基于labview的肌电信号的采集分析和电刺激控制(编辑修改稿)

基于labview的肌电信号的采集分析和电刺激控制(编辑修改稿)内容摘要：

据转换模块、滤波及数据处理模块和存 储模块组成。 电刺激控制模块由参数控制模块、波形预览下载模块、时间控制报警模块和电刺激波形显示调节模块。 设计模块层次图如图 1 所示。 7 图 1 模块层次图 计算机接收到数据后，首先进行原始数据的预处理，把数据进行转化和数字滤波处理，经过处理的数据由 LabVIEW 的实时趋势图控件显示出信号曲线。 此外，还要对信号要进行进一步的分析处理，从而得到更便于用户接受的反馈信号。 用户还可将信号数据存储、回放和打印。 在电刺激控制部分，可把预先编制好的治疗处方波形下载到波形存储器中，并通过串口把处方选择、频率、幅值参数传给单 片机，然后由单片机完成参数控制的工作。 在治疗上，前面板有时间报警控制，等治疗时间到有声光报警功能。 前面板设计如图 2 所示。 8 9 肌电信号采集与处理 上位机向下位机发送采集命令后，开始接收采集数据，并调节放大倍数下传给单片机，使信号按比例放大。 采集的数据经过数据转换、数字滤波和数据处理后显示其信号。 该部分的信号主要由采集模块完成，采集模块由放大倍数调节模块、数据转换模块、滤波及数据处理模块和存储模块组成。 这里主要介绍数据转换模块、滤波及数据处理模块和存储模块。 数据转换模块 由上周的硬件设计可知：硬件系统选用的 AD 转换芯片是 12 位的，而 51单片机的数据总线宽度为 8 位，所以我们必须用两个 8 位的数据单元存储一个12 位的数据，才能保证不浪费 12 位的分辫率，这样计算机接收到的数据，其实是两个数据表示一个采样点。 LabVIEW 提供 8 位、 16 位、 32 位的二进制数，要正确显示和分析信号，就必须将相应的两个数据转化成 16 位或 32 位的数据，本系统选用了 16 位的数据，转换后为 D(i)=D(j) 16+D(j+1) D(i)为转换后 16 为数据， D(j)为上传的高 8 为数据， D(j+1)为上传的低 4位数据。 来自串口的数据是字符串类型的，因此转换之前必须先进行字符串数据到数值型数据的转换。 根据 AD 输入电压． 10+10V，转换后数据 04095 的正比例线性关系得出关系式： A(i)=(（ D(i)－ 2n1） /2n1) Vm=(（ D(i)－ 2048)/2048) 10 A(i)为输入电压， D(i)为转换的数字量， Vm 为输入最大幅度。 采样数据数据通过以上两式转化成了相应的电压值，电压值经显示图表显示就能较好的恢复成原始信号，让用户能够方便真实的看到原始信号的各种特征。 数据转换程序框图如图 3 所 示。 10 图 3 数据转换程序框图 滤波及数据处理模块 上位机接收到数据后还要进行结果处理，为了进一步消除干扰，在上位机进行数字滤波处理。 由于采集的肌电信号频率分布在 101KHz 的范围，所以肌电信号采集到 PC 机后经过 101KHz 的带通滤波和 50Hz 陷波器处理。 运动单元是肌肉活动的最小单位，也是肌电信号产生的最直接因素，当人的肌肉紧张程度不同时，参与活动的运动单元数量也不相同，相应的肌电信号的幅度和信号频率范围也不一样。 在肌电信号的时域分析中，将肌电信号看作是时间的函数，可计算信号的均值、幅度直 方图等统计指标来反映信号振幅在时间域上的变化。 常用指标有电活动水平、积分肌电值和均方根值。 由于肌电信号振幅和肌张力呈一定力一电对应关系，故时域指标可实时反映肌电活动水平。 经过滤波和积分肌电值的数据处理程序框图如图 4 所示。 通过仿真实验得到的采集肌电信号和积分肌电值的波形如图 5 所示。 通过积分肌电值更加直观的把肌肉紧张程度反馈给患者，当肌肉紧缩时，幅度变大，频率变高；当肌肉收缩时，幅度变小，频率变低。 患者可根据显示的肌电信号和积分肌电值来进行康复训练，或者可以和电刺激相结合，电刺激器由计算机控制，采集患者的。