本发明公开了一种基于表面肌电的诊疗系统,包括上位机采集模块、上位机评估模块、上位机循环电刺激模块、上位机生物反馈电刺激模块、通讯模块、数字处理控制器、多通道表面肌电电极、多通道放大滤波模块、模数转换器、数模转换器、多通道功率放大模块和输出限流监控模块。本发明诊疗系统提供了表面肌电信号的采集和诊断评估、循环电刺激、生物反馈电刺激等多种功能,可应用于运动科学、康复医学和生物医学工程等领域。
1.一种基于表面肌电的诊疗系统,其特征在于,包括:上位机采集模块,用于向通讯模块发送采集表面肌电信号的采集指令,以及接收来自通讯模块的表面肌电信号;通讯模块,用于接收来自于上位机采集模块的采集指令、接收来自于上位机循环电刺激模块和上位机生物反馈电刺激模块的刺激指令,以及接收来自数字处理控制器的表面肌电信号;数字处理控制器,用于对来自于模数转换器的表面肌电信号进行数字滤波,并对来自于通讯模块的采集指令和刺激指令译码,以控制模数转换器采集表面肌电信号、控制数模转换器产生刺激序列;上位机循环电刺激模块,用于接收用户输入的循环电刺激指令,并将循环电刺激指令传给通讯模块;上位机生物反馈电刺激模块,用于接收用户输入的生物反馈电刺激指令,并将生物反馈电刺激指令传给通讯模块;上位机评估模块,用于接收来自于上位机采集模块的表面肌电信号,并计算表面肌电参数;数模转换器,用于接收来自于数字处理控制器的刺激指令,并依据刺激指令产生相应的刺激序列;多通道功率放大模块,用于接收来自于数模转换器的刺激序列,并放大刺激序列的功率而产生刺激信号,发送给输出限流监控模块;输出限流监控模块,用于接收来自于多通道功率放大模块的刺激信号,并将刺激信号发送给多通道表面肌电电极进行刺激,实时监测刺激信号的输出电流,将输出电流的强度信号发送给模数转换器;多通道表面肌电电极,用于采集表面肌电信号并发送到多通道放大滤波模块,以及用于接收输出限流监控模块的刺激信号并传到所要刺激的部位;多通道放大滤波模块,用于接收并放大来自于多通道表面肌电电极的表面肌电信号,并将放大后的表面肌电信号做滤波处理;模数转换器,用于接收来自于多通道放大滤波模块的表面肌电信号,并进行模数转换;同时用于接收来自输出限流监控模块的输出电流的强度信号,并进行模数转换。
2.根据权利要求1所述的一种基于表面肌电的诊疗系统,其特征在于:还包括电源模块,所述电源模块包括隔离电源、低压差线性稳压电路和LC滤波电路,隔离电源的输出端分别与低压差线性稳压电路的输入端、LC滤波电路的输入端连接,低压差线性稳压电路的输出端与LC滤波电路的输入端连接,LC滤波电路的输出端与所述通讯模块、数字处理控制器、数模转换器、多通道功率放大模块、输出限流监控模块、多通道放大滤波电路、模数转换器的输入端分别连接。
3.根据权利要求2所述的基于表面肌电的诊疗系统,其特征在于:所述电源模块的应耐压大于等于4000Vac。
4.根据权利要求1所述的一种基于表面肌电的诊疗系统,其特征在于:所述通讯模块由高速数字光耦和串口转USB线组成,所述高速数字光耦用于接收来自数字处理控制器的表面肌电信号,并将表面肌电信号发送给串口转USB线,同时接收来自串口转USB线的采集指令和刺激指令,并将采集指令和刺激指令发送至数字处理控制器;串口转USB线用于接收来自上位机采集模块的采集指令以及接收来自于上位机循环电刺激模块、上位机生物反馈电刺激模块的刺激指令,并将所述采集指令和刺激指令发送至所述高速数字光耦,同时接收来自高速数字光耦的表面肌电信号,并将表面肌电信号发送至上位机采集模块。
5.根据权利要求4所述的一种基于表面肌电的诊疗系统,,其特征在于:所述高速数字光耦的隔离电压为峰峰值7500Vac,数据传输率为1MHz。
