[发明专利]一种表面肌电和近红外光谱联合采集装置

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学工程与人机接口技术领域，尤其涉及一种表面肌电和近红外光谱联合采集装置。

背景技术

表面肌电信号sEMG（surface ElectroMyoGraphy）是肌肉收缩时伴随的电信号，可以理解为多块肌肉产生的电信号在人体表面时间和空间上的综合，体现了肌肉对神经冲动的响应，反映了神经和肌肉的功能状态，是一种在体表无创检测肌肉活动的重要信息。sEMG信号广泛应用于人机接口技术，如肌电假肢等。

然而sEMG信号本身对干扰和噪声很敏感，对于深层肌肉的串扰较为严重；sEMG信号的特征会随着时间的推移发生变化，例如肌肉疲劳时，sEMG信号的中值频率会减小，均方根（RMS）会增大，造成采集到的sEMG信号特征发生变化，严重影响了基于sEMG的人机接口的鲁棒性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种表面肌电和近红外光谱联合采集装置，综合sEMG信号与近红外光谱的特征，能够减弱干扰和噪声对人机接口的影响，提高基于sEMG的人机接口的鲁棒性。

近红外光谱技术（NIRS）能提供肌肉活动过程中的血氧代谢信息——氧合血红蛋白浓度变化（△[HbO2]）和还原血红蛋白浓度变化（△[Hb]），也可以用于肌肉活动的检测。NIRS采用两个以上波长在650nm～950nm的近红外光光源照射肌肉组织，利用血液对近红外光的吸收和散射特性，在距离光源2cm～5cm的肌肉表面放置光电探测器探测未被肌肉组织吸收的光。由于肌肉组织中血液是最主要的吸收近红外光的物质，当肌肉收缩时，光电探测器检测到的光强会发生变化，进而可以推算出氧合血红蛋白浓度变化和还原血红蛋白浓度变化。

本发明提供一种表面肌电和近红外光谱联合采集装置，包括信号采集模块、信号处理模块、电源模块和佩戴模块，信号采集模块、信号处理模块、电源系统设置在佩戴模块上，信号采集模块通过柔性电路线与信号处理模块相连接；信号采集模块用于采集信号，信号处理模块用于处理信号，电源模块用于向信号采集模块与信号处理模块提供电源，佩戴模块用于将表面肌电和近红外光谱联合采集装置佩戴于采集信号的部位；信号包括表面肌电信号和近红外光谱信号。

采用本发明提供的表面肌电和近红外光谱联合采集装置，能够同时获取肌肉活动时的sEMG信号和近红外光谱信号，对sEMG信号产生干扰的信号，不会对近红外光谱信号产生同样的影响，因此综合sEMG信号与近红外光谱信号的特征，能够减弱干扰和噪声对人机接口的影响。

进一步地，信号采集模块为单通道，能够同时采集一块骨骼肌的表面肌电信号和近红外光谱信号。

进一步地，信号采集模块为单通道时，佩戴模块包括一个壳体。信号采集模块设置在壳体内。

进一步地，信号采集模块为多通道，能够同时采集肌群的多块骨骼肌的表面肌电信号和近红外光谱信号。

进一步地，信号采集模块为多通道时，佩戴模块包括多个壳体，壳体之间通过弹性材料连接。每个采集模块设置在一个壳体内，壳体之间通过弹性连接件连接，使得本发明提供的表面肌电和近红外光谱联合采集装置能够适应不同尺寸的肢体佩戴。

进一步地，信号采集模块通过镀金铜电极采集表面肌电信号，提高了电极与皮肤的接触稳定性，从而保证了采集到的表面肌电信号的稳定性。

进一步地，信号采集模块通过光电探测器与近红外光光源采集近红外光谱信号。

进一步地，信号采集模块的外壳是不透光的，降低了环境中光噪声对近红外光谱信号的干扰。

进一步地，在信号采集模块的外壳设置防止透光的结构，在防止透光的结构中填充防止透光的材料。

进一步地，信号处理模块包括蓝牙模块，将转换后的数字信号通过无线通信传输到接收端。佩戴者可以在通信范围内随意移动，方便使用。

与现有技术相比，采用本发明提供的表面肌电和近红外光谱联合采集装置具有以下有益效果：

（1）综合sEMG信号与近红外光谱信号的特征，能够减弱干扰和噪声对人机接口的影响；

（2）信号采集模块为多通道时，能够同时采集肌群的表面肌电信号和近红外光谱信号；

（3）信号采集模块的外壳设计为不透光的，降低了环境中光噪声对近红外光谱信号的干扰；

（4）采用无线通信传输数据，佩戴者可以在通信范围内随意移动，方便使用。

附图说明

图1为本发明的较佳实施例中的表面肌电和近红外光谱联合采集装置的透视图；

图2为图1中的表面肌电和近红外光谱联合采集装置的信号采集模块元件布局示意图；