一种功能性电刺激下的表面肌电采集系统

1.本发明涉及医疗器械领域，具体涉及肌电信号处理及电刺激技术，尤其是涉及一种功能性电刺激下的表面肌电采集系统。


背景技术：

2.目前，脑卒中是致残率最高的神经系统疾病，彻底治愈难度较大，尤其后遗症肢体运动障碍，难以短时间康复，给本人、家庭和社会带来极大精神痛苦与沉重经济负担。研究证明，康复训练能够促进诱发大脑中枢神经可塑性，继而改变脑区功能连接和结构以适应运动需求，最终获得较为显著的疗效。主动康复训练技术相对传统康复训练更能积极诱导并推动中枢神经可塑性变化。
3.功能性电刺激通过施加低频交流电刺激于一组或多组肌肉群，诱发肌肉运动，继而带动肢体完成日常的运动，以达到改善或者恢复被刺激肌肉或肌群功能的目的。
4.表面肌电信号是人体中枢神经系统管控的肌肉群收缩时产生的微弱的电信号，在肌群表面适当位置贴敷电极则拾取到该肌群的肌电信息，则用来评估肌群周围神经及肌肉本身的功能状态。
5.目前市场上功能性电刺激仪很多，例如中国讯丰通公司研制的xft-2001d助行仪可跟踪患者步行时小腿摆动的位置角度和速度控制电刺激时机和持续时间；巴拉圭亚松森大学研制的h-gaitsystem可实现下肢不同康复场景中各种肌肉激活模式；南京伟思科技医疗科技股份有限公司研制的生物反馈治疗仪sa9804可利用肌电评估盆底肌群的功能状态。目前，在电刺激作用下，尤其是在两脉冲间隙能够高保真采集肌电信息尚不多见，虽然在专利cn101862189a和cn102697496a两项专利中公布不同滤波算法，能够将有效地滤除肌电中的功能性电刺激信号。但由于肌电信号属于微伏级的微弱信号，若要高保真地采集肌电信号，在肌电信号采集电路中引入信号放大电路，而电刺激的刺激电流信号幅度强于肌电信号，因此叠加刺激电流信号的肌电信号容易造成前置放大器的饱和，难以采集到肌电信号，两项专利针对此问题未提出有效解决方案。
6.本专利针对如何避免刺激电流信号而高保真地采集肌电信号等问题，利用软硬件有机结合的方法，提出采用软硬有机结合的方法。利用快速继电器进行通道切换，确保在电刺激脉冲间隙能够采集肌电信息，利用采集双通道同步采集的混合肌电信号，确保在刺激脉冲间隙及刺激结束后能够无失真采集肌电信息，之后软件滤波滤除电刺激干扰信号，继而获取洁净肌电信号，其洁净的肌电信号用于控制电刺激和评估肌群功能，继而为打造智能化、个性化的康复设备提供基础。


技术实现要素：

7.本发明提供一种功能性电刺激表面肌电采集系统，该系统针对施加电刺激时由于电刺激信号的叠加，采集混合信号幅度大，致使模拟转换单元饱和而难以采集到有效地肌电信息等问题，提出采用软硬有机结合的方法，首先利用快速继电器进行通道切换，确保在
电刺激脉冲间隙能够采集肌电信息；同时利用双通道同步采集的肌电信号，确保在刺激脉冲间隙及刺激结束后能够无失真采集肌电信息，之后软件滤波削弱电刺激干扰信号，继而获取肌电信息，继而可用于评估该肌群周围神经或者肌群本身功能状态，也可作为控制信号用于控制电刺激工作，继而为打造智能化、个性化的康复设备提供基础。
8.详细见下文描述：
9.本发明旨在将电刺激与肌电采集有机融合继而形成一种功能性电刺激肌电采集系统，该系统能够在施加电刺激的同时，无失真地采集肌电信息，继而用于评估肌群周围神经或肌群本身功能状态和用于控制电刺激工作，继而形成智能化、个性化的康复训练系统。
10.本发明一种功能性电刺激表面肌电采集系统，包括人机交互模块、主控模块、肌电采集模块、电刺激产生模块、电极切换模块、电极、电源管理模块和电池。
11.所述人机交互模块用于患者或者监护者操作系统工作；
12.所述主控模块用于控制所述人机交互模块、电刺激产生模块、电极切换模块、电源管理模块和肌电采集模块等工作；
