专利名称：表面肌电测量仪,测量盒,表面肌电测量模块及测量方法
技术领域：
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种表面肌电测量仪，测量盒，表面肌电测量 模块及测量方法。
背景技术：
肌电是产生肌肉力的电信号根源，它是肌肉中多个运动单元动作电位在时间和空 间上的叠加，反映了神经、肌肉的功能状态。近年来，肌电被广泛应用于基础医学研究、临床 诊断、康复工程、运动医学、工效学和运动生物力学等领域。传统的针式肌电测量仪器需在人体上扎针测量，且不方便。在肌电信号放大器领 域，现有的生物信号放大器需要使用模拟工频陷波器和高价格的模拟隔离放大器，具有体 积大、价格高、功耗大等缺点，便携化应用有限。现有的肌电测量仪也往往采用外部电源供 电，仅仅记录肌电信号，对肌电信号发生的时间不关注。但是，在许多应用场合，需要关注使 用者的动作与肌肉信号之间的同步问题，需要记录肌电信号的发生时间。
发明内容
为了克服上述的缺陷，本发明提供一种精度高低噪声，功耗低，可便携，且能够实 时记录肌电信号和时间的表面肌电测量仪，测量盒，表面肌电测量模块及测量方法。为达到上述目的，本发明所述表面肌电测量仪，包括电源模块，基准电压模块，表 面肌电电极，表面肌电测量模块，存储介质和时钟模块；其中，所述表面肌电测量模块由依次连接的前置放大器，高通滤波器，主放大器，模数转 换器和微控制器构成；所述前置放大器的信号输入端与所述表面肌电电极相连接；所述微控制器，其设有在有表面肌电信号输入时，读取时钟模块的当前时钟，并将 该时钟与该表面肌电信号对应存储于存储介质中的存储控制单元；该存储控制单元的一输 入端与所述模数转换器的输出端连接，另一输入端与所述时钟模块的时钟输出端连接，一 输出端与所述存储介质相连接；所述电源模块，用于提供所述微控制器工作所需的电压；所述基准电压模块，将所述电源模块输出的电压变换为基准电压，作为所述模数 转换器的基准电压。本发明采用了模数转换器将肌电模拟信号转换为数字信号，去除了现有技术中的 模拟隔离放大器，直接在信号输出端进行数字隔离；且同时对肌电信号发生的时间进行记 录，有助于分析被检测者的肌肉动作与肌电信号之间的同步关系。 进一步地，所述前置放大器为数字可编程增益放大器，所述微控制器还设有数字 增益控制单元，用于输出增益信号对所述数字可编程增益放大器进行增益设定，所述数字 增益控制单元的增益信号输出端与所述数字可编程增益放大器的增益信号输入端连接。
进一步地，所述微控制器还设有时钟同步控制单元，以及数据交换控制单元，所 述的时钟同步控制单元和数据交换控制单元均与总线接口电路相连接，可以通过转接卡与计算机相连接，对所述时钟模块进行时钟同步，还可以将所述存储介质中存储的表面肌 电信号和对应时钟直接向计算机上传输；所述总线接口电路采用CAMController Area Network，控制器局部网)总线收发器，并采用隔离芯片进行隔离。特别地，所述成对出现的表面肌电电极之外还包括一个参考电极，所述参考电极 与基准电压模块的参考地相连接，以利于降低噪声，提高对共模信号的抑制能力。本发明表面肌电测量盒，所述表面肌电测量盒上设置至少一对表面肌电电极接 口，参考电极接口和存储介质接口，其内部设置有电池舱，表面肌电测量舱和时钟模块舱。进一步地，所述表面肌电测量盒上还设置有总线接口。本发明表面肌电测量模块，所述表面肌电测量模块由依次连接的前置放大器，高 通滤波器，主放大器，模数转换器和微控制器构成；所述前置放大器设有表面肌电信号的输 入端；所述微控制器，其设有在有表面肌电信号输入时，读取时钟模块的当前时钟，并将 该时钟与该表面肌电信号对应存储于存储介质中的存储控制单元；该存储控制单元设有与 所述模数转换器的输出端相连接的一输入端，以及与所述时钟模块的时钟输出端相连接的 另一输入端，还设有与所述存储介质相连接的输出端。