28，并且led28的照度基于emg输出信号36的振幅而变化。因此，led28可以用作肌肉活动指示器，其随着人类受试者13以更大的强度弯曲他们的肌肉而增加亮度。

电源40(例如，电池或某一其它能量存储装置，例如大电容器)提供向emg电路10供电的电源电压vs。例如，电源40可以是独立的电源(例如，ac适配器)，可以是客户端设备38的一部分，或者可以是兄弟电路板的一部分。电源开关30可以连接在电源40和emg电路10之间，以控制emg电路10处于接通状态还是断开状态。电源指示器led32可以连接到电源开关以指示emg电路10是处于接通状态还是断开状态。部件26、28、30和32是可选部件，并且在一些实施方式中可以从emg电路10中省略。

通过使用emg电路10，用户能够利用由客户端设备38使用的微控制器或adc42的整个模拟输入范围。通过使emg信号以非零电压(例如vs/2)为中心，可以在整流之前将整个emg信号置于正电压平面中，这可以避免在整流期间波形的“负”部分的损失。然后，随着所引入的电压偏移的随后去除，可将经调整emg信号23设置为具有0伏参考电压，使得可利用adc42的整个分辨率。否则，adc的电压范围的一部分将被浪费。例如，假设adc具有10位分辨率(1024个电压电平＝2¹⁰)。如果引入的电压偏移未被去除，则该电压范围可被大幅减小，从而将分辨率减小到9位分辨率(512个电压电平＝2⁹)，因为整个emg信号范围将是vs/2～vs而不是0～vs。将被浪费的电压范围的部分的大小取决于差分电路16所使用的非零电压。例如，如果差分电路16以vs/2为中心，则一半的电压范围将被浪费。

在一个或多个实施方式中，差分电路16是仪表放大器，偏移去除电路22是差分放大器，包络检测电路24是积分放大器，并且整流电路20是全波或半波整流电路。

图2示出了图1的emg电路的示例性实施方式。在图2的示例中，差分电路16是仪表放大器，其分别基于电极12a和12b的两个动作电位电压之间的差来生成emg输入信号17。电极12c提供附着有电极12c的受试者的参考电压。这可以用来例如确定附着有电极c的受试者的接地信号。

仪表放大器包括运算放大器(op-amp)41、电阻器r1和r2以及电容器c1和c2。电阻器r2和电容器c2也形成低通滤波器18a的一部分，低通滤波器18a与高通滤波器18b一起形成带通滤波器18。

高通滤波器18b包括运算放大器42、电阻器r3和r4以及电容器c3和c4。

在图2的示例中，整流电路20是全波整流器，其取得emg信号的下降到emg信号以其为中心的非零电压(例如，vs/2)以下的部分并且对该部分进行逆变。全波整流器包括运算放大器43和44、电阻器r5、r6和r7以及二极管d1。

在图2的示例中，去除引入的电压偏移的偏移去除电路22是包括电阻器r8、r9、r10和r11、电容器c5和运算放大器45的差分放大器。

在图2的示例中，包络检测电路24是连接到非反相放大器的低通滤波器，该非反相放大器包括电阻器r12和r13、电容器c6和运算放大器46。通过包括电位计r14，非反相放大器还可以用作可调增益放大器。

输出指示器led28经由电阻器r15连接到emg包络信号36c。

电源40具有提供电压vs的正端子，并且还具有负极端子。电阻器r16和r17用作分压器以将电压vs降低到vs/2。电容器c7和电阻器r16用作低通滤波器以从vs去除ac电压信号。运算放大器48用作缓冲放大器以防止阻抗加载和干扰。运算放大器48的输出(可以是vs/2)连接到第一动作电位电压和第二动作电位电压(经由电极12c)起源的受试者的电压电位，以形成参考电压vref。这可以用于有效地使受试者的身体电位与emg电路10的电位同步。电源40的负极端子为emg电路10提供接地连接。

图3a示出了其上可设置有emg电路10中的部分或全部的示例性电路板50的第一面52a。图3b示出了电路板50的与第一面52a相对的第二面52b。图3c示出了电路板50的侧视图。

