表面肌电分析系统1
表面肌电分析系统
项目计划书
>>>成人康复
目 录
一、项目提供方简介
二、为什么要定量评定
三、为什么要定制方案
四、为什么是表面肌电分析系统（Flexcomp Infiniti System）
1.产品概述
2.定量评定
3.完美方案
4.功能拓展
5.生物反馈训练
五.部分客户名单
六.效益分析
1.收费标准：（以江苏地区收费为例）
2.治疗收费：
七.文献支持
一、项目提供方简介——南京伟思医疗科技有限责任公司
南京伟思医疗科技有限公司公司成立于2001年，是专业从事医疗器械、生物医学工程、家庭健康产品以及计算机软件开发、生产、销售为一体的高新技术企业。经过十余年的辛勤耕耘，目前已经发展成为一家拥有自主研发能力、优良的产品线、先进的商业模式、优良的服务、强大的技术能力、优秀的年轻团队、完善的管理体系和积极进取的企业文化的中国知名的医疗器械及家用健康产品供应商。
公司积极与国内数百家公司机构、上千家医院及近万名个人用户进行了友好的合作，使我们的产品成为中国心理学、康复医学及家用健康领域具有影响力和竞争力的品牌之一。伟思公司设立职能部门、供应链、战略产品部、安思定事业部、市场部、客户部、渠道部。
伟思公司还将一如既往提升服务，全力支持我国康复事业的向前发展。
二、为什么要定量评定？
“在康复领域中，康复评定是一项基本的专业技能，是制定出好的治疗计划的基础。只有通过全面的、系统的和相近记录的康复评定，才有可能确定病人的具体问题，制定相应的干预计划。”“可以这样说，没有评定，就没有康复。” 目前在临床上经常使用的评定方法有定性评定、半定量评定和定量评定。定性评定容易受评定者和被评定者主观因素的影响，从而使分析结果有很大程度的模糊性和不确定性。这种不确定性有时会因为评定医师的差异性，而使结果差异被主观放大。
最常见的半定量评定方法以量表法最为常见。半定量评定的方法可以数量化地反映被试者的功能障碍水平和特点，但是由于两个分数相同的患者其功能障碍可以不同，他们可在不同的活动中得分或丢分，精确度不高。因此，不同患者之间的功能活动的潜在差异可能被掩盖，而且量表法的有效性在很大程度上取决于评定量表的可靠性。
定量评定，最突出的优点是将障碍的程度量化，相比定性分析和半定量评定而言，更精确、更客观、更详实。通过定量分析可以让研究者对对象的认识进一步精确化，更科学的揭示规律，把握本质，理清关系，预测疾病的发展趋势，并且制定相应的具体治疗计划。
三者比较发现，定量评定没有定性分析和办定量评定的固有缺点——主观误差，这使这种分析方式容易被重复，而且能够实现数据采集的完整性，科学的数据分析和处理，更易被广泛接受与推广。
三、为什么要定制方案？ 定量评定数据的准确与否取决于两个属性：一个是标准化，另一个是数据完整性。例如：同一个人、同一时间的血压，用不同的测量方式或者测量工具，都会得出不同的测量结果，这就需要将整个数据采集的过程按照一定步骤确定和规范下来，规范的内容可包括：测量的部位，测量的方式，测量的动作，测量的程序等。只有将这些数据采集的过程标准化下来，才能让使用者有数值对照的基础，才有治疗成果对比的价值。
所以，在定量评定中，特别是较为开放性的数据采集方式中，就需要特定的方案在数据采集过程进行使用。而在不同的研究领域中需要使用不同的方案，这就要求每个方向都需要切合临床需求的定制方案，即：不同的研究方向给予定制不同的方案内容。如此才能最大程度的满足临床科研的准确需求，也为临床科学研究提供了操作上的最大效率和最大便利。、
由此看来，量化评定的标准化定制方案，对于临床有着强大的辅助作用，准确的契合了临床研究的最大需求。
四、为什么是表面肌电分析系统（Flexcomp Infiniti System）？
在康复评定中的量化评定已经发展成为临床医师、科研学者、疾病患者的共同需求，表面肌电分析系统（Flexcomp Infiniti System） 作为一个专业化医疗设备，拥有着康复评定中迫切需要的“量化评定”和“完美方案”这两个重要特色。