6.根据权利要求1所述的一种基于表面肌电的诊疗系统,其特征在于:所述多通道放大滤波模块包括多个通道的表面肌电处理通路,每个通道的表面肌电处理通路包括前置放大电路、有源滤波电路和升压电路;所述前置放大电路用于接收来自多通道表面肌电电极的表面肌电信号并进行放大,将放大后的表面肌电信号发送至有源滤波电路;所述有源滤波电路用于接收来自前置放大电路的表面肌电信号,并做滤波处理,将滤波后的表面肌电信号发送至升压电路;所述升压电路用于接收来自有源滤波电路的表面肌电信号,并将表面肌电信号发送至模数转换器。
7.根据权利要求6所述的一种基于表面肌电的诊疗系统,其特征在于:所述前置放大电路采用同一硅片制造的三个运算放大器组成的差分输入结构。
8.根据权利要求1所述的一种基于表面肌电的诊疗系统,其特征在于:所述多通道功率放大模块包含多个通道的电刺激通路,每个通道的电刺激通路包括电压跟随电路、MOS管功率放大电路和变压器升压电路;所述电压跟随电路用于接收来自数模转换器的刺激序列,并将刺激序列发送至MOS管功率放大电路;所述MOS管功率放大电路用于接收来自电压跟随电路的刺激序列,放大刺激序列的功率而产生刺激信号,并将刺激信号发送至变压器升压电路;所述变压器升压电路用于接收来自MOS管功率放大电路的刺激信号,并将刺激信号发送至输出限流监控模块。
9.根据权利要求1所述的一种基于表面肌电的诊疗系统,其特征在于:所述输出限流监控模块包括二极管桥堆、精密取样电阻和三极管限流电路;所述二极管桥堆用于接收来自多通道功率放大模块的刺激信号,并将刺激信号发送至精密取样电阻;所述精密取样电阻用于接收来自二极管桥堆的刺激信号,并将刺激信号发送至三极管限流电路;所述三极管限流电路用于接收来自精密取样电阻的刺激信号,并将刺激信号发送至多通道表面肌电电极进行刺激,三极管限流电路同时实时监测刺激信号的输出电流,并将输出电流的强度信号发送给模数转换器。技术领域
本发明涉及一种基于表面肌电的诊疗系统,属于运动科学领域、康复医学领域和生物医学工程领域。
背景技术
表面肌电信号(surfacexa0Electromyogram,sEMG)是神经肌肉系统进行随意性和非随意性活动时,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,其振幅为0-5000μV,频率为30-500Hz。表面肌电信号与肌肉的活动状态和功能状态之间存在着不同程度的相关性,目前已广泛应用于体育科学,如运动技术合理性分析、疲劳判定、无氧阀的无损伤性预测和肌纤维类型等;临床医学,如神经肌肉评定、生物反馈治疗、康复治疗等方面均有重要的价值。经皮电刺激疗法(简称TENS)主要刺激感觉神经纤维,通过皮肤将特定的低频脉冲电流输入人体以治疗疼痛的电疗方法。神经肌肉激疗法(简称NMES)主要刺激运动神经纤维,应用低频脉冲电流刺激肌肉使其收缩,已恢复其运动功能的方法。功能性电刺激疗法(简称FES)利用一定强度的低频脉冲电流,通过预先设定的程序来刺激一组或多组肌肉,诱发肌肉运动或模拟正常的自主运动,以达到改善或恢复被刺激肌肉或肌群功能的目的。中国专利CN201958882U公开了一种皮表肌电的监测装置,采用双电极检测,陷波级采用双T有源网络,克服了市售的德国生产的皮表传感器输入阻抗低、信息损失大和工频干扰能力弱的问题。中国专利CN1088121A公开了一种基于检测脑神经发出的肌电信号的反馈式中风偏瘫治疗仪,采用三电极检测肌电信号,将其转换功率放大后,变成强功率脉冲刺激患者肢体,帮助其重建人体神经通道,达到治疗效果。目前市场上,多数的国内外表面肌电系统可分为两类:诊断系统(如芬兰Mega公司的ME6000肌电测试仪)和电疗系统(如加拿大Thought公司的MyoTrac双通道生物刺激反馈仪)。