13.所述肌电采集模块用于采集和预处理肌群的表面肌电信息；
14.所述电刺激产生模块用于产生功能性电刺激信号并施加于患者相应的肌肉群，继而带动患者肢体完成相应的动作；
15.所述电极切换模块用于快速切换电刺激通道和肌电采集通道；
16.所述电极用于黏贴在肌群的外皮表面施加电刺激信号和拾取肌电信息；
17.所述电源管理模块用于管理电池充放电和为整个系统供电；
18.所述电池为整个系统提供电源和储能。
19.系统工作流程为：首先开启设备，利用按键或者触摸显示屏设置电刺激参数及模式，主控模块产生相应地电刺激信号，并施加电刺激于肌群；同时，利用电极切换模块，将电极导联线由电刺激通道切换至肌电采集通道继而实现采集肌电信号，并针对采集的肌电信息进行预处理以获取洁净肌电信息，并对肌电信息进行分析处理。
20.所述肌电采集模块，包括主采集通道和次采集通道，其中主采集通道包括主肌电模数转换单元、信号放大滤波单元和精密放大单元；次采集通道包括次肌电模拟转换单元、信号分压调理单元和前置放大单元；
21.所述主采集通道用于采集未施加电刺激时的肌电信息和施加电刺激后主采集通道未饱和的肌电信息；
22.所述次采集通道用于采集施加电刺激后主采集通道饱和时的肌电信息；
23.所述主肌电模数转换单元，用于将主采集通道拾取肌电信息的模拟信号转换为数字信号；
24.所述放大滤波单元，用于将所述精密放大单元的肌电信息进行二次放大和滤波处理；
25.所述精密放大单元，用于拾取表面肌电信息；
26.所述次肌电模数转换单元，用于将次采集通道拾取肌电信息的模拟信号转换为数字信号；
27.所述信号分压调理单元，用于将前置放大单元的肌电信号进行分压和滤波处理，
[0028][0029]
其中，为分压后的肌电信号；
[0030]
y(t)为前置放大单元输出肌电信号；
[0031]vsad
为次肌电模数转换单元的供电电压；
[0032]vqz
为前置放大电压的供电电压；
[0033]
α为分压比例常数，与电路参数相关，此处为经验值取值为0.95；
[0034]
所述前置放大单元，用于拾取表面肌电信息；
[0035]
其工作流程为：首先利用所述电极切换模块将电极切换至肌电采集模块，判断采集时刻，若为施加功能性电刺激后t秒后，则利用主通道采集肌电信号x(t)，若为施加功能性电刺激t秒内，则利用主次双通道采集肌电信号x1(t)、x2(t)，同时采集过程中判断主采集通道拾取的肌电信号是否饱和，若饱和则利用次通道采集肌电信号，继而重新排序将肌电信号插入主通道系列，在利用记录的功能性电刺激作为参考信号，进行自适应滤波，继而获取肌电信号后，并将获取的肌电信号与施加功能性电刺激后t秒后肌电信号形成新的肌电信号序列x，进行信号去噪和提取特征值，以用于评估神经及肌群功能状态或者用于控制电刺激工作。
[0036][0037]
其中，t≤t；
[0038][0039]
其中，t≤t
[0040]
其中，为滤波后的肌电信号，f(*)为自适应滤波公式；
[0041]
则形成的序列为
[0042]
可选地，所述电刺激产生模块，包括波形转换单元、功率放大单元、电流驱动单元、变压器、电流拾取单元、恒流数模单元、反馈模数单元、反馈调理电路、隔离单元、反馈信号检测单元；
[0043]
所述波形转换单元，与所述主控模块和所述功率放大单元连接，用于将主控模块产生的刺激信号转换模拟信号；
[0044]
所述功率放大单元，与所述波形转换单元和所述电流驱动单元连接，用于放大模拟信号；
[0045]
所述电流驱动单元，与所述功率放大单元和所述电流拾取单元、所述变压器连接，用于为变压器提供恒流源及将模拟电压信号转换成恒流模式；
[0046]