采用上述结构，本发明可使用体积较小的电池供电，减少了采用外接电源供电带 来的工频干扰，精度高，功耗低，可便携。此外，本发明还设有总线接口，可接入CAN总线与 计算机相连，可与计算机进行实时通信，接收来自计算机的时间同步信号，将所述时钟模块 中的时间重新设定为当前计算机时间，并能够实现所述存储介质与计算机之间的数据传 输，可将所述存储介质中存储的表面肌电信号和对应的时钟传输到计算机中。本发明一种表面肌电测量仪的测量方法，包括以下步骤(1)由至少一对所述表面肌电电极检测被检测者的表面肌电信号；(2)检测到的表面肌电信号进入前置放大器放大，再经高通滤波器滤除干扰信号 后，进入主放大器进行进一步放大；(3)放大后的表面肌电信号进入模数转换器，将模拟信号转换为数字信号；(4)转换后的表面肌电信号进入所述微控制器，所述微控制器读取所述时钟模块 的当前时钟，并将该时钟与该表面肌电信号对应存储于存储介质中。还包括判断进入所述微控制器的表面肌电信号的强度是否符合采样要求，若不 符合，所述微控制器通过设置的数字增益控制单元对所述前置放大器的增益进行设定；若 符合，所述微控制器读取时钟模块的当前时钟，并将该时钟与该表面肌电信号对应存储于 存储介质中。所述步骤(4)之前还包括所述微控制器经与其连接的总线接口电路接收来自与 所述总线接口电路连接的计算机的时间同步信号，将所述时钟模块中的时间重新设定为当 前计算机时间；以及，所述步骤(4)之后还包括，将所述存储介质中存储的表面肌电信号和对应的时钟 传输到计算机上。本发明与现有技术相比，有如下有益的效果(1)本发明对肌电信号发生的时间进行记录，有助于分析被检测者的肌肉动作与 肌电信号之间的同步关系。
(2)本发明采用了模数转换器将肌电模拟信号转换为数字信号，便于进行数字隔 离，去除了现有技术中体积大、功耗大的模拟隔离放大器，使得本发明体积小，精度高，功耗 小且便携性强。(3)本发明可以采用体积小的电池供电，减少了采用外接电源供电带来的工频干 扰，成本和功耗大大降低。
图1为本发明表面肌电测量仪及测量仪的原理图；图2为本发明表面肌电测量仪测量方法的流程图；图3为本发明表面肌电测量盒结构示意图；图4为本发明表面肌电测量仪的应用示意图。
具体实施例方式下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式
做详细描述。图1所示所述表面肌电测量仪的原理图，包括2. 4V/3V电源301，可用2节1. 2V充 电电池或2节1. 5V干电池，通过3. 3V升压电路302将2. 4V/3V电压变为3. 3V，作为所述微 控制器工作所需的电压；3. 3V电压的另一端输出可通过3V基准电压电路303将其转换为 精度为0. 01%的3V标准电压，用作所述模数转换器311进行采样的基准电压(所述模数 转换器可集成在所述微控制器内)；前置放大器305采用数字可编程运放AD8231芯片，本 实施例中共设置了四组前置放大器305，IOHz高通滤波器306和主放大器307，所述的四个 前置放大器305分别连接四对表面肌电电极，所述微控制器308设有数字增益控制单元可 对所述前置放大器305的增益进行设定，设定值包括1、2、4、8、16、32、64和128共8档；所 述时钟模块304采用DS1687实时时钟，其内部集成了锂电池、32. 768kHz的晶体和DS1685 芯片，其与所述微控制器308相连接；所述存储介质309经存储介质接口电路与所述微控 制器308相连接，本实施例所述存储介质309为CF (Compact Flash，紧凑式闪存)卡；所述 前置放大器305对表面肌电信号进行放大，再经所述高通滤波306和所述主放大器307放 大后，所述模数转换器311对其进行采样，所述微控制器308读取采集到的表面肌电信号并 将其存储到存储介质309上，同时根据所述时钟模块304读出的时间将其同步存储到存储 介质309上。