表面肌电信号实时反馈式电刺激康复训练系统的设计

为使脑卒中偏瘫病人在早期康复训练和护理中得到更加有效更加安全的治疗手段,该文提出一种基于皮肤表面肌电信号(s EMG)作为反馈的功能性电刺激康复治疗仪系统。系统中包含皮肤表面肌电信号拾取电路、刺激信号发生电路、残余电荷释放电路(用于释放刺激堆积在人体组织和电极上的刺激信号残余电荷,降低刺激信号对肌电信号的干扰)和STM32单片机控制电路。该系统是一种以皮肤表面肌电信号作为反馈的功能性电刺激康复训练系统,具有较高有效性和安全性。在脑卒中偏瘫患者早期康复训练中起着重要的作用,拥有前景广阔的医疗应用市场。     

基于肌电信号与肌肉形变信号的手语识别

针对手语手势识别问题,提出一种基于肌电信号与肌肉形变信号的手语识别架构。首先,设计信号采集系统;然后,采集肌电信号与肌肉形变信号,利用滤波及小波降噪等方法对原始数据进行降噪处理。采用基于能熵比的双门限端点检测法提取信号有效活动段;分别提取肌电信号以及肌肉形变信号特征,将所提取的信号特征融合组成特征向量;最后,采用基于网格搜索的支持向量机识别模型对所采集手语动作进行识别。信号融合后手语识别正确率达到97.2%,相对于仅采用肌电信号的手语识别方法,融入肌肉形变信号后识别率提高9.3%。结果表明,基于肌电信号和肌肉形变信号的手语识别框架对动态手语手势具有良好的识别效果。     

采集表面肌电信号应用于动作识别的可行性

背景：文献表明上肢前臂运动时所产生的表面肌电信号具有非线性特征,而肢体运动时肌电信号又呈现出非平稳特性。 目的：设计一种简单的拾取电路采集表面肌电信号,拟应用于动作肌电信号的特征识别。 方法：根据表面肌电信号的特点,设计高共模抑制比的前端放大电路,抑制共模干扰;采用低通滤波电路,有源双T带阻滤波器对信号进行去噪处理;对采集得到的信号进行小波包变换,得到信号的特征量。 结果与结论：所设计的表面肌电信号检测电路具有较高共模抑制比,并能有效地滤除50 Hz工频信号,可以满足肌电信号采集电路的基本要求。肌电信号的处理结果表明采用子频段能量值的方法可以区分手部4种不同动作。     

一种呼吸信号的检测方法

探讨呼吸波形的检测方法,针对现有方法的不足,提出了从肌电提取呼吸信号的检测方法—肌电频谱法。该方法首先利用FastICA算法消除胸部肌电信号中的心电信号成分,再对处理后的信号进行短时傅立叶变换,提取平均平移曲线得到呼吸波形。通过仿真及对实际信号的处理,表明该方法简单有效,可以准确地从肌电信号中提取呼吸信号。     

基于虚拟现实的肌电-计算机接口技术

表面肌电信号(surface EMG,s EMG)是人体产生的一种生物电信号,它蕴含信息丰富并且与肌肉活动和运动状态之间存在着很大的关联,可以用来识别运动意图和利用肌电反馈评估肌肉功能状态。目前,随着虚拟现实技术的发展,研究人员也逐渐将s EMG的应用与虚拟现实相结合。本研究总结了肌电-计算机接口的发展现状及其在虚拟现实中的应用。最后,探讨了基于虚拟现实的肌电-计算机接口目前存在的技术难点,并对其未来发展进行了展望。     

EMG信号的计算机自动识别与处理系统

目的 建立EMG信号的计算机自动识别与处理系统，探讨该系统对各种神经，肌肉疾病肌电图诊断的临床价值；方法 系统利用各种信号处理技术，通过计算机提取轻收缩运动电位，重收缩波形，给出各特征参数；结果 该系统可快速准确处理肌电信号数据，结合肌电图数值特征，给出诊断结果；结论 该系统设计科学，诊断快速，准确，从而提高了肌电图诊断的准确度。     

一种改进的子宫肌电包络提取算法

基于腹部采集的子宫肌电信号(EMG)提取子宫收缩信息被认为是一种最有可能取代分娩力描记法(TOCO)的新方法。传统均方根(RMS)算法对子宫肌电信号中脉冲性噪声的抑制能力有限,为了有效克服上述问题,本文提出一种改进的子宫肌电包络提取算法。新方法先对原始子宫肌电信号进行过零检测,识别出爆发波并分段,再对分段后的信号进行不同窗口宽度的平滑滤波,最后采用均方根法提取子宫肌电强度(IEMG)作为包络。为了评估本算法的性能表现,本文将该算法与两种现有子宫肌电强度提取算法进行比较。结果表明,该算法在抑制子宫肌电信号中存在的脉冲性噪声方面要明显优于对比算法,其测量灵敏度与阳性预测值(PPV)分别为0.952和0.922,不仅明显高于对比算法一中对应参数的0.859和0.847,同时也高于对比算法二中的0.928和0.877。本研究表明了该方法的可靠性与有效性。     

