表面肌電信號(hào)采集(共12頁)

1、 表面肌電信號(hào)采集（硬件(yn jin)部分）報(bào)告研究(ynji)背景 肌肉收縮時(shí)伴隨的電信號(hào)，表面肌電信號(hào)是各個(gè)運(yùn)動(dòng)單元?jiǎng)幼麟娢辉诒砻骐姌O處之和，是在體表無創(chuàng)檢測(cè)肌肉活動(dòng)的重要方法(fngf)。本課程設(shè)計(jì)通過表面肌電信號(hào)幅值的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)手指運(yùn)動(dòng)或抓握力量的識(shí)別。 圖一 表面肌電信號(hào)圖2 手指運(yùn)動(dòng)的肌電信號(hào)肌電信號(hào)特性設(shè)計(jì)肌電信號(hào)采集系統(tǒng)，首先要了解并分析肌電信號(hào)的特性，明確肌電信號(hào)的特性能夠更好的濾除噪聲，更好的設(shè)計(jì)肌電采集系統(tǒng)。肌電信號(hào)發(fā)源于作為(zuwi)中樞神經(jīng)一部分的脊髓中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的細(xì)胞體處在其中，其軸突伸展到肌纖維處，經(jīng)終板區(qū)（哺乳類神經(jīng)肌肉接頭(ji tu)為板

2、狀接頭，故稱終板或稱運(yùn)動(dòng)終板motorendplate）與肌纖維耦合（是生化過程性質(zhì)的耦合）。與每個(gè)神經(jīng)元聯(lián)系著的肌纖維不只一條。這些部分合在一起，構(gòu)成所謂(suwi)運(yùn)動(dòng)單位，如圖（2.1）。運(yùn)動(dòng)單位是肌肉的最小功能單位并能被隨意地激活，它由受同一運(yùn)動(dòng)神經(jīng)支配的一群肌肉纖維組成，肌電信號(hào)(EMG)是由不同運(yùn)動(dòng)單位的運(yùn)動(dòng)單位動(dòng)作電位motorunitactionpotential，MUAP)組成。肌電信息與肌肉收縮的關(guān)系可以概述如下：由中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出傳向運(yùn)動(dòng)神經(jīng)末梢分支的運(yùn)動(dòng)電位，傳遞著驅(qū)使肌肉收縮的信息。由于神經(jīng)末梢分支的電流太小，常不足以直接興奮大得多的肌纖維，但是通過神經(jīng)肌肉接頭處的特

3、殊終板的類似放大作用，這樣就爆發(fā)一個(gè)動(dòng)作電位沿著肌纖維而傳播，在動(dòng)作電位的激發(fā)下隨之產(chǎn)生一次肌肉收縮。這種興奮和收縮之間的聯(lián)結(jié)是通過肌纖維內(nèi)部特殊的傳導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，因此，可以明確以下概念：動(dòng)作電位不是肌肉收縮的表現(xiàn)，而是發(fā)動(dòng)肌肉收縮機(jī)制的重要部分。由于肌肉信號(hào)只與給予肌肉的指令成比例，因此肌肉實(shí)際上不需要產(chǎn)生力，但工作了的肌肉仍然是發(fā)放肌電的適當(dāng)源泉。各肌纖維在檢測(cè)點(diǎn)上表現(xiàn)出的電位波形，其極性與終板和檢測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位置有關(guān)（例如圖2.2上纖維1和n引起的電位波形與纖維2，3引起的電位波形反向）。又和纖維與檢測(cè)點(diǎn)間的距離有關(guān)，相距愈遠(yuǎn)，幅度愈小。各肌纖維在檢測(cè)點(diǎn)間引起電位的總和構(gòu)成運(yùn)動(dòng)(yndng

4、)單元的動(dòng)作電位（MUAP）。由于軸突上的電發(fā)放是脈沖序列，因此(ync)檢測(cè)點(diǎn)間引起的也是動(dòng)作電位的序列（MUAPT），如圖2.3所示。二、設(shè)計(jì)(shj)原理采集電路原理如圖3所示，本次任務(wù)要求采集人體前臂指淺屈肌的表面肌電信號(hào)，通過示波器觀察采集的肌電信號(hào)隨手指握力大小變化而變化。 圖3 表面(biomin)肌電信號(hào)調(diào)理電路結(jié)構(gòu)圖 1、前級(jí)運(yùn)放的噪聲是儀器引入噪聲的主要(zhyo)來源，因此前級(jí)運(yùn)放需選用具有低噪聲性能的儀表放大器。前級(jí)儀表(ybio)放大器的選用：(1)輸入電壓噪聲和輸入電流噪聲小。(2)共模抑制比CMRR大。(3)差模輸入阻抗大。輸入偏置電流小。根據(jù)這個(gè)要求我們比較選取