所述变压器，与所述电流驱动单元、所述电流拾取单元和反馈信号检测单元、电极切换模块连接，用于隔离和放大模拟刺激信号；
[0047]
所述恒流数模单元，与所述电流拾取单元和所述主控模块连接，用于拾取的电流信号转化为数字信号，经过与输出的刺激信号计算，用于调整刺激信号使其刺激电流恒定；
[0048]
所述电流拾取单元，与所述电流驱动单元和所述恒流模数单元连接，用于拾取电流驱动单元的电流值；
[0049]
所述反馈信号检测单元，与所述变压器和所述隔离单元连接，用于采集刺激信号的分流电流和分流电压，继而检测输出电流和导联脱落；
[0050]
隔离单元，与所述反馈信号检测单元和反馈调理元连接，用于隔离电信号检测单元与反馈调理电路；
[0051]
反馈调理电路，与所述隔离单元和所述反馈模数单元连接，用于对隔离单元输送的信号进行调理包括信号滤波处理及放大；
[0052]
反馈模数单元，与所述反馈调理电路和所述主控模块连接，用于将电流电压反馈信号转化数字电流电压反馈信号。
[0053]
其工作流程为首先启动电刺激，并主控模块根据刺激指令调整刺激参数并形成数字刺激信号，通过刺激数模单元形成模拟刺激信号后，经过功率放大单元将电压信号转为电流驱动信号，之后经恒流拾取单元拾取电流信息判断和调整形成恒流信号，经过变压器隔离输出通过电极施加于人体，在变压器输出端则利用反馈信号检测单元检测刺激信号的电流值、电压值并通过反馈传输至主控模块，主控模块根据预设调整刺激参数，使其刺激电流达到预测。可选地，所述电源管理模块，包括电池管理，电源隔离单元，模拟电源供电管理和数字电源供电管理，其中，模拟电源供电管理包括模拟电压总供电压、模拟正负12v单元，模拟正负2.5v单元，模拟正负5v单元，模拟正负18v单元；数字电源供电管理包括数字电压总供电压、数字正负12v单元，数字正负3.3v单元，数字正负5v单元；
[0054]
所述电池管理，用于管理电池的充放电管理及检测电池安全；
[0055]
所述电源隔离单元，用于将模拟电源供电与数字电源供电的隔离；
[0056]
模拟电源供电管理单元，用于为模拟电路供电；
[0057]
数字电源供电管理单元，用于为数字电路供电。
[0058]
本发明提供的技术方案的有益效果是：
[0059]
本发明设计通过电极切换单元实现电刺激刺激通道与肌电采集通道的快速切换，实现电刺激两脉冲间隙及刺激后的肌电采集，利用双通道同步采集的肌电信号，确保在刺激脉冲间隙及刺激结束后能够无失真采集肌电信息，之后软件滤波削弱电刺激干扰信号，继而获取肌电信息；进一步打造电刺激与肌电采集的融合系统，继而实现利用电刺激刺激肌群进行康复训练和利用肌电评估该肌群周围神经或者肌群本身功能状态康复系统，同时，肌电信息用于控制电刺激工作，实现智能化的康复训练，该系统为打造智能化、个性化的康复设备提供基础。
[0060]
本专利则采用软硬有机结合的方法，利用高速继电器快速切换及双通道同步采集的肌电信号，并通过软件滤波削弱电刺激干扰信号，继而获取肌电信息，继而可用于评估该肌群周围神经或者肌群本身功能状态，也可作为控制信号用于控制电刺激工作，继而为打造智能化、个性化的康复设备提供基础。
附图说明
[0061]
图1为一种功能性电刺激表面肌电采集系统架构示意图；
[0062]
图2为肌电采集模块组成示意图；
[0063]
图3以op07搭建50hz陷波电路图；
[0064]
图4为肌电采集处理流程图；
[0065]
图5为功能性电刺激模块组成示意图；
[0066]
图6为功能性电刺激工作流程图；
[0067]
图7为电源模块组成示意图。
[0068]