它们分别着重完成信号采集评估或者电刺激的单一工作,属于诊断功能和治疗功能相对独立的分离系统。由以上分析可以看出,现有的部分肌电设备的电极通道较少,因此对病患的总体病情评估往往需要通过多次安置电极,反复检测,这样不免耗时耗力。此外更重要的是,大多数仪器设备功能单一,只能单独完成肌电采集评估或者电刺激治疗功能,不仅增加仪器购置的费用,而且由于诊断和治疗过程相对独立,无法使采集得到的数据指标很有效地与治疗结合,并指导电刺激参数的设置,这给病患较优康复训练方案的制定造成了一定的困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于表面肌电的诊疗系统。本发明的发明构思是:现有的表面肌电设备功能相对单一独立,表面肌电的信号采集与病情评估,和电刺激康复训练往往是由不同的仪器单独完成,之间缺乏紧密的联系,采集得到的表面肌电信号的指标不能很好地去指导电刺激参数的设定,这造成诊断和治疗过程相互脱节,显得各自独立,关联性不强。此外,现有的部分该类仪器设备,采集和刺激通道数均较少,无法在同一时间完成病患多部位的诊断治疗工作。为此,本发明将表面肌电的信号采集与病情评估和电刺激康复训练进行功能结合,通过生物反馈技术将诊断和治疗过程相关联,让采集分析得到的表面肌电指标,可以更好指导电刺激各项参数的设置,利用循环电刺激和生物反馈电刺激等治疗方式,帮助患者更好地恢复功能。本发明的多通道表面肌电电极可实现表面肌电信号采集和电刺激功能的复用。每个通道为四线三电极,四线为两根信号线、一根地线、一根反馈线,三电极为两个信号电极、一个参考电极。本发明的基于表面肌电的诊疗系统可以在同一时间完成病患多部位的诊疗工作,效率大大提高。本发明的基于表面肌电的诊疗系统实现了表面肌电信号的采集评估、循环电刺激、生物反馈电刺激等功能,具体如下:1)xa0xa0表面肌电信号的采集:多通道采集,采样频率3.3KHz,放大倍数600,通频带6Hz到1.2KHz。2)xa0xa0表面肌电信号的评估:包括中心频率(MF)、平均做工频率(MPF)、过零率(ZCR)、平均肌电(AEMG)、频谱面积(SPA)。3)xa0xa0循环电刺激:NMES,FES,TENS等多种刺激模式可选;单面波、双面波、交互波等多种刺激波形可选;刺激电流强度0到10mA(RMS)可调,频率1到100Hz可调,脉冲宽度0到500μs可调。4)xa0xa0生物反馈电刺激:在电刺激的基础上,结合本系统的多媒体功能(包括声音、视觉、游戏等)对患者进行相关类型的交互式电刺激治疗。具体地说,本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:本发明基于表面肌电的诊疗系统包括:上位机采集模块,用于向通讯模块发送采集表面肌电信号的采集指令,以及接收来自通讯模块的表面肌电信号;通讯模块,用于接收来自于上位机采集模块的采集指令、接收来自于上位机循环电刺激模块和上位机生物反馈电刺激模块的刺激指令,以及接收来自数字处理控制器的表面肌电信号;数字处理控制器,用于对来自于模数转换器的表面肌电信号进行数字滤波,并对来自于通讯模块的采集指令和刺激指令译码,以控制模数转换器采集表面肌电信号、控制数模转换器产生刺激序列;上位机循环电刺激模块,用于接收用户输入的循环电刺激指令,并将循环电刺激指令传给通讯模块;上位机生物反馈电刺激模块,用于接收用户输入的生物反馈电刺激指令,并将生物反馈电刺激指令传给通讯模块;上位机评估模块,用于接收来自于上位机采集模块的表面肌电信号,并计算表面肌电参数,所述表面肌电参数通常包括表面肌电信号的中心频率、表面肌电信号的平均做功频率、表面肌电信号的过零率、表面肌电信号的平均肌电强度和表面肌电信号的频谱