所述微控制器308还设有时钟同步控制单元，以及数据交换控制单元，所述的 时钟同步控制单元和数据交换控制单元均与总线接口电路310相连接，所述总线接口电路 310接入CAN总线，所述时钟同步控制单元可接收来自计算机的时间同步信号，将时钟模块 中的时间重新设定为当前计算机时间；所述数据交换控制单元可以将CF卡中存储的数据 向计算机上传输。图2所示为本发明所述表面肌电测量仪的测量流程图(1)由至少一对所述表面肌电电极检测被检测者的表面肌电信号；(2)检测到的表面肌电信号进入前置放大器放大，再经高通滤波器滤除干扰信号 后，进入主放大器进行进一步放大；(3)放大后的表面肌电信号进入模数转换器，将模拟信号转换为数字信号；(4)转换后的表面肌电信号进入所述微控制器308，并通过所述数字增益控制单元判断表面肌电信号是否符合采样要求(例如，采样要求可以是对表面肌电信号强度的限 定，或者是对周期的限定，或者是对强度和周期同时的限定)；若不符合要求，所述数字增益控制单元对所述前置放大器的增益进行设定；若符合，所述微控制器308读取时钟模块的当前时钟，并通过存储控制单元将该 时钟与该表面肌电信号对应存储于存储介质中；或所述微控制器308接收来自计算机的时 间同步信号，并通过时钟同步控制单元将所述时钟模块中的时间重新设定为当前计算机时 间，所述微控制器308读取所述时钟模块的当前时钟，并通过存储控制单元将该时钟与该 表面肌电信号对应存储于存储介质中，所述存储介质可通过所述微控制器的数据交换控制 单元与计算机进行数据传输。图3所示表面肌电测量盒结构示意图，所述表面肌电测量盒7上设置四对表面肌 电电极接口 801、802、803和804，参考电极接口 9，存储介质接口 10和总线接口 12，其内部 设置有电池舱6，表面肌电测量舱13和时钟模块舱14 ；所述电池舱6用于放置电池，所述表 面肌电测量舱13用于放置所述表面肌电测量模块，所述时钟模块舱14用于放置所述时钟 模块。所述的表面肌电测量模块和时钟模块在所述表面肌电测量盒7内的布置和连接可参 考电脑机箱内各部件如显卡，内存等的布置和连接。图4所示表面肌电测量仪的应用示意图，贴附在被测者体表的四对表面肌电电极 103、105、106和107，还包括一参考电极104，其中所述表面肌电电极103、105、106和107分 别与所述表面肌电测量盒7上的所述表面肌电电极接口 801、802、803和804经电极电缆相 连接，所述参考电极104经电极电缆与所述参考电极接口 9相连接，所述存储介质接口 10 内插入存储介质CF卡；此外，还可以将表面肌电测量仪经总线接口与计算机相连，连接好 后即可对被测者进行测量。所述参考电极104的设置主要是为了降低噪声，提高对共模信 号的抑制能力，其中，所述参考电极104与基准电压模块的参考地相连接，所述参考地的设 置是通过对基准电压进行等分，将基准电压的1/2作为肌电测量的参考地。本发明体积小，功耗低，且能够同时将测得的表面肌电信号和对应时钟存储到存 储介质CF卡上，并能够实现CF卡与计算机之间的数据传输。以上，仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，对于任何熟 悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围 为准。
权利要求
一种表面肌电测量仪，其特征在于，包括电源模块，基准电压模块，表面肌电电极，表面肌电测量模块，存储介质和时钟模块；其中，所述表面肌电测量模块由依次连接的前置放大器，高通滤波器，主放大器，模数转换器和微控制器构成；所述前置放大器的信号输入端与所述表面肌电电极相连接；所述微控制器，其设有在有表面肌电信号输入时，读取时钟模块的当前时钟，并将该时钟与该表面肌电信号对应存储于存储介质中的存储控制单元；该存储控制单元的一输入端与所述模数转换器的输出端连接，另一输入端与所述时钟模块的时钟输出端连接，一输出端与所述存储介质相连接；所述电源模块，用于提供所述微控制器工作所需的电压；所述基准电压模块，将所述电源模块输出的电压变换为基准电压，作为所述模数转换器的基准电压。