1.产品概述
表面肌电分析评定系统（FlexComp Infiniti System）是加拿大Thought
Technology公司面向医院康复医学科、神经内科、骨科、老年医学科、神经外科的新一代多功能诊断、评定分析仪器。
主要功能介绍：
肌力、肌张力评定
偏瘫上下肢评定
面瘫评定
下腰痛评定
脊髓损伤上下肢评定
髌骨软化症评定
.颈椎病评定
腰椎间盘突出症评定
步态分析：
（1）可同步、视频、动态采集步态中重要的生理信号。如：肌电信号、膝关节、髋关节、关节角度信号、足跟足尖压力信号等。 （2）重点分析步态时间动作效应关系、分期等。如：运动对称性、协调性、足跟着地、足尖离地的状况等。
（3）可分析异常步态、肌肉疲劳等临床关心的问题。
（4）多种方式实现步行周期的分期：支撑相、摆动相、双支撑相。如可通
过视频监测来实现步态分期，也可通过压力传感器来实现步态分期，各有优
势，临床应用中可互补。
（5）可在（减重）步态训练当中，实时指导步态训练，通过步态分析中采
集的数据来指导步态训练。
2.定量评定
表面肌电分析系统（FlexComp Infiniti System）通过不同的专业传感器，采集不同的生理参数，进行全身生理参数定量评定。
光纤：用于生物信号数据的高速传输，保证信号的采集与显示同步进行。最大程度消除系统误差。
无线蓝牙：实现数据远距离传输
传统表面肌电评定的同时，因为数据线连接的限制，同时也限制了被试的活动范围。无线蓝牙正是解决了这种传统的限制，让远距离的数据采集变为可能。
表面肌电传感器：用于肌肉恢复、放松、运动医疗、训练等。通过表面肌电传感器可得到包括：原始肌电值、均方根值、中值频率等。内置IC芯片，数据前置放大，降低干扰，独立参考电极，避免肌肉间的干扰。
脑电传感器(增配)：采集颅脑微电信号，用于神经生物反馈、注意力评估、神经症的非药物治疗。
心电传感器(增配)：用于心率变异性（heart rate variability，HRV）、心率值的检测与生物反馈的训练。
呼吸传感器(增配)：可对呼吸的频率、振幅进行实时检测，并可进行腹式或者胸式呼吸的深度生物反馈训练，用以放松与缓解压力。
皮阻传感器(增配)：提供了一个衡量精神压力的重要参数，通过检测手指部位的皮肤阻抗可以对精神状态进行客观评价，并且通过它进行的生物反馈治疗方法，也是一种相当完善与先进的用于缓解精神压力的疗法。
血容量搏动传感器(增配):是一种独特的心率检测设备，这种独特且便捷的传感器可用于心率的生物反馈训练用于训练和缓解焦虑等症状。
皮温传感器(增配):用于检测末梢血流量改变导致的细微的皮肤温度的改变，分辨率可达0.008℃，这种皮温的检测方式可用于放松训练和压力控制。
3.完美方案
肌力肌张力评定方案：面向卒中患者的肢体肌肉的定量评定方案在治疗与康复的前后，对于患者的肌肉功能进行量化评定，比如是否存在肌力低下、肌张力增高等异常表现，并且对于治疗效果给予确认，推进肢体功能康复量化评定的发展。
偏瘫上下肢评定方案：检测偏瘫患者上下肢肌群的肌电信号，评估上下肢肌力肌张力的异常状况，对制定有针对性的康复治疗方法及治疗疗效的评估具有重要意义。
步态分析：用宏观步态动作和微观肌电水平沟通来进行步态分析已经成为了一个具体化的导向，该方案可至少同时对全身的十块肌肉进行步态的分析，甚至可以包括部分周身关节角度数据的采集。这种微观结合宏观的步态评定方式使步态分析更加丰富和准确。
面瘫评定方案：针对面部肌群运动功能障碍的患者，制定标准化的评定方案，完成一系列动作如皱眉、鼓唇、吹口哨等，通过表面电极采集患者面部肌群的肌电信号，评定其肌力肌张力的异常状况；该方法还可以用于患者治疗疗效的评价。
盆底肌肉功能评定：格雷泽(Glazer)评定（盆底肌肉功能评定），这是一种国际上标准化的评定方式，通过Glazer
