电磁刺激作用下生物肌电信号采集装置的实现

摘要

表面肌电信号(sEMG)发源于脊髓中的运动神经元，是一种常见的生物电信号，也是产生肌肉力的电信号根源，它可以通过表面电极的引导来获得，反映了神经肌肉的功能状态，蕴含了有关肌肉活动的各种信息，因此它的检测及分析对神经肌肉诊断、运动医学等方面都具有重要意义。本文旨在研究设计一整套具有良好抗噪声性能的表面肌电信号采集装置，并通过实验测试其可靠性和有效性。
　　(1)对肌电信号的产生机理、数学模型等进行了阐述，为后续采集装置的研究和设计奠定了理论基础。
　　(2)在了解表面肌电信号自身特征的基础上，充分考虑采集过程中可能面临的各种噪声干扰，针对以上问题，确定采集装置的设计方案。包括采集信号检测部分、前置信号放大部分、带通滤波部分、工频陷波部分、信号二级放大部分和显示终端。本论文所设计的装置采用低阻抗差分电极形式，从源头上降低了信号的损耗，抑制了共模干扰。对信号的放大采用分级放大方案，一方面降低了对芯片、元件的性能要求，节约成本，另一方面也有助于防止在信号被滤波前内含的直流分量被过分放大造成微弱的肌电信号被淹没，同时也便于放大增益的灵活调节。此外，采用10阶Sallen-Key带通滤波器，阻带衰减速度极快，能够对环境噪声以及其它干扰信号有很强的衰减能力。实验结果表明，所设计的采集装置，具有较好的抗干扰性能，采集效果显著。
　　(3)设计表面肌电信号采集实验。通过物理运动、理疗仪刺激及直流电刺激三种方式进行表面肌电信号的采集，在时域分析的基础上，运用MATLAB对信号进行频域分析，并加以结果比对，以验证所设计装置的可靠性和有效性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究概况

1．3 论文的主要工作内容

2 表面肌电信号的产生机理及特性分析

2．1 肌电信号产生机理

2．2 表面肌电信号(sEMG)的数学模型

2．3 表面肌电信号的特点

2．4 表面肌电信号的测量原理

2．5 小结

3 采集系统硬件电路的设计与实现

3．1 sEMG采集过程中存在的干扰分析

3．2 sEMG信号采集电路的设计

3．2．1 表面电极

3．2．2 前置放大电路

3．2．3 带通滤波电路

3．2．4 工频陷波电路

3．2．5 二级放大电路

3．3．1 PCB的抗电磁干扰设计原则

3．3．2 硬件的实现

3．4 小结

4 表面肌电信号的采集及时频域分析

4．1 肌电信号的分析方法

4．1．1 时域分析

4．1．2 频域分析法

4．1．3 表面肌电信号采集实验的前期准备

4．2 实验结果及分析

4．2．1 握拳+展臂、单独展臂的表面肌电信号采集及频谱分析

4．2．2 治疗仪刺激下肌电信号采集及频谱分析

4．2．3 直流电刺激下肌电信号的采集及频谱分析

4．3 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果