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首页脑电波与肌电信号及前端放大电路
三条主题“是什么、为什么、怎么办”1.讲解生命信号的在人身体中的重要性,脑电波肌电信号产生的原理,以及这些信号的主要特征“低频性和微弱性等”。2.从社会需求和国内外现状两个方向分析,我们为什么要研究脑电信号和肌电信号。3.讲解采集信号的方法还有专业知识,主要有运算放大电路和滤波电路,运放电路的基本构造和基本知识。如同向和反向输入放大电路和负反馈放大电路等。最后还有关于采集信号时的一些注意事项。
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目录
一.是什么.................................................................................................................. 1
1.生命信号................................................................................................................ 1
2.脑电信号................................................................................................................ 1
3.肌电信号................................................................................................................ 2
4.生物电信号的特点...................................................................................................2
二.为什么.................................................................................................................. 3
1.社会需求................................................................................................................ 3
2.国内外现状............................................................................................................. 3
三.怎么办.................................................................................................................. 3
1.采集方法................................................................................................................ 3
1.1 采集电极............................................................................................................. 3
1.2 信号源肌肉的选取.................................................................................................4
2.采集知识................................................................................................................ 4
2.1 运算放大器.......................................................................................................... 5
2.2 滤波电路............................................................................................................. 7
3. 采集注意............................................................................................................... 8
3.1 理想化采集的肌电信号..........................................................................................8
3.2 肌点信号采集环境.................................................................................................8
3.3 电极片贴放的方式.................................................................................................9
3.4 采集时手臂的要求............................................................................................... 10
3.5 示波器观测波形.................................................................................................. 10
一.是什么
1.生命信号
通常,人体生命信号可分为两大类:化学信号(人体的有机物在发生反应时放出的信
号)和物理信号(人体器官运动时产生的信号)。表现形式可分为:电信号和非电信号。
2.脑电信号
大脑在活动时大量神经元同步发生的突触后,电位经总和后形成的。 脑电波信号
(EEG)是人体十分重要的生物电势信号,是生命活动的基本特征之一,应用覆盖了辅助治
疗、思维认知、脑部疾病诊断、康复医疗等诸多领域。人的脑电波分 4 个频段,即得尔塔
(δ)为 1~3 Hz(深度睡眠)、西塔(θ)为 4~7 Hz(睡眠)、阿尔法(α)为 8~13
Hz(放松或专注)、贝塔(β)为 14~30 Hz(日常清醒)。脑电波的电信号通常并不是
单纯出现,而是错综复杂,人的每一种状况都会存在不同频段的脑电波,主要根据脑电波
处于哪个频段来确定人脑的活跃程度。

3.肌电信号
肌电信号(EMG)是伴随肌肉活动产生的一种重要的生物电信号。肌电信号的形成基
础也是肌肉的兴奋和收缩。这种信号的来源包含两部分,一方面是引起肌纤维收缩时产生
的肌张力,另一方面在人体中产生电流场并出现跨膜电位(内外电位差)。
由脊髓发出指令,所有参与的运动单位产生连续的一系列运动单元动作电位形成的运
动电位序列,在经过由肌肉、脂肪和皮肤等人体组织组成的容积导体的滤波作用后在检测
电极处的时空叠加和检测过程中噪声影响的综合结果下形成了肌电信号。(多数学者支持
这种观点)
4.生物电信号的特点
(1)微弱性:直接从人体检测到的生物电势信号通常幅值较小,信号的幅值为微伏
到毫伏数量级。健康人经表面电极提取的表面肌电信号幅值主要集中 100-5000μV,一般
不会超过噪声水平,很容易被周围的基础噪声淹没。因此,在采集生物电势信号时要配置
高性能的放大器。
(2)低频性:据频谱分析,脑电波信号的频谱为 0.3~150Hz,肌电信号的频率主要
集中在 20-150Hz 之间,因此在信号的提取、放大等处理时要充分考虑其频率响应特性。
(3)强烈噪声:噪声是指其它信号对所研究信号的干扰。脑电波信号就会被呼吸、
脉搏、情绪等因素干扰,主要还是环境中工频信号的干扰。因此需要采用有效的去噪声技
术。
(4)随机性:生物电势信号随时间随机变化,一般不能用准确的数学函数来表达,
它的规律主要从大量统计结果中归纳出来,其特性的多变性给信号处理带来了挑战。
(5)差异性:对于肌电信号的采集会受到年龄、性别、是否健康等因素的影响。即
便是对同一个体,在不同时刻、不同部位、不同肌肉疲劳程度下,信号的差异性都很大。

二.为什么
1.社会需求
手是人类重要的劳动和语言交流工具,手的缺失给残疾患者造成生活、工作的不便。
随着科技的发展,手及手臂缺失者对自身生活质量有了更高的要求。所以康复机器人是当
前医疗物联网的研究前沿。传统的康复机械,存在结构简单、自由度少、控制策略单一、
运动模式少以及适应性、灵活性较弱等不足之处。
2.国内外现状
人类已经知道身体的控制中枢是大脑而非心脏。但因人类大脑过于复杂,有关脑电波
的研究已连绵了大约 60 年,仍没能取得突破性进展。在 21 世纪以前,脑电波信息被广泛
应用于神经医学的诊断和治疗;进入 21 世纪以后,脑电波的研究进入了医疗康复领域,
如康复机器人。有专家预测 10 年后,意念控制便可能成为主流,不过意念控制是种很“高
级”的互动,比较难以实现。
三.怎么办
1.采集方法
1.1 采集电极
常用的电极有针电极、表面电极、织物电极三种。
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