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1、表面肌电信号测试中工频干扰的抑制摘要 介绍了一种表面肌电信号(EMG)测试调理电路和信号处理的方法。表面EMG测量中最难处理的问题之一是工频(50Hz)干扰,它处在有效的肌电信号频带之中。针对表面EMG的测量特点设计了一种信号调理电路,使肌电信号和工频信号并行单独处理,避免了不加区分地采用工频陷波器,这一设计思想在实际的肌电信号检测时取得了较好的实验结果。关键词 表面肌电信号 工频干扰 信号处理PowerFrequencyNoiseRestraintinSurfaceElectromyographyMeasurementAb
2、stract Asurfaceelectromyography(EMG)detectionandprocessingcircuitisdiscussed.ThesurfaceEMGisusuallydisturbedbypowerfrequencynoise.Inthatcases,itisaproblem,becausethesurfaceEMGisconfusedwithpowerfre2quencynoise.AprocessingcircuitforthemeasurementofsurfaceEMGisdesign
3、edbyusingaparallelstructurerespec2tivelyforEMGsignalprocessingandpowerfrequencynoiseprocessing.Itcanbeavoidedthata50Hztrapfilterabused.Theexperimentationprovedthedevelopedcircuitwaseffective.Keywords SurfaceEMG Powerfrequencynoise Signalprocessing1 引 言肌电信号(EMG)是一种
4、伴随肌肉运动而产生的生物电信号,表面EMG则是通过检测手段获取的肌肉外表皮肤上的电信号。在人的肢体运动时,大脑皮层中控制运动区域的神经元兴奋并产生一定频率的电脉冲,这个电脉冲通过神经系统精确地传导至特定的肌肉纤维。当这些电脉冲到达神经—肌肉突触时,在肌纤维中产生终板电位,它的去极化将在肌纤维中产生一串动作电位,引起肌肉收缩,使肢体完成大脑所设定的动作,与此同时,在皮肤表面也产生复杂的生物电现象。表面EMG是肢体运动中各部分肌肉活动所生成的综合生理电现象,对表面EMG的分析研究可发现它与肌肉生理状态和肢体运动模式之间的对应关系
5、,进而可广泛应用于临床医学、运动医学、医疗康复(包括仿生假肢)等诸多领域[1]。表面EMG是一种很微弱的生理电现象。早先,为了获得稳定的肌电信号,一般采用针电极(扎入对应的肌肉部位)。近年来,随着检测技术和信号处理手段的进步,研究如何用表面EMG信号代替针电极EMG进行全面临床无损诊断,已经成为医学和生物医学界研究的热点问题之一[3],表面电极测量一般会带来较明显的工频干扰,通常的方法是采用工频陷波器。工频陷波器存在的缺陷是显而易见的,因为陷波滤波器尽管滤除了工频干扰,同时对有用的信号也造成较大的损害。随着测试技术的发展,肌
6、电测试系统越来越倾向于不加工频陷波器,因而测试系统是否采用陷波滤波器已成为衡量测试数据是否可靠、精确的重要标志之一[2]。下面根据肌电信号及干扰产生的原理,介绍作者所研制的表面EMG的测试方法、设计思想和信号处理的手段,并用实验测试的方法验证了这一设计思想。第26卷第2期 仪 器 仪 表 学 报 2005年2月X本文于2003年3月收到,系国家自然科学基金()、浙江省自然科学基金(RC02070)资助项目。2 系统组成小臂表面肌电信号测试系统框图如图1所示,它由拾电电极、高通滤
7、波、仪器放大器、低通滤波、匹配滤波器、A/D转换和数据处理、显示等部分组成。图中虚框部分分别是肌电信号、工频信号预处理电路。肌电信号预处理电路中,首先进行高通滤波,抑制微弱输入信号中存在的漂移现象。由于输入信号是皮肤表面的生物电信号,信号源的内阻非常高,而且电极与皮肤的接触良好程度、汗液的分泌等诸多不确定因素均可对输入信号产生影响,比较严重的情况是输入信号缓慢漂移,如果直接接入高倍数的放大器,可能引起输出饱和。从文献[3]得知,有效的肌电信号大致在5～500Hz范围,所以,直流至5Hz的低频信号经过高通滤波先给予滤除。高通滤
8、波后的信号接入仪器放大器,该放大器采用专用芯片INA114,该运放的共模抑制比高达115dB,失调电压<50μV,并且只需外挂一个电阻就可以在1～10000倍之间设定放大倍数,一般,仪器放大器的放大倍数要达到1000以上。低通滤波(截止频率约500Hz)用来滤去高频噪声。图1 肌电信号测试