面积;数模转换器,用于接收来自于数字处理控制器的刺激指令,并依据刺激指令产生相应的刺激序列;多通道功率放大模块,用于接收来自于数模转换器的刺激序列,并放大刺激序列的功率而产生刺激信号,发送给输出限流监控模块;输出限流监控模块,用于接收来自于多通道功率放大模块的刺激信号,并将刺激信号发送给多通道表面肌电电极进行刺激,实时监测刺激信号的输出电流,将输出电流的强度信号发送给模数转换器;多通道表面肌电电极,用于采集表面肌电信号并发送到多通道放大滤波模块,以及用于接收输出限流监控模块的刺激信号并传到所要刺激的部位;多通道放大滤波模块,用于接收并放大来自于多通道表面肌电电极的表面肌电信号,并将放大后的表面肌电信号做滤波处理;模数转换器,用于接收来自于多通道放大滤波模块的表面肌电信号,并进行模数转换;同时用于接收来自输出限流监控模块的输出电流的强度信号,并进行模数转换。进一步地,本发明还包括电源模块,所述电源模块包括隔离电源、低压差线性稳压电路和LC滤波电路,隔离电源的输出端分别与低压差线性稳压电路的输入端、LC滤波电路的输入端连接,低压差线性稳压电路的输出端与LC滤波电路的输入端连接,LC滤波电路的输出端与所述通讯模块、数字处理控制器、数模转换器、多通道功率放大模块、输出限流监控模块、多通道放大滤波电路、模数转换器的输入端分别连接。进一步地,本发明所述电源模块的应耐压大于等于4000Vac。进一步地,本发明所述通讯模块由高速数字光耦和串口转USB线组成,所述高速数字光耦用于接收来自数字处理控制器的表面肌电信号,并将表面肌电信号发送给串口转USB线,同时接收来自串口转USB线的采集指令和刺激指令,并将采集指令和刺激指令发送至数字处理控制器;串口转USB线用于接收来自上位机采集模块的采集指令以及接收来自于上位机循环电刺激模块、上位机生物反馈电刺激模块的刺激指令,并将所述采集指令和刺激指令发送至所述高速数字光耦,同时接收来自高速数字光耦的表面肌电信号,并将表面肌电信号发送至上位机采集模块。进一步地,本发明所述高速数字光耦的隔离电压为峰峰值7500Vac,数据传输率为1MHz。进一步地,本发明所述多通道放大滤波模块包括多个通道的表面肌电处理通路,每个通道的表面肌电处理通路包括前置放大电路、有源滤波电路和升压电路;所述前置放大电路用于接收来自多通道表面肌电电极的表面肌电信号并进行放大,将放大后的表面肌电信号发送至有源滤波电路;所述有源滤波电路用于接收来自前置放大电路的表面肌电信号,并做滤波处理,将滤波后的表面肌电信号发送至升压电路;所述升压电路用于接收来自有源滤波电路的表面肌电信号,并将表面肌电信号发送至模数转换器。进一步地,本发明所述前置放大电路采用同一硅片制造的三个运算放大器组成的差分输入结构。进一步地,本发明所述多通道功率放大模块包含多个通道的电刺激通路,每个通道的电刺激通路包括电压跟随电路、MOS管功率放大电路和变压器升压电路;所述电压跟随电路用于接收来自数模转换器的刺激序列,并将刺激序列发送至MOS管功率放大电路;所述MOS管功率放大电路用于接收来自电压跟随电路的刺激序列,放大刺激序列的功率而产生刺激信号,并将刺激信号发送至变压器升压电路;所述变压器升压电路用于接收来自MOS管功率放大电路的刺激信号,并将刺激信号发送至输出限流监控模块。进一步地,本发明所述输出限流监控模块包括二极管桥堆、精密取样电阻和三极管限流电路;所述二极管桥堆用于接收来自多通道功率放大模块的刺激信号,并将刺激信号发送至精密取样电阻;所述精密取样电阻用于接收来自二极管桥堆的刺激信号,并将刺激信号发送至三极管限流电路;所述三极管限流电路用于接收来自精密取样电阻的刺激信号,并将刺激信号发送至多通道表面肌电电极进行刺激,三极管限流电路同时实时监测刺激信号的输出电流,并将输出电流的强度信号发送给模数转换器。