针对微弱表面肌电信号的采集电路设计

表面肌电信号频率低、极易受干扰，针对此设计基于高阶滤波的信号采集电路。为避免噪声被过度放大而造成信号淹没，电路采用两级放大方案。带通滤波部分采用两组5阶Sallen-Key，以奇次在前、偶次在后的顺序级联，避免输出信号中混入高频泄露信号，且阻带下降速度达-100 dB/dec。此外，陷波器部分设置可调电位器，灵活调整品质因数（Q值），以获得最佳采集效果。结果表明，该电路可实现高达60 dB的放大增益，可有效提取20~500 Hz之间的有用信号，同时很好地抑制50 Hz工频干扰，具有良好的抗噪声性能。     

脑电信号采集预处理电路设计

目的:设计一种脑电信号采集预处理电路,从大量的噪声中提取微弱的脑电信号.方法:脑电信号很微弱,一般在5μV～100μV之间,需设计放大倍数在10000～50000的可调电路.同时,脑电信号还处于极化电压、高频干扰、50Hz工频干扰等噪声干扰之下,为了消除干扰,需设计前置放大电路、高通滤波器、低通滤波器和50 Hz陷波器.出于安全考虑,还需设计隔离电路.特别是前置放大电路,是整个电路的关键.结果:经过各个模块的处理,得到了高质量的脑电信号,以便后续应用.结论:实验表明,该设计能较好的把微弱的脑电信号提取出来,有较好的适用价值.     

有源电极用于表面肌电信号的检测

表面肌电信号的研究对康复医学、运动医学和临床诊断等具有重要意义，信号的正确检测是定量分析表面肌电信号的前提。本文探讨了如何减小表面肌电信号检测中可能遇到的噪声及电极单元的设计要点，并采用仪用放大器AD620设计了双极性的有源电极用于信号检测。实验表明，采用有源电极可以提高信噪比，减小噪声，有效地提取出表面肌电信号。     

表面肌电检测中消除工频干扰的方法

从硬件和软件数字信号处理方面介绍了表面肌电检测中消除工频干扰的方法,硬件上采用了共模屏蔽驱动电路,模拟陷波器;数字信号处理方面应用自适应数字陷波器和谱内插的方法.模拟陷波器和数字陷波器由于消除工频干扰的同时也去除了信号成分,一般只在简单生物反馈中使用.谱内插的方法是在假设真实信号的50Hz成分可以通过内插法由相邻的频率成分估计出,这样就可以消除工频干扰,而且即使工频干扰的相位发生变化也可很好的消除其影响.     

一种基于提升小波和中值滤波的心电去噪方法

小波变换在心电去噪中有非常好的效果,但传统的小波变换计算量大,不利于实时处理和嵌入式系统的实现,提升小波是一种快速有效的小波变换的实现方法,本文提出了一种运用提升小波和中值滤波去除心电信号工频干扰、肌电干扰和基线漂移三种噪声的方法。该方法运用提升小波对含噪声的心电信号做三层分解,并根据小波基的特性在不同层次采用不同的小波基,去除心电信号的工频干扰和肌电干扰;对第三层分解后得到的数据做中值滤波,去除心电信号的基线漂移。将以上方法与传统的小波方法相比,去噪结果表明两者去噪效果相当,但提升方法运算速度有很大的提升。结果证实将提升小波与中值滤波方法结合可以有效地去除心电信号的工频干扰、肌电干扰和基线漂移,而且可以较大地提高运算速度,便于进行实时处理和嵌入式系统的实现。     

双通道表面肌电信号采集装置的设计与分析

本研究设计了一种双通道的表面肌电信号(surface electromyography,sEMG)采集装置.该装置以STM32为主控芯片,配以sEMG采集模块,实现对肌电信号的采集,并将数据传至由MATLAB编程的上位机进行分析处理.该装置对于人体内部及周围环境干扰噪声的处理均在硬件上实现,信噪比约为60～70 dB....     