符号标记说明：人机交互模块-1，主控模块-2，肌电采集模块-3，主采集通道-31，主肌电模拟转换单元-311，信号放大滤波单元-312，精密放大单元-313，次采集通道-32，次肌电模拟转换单元-321，信号分压调理单元-322，前置放大单元-323，电刺激产生模块-4，波形转换单元-401，功率放大单元-402，电流驱动-403，变压器-403，恒流模数单元-405，电流拾取单元-406，反馈模数单元-407，反馈调理电路-408，隔离单元-409，反馈信号检测单元-410，电极切换模块-5，电极-6，电源管理模块-7，电池管理-71，电源隔离单元-72，模拟供电电源管理-73，模拟电源总供单元-731，模拟正负12v单元-732，模拟正负2.5v单元-733，模拟正负5v单元-734，模拟正负18v单元-735，数字供电电源管理-74，数字电源总供单元-741，数字正负3.3v单元-742，数字正负12v单元-743，数字正负5v单元-744，电池-8。
具体实施方式
[0069]
本发明的目的提供一种功能性电刺激表面肌电采集系统，通过软硬有机结合为患者提供施加功能性电刺激及高保真地拾取肌电信息；首先利用高速继电器快速切换实现施加电刺激和肌电采集的功能切换，利用双通道同步采集的肌电信号，并通过软件滤波削弱电刺激干扰信号，以获取洁净的肌电信息，继而肌电信息即可用于评估该肌群周围神经或者肌群本身功能状态，亦可为功能性电刺激智能控制提供控制源，继而为打造智能化、个性化的康复设备提供基础。
[0070]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0071]
本发明公开了一种功能性电刺激表面肌电采集系统，该方法通过在相应肌群表面黏贴电极，然后通过人机交互设置初始刺激模式及方案，再通过电极施加功能性电刺激电流或者拾取肌电信息，然后针对拾取的肌电信息去噪处理，再对获取洁净的肌电信息进行分析处理，继而用于控制功能性电刺激工作和评估相关肌群周围神经或肌群本身功能状态。可应用在脑卒中患者、脊髓损伤患者康复、生活、娱乐等领域，可以大大获得更好的社会和经济价值。
[0072]
实施例：
[0073]
本发明一种功能性电刺激表面肌电采集系统，如图1所示，包括所述人机交互模块1、主控模块2、肌电采集模块3、电刺激产生模块4、电极切换模块5、电极6、电源管理模块7和电池8。
[0074]
所述人机交互模块1用于患者或者监护者操作系统工作；
[0075]
所述主控模块2用于控制人机交互模块1、电刺激产生模块4、电极切换模块5、电源管理模块7和肌电采集模块3等工作；
[0076]
所述肌电采集模块3用于采集和预处理肌群的表面肌电信息；
[0077]
所述电刺激产生模块4用于产生功能性电刺激信号并施加于患者相应的肌肉群，继而带动患者肢体完成相应的动作；
[0078]
所述电极切换模块5用于所述快速切换电刺激通道和肌电采集通道；
[0079]
所述电极6用于黏贴在肌群的外皮表面施加电刺激信号和拾取肌电信息；
[0080]
所述电源管理模块7用于管理电池充放电和为整个系统供电；
[0081]
所述电池8为整个系统提供电源和储能。
[0082]
整个系统工作流程为：首先开启设备，利用按键或者触摸显示屏设置电刺激参数及模式，主控模块产生相应地电刺激信号，并施加电刺激于肌群；同时，切换通道采集肌电信息，并针对采集的肌电信息进行预处理以获取洁净肌电信息，并对肌电信息进行分析处理。
[0083]
如图2所示，所述肌电采集模块2包括主采集通道31和次采集通道32，其中所述主采集通道31包括，所述主肌电模数转换单元311、所述信号放大滤波单元312和所述精密放大单元313；所述次采集通道32包括所述次肌电模拟转换单元321、所述信号分压调理单元322和所述前置放大单元323。
