本文關(guān)鍵詞：多通道有源柔性陣列電極與信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：通過(guò)肌電、心電、腦電等電生理信號(hào)可實(shí)時(shí)了解人體的生理狀態(tài),有助于對(duì)疾病進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷和治療。表面肌電(sEMG, surface Electromyography)在臨床醫(yī)學(xué)中常被用于測(cè)量神經(jīng)傳導(dǎo)速率以輔助神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疾病的診斷。因無(wú)痛苦、無(wú)創(chuàng)傷的檢測(cè)方式,其在運(yùn)動(dòng)康復(fù)、人機(jī)接口以及人體工程學(xué)等研究領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。在與表面肌電相關(guān)的臨床應(yīng)用和科學(xué)研究中,為獲取更為細(xì)致的時(shí)間和空間信息,對(duì)多通道、低噪聲、高抗干擾性能的表面肌電信號(hào)采集提出了迫切需求。高密度電極陣列研制是近年來(lái)表面肌電采集設(shè)備的一個(gè)重要發(fā)展方向,而多通道微弱信號(hào)的高性能采集是其中的關(guān)鍵問(wèn)題。 本文以多通道sEMG信號(hào)采集裝置設(shè)計(jì)為主要研究方向。研制了一種基于聚酰亞胺柔性材料的有源柔性電極陣列,并為高性能sEMG采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)了與之對(duì)應(yīng)的多路信號(hào)調(diào)理電路和多路A/D轉(zhuǎn)換電路。通常多通道肌電采集系統(tǒng),不僅可采集多通道的肌電信號(hào),也可以采集心電、腦電等電生理信號(hào)。因此,本文又設(shè)計(jì)了一種便攜式心電監(jiān)護(hù)模塊,包括心電信號(hào)雙極導(dǎo)聯(lián)測(cè)量方式,數(shù)字濾波和上位機(jī)的實(shí)時(shí)顯示功能等。 本文主要工作成果包括但不限于以下方面： (1)柔性有源電極陣列設(shè)計(jì)及其信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)。從電極差分結(jié)構(gòu)、電極間距、噪聲抑制等方面考慮實(shí)現(xiàn)了兩種柔性有源電極陣列。針對(duì)電極皮膚接觸阻抗較大易引入工頻噪聲,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了兩種有源電極：?jiǎn)伪对鲆婧投啾对鲆嬗性措姌O。根據(jù)電極間距、通道數(shù)的需求最終選擇單倍增益方式實(shí)現(xiàn)多通道的電極陣列設(shè)計(jì)。同時(shí),為了實(shí)現(xiàn)不平坦區(qū)域每一通道電極與皮膚的良好接觸,采用聚酰亞胺實(shí)現(xiàn)柔性印刷電路板增強(qiáng)柔韌性。在獲取高質(zhì)量的sEMG信號(hào)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了更多通道的有源柔性電極陣列,實(shí)現(xiàn)了32通道單差分sEMG信號(hào)的輸出。根據(jù)sEMG信號(hào)幅度和帶寬范圍設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的多通道信號(hào)調(diào)理電路,主要包括由儀表放大器構(gòu)成了第一級(jí)放大濾波電路、由通用放大器構(gòu)成的多重反饋濾波電路和由集成模擬前端設(shè)計(jì)的多通道A/D轉(zhuǎn)換電路,實(shí)現(xiàn)了每通道約1500倍的信號(hào)放大、20-500Hz帶通濾波。 (2)開(kāi)展了兩種不同的有源柔性電極陣列性能評(píng)估試驗(yàn)。試驗(yàn)一分別從信噪比、功率譜和噪聲均方根值比較有源柔性電極陣列與實(shí)驗(yàn)室原有設(shè)計(jì)的無(wú)源柔性電極陣列、彈簧針電極陣列所獲取的sEMG信號(hào)。試驗(yàn)結(jié)果表明,采用有源方式設(shè)計(jì)可減小工頻噪聲和電極皮膚接觸阻抗對(duì)sEMG的影響,在皮膚表面不平坦區(qū)域采用柔性陣列可顯著提高sEMG信號(hào)質(zhì)量。試驗(yàn)二是具有32通道差分電極對(duì)的有源電極陣列與TMSi公司設(shè)計(jì)的64通道無(wú)源柔性電極陣列的性能對(duì)比試驗(yàn)。研究結(jié)果表明,有源柔性電極陣列可獲取較高幅度的sEMG信號(hào),而TMSI的64通道無(wú)源柔性電極陣列具有更小的基線噪聲。這可能是因?yàn)門(mén)MSI電極陣列使用了雙面膠和導(dǎo)電凝膠的緣故。 (3)便攜式心電監(jiān)護(hù)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。針對(duì)個(gè)人醫(yī)療領(lǐng)域?qū)Ρ銛y式需求,心電模塊進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)處理。心電信號(hào)過(guò)采用雙極導(dǎo)聯(lián)方式進(jìn)行采集。電路設(shè)計(jì)包括信號(hào)放大濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路以及數(shù)據(jù)傳輸電路。軟件去噪方面使用簡(jiǎn)單而有效的Levkov濾波算法,因其計(jì)算量小且易于移植,故在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)濾波處理。最終實(shí)現(xiàn)了小體積、便攜式的心電監(jiān)護(hù)模塊,并在PC端軟件上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：多通道 肌電 柔性電極陣列 心電模塊