教授几十年的研究，统计出了一套标准化的评定方式和标准值，并且对于每个评定步骤也有准确的临床意义，所以这种盆底肌肉功能评定结果还可以用于指导盆底肌肉功能恢复的治疗，为临床医师治疗方式的选择指明方向。
下背痛评定：下背痛患者存在着腰背部肌肉易痉挛、易损伤的问题，这种病痛的病因研究及疗效评价缺乏有效的分析手段和方法，表面肌电目前在国际上的疼痛研究已经得到了广泛的认可，测试方法可重复性高，具有高诊断评定意义。
个性定制方案：还可以根据您的临床学需要， 将您的要求反馈给我们，我们会为您定制专业的
系统方案，真正切合您的思想。
4.功能拓展（选配）
关节活动度套件：全身六大关节精确评定
关节活动度受限需要进行定量测量与准确评定，关节活动度套件为这种评定提供了简便的操作和准确的数据，测量的关节包括：腕关节、肘关节、肩关节、髋关节、膝关节、踝关节等。
心理套件：心身全面康复
脑卒中、脑损伤、脊髓损伤后的患者往往处于应激状态、长时间的高水平，心身全面康复已经成为科学康复的一个先进理念。
万能通道套件：实现数据共享
同步连接常用第三方设备，如等速肌力训练仪、压力平台、平衡仪等常用康复设备。
5.生物反馈训练
肌电图的操作方法
肌电图的操作方法
肌电图是一种通过记录和分析肌肉电活动来评估肌肉功能的方法。它主要用于临床诊断和科学研究，可以帮助医生了解肌肉神经系统的状况，诊断肌肉病变和神经疾病，评估肌肉疾病的治疗效果等。
肌电图的操作方法包括以下几个步骤：
1. 准备肌电图仪器和电极：首先需要准备肌电图记录仪和电极。肌电图记录仪是一种专门用于记录肌肉电活动的仪器，通常包括放大器、滤波器、示波器和记录装置等。电极一般分为表皮电极和针电极，表皮电极适用于记录表面肌电信号，而针电极适用于记录深层肌肉电信号。
2. 准备被试者：被试者需要在记录肌肉电活动之前做好准备工作，包括充分放松身体，清洁皮肤表面，确保肌肉电活动的准确记录。
3. 定位电极：根据被试者的需要，将电极放置在相应的部位。通常情况下，电极需要放置在要测量肌肉的正中间，并确保电极与肌肉表面充分接触。
4. 记录肌肉电活动：一切准备工作完成后，可以开始记录肌肉电活动了。被试者需要在一定的动作或姿势下进行肌肉活动，例如屈伸肢体，收缩松弛等动作。记录员需要在记录仪器上观察信号和记录数据，确保信号的准确性和稳定性。
5. 分析数据：记录完肌肉电活动后，需要对数据进行分析。分析通常涉及到信号的频率、幅度、时域和频域特征等，以评估肌肉神经系统的功能状态。
肌电图操作方法的精确度和准确性对评估肌肉功能至关重要。因此在操作过程中需要注意以下几点：
1. 保持被试者舒适和放松：被试者在进行肌电图记录时需要保持放松和舒适，尽量避免出现不必要的干扰和动作。
2. 保持肌肉电信号的稳定性：肌电图记录过程中需要保持肌肉电信号的稳定性，避免出现杂波和干扰，以确保数据的准确性。
3. 注意电极的放置位置：电极的放置位置需要准确，以确保能够记录到被测肌肉的活动信号，避免信号漏采或者误采。
4. 避免干扰：在进行肌电图记录时需要尽量避免外界干扰，包括电磁干扰、机械振动和其他信号干扰等，以确保记录的数据准确性。
一种便携式表面肌电采集系统设计
一种便携式表面肌电采集系统设计
冀孟杰;李晓欧
【摘 要】为有效提高表面肌电采集系统的便携性,设计了一种新型的便携式表面肌电采集系统.该系统的硬件系统由前置放大电路、滤波电路、电平抬高电路等组成,软件系统则是利用C#和MATLAB混合编程对肌电信号进行实时显示和预处理.利用该系统采集肌电信号,并选择基于模糊熵特征量和支持向量机的方法识别手部动作.实验结果表明,系统成功地采集到肌电信号,并且采集部分体积为40 cm3,达到小型化,便于携带.同时在动作识别测试中,握拳动作识别率达到了100％,展拳动作识别率是88.9％,具有较高的识别率.
