一种基于下肢多种信号信息采集系统

本发明涉及下肢信息采集领域，更具体地说，本发明涉及一种基于下肢多种信号信息采集系统。

背景技术：

1、肌电图简称emg，是用来测量和分析肌肉收缩时发出的肌电信号，其代表着肌肉的活动水平，可用其对肌肉功能进行研究。通过测量肌电反应的数据指标，如rms均方根、iemg积分肌电、mf中值频率等，进一步评估个体的神经与肌肉功能状态。

2、肌电信号分析，可广泛应用于肌肉工作工效学分析、操作姿态分析、康复状态功能评价、疲劳识别以及肌电假肢控制与动作模式研究等，当大脑发出兴奋并向下传导后，中枢神经系统的运动神经元的胞体和树突在来自突触的刺激下产生电脉冲，并沿神经元的轴突传导到末梢的神经与肌肉的接点，当运动神经接触到肌肉时，其轴突分支到许多肌纤维上，每一分支终止在肌纤维上形成突触叫做运动终板，传导到轴突末梢的运动电位使神经与肌肉的接点释放化学物质乙酰胆碱，乙酰胆碱使运动终板的离子通透性发生变化产生终板电位。此终板电位又使肌细胞膜达到去极化阈值电位，产生肌纤维的运动电位，并沿着肌纤维向两方传播。引起了肌纤维内的一系列变化，便产生了肌纤维的收缩。大量肌纤维的收缩产生肌肉力。由此可见肌纤维的运动电位的传播导致了肌肉收缩，同时传播中的电信号在人体的软组织中引起电流场，并在检测电极间便显出电位差，即肌电信号。

3、现有技术对于采集下肢肌电信号的信息存在不足，仅能通过emg无线表面肌电仪采集下肢肌电信号，后续进行数据对比时信息不足，难以形成完整综合的下肢运动采集数据系统。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种基于下肢多种信号信息采集系统，本发明所要解决的技术问题是：如何通过不同的感觉信号采入设备，对采集的数据进行统合，实现完整综合的下肢运动采集数据系统。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于下肢多种信号信息采集系统，包括：运动信号采集模块、惯性信号采集模块、脑电信号采集模块、数据储存模块和数据整合处理模块；

3、运动信号采集模块包括：髋关节运动传感器、膝关节运动传感器和踝关节运动传感器，髋关节运动传感器通过胶贴固定放置于髋部，且髋关节运动传感器用于采集髋关节的运动弯曲角度及摆动速率，膝关节运动传感器通过胶贴固定放置于膝部，且膝关节运动传感器用于采集膝关节的运动弯曲角度及摆动速率，踝关节运动传感器通过胶贴固定放置于踝部，且踝关节运动传感器用于采集踝关节的运动弯曲角度及摆动速率；

4、惯性信号采集模块包括：髋部肌电信号采集器、膝部肌电信号采集器和踝部肌电信号采集器，髋部肌电信号采集器通过胶贴固定放置于髋部皮外层，且髋部肌电信号采集器用于采集髋部肌电信号，膝部肌电信号采集器通过胶贴固定放置于膝部皮外层，且膝部肌电信号采集器用于采集膝部肌电信号，踝部肌电信号采集器通过胶贴固定放置于踝部皮外层，且踝部肌电信号采集器用于采集踝部肌电信号；

5、脑电信号采集模块无线连接有脑皮层电极传感器，且脑皮层电极传感器设置若干组，脑皮层电极传感器通过胶贴固定放置于大脑外层外部；

6、数据储存模块分别与运动信号采集模块、惯性信号采集模块及脑电信号采集模块通过nb-iot无线数据通讯连接；

7、数据整合处理模块包括单片机，且单片机与总端电脑主机之间通过rs-485通信连接。

8、优选的，运动信号采集模块具体采集步骤如下：

9、s1：先采集髋关节运动前的角度数据作为对比，然后采集髋关节小幅度运动弯曲角度及摆动速率数据，再采集髋关节大幅度运动弯曲角度及摆动速率数据，将所得的髋部运动数据上传至运动信号采集模块；

10、s2：先采集膝关节运动前的角度数据作为对比，然后采集膝关节小幅度运动弯曲角度及摆动速率数据，再采集膝关节大幅度运动弯曲角度及摆动速率数据，将所得的膝部运动数据上传至运动信号采集模块；

11、s3：先采集踝关节运动前的角度数据作为对比，然后采集踝关节小幅度运动弯曲角度及摆动速率数据，再采集踝关节大幅度运动弯曲角度及摆动速率数据，将所得的踝部运动数据上传至运动信号采集模块；

