用
主讲人：戴晨赟
副研究员
智慧医疗电子中心(CIME)，电子工程系
信息科学与工程学院，复旦大学
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目录
•肌电信号的神经生理基础与工程模型
快速插头•肌电信号的采集原理与技术
•肌电信号的特征提取
•肌电信号常用的处理及分析方法与应用实例2
肌电信号的神经生理基础与工程模型
•肌电信号的产生过程
•肌电信号的工程模型
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肌肉收缩的神经控制机理
图：肌肉收缩的神经控制机理
1.大脑发出控制指令
2.激活脊柱(spinal cord)里的阿尔法运
动神经元(alpha motoneuron)
3.阿尔法运动神经元激活其所支配的肌
肉纤维
4.肌肉纤维收缩
5.产生运动或力矩
l两种收缩模式：
电容器组>声音定位系统1.等张收缩(isotonic contraction)：张力恒定、长度变化产生运动
2.等长收缩(isometric contraction)：长度恒定、张力变化的产生力矩
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肌电信号的产生过程
1.阿尔法运动神经元(alpha motoneuron)
2.支配的肌纤维(muscle fibres)
l肌电信号的产生过程
2.激活肌纤维
3.肌纤维去极化(depolarize)
4.肌纤收缩
5.产生电信号
6.电信号沿着肌纤维传输图：运动单位生理结构
图：肌电信号的产生与传导肌电信号(Electromyography, EMG)
l运动单位募集(motor unit recruitment) 1.需要大量运动单位同时放电引起肌纤维收缩
医用压片机Ø根据肌肉不同及力的大小不同通常需要数十到数百个运动单位
2. 持续发力时需要同一运动单位不断放电收缩
Ø放电频率通常为5-35 Hz
Ø放电频率与力的关系成近似正比例关系
3.小的运动单位先被募集，提供较小的力；大的运动单位
后被募集，提供较大的力
4.不同运动单位在肌肉放电位置不同
l肌电信号：成百上千个运动单位电势在时间与空间上的叠加
图：神经元放电与力的关系图：被激活程度与放电频率的关系
肌电信号的工程模型l工程模型
Ø肌电信号：成百上千个运动单位电势在时间与空间上的叠加
控制脉冲运动单位系统冲击响应序列
噪音
肌电
l数学模型
柴火无烟灶Ø宏观上肌电信号是高斯过程
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干涉光刻
肌电信号采集原理l侵入式电极
l传统表面电极
l阵列式高密度电极
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侵入式电极
l侵入式电极
图：单通道针电极图：四通道针电极
1.采集的信号肌肉范围很小
2.通常只能观测到10个左右运动单位
3.非常接近运动单位放电区
4.能显著观测到运动单位电势波形
5.临床肌电图，广泛应用在临床诊断中
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侵入式电极
l侵入式肌电信号图例
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