【期刊名称】《软件》
【年(卷),期】2018(039)009
【总页数】6页(P21-26)
【关键词】表面肌电;信号采集;预处理;动作识别应用
【作 者】冀孟杰;李晓欧
【作者单位】上海理工大学医疗器械与食品学院,上海 200093;上海健康医学院医疗器械学院,上海 201318
【正文语种】中 文
【中图分类】TN911.7
人体在运动过程中伴随着各种肌肉动作，同时包含着复杂的神经系统的生物电活动。而表面肌电信号就是其中的一种生物电信号。表面肌电信号（Surface Electromyography，SEMG）是由电极周围的肌纤维产生的所有运动单元电位在时间和空间上的累积，是神经干上电活动和浅层肌肉肌电信号在皮肤表面的综合效应[1]。正是以其提取方便、无创测量、重复性好等优点，SEMG被广泛应用于例如假肢控制、肌肉疾病诊断、肌肉疲劳程度评定以及神经肌肉功能诊断等许多领域，使其在康复医学研究、协助身体运动和各种肌肉神经的基础研究方面有着深远的意义[2]。同时，SEMG又被应用于肌肉-计算机接口技术中，例如利用SEMG完成虚拟现实、轮椅、外骨骼等控制和跌倒检测[3-6]。
SEMG是微弱的复杂信号，具有非平稳性和非线性，通过电极从肌肉表面采集神经肌肉生物电信号，并将其记录、放大、传导和反馈，可对肌肉功能以及神经信号进行量化分析。肌电峰峰值是0~6 mV，幅值范围在10~5000 μV，肌肉松弛时约为20~30 μV，收缩时约为60~300 μV[7]。20~ 500 Hz是肌电信号能量集中的主要频段，其中50~ 150 Hz是绝大部分频谱集中的频段。肌电采集方式分两种，第一种是针电极采集，即植入式采集。它需要把针电极插入到肌肉组织中，不适合多次和长时间测量，易造成肌肉损伤。另外一种是表面电极采集。把表面电极贴在皮肤表面，使用方法简单且具有无创性。采集SEMG时，首先对信号进行放大和去噪等处理，这就决定了采集肌电的电路必须满足高增益、高输入阻抗、高共模抑制比、低漂移、低噪声等要求。
盆底功能检查仪参数
盆底表面肌电分析及生物反馈训练系统（盆底功能检查仪）技术参数
1. 2通道表面肌电采集
2. 自动识别信号质量，5格显示肌电信号质量
3. 19寸液晶屏显示
4. 惠普激光打印机
5. 分辨率： 小于0.2uV (r.m.s)
6. 通频带：20Hz～500Hz(-3dB)
7. 共模抑制比：大于100dB
8. ★采样位数：16位
9. 一体化豪华推车
10. ★具有一次性使用阴道电极
11. ★内置云模块，与治疗设备无线自动互联，同步数据
12. 主机可接地线，去除电磁干扰
13. 一键式开机，直接进入采集软件界面
14. 一键式1秒关机，无需等待
15. ★内置盆底表肌电1分钟快速筛查、2分30秒标准筛查及6分种国际标准评估模式
16. ★一分钟快速筛查，自动给出评分和智能化判断给出是否需要治疗建议
一分钟筛查主要参数：静息平均肌电，静息肌电变异性，快速收缩上升时间，快速收缩下降时间，持续收缩平均值，持续收缩变异性，后静息平均值，后静息变异性
17. ★治疗设备可根据筛查、评估数据自动生成个性化的治疗方案。
18. 系统治疗方案可无线传输至智能设备（手机、pad等）。
19. 系统治疗电刺激参数频率、脉宽、波升、波降、刺激时间、休息时间可无线传输至智能设备（手机、pad等）。
20. ★系统治疗触发模式：阈值上刺激、阈值下刺激，可无线传输至智能设备（手机、pad等）。
21. 系统智能设备设有专用app，系统可无线接收智能设备app发送的数据。
表面肌电图的分析与应用研究
4 表面肌电图的分析与应用研究
表面肌电（surface electromyography, sEMG）图在电生理概念上虽然与针电极肌电图相同，但表面肌电图的研究目的，所使用的设备以及数据分析技术与针电极肌电图是有很大区别的。相对与针电极肌电图而言，其捡拾电极为表面电极。它将电极置于皮肤表面，使用方便，可用于测试较大范围内的EMG信号。并很好地反映运动过程中肌肉生理生化等方面的改变。同时，它提供了安全、简便、无创的客观量化方法，不须刺入皮肤就可获得肌肉活动有意义的信息，在测试时也无疼痛产生。另外，它不仅可在静止状态测定肌肉活动，而且也可在运动过程中持续观察肌肉活动的变化；不仅是一种对运动功能有意义的诊断方法，而且也是一种较好的生物反馈治疗技术[50]。
