[发明专利]一种具有放大功能的表面肌电电极

说明书

技术领域

本发明涉及电生理诊断类设备，特别涉及具有放大功能的表面肌电电极。

背景技术

肌电图是应用电子学仪器记录肌肉静止或收缩时的点活动，及应用电刺激检查神经、肌肉兴奋及传导功能的方法。利用肌电图装置对由肌肉产生的电位进行测量和记录，从而获得描绘肌肉电活动的肌电图。肌电信号活动的变化在很大程度上能够定量反映和评估肌肉活动的局部疲劳程度、肌力水平、肌肉激活模式、运动单位兴奋传导速度、多肌群协调性等肌肉功能活动和中枢控制特征的变化规律。对临床诊断及康复医学、运动医学等具有重要的研究意义。

表面肌电(surface electromyography，sEMG)信号是神经肌肉系统在进行随意性和非随意性活动时的生物电变化经表面电极引导、放大、显示和记录所获得的一维电压时间序列信号，其振幅约为0-5000μV，频率0-1000Hz，信号形态具有较强的随机性和不稳定性。与传统的针式肌电图相比，sEMG的空间分辨率相对较低，但是探测空间较大，重复性较好，对于体育科学研究、康复医学临床和基础研究等具有重要的学术价值和应用意义。

要将表面肌电信号应用于医学临床和基础研究，必须采集表面肌电信号。在现有的技术中，表面肌电信号的采集是通过Ag/AgCL电极片引出，通过电缆线传输进入信号放大处理电路的。然而，这样的传统传输方式在实际应用中存在着许多弊端：由于电缆传输表面肌电信号的阻抗很高，容易受到空间电磁场和工频交流电的干扰；而且在测量表面肌电时，人体运动引起电缆线的弯曲、移动也会对微弱的肌电信号造成严重干扰，影响最终获取的表面肌电信号的质量。

发明内容

本发明的目的旨在克服肌电信号采集时可能受到的50HZ工频干扰、固有噪声，运动状态如手臂抖动、移动等导致信号的失真，或者湮灭初始信号而不利于观测，减少它们对肌电信号的影响，从而输出高质量的清晰信号。

为此，本发明提出和实现了一种具有抗干扰能力的且具有放大功能的表面肌电电极，从而提供一种可以精确采集肌电信号的、性价比高的表面肌电电极，以满足于临床医学方面的研究和应用的需要。

在设计本发明的表面肌电电极时，主要考虑以下因素：

(1)外来的各种辐射信号的干扰：如日光灯、无线电、电源线、各种泄漏高频信号的仪器设施等均可干扰到人体肌电信号；甚至有的干扰信号，如电源线引起的50Hz工频干扰信号，其电压幅值大大超出人体的肌电信号，对肌电信号有严重干扰影响。人体是一导电体，工频干扰及体外的电场、磁场感应都会在人体内形成测量噪声，干扰表面肌电信号的检测，所以信号的滤波和电路的屏蔽成为表面肌电信号数字传感器设计的重点。

(2)运动伪迹干扰：这种干扰现象可能是由电极与皮肤表面间的相对位移造成的，也可能由电极与前置放大器之间的导联连线发生移动而造成。

因此，我们在设计这种具有放大功能的表面肌电电极中采用了高性能的仪表放大器，有效地抑制了噪声和干扰的影响。

关于这种具有放大功能的表面肌电电极包括信号采集单元，采集单元采集肌电信号后，依次经过信号滤波单元和信号放大单元，从信号输出单元输出期望的肌电信号，并且所述采集单元除了包括信号电极和接地电极外，还包括参考电极，所述信号滤波单元包括高通滤波电路，所述信号放大单元包括仪表放大器。

根据本发明的表面肌电电极，所述信号放大单元包括连接在仪表放大器外侧的电阻，用来调整信号放大单元的增益。

根据本发明的表面肌电电极，所述信号滤波单元还包括连接在高通滤波器之后的电容器。

根据本发明的表面肌电电极，所述信号电极和参考电极经过信号滤波单元后连接至仪表放大器的正负输入端。

根据本发明的表面肌电电极，所述信号电极、接地电极和参考电极为扣式电极。

根据本发明的表面肌电电极，所述仪表放大器的型号优选为AD8221。

根据本发明的表面肌电电极，所述高通滤波电路优选为一阶阻容式滤波电路。

针对现有技术存在的缺陷，本发明的表面肌电电极主要在以下方面做了改进：

将前置放大器与电极一体化设计，几乎没有导联电缆线引起的串扰，有效防止了电极与放大器之间的导联线通过电容耦合方式降低系统的共模抑制能力，而对后级测量精度造成的不利影响。

内置的放大器采用差分放大的结构电路。其具有的共模抑制比高特性，在一定程度上削弱了共模干扰；同时满足了高输入阻抗的需求，也使因皮肤与检测电极间接触电阻(可能在几千欧到几兆欧姆)衰减的信号和造成的信号变形降到最低，提高了系统信噪比。