我要把所有的电生理仪器做个遍!
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.肌电图(electromyogram,EMG)是指用肌电仪记录下来的肌肉生物电图形,其实我们要的主要也是这个图。
每当肌肉收缩时,就会产生电活动,该电活动通过相邻的组织和骨骼传导,然后被相邻皮肤区域上的电极片记录下来。
你敢相信苏炳添???也写论文,这个图就是他的
EMG活动(以微伏为单位)与肌肉收缩量以及收缩肌的数量呈线性相关。
肌肉的肌电图和运动皮层的脑电图之间存在密切的耦合关系,这反映在信号特征的显著相关性上,例如12 – 25 Hzβ频带中的频率、功率和相位。
1.1 神经肌肉系统
神经肌肉控制系统(Neuromuscular System)主要通过大脑皮层的运动区、脑干以及脊髓等神经结构来互相传递肌肉的运动指令。当人体需要进行活动而肌肉产生兴奋时,大脑将运动指令传输至中枢神经系统并通过激活相应的运动神经元来控制肌肉组织来获得所需的活动效果;同时,通过外来信息的反馈,神经肌肉系统也不断地协调该肌肉活动的执行过程。
α运动神经元在控制人体骨骼肌活动中起到了主导作用,其通过支配骨骼肌的梭外肌纤维,使得肌纤维拥有进行收缩的功能,从而产生肌肉活动。
1.2运动单位
运动单位(Motor Unit, MU)是神经肌肉控制系统的最小功能单位。如 图1 所示,运动单位由支配它的α运动神经元、轴突、肌纤维和神经肌肉接头(终板区)组成。
单位
运动单位动作电位产生过程示意图
我爸以前确实是做过这个东西
直接呼叫老爸,害,这个字金贵的很
各种位点
跟信号的特性有:人体肌肉组织是皮表肌电的信号源,它发放的肌电经过皮下软组织的体电阻传输至皮肤表面,体电阻约数百欧姆,但是,表面电极与皮肤之间的接触阻抗比较高,约几千欧姆。接触电阻还受接触松紧程度、皮肤清洁程度、湿度、四季时令变化等多种因素影响,变化很大。由此可见,对于放大器来说,肌电信号源是一个高内阻的信号源。
在设计肌电信号放大电路时,着重考虑了以下问题:
1.高增益:表面肌电信号幅度约在分布μV~mV数量级之间,是一种极其微弱的信号,要将其放大到一伏左右才能方便使用,所以将放大器的增益设置在80dB。
2.高共模抑制比:表面肌电信号的采集易受50Hz工频电源及其它高频电噪声的干扰。但这些干扰信号在放大器的输入端表现为同幅同相的信号——共模信号,因此选用高共模抑制比的放大电路对干扰信号进行抑制。3.高输入阻抗:肌肉组织与电极之间的接触阻抗可能在相当大的范围内变化,天气干燥地区,接触电阻甚至高达几万欧姆,在这种条件下,即使放大器的共模比极优良,如果输入阻抗不够高,共模干扰信号也会造成输出误差。因此必须提高放大器的输入阻抗。
表面肌电信号非常微弱,从电极引导出的信号夹杂着很强的干扰信号,为了避免在干扰较强时信号进入非线性区引起严重失真,应该采用两级放大。仪用放大器作为一级放大,设计比例运算放大器作为二级放大。
如何产生呢?