4.1 肌电（electromyography, EMG）信号的产生原理及模式
4.1.1肌电信号的产生原理
肌肉收缩的原始冲动首先来自脊髓，然后通过轴突传导神经纤维，再由神经纤维通过运动终板发放冲动形成肌肉收缩，但每根肌纤维仅受一个运动终板支配，该运动终板一般位于肌纤维的中点。当神经冲动使肌浆中Ca2+浓度升高时，肌蛋白发生一系列变化，使细胞丝向暗带中央移动，与此相伴的是ATP的分解消耗和化学能向机械功的转换，肌肉完成收缩。在肌肉纤维收缩的同时也相应地产生了微弱的电位差，这就是肌电信号的由来。
人体骨骼肌纤维根据功能分为Ⅰ型慢缩纤维，又称红肌，亦即缓慢-氧化型肌纤维；Ⅱa型和Ⅱb型快缩纤维，又称白肌。“红肌”力量产生较慢，其特点是ATP产生是氧化代谢产生的（即其含有较高的氧化能力），可以维持较长的工作时间，作用主要为保持耐力。快肌纤维则主要是无氧酵解（糖原代谢）途径，故在相对较短的时间内，易产生疲劳和乳酸堆积[46]。所以，不同纤维类型因其收缩类型不同，能量代谢改变不同，生理作用不同，故其收缩时的肌电信号也有不同特征，故而肌电信号反过来也可相应反映耐力、生化改变，也就是疲劳度、代谢等方面的情况。
基于STM32的表面肌电采集系统的实现
第39卷 第7期 2017-07
【119】收稿日期：2017-03-06基金项目：上海市科委智能化下肢综合评估训练系统的临床应用研究项目（14441905100）；上海市科委俯卧式多态脊柱 康复训练与评估系统的开发与关键技术研究项目（15441906200）作者简介：朱安阳（1989 -），男，浙江温州人，硕士研究生，研究方向为精密医疗器械设计与检测
。基于STM32的表面肌电采集系统的实现Implementation of surface EMG acquisition system based on STM32朱安阳，徐秀林ZHU An-yang, XU Xiu-lin（上海理工大学 医疗器械与食品学院，上海 200093）摘 要：针对康复训练治疗效果的评估的需要，设计了一种基于STM32的表面肌电采集系统。系统采取由主机控制和显示的主从型结构，硬件以STM32为核心，配合表面肌电信号采集模块以实现对原始的表面肌电信号的采集，再利用均方根值提取模块提取其肌电均方根值并通过USB接口传送至上位机，最终由上位机软件分析处理传送上来的肌电数据并显示。实验结果表明，系统所采集的肌电信号的准确性较高，能够满足评估康复训练治疗效果的需要。关键词：STM32；数据采集；肌电均方根值；积分肌电值中图分类号：TH772 文献标识码：B 文章编号：1009-0134(2017)07-0119-05
0 引言表面肌电信号是一种伴随着肌肉活动在皮肤表面传递的生物电[1]。表面肌电信号是来源于人体自身的电信号，因此它具有直接自然的特点，其中蕴含了多种肌肉运动信息，被广泛的运用于肌肉运动、肌肉损伤诊断、康复医学以及运动体育等方面的研究。随着电子新技术和计算机技术的发展以及神经肌肉生理学研究，人们可以对肌电信号和神经肌肉功能进行更加精准的研究[2]。南京大学的周兵等人研制的便携式表面肌电信号采集仪以ARM7微处理器AT91SARM7SE512为核心，采用μC/OSⅡ操作系统，通过触摸屏控制肌电信号的采集，操作简便且性能稳定，但选用的芯片成本较高，而且由于缺少上位机的配合，不便于肌电数据的管理[3]；哈尔滨理工大学的尤波等人搭建的肌电信号采集平台采用了北京阿尔泰科技发展有限公司研发的PCI8622数据采集卡，其采样通道多达32路，转换精度达16bit，可同时采集多路肌电信号且精度较高，但也使得数据采集变得复杂，不利于临床 使用。针对上述情况，本文设计了一种基于STM32的低成本、低功耗、双通道的表面肌电采集系统。