[发明专利]一种肌电与压力结合的混合式传感器

说明书

本发明公开了一种肌电与压力结合的混合式传感器，该传感器包括8个完全相同的传感模块、数据采集模块、无线适配器和上位机。本发明中传感模块1‑8的肌电电极的浮动电极是基于PDMS定制的空腔，空腔粘在电路板上的气压计周围，形成密闭的空间，中间的电极通过垫片与PDMS整体固定，电极在轴向具有弹性，被限定为只能轴向运动，作为施加在电极上的压力的探头。本发明降低了肌电图和机械地形图测量系统的结构复杂性，减少了EMG‑MMG测量中传感模块的数量，克服了混合式电极测量EMG和MMG信号需要不同的传感器探头的问题，确保EMG与MMG信号在时间与空间上的同步性，实现了EMG‑MMG测量系统的模块化和一体化。

技术领域

本发明涉及生物医疗传感器技术领域，尤其涉及一种肌电与压力结合的混合式传感器。

背景技术

目前世界上有上百万的截肢患者，对于这些截肢患者而言，当前唯一的康复方式就是安装假肢。近几十年来，得益于工程技术的发展，基于人机接口的智能假肢给截肢患者带来了福音。智能假肢的概念至少包括两方面的内涵，其一是假肢本身机械电子与自主控制的智能，其二是人对假肢的控制体现智能，即假肢的佩戴者可以通过大脑或者身体健康部位的运动意图来控制假肢，这个主要就是通过所谓的人机接口来实现的。

广义的人机接口包括各种可以提取人的意图或者给人以反馈的人机交互装置，目前可用于假肢控制的安全，可靠，无创的人机包括肌电图(EMG)，脑电图(EEG)，机械地形图(MMG)，惯性测量单元(IMU)，近红外(NIFR)，以及超声波(Ultrasound)等。从原理上分析，EEG信号空间分辨率低，信噪比低，为了达到可用的控制精度往往需要佩戴复杂的电极帽以及使用昂贵的放大器，目前除了实验室级别的演示，还没有商用的假肢完全依靠EEG控制，IMU简单可靠，但是像身体驱动的假肢一样，需要用户做出大幅度的动作，且难以用于具体的精细的手势控制，NIFR则时间分辨率较低。

目前最常用的人机接口是肌电，肌电的利用虽然已有很长时间，信号处理的方法也已经很成熟，但是由于截肢用户的身体情况各不相同，依然存在不少仅通过信号处理很难处理的问题，例如信号测量过程中一些不可预知的意外，如肌电传感器的移位，皮肤出汗导致的复杂变化，运动过程中传感器与皮肤接触的接触状态变化，甚至于肌肉本身的疲劳造成的信号衰减等等。

MMG是通过测量肌肉的震动或者变形来达到识别用户的意图，而且它有一个明显的特征是，MMG往往伴随着EMG，因为EMG的产生需要肌肉收缩，而肌肉收缩时不可避免会产生变形或者震动，这种变形或者震动，就可以通过力传感器或者其它形式的传感器检测出来，一般称之为MMG。MMG对环境的依赖甚至要小于EMG，MMG不受汗液、皮肤阻抗和参考信号的影响，已被证实是一种有效的肌肉活动评价方式。因此，MMG也可以像EMG一样被用于假肢的控制，肌肉疲劳检测，以及肌肉的功能评价等。

单一的控制信号无法完全避免自身的缺陷，许多研究表明，基于EMG与MMG的混合信号作为假肢控制的信号源，与用单一的EMG或者MMG相比，可以提升分类识别的控制效果。而这些研究中使用的传感器基本上都是分离式的系统，也就是肌电与力的测量是两个完全独立的系统。肌电的测量通常使用商用的Myo Armband或者DELSYS等产品，而MMG的测量则采用FSR，麦克风，加速度计，振动传感器等。这种分离式的方式存在一定的不足，尤其是实际假肢控制时，一是传感模块的数目比较多，结构复杂，即使是使用FSR，也需要配套的机械固定装置与力探头，二是分立的系统存在信号同步的问题，为了同步可能又需要额外的装置。

发明内容

本发明的目的是降低肌电图(EMG)和机械地形图(MMG)测量系统的结构复杂性，减少EMG-MMG测量中传感模块的数量，克服混合式电极测量EMG和MMG信号需要不同的传感器探头的问题，确保EMG与MMG信号在时间与空间上的同步性，实现EMG-MMG测量系统的模块化和一体化。

为达到上述目的，采用如下技术方案：