專利名稱：體表生物電無線采集裝置的制作方法
體表生物電無線采集裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于體表生物電采集領(lǐng)域，涉及一種體表生物電無線采集裝置。
技術(shù)背景
目前，生物電放大器都是采用有線的采集方式。在一些特殊的場(chǎng)合下如運(yùn)動(dòng)員的生理檢測(cè)，宇航員在訓(xùn)練中的體表生物電采集，病人自由活動(dòng)時(shí)的體表生物電測(cè)量必須擺脫電線的束縛，采用無線的采集方式。無線比有線具有系統(tǒng)靈活方便，有效抑制共模干擾， 浮地設(shè)計(jì)保證人體安全等優(yōu)點(diǎn)。但目前沒有此類技術(shù)方案的報(bào)道。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，擺脫電線的束縛，提供一種體表生物電無線采集裝置，解決生物電有線的采集方式束縛被試活動(dòng)范圍的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，體表生物電無線采集裝置，結(jié)構(gòu)為體表生物電電極采集的信號(hào)經(jīng)過第一級(jí)前置放大高通濾波、第二級(jí)低通濾波放大通過陷波電路輸出到單刀雙擲開關(guān)，單刀雙擲開關(guān)選擇經(jīng)過第三級(jí)低通濾波放大、另一個(gè)陷波電路或直接輸出到電平抬升電路然后送入自帶AD轉(zhuǎn)換的單片機(jī)中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)用無線發(fā)模塊無線傳輸?shù)綗o線接收芯片，無線接收芯片再通過另一單片機(jī)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)中用LabVIEW 軟件實(shí)現(xiàn)體表生物電信號(hào)的顯示和存儲(chǔ)，前置放大電路、兩個(gè)低通濾波電路、兩個(gè)陷波電路、電平抬升電路、單片機(jī)和無線發(fā)模塊的參考地連到一起；無線接收芯片和另一單片機(jī)參考地連到一起。
第二級(jí)低通濾波放大電路的構(gòu)成為一個(gè)放大器，前置放大高通濾波的輸出連接到該放大器反相輸入端，由并接的電阻、電容形成負(fù)反饋，放大器的輸出接下級(jí)電路。
陷波電路由串接的兩個(gè)放大器組成，兩個(gè)放大器反相輸入端作信號(hào)輸入，第一個(gè)放大器輸出端與反相輸入端之間由電阻進(jìn)行反饋，該輸出端通過一個(gè)電容、一個(gè)可調(diào)電阻、 一個(gè)電阻接地。
電平抬升電路由放大器構(gòu)成，該放大器同相輸入端接信號(hào)輸入，一個(gè)經(jīng)過電阻分壓的直流電壓也接入同相輸入端。
本發(fā)明具有如下技術(shù)效果
本發(fā)明是在Web服務(wù)領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)上，提出的一種新型的面向移動(dòng)終端的應(yīng)用商店框架，極大地改善了用戶體驗(yàn)。該發(fā)明采用用戶租賃的運(yùn)作方式，用戶不再需要下載安裝/升級(jí)應(yīng)用，只需按所需功能，拖拽應(yīng)用的快捷方式到桌面即可，實(shí)現(xiàn)真正意義上的即買即用。同時(shí)，用戶還可以對(duì)多個(gè)應(yīng)用的快捷方式進(jìn)行組合搭配，自定制個(gè)性化的類 Mashup混搭應(yīng)用。
總之，本發(fā)明使得應(yīng)用程序不再受操作系統(tǒng)平臺(tái)的限制，管理更加方便，終端上也不再需要不斷地升級(jí)應(yīng)用，節(jié)省電力，延長(zhǎng)終端的使用壽命，給用戶帶來酷炫體驗(yàn)。并從理論和實(shí)際應(yīng)用方面證明了本發(fā)明的優(yōu)越性。


圖1為本發(fā)明的功能框圖。
圖2前置放大電路。兩個(gè)生物電電極作為差分電極可以用來采集腦電、肌電和心電，腦電時(shí)參考電極接耳后乳突；肌電接所測(cè)肌肉遠(yuǎn)端骨頭凸起處；心電差分電極放置于左右手腕處，參考電極接右腿腳踝。
圖3低通濾波放大電路圖。
圖450Hz工頻陷波電路圖。
圖5電平抬升電路。
圖6為無線收發(fā)流程圖。
圖 7nRFML01 與 msp430f 149 接口電路。
圖8系統(tǒng)采集界面。
圖9本發(fā)明裝置采集的一組靜息腦電信號(hào)時(shí)域與頻譜圖。
