[发明专利]一种高密度有源柔性电极阵列及其信号调理电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种医疗诊断和科学研制装置，尤其涉及一种表面肌电信号分解的高密度柔性电极板及其相关的放大滤波部分。

背景技术

肌电图（Electromyogram,EMG）是应用电子学仪器记录肌肉静止或收缩时的电活动，及应用电刺激检查神经、肌肉兴奋及传导功能的方法。利用肌电图装置可对由肌肉产生的电位进行测量和记录，从而获得描绘肌肉电活动的肌电图。

与传统的针电极EMG相比，表面肌电图（Surface Electromyogram,sEMG）具有无痛苦，无损伤，不会导致感染等优点。传统的sEMG，在每个肌肉对应的皮肤位置使用一对电极对，测量包含了不同肌肉的肌肉活动信息，主要用于运动研究。现有技术提出一种运用阵列式电极实现具有空间滤波特性的方法采集表面肌电信号，从而获取具有更好肌肉运动单位分辨率能力的表面肌电信号。

根据空间奈奎斯特采样定律，如果电极间距足够短，电极上瞬间电位的拾取可视为包含了可正确重建电位分布的全部信号的采集。HD-sEMG（High-density surface EMG）就是基于上述理论，提出的一种在皮肤表面区域通过多个（>2）紧密间隔的电极测量肌肉电活动的非侵入式技术。除了时域活动信息外，HD-sEMG允许记录空间EMG活动信息，这使得检测新的肌肉特性成为可能。特别在肌纤维传导速度（muscle fiber conduction velocity,MFCV)测量和单运动单元(single motor unit，MU)特性评估方面。此外，HD-sEMG可用于提取单个运动单元的信息，使用HD-sEMG在MFCV上可获取肌纤维水平级别的信息。

现有sEMG采集多使用单/双差分结构肌电电极传感器，主要用于运动监测、动作识别、康复训练等，而基于电极阵列的sEMG传感器可同时记录时域和空间域的信息，多用于表面肌电信号分解，现有研究表明，基于电极阵列的sEMG信号可初步用于临床诊断应用。

在电极专利方面，有Delsys的单/双差分电极传感器，用于表面肌电分解的多点差分电极传感器，上述sEMG传感器都为有源形式，有线或无线传输可选，但上述sEMG传感器都是基于硬质材料制作，电极间隔较大，形状多为条状，材料多为银条。在电极阵列的实现中，有基于硬性材料和柔性材料制作的阵列结构之分，现有的基于硬质板制作的有源电极阵列，其电极间距较大，且不适用于表面弯曲和不平坦部位的sEMG信号采集，如赵章琰发明的间隔1cm的有源电极阵列；而基于柔性材料设计的电极阵列中，如Paraspinal Diagnostic Corp发明的电极阵列和Corp Philip C发明用于无创神经定位和成像的电极阵列，其电极间距可选，但都为无源柔性电极阵列，与人体皮肤接触的电极部分到信号处理模块间的走线长度会影响最终的信号质量，同时易引入工频干扰等。

在人体生物电信号采集方面，其主要干扰来源是运动伪迹和工频干扰，运动伪迹主要来源于人体皮肤表面位置与采集人体皮肤表面电位的电极之间的相对移动，工频干扰主要由高阻抗的传感器即电极与具有高输入电阻的放大器之间的连接线以及电极与皮肤之间的接触不良所引入。现有技术中，采用柔性材料制作的柔性电极阵列可制作出任意所需形状和尺寸，因其具有可挠性，柔性电极可用于不平坦的皮肤部位，经特殊处理后，可实现与皮肤接触良好接触，对于通过电缆与放大电路连接的高密度柔性电极阵列，在实际应用中经电缆传输的高阻抗表面肌电信号易受到空间电磁场和工频交流电的干扰，从而影响最终获取的表面肌电信号的质量。而基于硬质板的有源电极阵列，电极间距大多在10mm之上，未能完整拾取浅层肌肉所产生的表面肌电信号，不仅不利于肌电分解，在不平坦区域测量时，还会带来电极-皮肤接触问题，从而影响最终的信号质量及信号的测量精度。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术存在的问题，提出一种能够进一步提高表面肌电信号分解精度，增强不平坦区域电极接触的高密度有源柔性电极阵列板及其后续信号调理电路。

本发明主要包括：