该系统包括上、下位机两部分，由上位机控制下位机的肌电数据的采集与传送，同时上位机还负责对采集的肌电数据进行保存、分析和显示，上位机与下位机之间通过USB接口进行数据通讯。1 系统的设计与实现基于STM32的肌电采集系统设计由硬件设计与软件设计两部分组成。硬件包括原始肌电信号采集模块、肌电均方根值提取模块、STM32芯片、UART转USB模块和电源模块；软件分为下位机的STM32控制程序设计和上位机的肌电信号分析界面设计两部分。其中，下位机的STM32控制程序包括对上位机下传的命令数据的处理响应模块和肌电均方根值数据的上传模块；上位机的肌电信号分析界面包括病人信息管理模块、肌电数据分析显示模块和数据通讯模块。系统整体结构框图如图1 所示。1.1 硬件设计表面肌电采集系统的硬件部分由原始肌电信号采集模块、肌电均方根值提取模块、STM32芯片、UART转USB模块和电源模块组成，其具体工作流程为：原始肌电信号采集模块通过对信号进行放大滤波处理以提取原始表面肌电信号，而获得的原始肌电信号再经过均方根值提取模块的处理以提取肌电信号的均方根值，再由STM32芯片将采集到的肌电均方根值数据通过UART转USB模块传送给上位机。硬件系统的设计指标如表1 所示。表1 硬件设计指标采样频率范围信号放大倍数采样率分辨率20Hz～500Hz5×104～5×1052000Hz0.2μV【120】 第39卷 第7期
表面肌电信号采集
表面肌电信号采集（硬件部分）报告
一． 研究背景
肌肉收缩时伴随的电信号，表面肌电信号是各个运动单元动作电位在表面电极处之和，是在体表无创检测肌肉活动的重要方法。本课程设计通过表面肌电信号幅值的检测，实现对手指运动或抓握力量的识别。
图一 表面肌电信号
图2 手指运动的肌电信号
肌电信号特性
设计肌电信号采集系统，首先要了解并分析肌电信号的特性，明确肌电信号的特性能够更好的滤除噪声，更好的设计肌电采集系统。
肌电信号发源于作为中枢神经一部分的脊髓中的运动神经元。运动神经元的细胞体处在其中，其轴突伸展到肌纤维处，经终板区（哺乳类神经肌肉接头为板状接头，故称终板或称运动终板motor endplate）与肌纤维耦合（是生化过程性质的耦合）。与每个神经元联系着的肌纤维不只一条。这些部分合在一起，构成所谓运动单位，如图（2.1）。
运动单位是肌肉的最小功能单位并能被随意地激活，它由受同一运动神经支配的一群肌肉纤维组成，肌电信号(EMG)是由不同运动单位的运动单位动作电位motor unit action potential，MUAP)组成。
肌电信息与肌肉收缩的关系可以概述如下：由中枢神经系统发出传向运动神经末梢分支的运动电位，传递着驱使肌肉收缩的信息。由于神经末梢分支的电流太小，常不足以直接兴奋大得多的肌纤维，但是通过神经肌肉接头处的特殊终板的类似放大作用，这样就爆发一个动作电位沿着肌纤维而传播，在动作电位的激发下随之产生一次肌肉收缩。这种兴奋和收缩之间的联结是通过肌纤维内部特殊的传导系统实现的，因此，可以明确以下概念：
1） 动作电位不是肌肉收缩的表现，而是发动肌肉收缩机制的重要部分。
2） 由于肌肉信号只与给予肌肉的指令成比例，因此肌肉实际上不需要产生力，但工作了的肌肉仍然是发放肌电的适当源泉。各肌纤维在检测点上表现出的电位波形，其极性与终板和检测点的相对位置有关（例如图2.2上纤维1和n引起的电位波形与纤维2，3引起的电位波形反向）。又和纤维与检测点间的距离有关，相距愈远，幅度愈小。
表面肌电信号检测电路的设计原理解析
表面肌电信号检测电路的设计原理解析
本文将对表面肌电信号检测电路的设计原理进行详细解析。肌电信号是指由人体肌肉运动产生的微弱电信号，通过对这些信号的检测和分析可以获得关于肌肉运动状态和肌肉疲劳程度等信息。而表面肌电信号检测电路的设计是实现对这些信号的采集和处理的关键。
一、肌电信号检测原理
肌肉的运动是由神经系统发出指令，刺激肌肉产生收缩并产生电信号。这些电信号可以通过电极传感器采集到并转换成模拟电压信号。肌电信号通常是微弱的，所以需要采用放大电路将信号放大到适合测量的范围。另外，由于肌电信号中可能存在伪迹干扰，还需要进行滤波和去噪处理。