电路板50在图3a至图3c中被描绘为具有近似相等长度的边的三角形。然而，应当理解，这仅仅是示例，并且可以使用其它形状，诸如具有其它数量的角的形状。而且，尽管电路板50的面52a至52b在图3a至图3c中被描绘为平面，但是应当理解，如果需要，面52a至52b可以是非平面的。

参照图3a至图3c，电路板50包括多对卡扣构件，每对卡扣构件包括第一卡扣连接器柱56和第二卡扣连接器58。在图3a至图3c的示例中，第一卡扣连接器56a至56c是卡扣柱，而第二卡扣连接器58a至58c是卡扣座。然而，应当理解，可以使用其它结构(例如，所有卡扣柱、所有卡扣连接器、每个面52a至面52b上卡扣柱和卡扣连接器的混合、用于卡扣连接器56a至56c的卡扣座和用于卡扣连接器58a至58c的卡扣柱等)。

在图3a至图3c的示例中，每对卡扣构件共享相应的中心纵向轴线60。因此，该对卡扣柱56a和卡扣座58a共享中心纵向轴线60a，该对卡扣柱56b和卡扣座58b共享中心纵向轴线60b，并且该对卡扣柱56c和卡扣座58c共享中心纵向轴线60c。中心纵向轴线60a至60c基本相互平行。电路板50包括三个角部区域54a至54c，每对卡扣柱和卡扣座都设置在角部区域54a至54c中的相应一个角部区域中。

电路板50包括多个开口62a至62c，并且每个卡扣座58b至少部分地设置在开口62a至62c中的相应一个中。卡扣柱56从第一面52a向外延伸，并且卡扣座58各自包括通向第二面52b的盲孔61。

卡扣座58用于接纳图1的电极12a至12c。在一个示例中，卡扣座58中的一个将电极12a连接到emg电路10，卡扣座58中的另一个将电极12b连接到emg电路10，并且卡扣座58中的又一个将电极12c连接到emg电路。emg电路10用于使用卡扣座58作为输入来获得emg输入信号17，并且如上所述，emg电路10还用于提供基于emg输入信号17但不同于emg输入信号17的至少一个emg输出信号36。

对于每对卡扣构件，卡扣柱56与卡扣座58间隔开，并且在卡扣柱56和卡扣座58之间没有直接的导电路径。作为替代，每对的卡扣柱56和卡扣座58与emg电路10的不同节点连接。在相同示例或另一示例中，卡扣柱56中的一个与emg电路10的接地节点连接，卡扣柱56中的另一个与emg电路10的+vs节点连接，卡扣柱56中的又一个与emg输出36c的节点连接。卡扣柱56可用于将兄弟板附接到电路板50(例如，省略电路组件的兄弟保护板或兄弟电路板)。

在一个实施方式中，emg电路10的尺寸被设计为佩戴在受试者的身体上。在一个这样的示例中，第一卡扣连接器56彼此间隔开大约0.5～2英寸。在另一实施方式中，第一卡扣连接器56彼此分开0.75～1.25英寸。在这样的示例中，第二卡扣连接器58可以彼此间隔开相同的距离。卡扣连接器对之间的这些相对较小的距离使得电路板50适于佩戴在人类受试者13的肢体(例如，手臂)上。

图4a是电路板50和兄弟电路板70在安装之前的透视图，图4b是电路板50和兄弟电路板70在安装配置中的侧视图。

现在参考图4a至图4b，兄弟电路板70包括相对的第一面71a和第二面71b。类似于电路板50，兄弟电路板70还包括多个卡扣座72a至72c。在图4b的安装配置中，电路板50的每个卡扣柱56a至56c被接纳到卡扣座72a至72c中的相应一个中，并且每个卡扣座72的中心纵向轴线与其相关联的卡扣柱56的中心纵向轴线60同轴。

在安装之前，电路板50和兄弟电路板70可以垂直对准，如图4a所示。

在安装配置中，电路板50和兄弟电路板70布置成堆叠配置，使得电路板50、70基本上平行、彼此面对、彼此隔开，并且通过卡扣柱56和卡扣座72中的至少一个电连接。通过将电路板50的卡扣柱56与兄弟电路板70的卡扣座72分离，可以将兄弟电路板70从电路板50上拆卸下来。