[0084]
所述主采集通道31用于采集未施加电刺激时的肌电信息和施加电刺激后主采集通道未饱和的肌电信息；
[0085]
所述次采集通道32用于采集施加电刺激后主采集通道饱和时的肌电信息；
[0086]
述主肌电模数转换单元311，与所述主控模块2和所述信号放大滤波单元312连接，用于将所述主采集通道31拾取肌电信息的模拟信号转换为数字信号，本实施例中，主肌电采集模块311以ad7768芯片及外围电路构成；
[0087]
所述信号放大滤波单元312，与所述主肌电模数转换单元311和所述精密放大单元313连接，用于将所述精密放大单元313的肌电信息进行二次放大和滤波处理，如图3所示，实施例中，信号放大滤波单元312以op07精密放大芯片及阻容器件构成，电阻r6、r7、r8、电容c5、c6、c7构建了50hz陷波器，r9和r10构建放大比例系数；
[0088]
所述精密放大单元313，与所述信号放大滤波单元312和电极切换模块5相连，用于拾取表面肌电信息，实施例中，述精密放大单元313选用ad8422作为精密放大核心单元；
[0089]
所述次肌电模数转换单元321，与所述主控模块2和所述信号分压调理单元322连接，用于将所述次采集通道32拾取肌电信息的模拟信号转换为数字信号，实施例中，次肌电模数转换单元321选用ad7768及外围电路构建；
[0090]
所述信号分压调理单元322，与次肌电模数转换单元321和前置放大单元323相连接，用于将所述前置放大单元323的肌电信号进行分压和滤波处理，
[0091][0092]
其中，为分压后的肌电信号；
[0093]
y(t)为前置放大单元输出肌电信号；
[0094]vsad
为次肌电模数转换单元的供电电压；
[0095]vqz
为前置放大电压的供电电压；
[0096]
α为分压比例常数，与电路参数相关，此处为经验值取值为0.95。
[0097]
所述前置放大单元323，与所述电极切换模块5和所述信号分压调理单元322相连接，用于拾取表面肌电信息，实施例中，前置放大单元323选择ad8422前置放大核心；
[0098]
如图4所示，其工作流程为：首先利用电极切换模块5将所述电极切换至肌电采集模块，判断采集时刻，若为施加功能性电刺激t秒后，则利用主通道采集肌电信号x(t)，若为
施加功能性电刺激t秒内，则利用主次双通道采集肌电信号x1(t)、x2(t)，同时采集过程中判断主采集通道拾取的肌电信号是否饱和，若饱和则利用次通道采集肌电信号，继而重新排序将肌电信号插入主通道系列，在利用记录的功能性电刺激作为参考信号，进行自适应滤波，继而获取肌电信号后，并将获取的肌电信号与施加功能性电刺激t秒后肌电信号形成新的肌电信号序列x，进行信号去噪和提取特征值，以用于评估神经及肌群功能状态或者用于控制电刺激工作。
[0099][0100]
其中，t≤t；
[0101][0102]
其中，t≤t；
[0103]
其中，为滤波后的肌电信号，f(*)为自适应滤波公式；
[0104]
则形成的序列为
[0105]
如图5所示，所述电刺激产生模块4，包括波形转换单元401、功率放大单元402、电流驱动单元403、变压器404、电流拾取单元405、恒流数模单元406、反馈模数单元407、反馈调理电路408、隔离单元409、反馈信号检测单元410；
[0106]
所述波形转换单元401与所述主控模块2和所述功率放大单元402连接，用于将主控模块2产生的刺激信号转换模拟信号，实施例中，选择dac8512作为转换核心；
[0107]
所述功率放大单元402，与所述波形转换单元401和所述电流驱动单元403连接，用于放大模拟信号，实施例中以tl061a作为运放核心；