与现有技术相比,本发明的有益效果是:将表面肌电的信号采集与病情评估,和电刺激康复训练进行功能整合,实现了表面肌电信号的采集评估、循环电刺激、生物反馈电刺激等功能,加强了诊断和治疗过程的关联性,让采集分析得到的表面肌电信号,可以更好指导电刺激各项参数的设置,同时康复训练过程中,在声音、视觉基础上,增加游戏环节,提高了使用者和系统的交互性,有助于使用者更好的恢复肢体运动功能。本发明提供的多通道采集/刺激诊疗系统可以在同一时间完成病患多部位的诊断和治疗工作,在运动科学、康复医学、生物医学工程等领域中有广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明一种基于表面肌电的诊疗系统的结构示意图。图2是电源模块的结构示意图。图3是多通道放大滤波模块的结构示意图。图4是多通道功率放大模块的结构示意图。图5是输出限流监控模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。参见图1,本发明基于表面肌电的诊疗系统包括上位机采集模块、上位机评估模块、上位机循环电刺激模块、上位机生物反馈电刺激模块、通讯模块、数字处理控制器、多通道表面肌电电极、多通道放大滤波模块、模数转换器、数模转换器、多通道功率放大模块、输出限流监控模块。本发明诊疗系统提供了表面肌电信号的采集和诊断评估、循环电刺激、生物反馈电刺激等多种功能,将表面肌电的采集评估和电刺激的康复治疗整合在同一系统。1)xa0xa0表面肌电信号的采集:多通道采集,采样频率3.3KHz,放大倍数600,通频带6Hz到1.2KHz。2)xa0xa0表面肌电信号的评估:包括中心频率(MF)、平均做工频率(MPF)、过零率(ZCR)、平均肌电(AEMG)、频谱面积(SPA)。3)xa0xa0循环电刺激:NMES,FES,TENS等多种刺激模式可选;单面波、双面波、交互波等多种刺激波形可选;刺激电流强度0到10mA(RMS)可调,频率1到100Hz可调,脉冲宽度0到500μs可调。4)xa0xa0生物反馈电刺激:在电刺激的基础上,结合本系统的多媒体功能(包括声音、视觉、游戏等)对患者进行相关类型的交互式电刺激治疗。下面分别介绍上述模块的工作原理和功能。通讯模块的一种实施方式为:由串口转USB线和高速数字光耦组成,完成上位机采集模块、上位机循环电刺激模块、上位机生物反馈电刺激模块和数字处理控制器之间的通讯。数字处理控制将采集到的肌电信号经过处理后,由串口转USB线上传至上位机采集模块,进行波形的显示和肌电信号的处理分析;上位机采集模块、上位机循环电刺激模块、上位机生物反馈电刺激模块对应地将采集指令、循环电刺激指令、生物反馈电刺激指令由串口转USB线发送给数字处理控制器。因为上位机的各模块与电网220V交流电连接,本发明系统的电路与使用者连接,为了防止电网的波动通过电路传递到人体给使用者造成伤害,因此通讯模块包含光耦,以保证一定的耐压隔离度。本发明系统中,通讯模块中的光耦优选为高速数字光耦,型号为Motorola公司的H11L1,隔离电压为7500Vac(pk),数据传输率可达1MHz,即保证了耐压安全,也保证了数据传输的效率。图2示出了电源模块的一种实施方式。电源模块为电路的各部分供电,由隔离电源、低压差线性稳压电路和LC滤波电路组成。如图2所述,电源模块包括隔离电源、低压差线性稳压电路和LC滤波电路,隔离电源的输出端分别与低压差线性稳压电路的输入端、LC滤波电路的输入端连接,低压差线性稳压电路的输出端与LC滤波电路的输入端连接,LC滤波电路的输出端与所述通讯模块、数字处理控制器、数模转换器、多通道功率放大模块、输出限流监控模块、多通道放大滤波电路、模数转换器的输入端分别连接。