兄弟电路板70可以用于担负电路板50的功能和/或以模块化的方式增强电路板50的功能。兄弟电路板70可用于提供电源、提供无线能力、将一个或多个电极连接到电路板50(例如，如果人类受试者13不想佩戴电路板50的话)和/或提供电子显示器。

在图4a至图4b的示例中，电路板50的轮廓和面积与兄弟电路板70的轮廓和面积大致相同。当然，应当理解，这是非限制性示例，并且可以提供其它布置，其中电路板50的轮廓和/或面积不同于兄弟电路板70的轮廓和/或面积。

再次参照图3b，电路板50包括沿着电路板的与多个卡扣座58a至58c分离的边缘66a至66c设置的多个销插座64。

下面描述销插座64的示例性配置。销插座64a可以提供到emg输出信号36a的连接。销插座64b可以提供到emg输出信号36b的连接。销插座64c可提供到图2中所示的参考电压“vref”的连接。销插座64d可提供到电极12a的通路。销插座64e可以提供到电源电压+vs的连接。销插座64f可提供到emg电路10的接地的连接。销插座64g可以提供到emg输出信号36c的连接。销插座64h可以提供到电极12b的连接。当然，可以使用其它销配置。

现在参照图4a，兄弟电路板70包括基本上平行于中心纵向轴线60a至60c延伸并且与兄弟电路板70的多个卡扣座72a至72c分离的两个销74a至74b。

销74a至74b用于在安装配置中连接到电路板50的销插座64a至64b，从而在主电路板50和兄弟电路板70之间传输信号。因此，使用上述示例，销74a可以通过连接到销插座64a来向兄弟电路板70提供对于emg输出信号36a的获取，并且销74b可以通过连接到销插座64b来向兄弟电路板70提供对于emg输出信号36b的获取。

参照图4a，电路板50和兄弟电路板70各自包括相应的辅助图形指示器76a至76b，用于指示电路板50、70在被安装之前的正确定向。在图4a的示例中，图形指示器描绘了屈曲的二头肌。当然，可以使用不同的图形指示符。通过在安装之前对准图形指示器76a-76b，用户可以避免将销74a至74b插入不正确的销插座64中，并且还可以避免在卡扣柱56和卡扣座72之间产生不期望的电连接。

图5示出了可移除地安装到电路板50的保护板80的视图。例如，保护板80可以是其上没有电路部件的空白pcb。保护板80包括多个插座开口82a至82c，其尺寸被设计为在安装配置中接纳并接合卡扣柱56。在替代实施方式中，开口82a至82c是盲孔，使得卡扣柱56隐藏在开口82内并且在安装配置中无法通过开口82接近。在一些实施方式中，插座开口82a至82c可以是非卡扣座，或者可替换地可以是卡扣座。

保护板80具有凹口边缘84a至84c，凹口边缘84a至84c在安装配置中提供通向沿着电路板50的边缘66a至66c设置的销插座64a至64h的通路。保护板80保护emg电路10，并且还提供保护以防止用户不经意地触摸卡扣柱56a至56c并产生到卡扣柱56a至56c的关联电信号的无意的电连接。

尽管在图3a至图3c和图4a至图4b中描绘了特定实施方式，但应理解，可实施其它实施方式。例如，可以使用非卡扣连接器来代替卡扣连接器56和/或58(例如，具有适于抵靠用户身体而不使用粘性电极的大致平坦的外表面的触点、磁性连接器、基于销的连接器等)。

在一个示例中，卡扣连接器56、58不是成对布置的，而是彼此偏移(例如，设置在六角多边形电路板的不同角部中)。在一个示例中，第一连接器56的数量不同于第二连接器58的数量。

在本公开中，相同的附图标记在适当的情况下表示相同的元件，并且附图标记加上一百或其倍数表示被理解为结合了相应元件的相同特征和益处的经变型的元件。

图6示出了可包括图1的emg电路10的至少一部分的另一示例电路板150的视图。在图6的示例中，电路板150是圆形的并且没有“角部”区域。而且，在图6的示例中，电路板150的侧面152a上的连接器156a至156c(例如，卡扣连接器)偏离电路板150的相对的第二侧面上的连接器158a至158c(例如，卡扣连接器)。

虽然已经公开了示例性实施方式，但是本领域普通技术人员将认识到，某些变型将落入本公开的范围内。因此，应当研究以下权利要求以确定本公开的范围和内容。