二、表面肌电信号检测电路设计要点
1. 电极选择：电极的选择是影响肌电信号检测准确性的关键因素。常用的电极有干接触电极和湿接触电极。干接触电极适合短时的检测，但容易引起伪迹干扰；湿接触电极适合长时间的检测，但需要液体介质。根据实际需求选择适当的电极。
2. 放大电路设计：放大电路需要对肌电信号进行放大，同时还需要抑制伪迹干扰。通常采用差分放大器结构，通过调节放大倍数和增益控制，合理放大信号同时降低噪音。 3. 滤波和去噪：肌电信号中可能存在各种频率的噪音和伪迹。通过滤波电路，能够滤除不需要的高频噪音和低频漂移，保留有用的信号。去噪处理可以通过数字滤波算法来实现，如均值滤波、中值滤波等。
4. AD转换器：肌电信号处理完毕后，需要通过模数转换（ADC）将模拟信号转换为数字信号，以便于计算机或其他设备进行进一步处理和分析。AD转换器的选择要考虑分辨率和采样率等参数，以保证信号的准确性和完整性。
5. 电源和接地设计：为了稳定的供电和减少电磁干扰，电源和接地设计也是电路设计中需要注意的因素。可以采用稳压电源和良好的接地布线来提高电路的性能。
6. 软件设计：在电路设计完成后，还需要进行相应的软件设计，以实现对肌电信号的保存、分析和可视化显示等功能。这涉及到嵌入式系统的编程和界面设计等内容。
表面肌电原理
表面肌电原理
什么是表面肌电（sEMG）？
表面肌电（Surface Electromyography，简称sEMG）是测量人体肌肉表面活动的一种非侵入式技术。通过放置电极在皮肤表面来测量肌肉收缩产生的电信号。sEMG可以用于研究运动控制、肌肉疾病诊断、康复治疗等领域。
sEMG的基本原理
sEMG信号的产生源自肌肉纤维收缩时产生的肌电位。当神经系统向肌肉发送信号时，肌肉纤维就会收缩并产生电信号。这些电信号在肌肉表面引起电势差，通过电极可以测量到这些电势差信号。
sEMG信号是由多个频率分量组成的。低频分量反映肌肉的疲劳情况，高频分量则反映肌肉的神经控制水平。通过分析sEMG信号的频谱特征，可以了解肌肉的状态和功能。
sEMG的应用领域
1. 运动控制研究
sEMG是研究运动控制的重要工具之一。通过分析sEMG信号可以了解肌肉的活动模式、力量输出和协调性。这对于运动技能的研究和运动训练的优化非常重要。
2. 肌肉疾病诊断
sEMG可以用于诊断和评估与肌肉有关的疾病，如肌无力、脊柱侧弯和帕金森等疾病。通过分析sEMG信号的频谱特征和幅度变化可以判断肌肉的功能状态和异常情况。 3. 康复治疗
sEMG在康复治疗中有着重要的应用。通过监测肌肉的活动水平和运动模式，可以为康复治疗提供指导。例如，在康复过程中，通过监测患者的sEMG信号，可以调整康复训练的强度和方式，以实现更好的治疗效果。
sEMG的采集和处理方法
sEMG信号的采集需要使用电极贴片，电极贴片要与肌肉表面紧密贴合以获得准确的信号。常用的采集位置有肌肉肚和肌腱附着点。采集到的sEMG信号通过放大器进行放大和滤波处理，以去掉噪声和干扰。
处理sEMG信号的方法有很多，最常用的方法是时域分析和频域分析。时域分析包括均方根（RMS）分析和移动平均（MAV）分析，用来获取信号的幅度信息。频域分析通常包括功率谱密度和频谱解析，用来获取信号的频率信息。
表面肌电信号采集及动作识别系统
３８ 机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ 第８期 ２０１３年８月
表面肌电信号采集及动作识别系统
张红奎，汪地，杨浩，李智，陈燕军
（上海大学机电工程与自动化学院，上海２０００７２）
摘要：搭建了一个表面肌电信号采集及动作识别系统，系统由硬件和软件两部分组成。硬件部分前端采用一次性表 面贴片式电极作为输入传感器，肌电信号采集后经信号放大器的滤波放大、经数据采集卡的模数转换后将信号输入到
电脑；软件部分在ＬａｂＶＩＥＷ平台下开发完成，利用小波变换方法进行特征提取，采用ＢＰ神经网络进行人体上肢特定 动作的识别。特征提取和动作识别均在ＬａｂＶＩＥＷ平台下实现。通过该系统，实现了对于肌电信号的实时采集、处理和 对所设定上肢动作的准确识别。