[0108]
所述电流驱动单元403，与所述功率放大单元402和电流拾取单元406、变压器404连接，用于为所述变压器404提供恒流源及将模拟电压信号转换成恒流模式；
[0109]
所述变压器404，与所述电流驱动单元403、电流拾取单元406和反馈信号检测单元410、电极切换模块5连接，用于隔离和放大模拟刺激信号；
[0110]
所述恒流数模单元405，与电流拾取单元406和所述主控模块2连接，用于拾取的电流信号转化为数字信号，经过与输出的刺激信号计算，用于调整刺激信号使其刺激电流恒定，实施例中利用微处理器stm32h723内部数模转换；
[0111]
所述电流拾取单元406，与所述电流驱动单元403和所述恒流模数单元405连接，用于拾取电流驱动单元的电流值，实施例中选择0.2ω电阻作为拾取单元；
[0112]
所述反馈信号检测单元410，与所述变压器404和隔离单元409连接，用于采集刺激信号的分流电流和分流电压，继而检测输出电流和导联脱落，实施例中利用电阻和霍尔传感器来感知反馈信号；
[0113]
所述隔离单元409，与所述反馈信号检测单元410和反馈调理元408连接，用于隔离电信号检测单元与反馈调理电路，示例图采用a7840作为隔离芯片；
[0114]
所述反馈调理电路408，与所述隔离单元409和所述反馈模数单元407连接，用于对所述隔离单元409输送的信号进行调理包括信号滤波处理及放大，如图3所示搭建陷波器；
[0115]
所述反馈模数单元407，与所述反馈调理电路408和所述主控模块2连接，用于将电流电压反馈信号转化数字电流电压反馈信号，采用ad7768作为模数转换芯片。
[0116]
其工作流程，如图6所示，首先利用人机交互模块1启动电刺激，所述主控模块2根据刺激指令调整刺激参数并形成数字刺激信号，通过所述波形转换单元401形成模拟刺激信号后，经过所述功率放大单元402将电压信号转为电流驱动信号，之后经所述恒流拾取单元406拾取电流信息判断和调整形成恒流信号，经过所述变压器404隔离输出通过电极施加于人体，在所述变压器404输出端则利用所述反馈信号检测单元410检测刺激信号的电流值、电压值并通过反馈传输至所述主控模块2，所述主控模块2根据预设调整刺激参数，使其刺激电流达到预测。
[0117]
如图7所示，所述电源管理模块7，包括所述电池管理71，所述电源隔离单元72，所述模拟电源供电管理73和所述数字电源供电管理74，其中，所述模拟电源供电管理73包括所述模拟电压总供电压单元731、所述模拟正负12v单元732，所述模拟正负2.5v单元733，所述模拟正负5v单元734，所述模拟正负18v单元735；所述数字电源供电管理74包括所述数字电压总供电压单元741、所述数字正负12v单元742，所述数字正负3.3v单元743，所述数字正负5v单元744；
[0118]
所述电池管理71，用于管理所述电池8的充放电管理及检测电池安全；
[0119]
所述电源隔离单元72，用于将所述模拟电源供电与所述数字电源供电的隔离；
[0120]
所述模拟电源供电管理单元73，用于为模拟电路供电；
[0121]
所述模拟电源总供单元731，用于提供模拟电源的总电源；
[0122]
所述模拟正负12v单元732，用于提供所述模拟电路中正负12v的芯片供电；
[0123]
所述模拟正负2.5v单元733，用于提供模拟电路中正负2.5v的芯片供电；
[0124]
所述模拟正负5v单元734，用于提供所述模拟电路中正负5v的芯片供电；
[0125]
所述模拟正负18v单元733，用于提供模拟电路中所述前置放大单元323供电；
[0126]
