肌电信号的检测与处理

425130011001010101101000101001011肌电信号的检测与处理肌电信号检测的普遍问题425130011001010101101000101001011一、概述1、肌肉电现象由神经系统传来的兴奋冲动在运动终板处造成乙酰胆硷的释放，在肌纤维上形成可传导的动作电位。而运动单位动作电位在传导过程中出现的容积导体电现象，在人体中形成随时间变化，且具有一定空间分布的电场，称为肌肉电现象。4251300110010101011010001010010112、肌电检测与处理的应用（1）临床使用领域肌电图机：快速精确的检测和记录肌电信号。（2）运动训练和生物力学研究领域425130011001010101101000101001011二、容积导体导电与介质的影响在肌电信号检测中，肌纤维处于容积导体中，产生动作电位，而通过容积导体记录到的肌电单位是具有一定分布的几百条肌纤维的电活动。425130011001010101101000101001011二、容积导体导电与介质的影响研究问题：在临床上，单一运动单位动作电位的波形对诊断具有实际意义，因此通过信号处理提取单一运动单位动作电位波形，并分析波形的特征是肌电检测的重要问题。425130011001010101101000101001011三、肌电信号检测中的主要问题1、肌电检测系统的构成受试者生物电极放大系统显示与记录装置放大系统信号处理刺激器4251300110010101011010001010010112、肌电信号检测的主要问题1.生物电极的电学特性和电化学特性。2.干扰与噪声的影响。3.安全问题4251300110010101011010001010010111、生物电极的电学特性和电化学特性作用：生物电极在肌电检测中完成换能的作用，即将生物体内的离子电流转化为电子电流，且保证不失真和不引入外部干扰与噪声。4251300110010101011010001010010112、干扰与噪声的影响干扰：外部干扰源对被侧信号的扰动。噪声：测量系统内部固有的扰动。肌电放大系统设计的问题：低噪声的电子线路设计，减少噪声与干扰的不利影响。4251300110010101011010001010010113、安全问题安全问题：•系统测试的稳定可靠和不易发生造作失误•不会对人体造成伤害在仪器设计中，必须符合安全方面国家制定的标准。425130011001010101101000101001011四、生物电极的基本特性1、肌电极的分类•针电极•表面皮肤电极425130011001010101101000101001011肌电极的分类比较针电极表面皮肤电极特点电极与身体的接触面积小，作用区域小，受试者有一定损伤。使用简便，对受试者无损害，作用区域大，测量存在不一致性。使用领域临床医学，提取单一运动单位动作电位运动生物力学，假肢控制领域。4251300110010101011010001010010112、电极的一些基本结论（1）半电池电势现象产生：电荷携带者在金属电极与电解质溶液之间的接界处互换电荷，引起接界处离子浓度发生变化，形成电偶层，产生电势差，又称为半电池电势。影响：由于肌电检测中，半电池电势不稳定，在测量系统中产生噪声或引起记录基线的漂移。425130011001010101101000101001011半电池电势现象解决问题：•在电极设计和选用时，要尽量使用半电池电动势小且稳定、不易级化的材料；•在电路设计中，要设法使电极电位与被测信号分离，消除电极噪声的影响；•提高测量电路的输入阻抗，减小电极级化电位影响。4251300110010101011010001010010112、电极的一些基本结论（2）电容现象在肌电检测中，接界处存在电容，电极呈现一定的阻抗特性。425130011001010101101000101001011五、肌电测量中的干扰与噪声1、干扰源及干扰的引入方式（1）干扰源能够发出一定的电磁能量而影响周围电路正常工作的物体或设备统称为干扰源。工频干扰：存在220v交流供电线路及电器是最直接的50Hz干扰源，称为工频干扰。4251300110010101011010001010010111、干扰源及干扰的引入方式（2）干扰进入系统的途径•传导偶合•公共阻抗的偶合•近场感应偶合425130011001010101101000101001011三种干扰途径的比较比较传导偶合公共阻抗的偶合近场感应偶合引入导线传播内部个单元之间或两组测量系统之间存在公共阻抗以电场为主的电容性偶合以磁场为主的电感性偶合措施对交流电源线或消除工频近场偶合干扰4251300110010101011010001010010112、工频干扰在肌电测量中工频干扰的表现：•50Hz的电场干扰•50Hz的磁场干扰425130011001010101101000101001011两种干扰的比较比较50Hz的电场干扰50Hz的磁场干扰引入分布电容中形成的位移电流通过感性偶合引入措施通过提高放大系统的共模抑制能力，抑制干扰增大信号线和干扰源之间的距离425130011001010101101000101001011合理接地的措施合理设计电路的接地方式是抑制干扰比不可少的措施：•接地良好，减小公共阻抗产生的干扰电压和抑制容性偶合。•避免形成接地环路而产生接地电位差或引入磁场干扰，以避免由于测试系统与人体之间地电位的差异而引入干扰。4251300110010101011010001010010113、测量系统的噪声放大电路的噪声源：•有源器件•无源器件4251300110010101011010001010010114、实现系统低噪声设计的一些措施•选用低噪声的元器件•选择合适的工作频带宽度•合理分配多级放大系统的各级增益•严格工艺要求，如提高焊接的可靠性和均匀性等。425130011001010101101000101001011六、对肌电放大器的要求1.高输入阻抗2.高共模抑制比3.增益、动态范围和频宽4.低噪声、低漂移