12、s4：运动信号采集模块将髋部、膝部及踝部的运动数据上传至数据储存模块进行储存。

13、优选的，惯性信号采集模块具体采集步骤如下：

14、ss1：先采集髋关节运动前的髋部肌电信号数据作为对比，然后采集髋关节小幅度运动肌电信号数据，再采集髋关节大幅度运动肌电信号数据，将所得的髋部肌电信号数据上传至惯性信号采集模块；

15、ss2：先采集膝关节运动前的膝部肌电信号数据作为对比，然后采集膝关节小幅度运动肌电信号数据，再采集膝关节大幅度运动肌电信号数据，将所得的膝部肌电信号数据上传至惯性信号采集模块；

16、ss3：先采集踝关节运动前的踝部肌电信号数据作为对比，然后采集踝关节小幅度运动肌电信号数据，再采集踝关节大幅度运动肌电信号数据，将所得的踝部肌电信号数据上传至惯性信号采集模块；

17、ss4：惯性信号采集模块将髋部、膝部及踝部的肌电数据上传至数据储存模块进行储存。

18、优选的，数据整合处理模块具体处理步骤如下：

19、sss1：从数据储存模块读取髋关节运动前的角度数据并记为a0，读取髋关节小幅度运动弯曲角度数据并记为a1，此时的摆动速率数据记为s1，读取髋关节大幅度运动弯曲角度数据并记为a3，此时的摆动速率数据记为s2；

20、sss2：从数据储存模块读取膝关节运动前的角度数据并记为b0，读取膝关节小幅度运动弯曲角度数据并记为b1，此时的摆动速率数据记为s3，读取膝关节大幅度运动弯曲角度数据并记为b3，此时的摆动速率数据记为s4；

21、sss3：从数据储存模块读取膝关节运动前的角度数据并记为c0，读取膝关节小幅度运动弯曲角度数据并记为c1，此时的摆动速率数据记为s5，读取膝关节大幅度运动弯曲角度数据并记为c3，此时的摆动速率数据记为s6；

22、sss4：从数据储存模块读取运动前的髋部肌电信号数据并记为d0，读取髋关节小幅度运动肌电信号数据并记为d1，读取髋关节大幅度运动肌电信号数据并记为d2；

23、sss5：从数据储存模块读取运动前的膝部肌电信号数据并记为e0，读取膝关节小幅度运动肌电信号数据并记为e1，读取膝关节大幅度运动肌电信号数据并记为e2；

24、sss6：从数据储存模块读取运动前的踝部肌电信号数据并记为f0，读取踝关节小幅度运动肌电信号数据并记为f1，读取踝关节大幅度运动肌电信号数据并记为f2；

25、sss7：最后进行对比研究。

26、优选的，数据整合处理模块对a0、b0、c0、d0、e0及f0进行整合，记作<0>。

27、优选的，数据整合处理模块对a1、b1、c1、d1、e1及f1进行整合，记作<1>。

28、优选的，数据整合处理模块对a2、b2、c2、d2、e2及f2进行整合，记作<2>。

29、优选的，数据整合处理模块对s1、s2、s3、s4、s5及s6进行整合，记作<s>。

30、本发明提供了一种基于下肢多种信号信息采集系统。与现有技术相比具备以下有益效果：

31、（1）、该基于下肢多种信号信息采集系统，通过不同的感觉信号采入设备，对采集的数据进行统合，实现完整综合的下肢运动采集数据系统；

32、（2）、该基于下肢多种信号信息采集系统，通过运动信号采集模块，可采集下肢髋部、膝部和踝部的运动轨迹数据，先采集髋部、膝部和踝部关节运动前的角度数据作为对比，然后采集髋部、膝部和踝部关节运动弯曲角度及摆动速率数据，将所得的髋部、膝部和踝部运动数据上传至运动信号采集模块，运动信号采集模块将髋部、膝部及踝部的运动数据上传至数据储存模块进行储存；

33、（3）、该基于下肢多种信号信息采集系统，通过惯性信号采集模块，可采集下肢髋部、膝部和踝部的运动惯性信号，先采集髋部、膝部和踝部关节运动前的髋部肌电信号数据作为对比，然后采集髋部、膝部和踝部关节运动肌电信号数据，将所得的踝部肌电信号数据上传至惯性信号采集模块，惯性信号采集模块将髋部、膝部及踝部的肌电数据上传至数据储存模块进行储存。

34、（4）、该基于下肢多种信号信息采集系统，通过数据整合处理模块，对采集的数据进行整合标记，最后对整合的数据进行对比处理。