5、了AD公司的AD8220儀表放大器AD8220產(chǎn)品特性:輸入電壓噪聲：14Nv/Hz.輸入電流噪聲：1Fa/Hz.共模抑制比CMRR:100.輸入偏置電流：10Pa根據(jù)圖3，肌電信號(hào)處理步驟總體設(shè)計(jì)圖如下 圖1-1設(shè)計(jì)方案 1.前級(jí)放大部分采用(ciyng)AD8220儀表(ybio)放大器 圖2-1該部分(b fen)由三個(gè)芯片組成u1為AD8220放大前置放大倍數(shù)為G 總體 G=30 AD8220的設(shè)置電阻中點(diǎn)接入兩個(gè)op07進(jìn)行緩沖、反轉(zhuǎn)并放大這點(diǎn)的共模電壓驅(qū)動(dòng)回身體。Multism上仿真(fn zhn)如下圖高通、低通濾波部分(b fen) 圖2-2-1 高通濾波 圖2-2-2 低通濾

6、波器本次方案(fng n)采用低通+高通形成帶通的方式進(jìn)行濾波，頻率成分主要分布在20Hz500Hz之間，選用的芯片均為OP07，價(jià)格較為便宜，且使用方便，同時(shí)也可滿足題目所需。高通濾波器：其放大倍數(shù)G=1.9998=2,經(jīng)計(jì)算，。Multism上仿真如下低通濾波器: 其放大(fngd)倍數(shù)G=8.333，經(jīng)計(jì)算(j sun)，f=500HzMultism上仿真(fn zhn)如下350hz限波50hz工頻對(duì)表面肌電信號(hào)的采集有很大的影響，頻率在肌電信號(hào)頻率范圍內(nèi)且幅度大于肌電信號(hào)，因此要濾去。Multism仿真如下4后級(jí)放大部分電路圖如下(rxi)：Multism仿真(fn zhn)如下,R

7、f=10k,R=1.1k,G=10.9.6.電平(din pn)抬升使用(shyng)一個(gè)op07組成的累加器，對(duì)前級(jí)輸出(shch)進(jìn)行抬升。Multism仿真(fn zhn)如下7總體電路圖測(cè)試1輸入(shr)肌電信號(hào)：舒張(shzhng)緊握(jn w)：2結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果并未達(dá)到預(yù)期的1000倍，只有幾百倍。但并不妨礙肌電信號(hào)的采集輸出。總結(jié)今次實(shí)驗(yàn)課對(duì)我來說并不容易，當(dāng)我準(zhǔn)備開始本次課程設(shè)計(jì)時(shí)，我甚至不知道(zh do)從何處下手!辛虧我和搭檔(ddng)在網(wǎng)上查閱了大量資料，然后通過好搭檔的簡(jiǎn)單交流，了解(lioji)到本次課程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是濾波電路，于是我們研究了相關(guān)濾波電路。跟某

8、些組來比，我們組開始的進(jìn)度并未不快，直到第三次實(shí)驗(yàn)課結(jié)束才最終確定了總體電路，幸運(yùn)的是仿真成功了。我并不擅長(zhǎng)焊接電路，所以我很感謝我的搭檔，她一個(gè)人利用空閑時(shí)間完成了整個(gè)電路的焊接。焊接后我們開始了調(diào)試，然而調(diào)試的過程中并不一帆風(fēng)順，一個(gè)簡(jiǎn)單的跟隨器電路居然出了差錯(cuò)！我們用一個(gè)晚上才最終找出來問題的所在電路某些部分焊接失誤，排除了這個(gè)錯(cuò)誤后，我們繼續(xù)測(cè)試，然后幾個(gè)芯片op07又不能發(fā)揮正常功能，幸虧其他組借了我們幾個(gè)芯片給我們，調(diào)試才能繼續(xù)下去。終于到了第九周，我們開始了最后的測(cè)試階段，可是在進(jìn)行人體試驗(yàn)的時(shí)候，差分反向段電極也沒能發(fā)揮正常功能。除卻以上所說的，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程還是比較順利的，在長(zhǎng)達(dá)九周的時(shí)間里，我們憑借自己的努力和幫助我門的人，終于圓滿的結(jié)束此次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)課程，我知道自己還有很多不足，所以接下來我會(huì)更加嚴(yán)格要求自己，讓這條路越走越寬敞。 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院題 目：表面(biomin)肌電信號(hào)采集指導(dǎo)老師：李正義(zhngy)年 級(jí)：2013級(jí)小組(xioz)成員：張夢(mèng)莎 201321121113瞿康為 201321121094報(bào)告內(nèi)容：系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與比較單元電路設(shè)計(jì)與計(jì)算系統(tǒng)測(cè)試總結(jié)報(bào)告撰寫者：瞿康為內(nèi)容總結(jié)（1）表面肌電信號(hào)采集（硬件部分）報(bào)告研究背景 肌肉收縮時(shí)伴