脑电—肌电—惯性信息同步采集系统设计

发布时间：2020-07-16 23:21

【摘要】：随着科学技术的发展,多生理信号检测技术在各个科学领域以及生活中的应用研究逐渐普及,而新型惯性传感技术的加入为生理电信号采集过程中运动模式识别及运动功能评价提供了参考,使采集信息更加全面。为此,本文基于脑电-肌电-惯性信息同步采集思路,通过高性能采集电路、嵌入式硬件集成、Wi-Fi节点化同步组网、数据应用终端等设计,对脑电-肌电-惯性信息同步采集系统进行开发。并且针对系统设计实验,通过脑电-肌电-惯性信息分析方法进行参数测试比对,验证系统的有效性及先进性。本文具体工作如下:(1)研究了生理电研究的发展历程,针对当前市面上的采集设备的特点与不足,提出脑电-肌电-惯性信息同步采集的设计方案,分析了脑电、肌电信号及惯性信息采集原理、系统组成结构、系统设计参数以及系统开发流程,详细分析了采集系统的技术参数和设计要求。(2)设计了脑电-肌电-惯性信息同步采集系统的硬件部分,以高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移等性能指标为出发点,从多参量生理信号调理电路、惯性信息捕获电路、电源系统、嵌入式硬件集成方面进行硬件系统的开发。通过仿真分析和示波器硬件电路测试,验证了硬件电路的参数性能。(3)设计了脑电-肌电-惯性信息同步采集系统的软件部分。开发了采集节点嵌入式程序,数据同步传输网络,数据应用平台。并利用信号预处理算法对多参量信号进行信号优化。(4)基于脑电-肌电-惯性信息同步采集系统,设计多参量生理信号同步采集实验,通过多参量设备节点获取前额表面脑电、手臂、肌电及惯性信息,以此对系统进行功能性测试并与同类设备对比分析,进一步验证了脑电-肌电-惯性信息同步采集系统的有效性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318;TP274.2
【图文】：

脑电信号,实际应用,生物电

第 1 章绪论1.1 课题的研究背景和意义生理活动过程中触发的内部微弱电变化，可以视为人体对周围事物感知方式的体现，我们称其为生理信号，简单来说就是生物电。生物电指生物的器官、组织和细胞在生命活动过程中发生的电位和极性变化。它是生命活动过程中的一类物理-化学变化，是正常生理活动的表现，也是生物活组织的一个基本特征[1]。科学研究中，一般使用各类电极将生物电提取出来。生物电主要按人体各部分器官组织分类，它们种类繁多，宏观上有脑电、肌电、心电、肠胃电、眼电等，微观上有动作电位和细胞膜电位等。上述生理电信号中，脑电与肌电信号在科学研究中使用最广泛，且最具有研究意义。

实际应用,体育,人机交互,多参量

反映到交互设备上，可帮助体育、医疗、游戏等各相关领域人士进行人机交互训练。图1-2 为肌电信号的实际应用。a) 肌力检测 b) 人机交互图 1-2 肌电信号的实际应用综上，以脑电、肌电为代表的多参量生理电信号同步采集及分析的成果能够为便携式实时采集、运动中动态信号获取、多信息综合采集技术以及人-机交互技术提供新的研究方向，对于医疗、教育、游戏、体育等各领域的发展有着极大的现实意义和应用价值。

采集系统

此外系统还可配置探测心电信号、关节活动的惯性数据、力矩、力的传感器，进行动多种生理数据采集，广泛应用于体育科研、医疗康复等领域品采用近场无线节点化网络布局，16 通道的肌电可同步采集。由于融入了惯分析芯片，有 64 个实时动作捕捉通道。此外，利用平行杆专利技术，Delsys 电采集设备能够确保信号的高信噪比。无论是信号质量、使用简易程度还是套上，Delsys Trigno 均有着高水准的表现，这使得它在肌电信号的相关领域使用。Neuracle 无线脑电采集系统[21]是国内的博锐康公司推出的一款面向脑机接电采集设备，如图 1-4(b)所示。它的湿电极布局参照国际 10-20 系统，如图 1-，拥有 8 到 64 个信号配置通道，密集的数组空间分辨率确保表面脑电信号的量。利用非侵入性的脑电波干电极采集技术，Neuracle 可以检测使用者大脑神讯号，解读使用者大脑对特定动作产生的意义，以先进软体进行分析，其后数据讯息传输至终端设备。不但能实时显示表面脑电信息，在一定程度上分与情绪，还能对终端设备上的游戏界面或载体进行意念控制。

【参考文献】