所述数字电源供电管理单元74，用于为数字电路供电。
[0127]
所述数字电源总供单元741，用于提供数字电源的总电源；
[0128]
所述数字拟正负3.3v单元742，用于提供数字电路中正负3.3v的芯片供电；
[0129]
所述数字正负12v单元743，用于提供所述数字电路中正负12v的芯片供电；
[0130]
所述数字正负5v单元744，用于提供所述数字电路中正负5v的芯片供电。
[0131]
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可替代。
[0132]
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0133]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种功能性电刺激表面肌电采集系统，其特征在于，所述系统包括：人机交互模块、主控模块、肌电采集模块、电刺激产生模块、电极切换模块、电极、电源管理模块和电池；所述人机交互模块用于患者或者监护者操作系统工作；所述主控模块用于控制所述人机交互模块、电刺激产生模块、电极切换模块、电源管理模块和肌电采集模块工作；所述肌电采集模块用于采集和预处理肌群的表面肌电信息；所述电刺激产生模块用于产生功能性电刺激信号并施加于患者相应的肌肉群，继而带动患者肢体完成相应的动作；所述电极切换模块用于快速切换电刺激通道和肌电采集通道；所述电极用于黏贴在肌群的外皮表面施加电刺激信号和拾取肌电信息；所述电源管理模块用于管理电池充放电和为整个系统供电；所述电池为整个系统提供电源和储能；所述肌电采集模块，包括主采集通道和次采集通道，其中主采集通道包括，主肌电模数转换单元、信号放大滤波单元和精密放大单元；次采集通道包括次肌电模拟转换单元、信号分压调理单元和前置放大单元；首先开启设备，利用按键或者触摸显示屏设置电刺激参数及模式，主控模块产生相应地电刺激信号，并施加电刺激于肌群；同时，利用电极切换模块，将电极导联线由电刺激通道切换至肌电采集通道继而实现采集肌电信号，并针对采集的肌电信息进行预处理以获取洁净肌电信息，并对肌电信息进行分析处理；所述主采集通道用于采集未施加电刺激时的肌电信息和施加电刺激后主采集通道未饱和的肌电信息；所述次采集通道用于采集施加电刺激后主采集通道饱和时的肌电信息；所述主肌电模数转换单元，用于将主采集通道拾取肌电信息的模拟信号转换为数字信号；所述放大滤波单元，用于将所述精密放大单元的肌电信息进行二次放大和滤波处理；所述精密放大单元，用于拾取表面肌电信息；所述次肌电模数转换单元，用于将次采集通道拾取肌电信息的模拟信号转换为数字信号；所述信号分压调理单元，用于将前置放大单元的肌电信号进行分压和滤波处理，其中，为分压后的肌电信号；y(t)为前置放大单元输出肌电信号；v
sad
为次肌电模数转换单元的供电电压；v
qz
为前置放大电压的供电电压；α为分压比例常数，与电路参数相关；所述前置放大单元，用于拾取表面肌电信息；工作流程为：首先利用所述电极切换模块将电极切换至肌电采集模块，判断采集时刻，
若为施加功能性电刺激后t秒后，则利用主通道采集肌电信号x(t)，若为施加功能性电刺激t秒内，则利用主次双通道采集肌电信号x1(t)、x2(t)，同时采集过程中判断主采集通道拾取的肌电信号是否饱和，若饱和则利用次通道采集肌电信号，继而重新排序将肌电信号插入主通道系列，在利用记录的功能性电刺激作为参考信号，进行自适应滤波，继而获取肌电信号后，并将获取的肌电信号与施加功能性电刺激后t秒后肌电信号形成新的肌电信号序列x，进行信号去噪和提取特征值，以用于评估神经及肌群功能状态或者用于控制电刺激工作；其中，t≤t；其中，t≤t；其中，为滤波后的肌电信号，f(*)为自适应滤波公式；则形成的序列为2.