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：R318
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 研究背景與研究意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 sEMG電極研究現(xiàn)狀13-16
• 1.2.2 多通道陣列式采集發(fā)展現(xiàn)狀16-17
• 1.3 本課題研究目標(biāo)與研究?jī)?nèi)容17-19
• 1.4 本文內(nèi)容安排19-20
• 第2章 有源柔性表面肌電電極陣列研制及其信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)20-42
• 2.1 概述20-22
• 2.2 柔性表面肌電電極設(shè)計(jì)與制作22-28
• 2.2.1 柔性電極制作工藝22-24
• 2.2.2 有源柔性電極陣列設(shè)計(jì)24-27
• 2.2.3 32通道差分電極對(duì)有源柔性電極陣列設(shè)計(jì)27-28
• 2.3 多通道表面肌電信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)28-34
• 2.3.1 初級(jí)放大電路設(shè)計(jì)28-31
• 2.3.2 次級(jí)濾波放大電路和電源電路設(shè)計(jì)31-34
• 2.4 多通道A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)34-38
• 2.4.1 A/D芯片選型34-35
• 2.4.2 多路A/D電路設(shè)計(jì)35-38
• 2.5 其它形式電極和調(diào)理電路設(shè)計(jì)嘗試38-40
• 2.6 本章小結(jié)40-42
• 第3章 有源柔性表面肌電電極陣列性能測(cè)試42-60
• 3.1 整體系統(tǒng)性能測(cè)試42-46
• 3.1.1 采集裝置構(gòu)成42
• 3.1.2 預(yù)處理42-43
• 3.1.3 系統(tǒng)性能測(cè)試結(jié)果43-46
• 3.2 有源柔性電極陣列與彈簧針式電極陣列、無(wú)源柔性電極陣列對(duì)比測(cè)試46-55
• 3.2.1 試驗(yàn)方法48
• 3.2.2 時(shí)域性能對(duì)比48-51
• 3.2.3 頻域性能對(duì)比51-53
• 3.2.4 非平坦區(qū)域性能測(cè)試對(duì)比53-55
• 3.3 32通道有源柔性電極性能與TMSI無(wú)源柔性電極對(duì)比測(cè)試55-59
• 3.4 本章小結(jié)59-60
• 第4章 便攜式心電傳感器設(shè)計(jì)60-72
• 4.1 心電信號(hào)概述60-61
• 4.1.1 心電噪聲來(lái)源61
• 4.1.2 心電導(dǎo)聯(lián)方式61
• 4.2 便攜式心電模塊設(shè)計(jì)61-66
• 4.2.1 C8051F320介紹63
• 4.2.2 便攜式心電模塊硬件設(shè)計(jì)63-66
• 4.3 軟件濾波設(shè)計(jì)66-69
• 4.3.1 常用軟件濾波算法66-68
• 4.3.2 軟件濾波設(shè)計(jì)68-69
• 4.4 便攜式心電模塊測(cè)試69-71
• 4.5 本章小結(jié)71-72
• 第5章 總結(jié)與展望72-74
• 5.1 總結(jié)72-73
• 5.2 展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 致謝78-80
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果80

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 趙章琰;陳香;雷培源;楊基海;;陣列式表面肌電信號(hào)采集儀[J];電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào);2009年12期

2 董中飛;陳香;鄧浩;張永強(qiáng);;柔性同心圓差分陣列表面肌電電極研制[J];電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào);2012年04期

3 王佳文;凡友華;;心電信號(hào)去噪中的小波方法[J];數(shù)理醫(yī)藥學(xué)雜志;2009年01期

4 朱埔達(dá);常規(guī)心電圖機(jī)概述[J];中國(guó)醫(yī)療器械雜志;2005年03期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 趙章琰;表面肌電信號(hào)檢測(cè)和處理中若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：多通道有源柔性陣列電極與信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：320896