由于本发明系统与电网220V交流电连接,为了防止电网的波动传至系统,可能对使用者造成危险,应选用符合相关安规标准的隔离电源,以保证使用的安全性。例如可选用Meanxa0Well公司的MPD-65系列的双组输出医用型开关电源,耐压4000Vac(I/P-O/P),符合ANSI/AAMIxa0ES60601-1,TUVxa0EN60601-1,IEC60601-1等安全规范,将电网220V交流电转换为直流12V和5V双路输出。低压差线性稳压电路将隔离电源输出的5V进一步转换到各模块所需的电压值,其中,数字处理控制器的供电电压为3.3V和1.8V,模数转换器的供电电压为3.3V,多通道放大滤波模块的供电电压为±3V,多通道功率放大模块和输出限流监控模块的供电电压为12V和5V,数模转换器和通讯模块的供电电压为5V。LC滤波电路将得到的各路电源进行滤波规整处理,控制纹波在5mV内,抑制噪声,避免电源噪声干扰肌电信号的采集。数字处理控制器负责接受并处理通讯模块发来的采集/刺激指令,完成相应的采集/刺激工作。本发明数字处理控制器可选用TI公司的型号为TMS320F2809的DSP芯片,该芯片资源丰富、运算处理能力强,满足系统需求。并且,该芯片自带12-bit精度的模数转换器,加以过采样技术,可将模数转换的精度提高至15-bit,提高对采集得到的表面肌电信号的分辨率,采样频率设定在3.3kHz,保证可以准确完整地采集出原始的表面肌电信号。在循环电刺激和生物反馈电刺激模式下,数字处理控制器将通讯模块传送来的刺激指令,如:电刺激模式(NMES、FES、TENS)、电刺激波形(单向波、双向波、交互波)、电刺激电流强度、电刺激信号频率、电刺激脉冲宽度等,通过数模转换器进行转换,输出刺激序列。上位机采集模块通过设定采集通道数量并选取通道,将采集指令发送至通讯模块,通知数字处理控制器开始表面肌电信号的采集工作;之后,上位机采集模块接收数字处理控制器传送至通讯模块的经处理的表面肌电信号。各个通道的表面肌电信号波形和数据在上位机采集模块进行显示和存储。上位机评估模块从上位机采集模块中载入相应的表面肌电信号的数据,选取感兴趣的某一段表面肌电信号进行时域和频域的处理,其中,通过时域的分析可以得到表面肌电信号的过零率(ZCR)、表面肌电信号的平均肌电强度(AEMG)等;频域的分析是通过快速傅里叶变换得到表面肌电信号的频谱,然后转换为频率谱,通过计算,最终得到表面肌电信号的频谱面积(SPA)、表面肌电信号的中心频率(MF)、表面肌电信号的平均做功频率(MPF)等频域指标,上述指标在上位机评估模块中处理计算完成后,直接进行数字量化的显示。上位机循环电刺激模块具有多通道电刺激治疗功能,用户输入刺激指令,如:电刺激模式(NMES、FES、TENS)、电刺激波形(单向波、双向波、交互波)、电刺激电流强度、电刺激信号频率、电刺激脉冲宽度等,刺激指令由通讯模块传递给数字处理控制器,经过数模转换器,发出刺激序列,该刺激序列经多通道功率放大模块后将功率放大,产生刺激信号,发送至输出限流监控模块,最终经过多通道表面肌电电极输出,对使用者进行刺激,达到治疗效果,满足治疗需求。xa0xa0xa0xa0xa0上位机生物反馈电刺激模块是在上位机循环电刺激模块的功能基础上,结合本模块的多媒体功能(包括声音、视觉、游戏等)对患者进行相关类型的电刺激治疗。当上位机采集模块采集得到的表面肌电信号的强度达到系统所设定的阈值后,上位机生物反馈电刺激模块会给使用者一定的反馈,如声音上的鼓励(如“你真棒”)、视觉上的变化(如颜色上的改变,文字上的提示)、游戏上的得分(如超出系统所设定的阈值越多,游戏得分就会越高)。