有效抑制50Hz干扰的生物电放大器

目的介绍一种生物电放大器可以有效抑制50Hz交流电干扰对微弱电生理信号检测的影响.方法①提高整体电路共模输入阻抗以消除皮肤接触阻抗匹配失衡;②共模电压源控制恒流源降低仪表放大器等效共模输入阻抗;③右腿驱动电路减小共模电压.结果仿真实验和实际应用都表明该放大器在强烈50Hz交流电干扰和皮肤接触阻抗匹配严重失衡的条件下具有良好的干扰抑制能力和微弱信号放大能力.     

Reducing power line interference in digitised electromyogram recordings by spectrum interpolation

Interference from power lines (50 or 60 Hz) is the largest source of extraneous noise in many bio-electric signals and is within the bandwidth of many such signals. In this study, two different methods were compared for their efficacy in removing 50 Hz noise added to surface electromyogram (EMG) signals free of power line interference. The first was a simple second-order recursive digital notch filter. The second was an approach called spectrum interpolation, in which it is assumed that the magnitude of the original 50 Hz component of the EMG signal can be approximated by interpolation of the amplitude spectrum of the signal. When the spectrum was based on records containing an integer number of cycles of 50 Hz interference, and the frequency resolution was finer than 1 Hz, spectrum interpolation performed similarly to, or significantly better than, the notch filter (p<0.01). It was also possible to make spectrum interpolation more robust than the notch filter. The Pearson squared correlation coefficient r² between clean signals and signals processed using the notch filter was reduced from 0.98 to 0.65 when the interference frequency was increased by 0.5 Hz, but r² for spectrum interpolation at 0.2 Hz resolution was only reduced from 0.99 to 0.85 if spectral values between approximately 49.5 and 50.5 Hz were modified by interpolation.     

标测导管定位信号处理及仿真分析中呼吸与心跳运动的干扰

背景：在采用电场定位原理的心内膜三维标测系统中,标测导管在胸腔内的位置信号受到呼吸与心跳运动的干扰,使其定位精度受到极大影响。 目的：找到在标测导管定位信号中人工加入和检出呼吸与心跳运动干扰项的仿真分析和信号处理方法。 方法：首先根据标测原理推导了包含呼吸与心跳运动干扰的定位信号数学模型,分析和确定了信号的调理、检波和提取方法;然后利用Matlab仿真软件进行信号处理过程的理论仿真计算,以验证数学模型的正确性;最后以满足手术过程中高速实时定位要求为前提,设计出与理论模型相对应的硬件电路,并用Multisim电路设计软件做仿真实验以验证所提方法在实际工作过程中实现的可行性。 结果与结论：仿真实验结果表明无论是数值模拟还是电路仿真都可以很好地仿真出包含呼吸与心跳运动干扰的导管定位信号,所给出的理论分析方法及实际电路系统都能将呼吸与心跳干扰项顺利提取出来。     

应用独立分量分析去除体表肌电中的心电干扰

体表肌电特别是从躯干获得的体表肌电往往受到被测对象自身心电信号的严重干扰。本文利用一种基于独立分量分析(ICA)的去噪方法,去除体表肌电中的心电干扰。该方法将多通道体表肌电进行独立分量分解,并用高通滤波器处理所分解出的心电独立分量以尽可能地保留其中的肌电成分,进而将去除心电干扰后的所有独立分量反向投影回原始信号空间得到去噪后的信号。仿真信号的处理结果表明,当高通滤波器的截止频率为30Hz时,该方法在有效去除心电干扰的同时使体表肌电的保真度达到最大。同时讨论了将信号的峰度(Kurtosis)值作为自动判别心电分量和肌电分量的标准的可能性。     

Filtering of electromyogram artifacts from the electrocardiogram

Electromyogram (EMG) artifacts often contaminate the electrocardiogram (ECG). They are more difficult to suppress or eliminate, compared for example to the power line interference, due to their random character and to the considerable overlapping of the frequency spectra of ECG and EMG signals obtained from the same pair of electrodes. The usually applied low-pass filtering (cutoff frequency of minimum 35 Hz) results in limited suppression of the EMG artifact and considerable reduction of sharp Q, R and S ECG wave amplitudes. A solution to this problem is proposed by applying approximation filtering with dynamically varied number of samples and weighting coefficients, depending on the ECG signal slope. The slope measure used is the absolute value of the product of the tilts of two adjacent 10 ms segments sliding along the signal. The results obtained show a slight widening of some sharper QRS complexes, but a virtual preservation of their amplitudes and a considerable reduction of the EMG artifact.     

生理信号检测中的有源工频陷波器

本文讨论了文氏电桥陷波器的品质因素Q和陷波深度D之间的关系,并从参数灵敏度的角度分析了元件的制造容差对电路D、Q特性的影响情况。在此基础上,介绍了一种性能优越的陷波电路。该电路能够达到的陷波深度及品质因素取决于有源器件的开环增益。