2.根据权利要求1所述表面肌电测量仪，其特征在于，所述前置放大器为数字可编程 增益放大器，所述微控制器还设有数字增益控制单元，所述数字增益控制单元的增益信号 输出端与所述数字可编程增益放大器的增益信号输入端连接。
3.根据权利要求1所述表面肌电测量仪，其特征在于，所述微控制器还设有时钟同步 控制单元，以及数据交换控制单元，所述的时钟同步控制单元和数据交换控制单元均与总 线接口电路相连接。
4.根据权利要求1所述表面肌电测量仪，其特征在于，所述成对出现的表面肌电电极 之外还包括一个参考电极，所述参考电极与基准电压模块的参考地相连接。
5.一种表面肌电测量盒，其特征在于，所述表面肌电测量盒上设置至少一对表面肌电 电极接口，参考电极接口和存储介质接口，其内部设置有电池舱，表面肌电测量舱和时钟模 块舱。
6.根据权利要求5所述表面肌电测量盒，其特征在于，所述表面肌电测量盒上还设置 有总线接口。
7.一种表面肌电测量模块，其特征在于，所述表面肌电测量模块由依次连接的前置放 大器，高通滤波器，主放大器，模数转换器和微控制器构成；其中，所述前置放大器设有表面肌电信号的输入端；所述微控制器，其设有在有表面肌电信号输入时，读取时钟模块的当前时钟，并将该时 钟与该表面肌电信号对应存储于存储介质中的存储控制单元；该存储控制单元设有与所述 模数转换器的输出端相连接的一输入端，以及与所述时钟模块的时钟输出端相连接的另一 输入端，还设有与所述存储介质相连接的输出端。
8.一种表面肌电测量仪的测量方法，其特征在于，具有时钟模块的表面肌电测量仪的 测量方法包括以下步骤(1)由至少一对所述表面肌电电极检测被检测者的表面肌电信号；(2)检测到的表面肌电信号进入前置放大器放大，再经高通滤波器滤除干扰信号后，进 入主放大器进行进一步放大；(3)放大后的表面肌电信号进入模数转换器，将模拟信号转换为数字信号；(4)转换后的表面肌电信号进入所述微控制器，所述微控制器读取所述时钟模块的当 前时钟，并将该时钟与该表面肌电信号对应存储于存储介质中。
9.根据权利要求8所述表面肌电测量仪的测量方法，其特征在于，还包括判断进入所 述微控制器的表面肌电信号的强度是否符合采样要求，若不符合，所述微控制器通过设置 的数字增益控制单元对所述前置放大器的增益进行设定；若符合，所述微控制器读取时钟 模块的当前时钟，并将该时钟与该表面肌电信号对应存储于存储介质中。
10.根据权利要求8所述表面肌电测量仪的测量方法，其特征在于，所述步骤(4)之前 还包括所述微控制器经与其连接的总线接口电路接收来自与所述总线接口电路连接的计 算机的时间同步信号，将所述时钟模块中的时间重新设定为当前计算机时间；以及所述步骤(4)之后还包括，将所述存储介质中存储的表面肌电信号和对应的时钟传输 到计算机上。
全文摘要
本发明公开一种表面肌电测量仪，测量盒，表面肌电测量模块及测量方法，主要针对现有肌电测量仪精度低，高功耗，且不能记录肌电信号的发生时间而设计。包括电源模块，基准电压模块，表面肌电电极，表面肌电测量模块，存储介质和时钟模块；其中，所述表面肌电测量模块由依次连接的前置放大器，高通滤波器，主放大器，模数转换器和微控制器构成；所述前置放大器的信号输入端与所述表面肌电电极相连接；所述微控制器设有存储控制单元，该存储控制单元的一输入端与模数转换器的输出端连接，另一输入端与时钟模块的时钟输出端连接，一输出端与所述存储介质相连接。本发明采用上述技术方案，具有高精度低噪声，低功耗，能同时存储肌电信号和其对应时间。
文档编号A61B5/0488GK101879062SQ20101021510
公开日2010年11月10日 申请日期2010年7月1日 优先权日2010年7月1日
发明者李路明, 王伟明, 胡春华, 郝红伟, 马伯志 申请人:清华大学