这样,在循环电刺激的基础上,为使用者提供了一种交互式的治疗方案,让使用者在与系统互动的过程中,达到康复治疗的效果。xa0多通道表面肌电电极用于提供表面肌电信号的采集和循环电刺激、生物反馈电刺激的复用功能。多通道表面肌电电极包括四线三电极,其中的“四线”为两根信号线、一根地线、一根反馈线,“三电极”为两个信号电极、一个参考电极。其中,两个信号电极分别通过信号线,以差分形式输入多通道放大滤波模块中的前置放大电路的输入端;参考电极和地线与系统的地平面相连;反馈线与多通道表面肌电电极的屏蔽层相连。图3示出了多通道放大滤波模块的一种实施方式。多通道放大滤波模块具有多个通道的表面肌电处理通路,每个通道都包括前置放大电路、有源滤波电路、升压电路。前置放大电路用于接收来自多通道表面肌电电极的表面肌电信号,并将表面肌电信号发送至有源滤波电路;有源滤波电路用于接收来自前置放大电路的表面肌电信号,并将表面肌电信号发送至升压电路;升压电路用于接收来自有源滤波电路的表面肌电信号,并将表面肌电信号发送至模数转换器。前置放大电路采用低噪声、高共模抑制比、高输入阻抗的同一硅片制造的三个运算放大器组成的差分输入结构,以便得到信噪比良好的原始的表面肌电信号。有源滤波电路对来自于前置放大电路的表面肌电信号进行滤波处理,将带宽设置为6Hz到1.2KHz,保留有效的肌电信号,滤除通带外的噪声。因多通道放大滤波模块采用双电源供电,信号幅度有正负,而模数转换器的输入信号幅度应满足0~3V,因此需将表面肌电信号进行升压处理。升压电路通过运算放大器构成的加法器实现,将输入信号的基线抬高至1.5V,使处理后的表面肌电信号幅度满足模数转换器的输入要求。多通道放大滤波模块的总增益为600倍,带宽为6Hz到1.2KHz,分辨率0.2μV,可保证表面肌电信号准确完整地被采集处理。数模转换器用于接收来自于通讯模块发送至数字处理控制器的刺激指令,如:电刺激模式(NMES、FES、TENS)、电刺激波形(单向波、双向波、交互波)、电刺激电流强度、电刺激信号频率、电刺激脉冲宽度等,依据刺激指令产生相应的刺激序列。数模转换器可采用TI公司的型号为TLV5614的芯片,支持4通道输出,数模转换位数达12-bit,保证了刺激序列的转换精度。图4示出了多通道功率放大模块的一种实施方式。多通道功率放大模块用于接收来自于数模转换器的刺激序列,并放大刺激序列的功率而产生刺激信号。多通道功率放大模块可由电压跟随电路、MOS管功率放大电路和变压器升压电路组成。电压跟随电路用于接收来自数模转换器的刺激序列,并将刺激序列发送至MOS管功率放大电路;MOS管功率放大电路用于接收来自电压跟随电路的刺激序列,放大刺激序列的功率而产生刺激信号,并将刺激信号发送至变压器升压电路;变压器升压电路用于接收来自MOS管功率放大电路的刺激信号,并将刺激信号发送至输出限流监控模块。电压跟随电路主要起到阻抗转换的作用,MOS管功率放大电路对数模转换器的刺激序列进行功率放大,变压器升压电路通过变压器原副边不同的绕线比,将产生的刺激信号做进一步的升压处理,达到刺激脉冲信号所需的电压幅度。图5示出了输出限流监控模块的一种实施方式。输出限流监控模块用于接收来自于多通道功率放大模块的刺激信号,将刺激信号发送至多通道表面肌电电极进行刺激,并实时监测刺激信号的输出电流,将输出电流的强度信号发送给模数转换器。输出限流监控模块由二极管桥堆、精密取样电阻、三极管限流电路组成。二极管桥堆将多通道功率放大模块中的变压器升压电路产生的刺激脉冲信号整流成单向的刺激波形。精密取样电阻用于对整流后的单向刺激波形进行电流取样,转换为电压值。当监测到的电流大于10mA(RMS)时,三极管限流电路开始工作,使刺激电流稳定在所设定范围内,保证系统使用的安全性。