根据权利要求1所述一种功能性电刺激表面肌电采集系统，其特征在于，所述电刺激产生模块，包括波形转换单元、功率放大单元、电流驱动单元、变压器、电流拾取单元、恒流数模单元、反馈模数单元、反馈调理电路、隔离单元、反馈信号检测单元；所述波形转换单元，与所述主控模块和所述功率放大单元连接，用于将主控模块产生的刺激信号转换模拟信号；所述功率放大单元，与所述波形转换单元和所述电流驱动单元连接，用于放大模拟信号；所述电流驱动单元，与所述功率放大单元和所述电流拾取单元、所述变压器连接，用于为变压器提供恒流源及将模拟电压信号转换成恒流模式；所述变压器，与所述电流驱动单元、所述电流拾取单元和反馈信号检测单元、电极切换模块连接，用于隔离和放大模拟刺激信号；所述恒流数模单元，与所述电流拾取单元和所述主控模块连接，用于拾取的电流信号转化为数字信号，经过与输出的刺激信号计算，用于调整刺激信号使其刺激电流恒定；所述电流拾取单元，与所述电流驱动单元和所述恒流模数单元连接，用于拾取电流驱动单元的电流值；所述反馈信号检测单元，与所述变压器和所述隔离单元连接，用于采集刺激信号的分流电流和分流电压，继而检测输出电流和导联脱落；隔离单元，与所述反馈信号检测单元和反馈调理元连接，用于隔离电信号检测单元与反馈调理电路；反馈调理电路，与所述隔离单元和所述反馈模数单元连接，用于对隔离单元输送的信号进行调理包括信号滤波处理及放大；反馈模数单元，与所述反馈调理电路和所述主控模块连接，用于将电流电压反馈信号转化数字电流电压反馈信号；其工作流程为首先启动电刺激，并主控模块根据刺激指令调整刺激参数并形成数字刺
激信号，通过刺激数模单元形成模拟刺激信号后，经过功率放大单元将电压信号转为电流驱动信号，之后经恒流拾取单元拾取电流信息判断和调整形成恒流信号，经过变压器隔离输出通过电极施加于人体，在变压器输出端则利用反馈信号检测单元检测刺激信号的电流值、电压值并通过反馈传输至主控模块，主控模块根据预设调整刺激参数，使其刺激电流达到预测。3.根据权利要求1所述一种功能性电刺激表面肌电采集系统，其特征在于，所述电源管理模块，包括电池管理，电源隔离单元，模拟电源供电管理和数字电源供电管理，其中，模拟电源供电管理包括模拟电压总供电压、模拟正负12v单元，模拟正负2.5v单元，模拟正负5v单元，模拟正负18v单元；数字电源供电管理包括数字电压总供电压、数字正负12v单元，数字正负3.3v单元，数字正负5v单元；所述电池管理，用于管理电池的充放电管理及检测电池安全；所述电源隔离单元，用于将模拟电源供电与数字电源供电的隔离；模拟电源供电管理单元，用于为模拟电路供电；数字电源供电管理单元，用于为数字电路供电。

技术总结
本发明公开了一种功能性电刺激表面肌电采集系统，主要由人机交互模块、主控模块、肌电采集模块、电刺激产生模块、电极切换模块、电极、电源管理模块和电池组成。系统通过在相应肌群表面黏贴电极，然后通过人机交互设置初始刺激模式及方案，再通过电极施加功能性电刺激电流或者拾取肌电信息，然后针对拾取的肌电信息去噪处理，再对获取洁净的肌电信息进行分析处理，继而用于控制功能性电刺激工作和评估相关肌群周围神经或肌群本身功能状态。本发明应用在脑卒中患者、脊髓损伤患者康复、生活等领域，可以大大获得更好的社会和经济价值。可以大大获得更好的社会和经济价值。可以大大获得更好的社会和经济价值。


技术研发人员：孟琳 张广举 明东 程龙龙 徐瑞 董洪涛
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/8/5