sEMG信号源于大脑运动皮层控制之下的脊髓α运动神经元的生物电活动,形成于众多外周运动单位电位在时间和空间上的总和,信号的振幅和频率特征变化取决于不同肌肉活动水平和功能状态下的运动单位活动同步化、肌纤维募集,以及和肌纤维兴奋传导速度下降等生理性因素以及探测电极位置、信号串线(cross talk)、皮肤温度、肌肉长度,以及肌肉收缩方式等测量性因素的共同作用。
设计的所有框图都是这样
这个是淘宝卖的一个,真鸡儿黑,成本就50吧?敢卖300
经过处理有点像AD8548
引脚和封装是对的
还有一个AD8648
AD8648是确定的
这个封装其实有点像INA
没有细查
看看背面的通孔
这个是论文里面的一个板子
这个是控制系统的框图
这个板子是开源的,可以学习
传感器采用ADI芯片AD8221作为EMG信号进行可调放大,同时将测量滤波,整流电活动的肌肉信号输出0-Vs的伏特,输出大小取决于选定肌肉的活动量。
这个是用了精密仪表放大器
一级放大
这个是缓冲的输出
在这里,直接ADC采集就好
整流
平滑
滤波过样子是这样的
嘉立创这个一眼就是我看的这个原理图
有点丑,哈哈哈
串起来的一个调理电路
双层板
想起来了,我的板子没有眼泪珠子处理
对芯片也没有什么pcb布局上面的处理
有人推荐这个
AD8232单导联心电模块,直接搞过~
如果走医用的,需要通过这个认证
另外,其实这个电极才是最大的技术点
手语是听障人士彼此沟通的桥梁。但对于不懂手语的人来说,与听障人士的交流总要借助手语翻译。
ECG
有一个扩展的接口
这个接口处的电路还设计不错
下面是INA的REF有点奇怪的接法
通过一个隔离输出
截面
现在有捏捏的功能。
用于大鼠的轻型、头戴式蓝牙无线型号,可同时测量 3 个生物电势并实时呈现数据以供审查。电池寿命达 36 小时,使用现成的电池。对于更长时间的研究,可以快速轻松地更换可拆卸电池组。
看见没有,商机!给小动物做相关的测试仪器。不过科研人员是需要一个好的上位机的。
另外我也设计了一个单通道的肌电测试仪器,刚刚把板子layout,欢迎选购~
这个是ADI的两本书
目前在看的一本
https://www.yuyanbio.com/Product/show/id/710.html
https://www.yiboard.com/thread-1732-1-1.html
http://m.myjizhi.com/1000000000665919
https://www.eet-china.com/mp/a88387.html
http://news.eeworld.com.cn/medical_electronics/2009/0117/article_535.html
http://www.aas.net.cn/cn/article/doi/10.16383/j.aas.c200263?viewType=HTML
https://www.taiwaniot.com.tw/product/grove-emg-detector-%E8%82%8C%E9%9B%BB%E5%9C%96%E6%AA%A2%E6%B8%AC%E5%84%80%E6%84%9F%E6%B8%AC%E5%99%A8/
http://news.eeworld.com.cn/medical_electronics/2009/0117/article_535.html
https://pro.lceda.cn/editor#id=2af69ffbee5e437289a5fb1c71caa672,tab=*67eb7574da424aeda6f4965a6524db19
https://members.wto.org/crnattachments/2020/TBT/CHN/20_1917_00_x.pdf
http://kpzg.people.com.cn/n1/2017/0707/c404389-29389080.html
https://oshwhub.com/dingcheng/emg-mo-kuai-fang-an-ce-shi-ban
https://www.researchgate.net/publication/239939514_An_embedded_measurement_system_for_electrical_characterization_of_EGFET_as_pH_sensor/download?_tp=eyJjb250ZXh0Ijp7ImZpcnN0UGFnZSI6InB1YmxpY2F0aW9uIiwicGFnZSI6Il9kaXJlY3QifX0
https://www.researchgate.net/publication/318945727_Underwater_monitoring_system_for_body_temperature_and_ECG_recordings/link/5a5fa486458515b437798025/download
https://learn.adafruit.com/assets/30104
https://www.sparkfun.com/products/retired/13723
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8546_8548.PDF
https://www.analog.com/en/education/education-library/op-amp-applications-handbook.html
https://www.analog.com/en/education/education-library/practical-design-techniques-sensor-signal-conditioning.html
https://www.infoinstruments.cn/semg/
http://www.oymotion.com/product17/82
https://www.taobao.com/list/item/669817930675.htm
http://www.menovomed.com/newsv.php?id=498