关键词：信号采集；表面肌电信号；小波变换；动作识别 中图分类号：ＴＨ１６；ＴＰ２７４＋．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３９９７（２０１３）０８—００３８—０３
Ａ ＳＥＭＧ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｏｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇ—ｋｕｉ，ＷＡＮＧ Ｄｉ，ＹＡＮＧ Ｈａｏ，ＬＩ Ｚｈｉ，ＣＨＥＮ Ｙａｎ－ｊｕｎ
（Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｈ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ａ ｓｕ￣ａｃｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ（ｓＥＭＧ）ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｔｉｏｎ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍａｄｅ ｕｐ ｏｆ
ｈａｒｄｗａｒｅ ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｆｏｒ ｈａｒｄｗａｒｅ．ｉｔ ｃｈｏｏｓｅｓ Ｕ ｓｕｒｆａｃｅ ＳＭＤ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ珊ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｓｅｎｓｏｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔｅｄ ｔｏ
表面肌电分析
表面肌电简介及分析方法
一、表面肌电信号概念
表面肌电信号 (surface electrom yographic signal, sEMG 信号)是从皮肤表面通过电极引导并放大，显示记录神经肌肉活动时的生物电信号，主要是浅层肌肉和神经干综合的电活动。表面肌电信号主要有参与活动的运动单位数量、放电频率、同步化程度、募集的模式等有关。
二、表面肌电信号主要是通过时阈和频阈两个方面进行分析
1、sEMG 信号的时域分析方法
时域分析用于刻画肌电图时间序列的振幅特征，主要指标包括积分肌电（integrete EMG，iEMG）、均方根值（root mean square，RMS）、平均振幅（MA）。
积分肌电值（integrated EMG, iEMG）是一段时间内肌肉中参与活动的运动单位放电总量，其值大小在一定程度上反映参加工作的运动单位的数量多少和每个运动单位的放电大小。用来分析在单位时间内肌肉的收性。
平均振幅表示肌电信号的强弱，其大小与参与活动的运动单位数目和放电频率的同步化程度有关。
2、sEMG 信号的频域分析方法
频阈方面的分析主要是在频率维度上反映 sEMG
的变化，表面肌电信号的频域分析广泛应用于肌肉疾病诊断和肌肉疲劳检测。利用表面肌电信号进行傅立叶转换（FFT），获得的频谱或功率谱反映信号在不同频率上的变化。常用指标有平均功率频率（Mean Power Frequency, MPF）和中位频率（Median Frequency, MF）。
MF 指放电频率的中间值，即肌肉收缩过程中放电频率的中间值，一般也是随着运动时间的增大而呈递减的趋势。。由于骨骼肌中快慢肌纤维组成比例不同，导致不同部位骨骼肌之间的 MF
值不同。快肌纤维兴奋表现在高频放电，慢肌纤维则在低频。一般在中高强度的运动时，MPF 和 MF 值会有所下降，频谱左移，则说明局部肌肉出现疲劳。并且导致反映频谱曲线特征的 MPF 和 MF