圖1020Hz閃爍頻率時(shí)本發(fā)明裝置采集腦電信號(hào)低通濾波后時(shí)域與頻譜圖。
圖1120Hz閃爍頻率時(shí)中科新拓公司生物電放大器低通濾波后腦電信號(hào)時(shí)域與頻譜圖。
圖12正常心電信號(hào)。圖中，Q波除aVR導(dǎo)聯(lián)夕卜，正常人Q波時(shí)間小于0.04秒，Q 波振幅小于同導(dǎo)聯(lián)中R波的1/4，正常人Vp V2導(dǎo)聯(lián)不應(yīng)出現(xiàn)Q波，但偶爾可呈現(xiàn)QS波。
圖13本裝置采集到的心電信號(hào)幅頻圖。
圖14本裝置采集到的股二頭肌由靜息狀態(tài)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)狀態(tài)的肌電信號(hào)幅頻圖。
具體實(shí)施方式
體表生物電電極采集的信號(hào)經(jīng)過放大濾波和電壓抬升送入自帶AD轉(zhuǎn)換的 msp430fl49單片機(jī)中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并將信號(hào)用無線收發(fā)模塊nRFMLOl無線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，用LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)體表生物電信號(hào)的顯示和存儲(chǔ)。體表生物電有各自的幅值特點(diǎn)，需要放大的倍數(shù)不能固定。心電和肌電的幅值可以達(dá)到lmV，放大的倍數(shù)選擇1000倍就能滿足需要；腦電的幅值最高只能達(dá)到100 μ V，需要更大的放大倍數(shù)10000倍來實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集功能。本文采用一個(gè)單刀雙擲開關(guān)放在放大電路的兩級(jí)放大與三級(jí)放大之間。需要三級(jí)放大時(shí)則選擇，否則開關(guān)直接連接到輸出。
6. IEEG 采集
本文自制放大器和北京中科新拓有限公司的UB-D8FS型號(hào)放大器同時(shí)采集同一腦部區(qū)域的20Hz閃爍頻率的SSVEP腦電信號(hào)，與用自制放大器采集的一組靜息腦電進(jìn)行頻譜比較，如圖9-11。
圖9-11自制放大器靜息腦電及自制放大器與新拓放大器同時(shí)SSVEP實(shí)驗(yàn)采集的腦電數(shù)據(jù)頻譜對(duì)比。
通過上述各圖能夠證明本放大器與新拓放大器采集到的腦電信號(hào)的頻譜特征基本相似。兩者能量最大值都在10Hz，能量值都是3000，而且在IOHz附近都有兩處高的峰值； 在20Hz處都能有明顯的能量高峰，大小都是10000的數(shù)量級(jí)。同時(shí)兩個(gè)放大器的頻譜能量分布基本相似。兩組放大器對(duì)10個(gè)不同被試的多組樣本進(jìn)行上述SSVEP實(shí)驗(yàn)，在20Hz處都能有明顯的能量高峰，同時(shí)兩個(gè)放大器的頻譜能量分布基本相似。新拓放大器在臨床和科研試驗(yàn)中得到了廣泛應(yīng)用，與新拓放大器的腦電數(shù)據(jù)采集的比較實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃C明本文自制放大器能夠?qū)崿F(xiàn)正確的腦電采集功能。
6. 2ECG 采集
圖13是本文自制放大器采集到的心電信號(hào)。時(shí)域圖可以看到心動(dòng)周期的P、Q、R、 S和T波十分明顯。采集到的心電信號(hào)是正常的心電信號(hào)，證明自制放大器能夠?qū)崿F(xiàn)心電信號(hào)采集的功能。
6.3EMG 采集
由于表面肌電信號(hào)源是狹長(zhǎng)的肌肉，即使是在相鄰部位采集到的肌電信號(hào)也會(huì)有一定的差別。所以采集肌電信號(hào)不能像采集腦電信號(hào)那樣用兩個(gè)放大器采集相鄰部位的肌電用來比較自制放大器與新拓放大器的信號(hào)采集結(jié)果。用自制放大器采集的肌電信號(hào)如圖 14可以看出，靜息時(shí)肌電信號(hào)很平滑，肌肉動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生80Hz-90HZ高頻信號(hào)?？梢宰C明放大器對(duì)肌電信號(hào)發(fā)揮了正確的放大作用，能夠基本滿足對(duì)肌電信號(hào)的采集功用。
6. 4結(jié)果分析
通過與新拓放大器腦電采集信號(hào)的對(duì)比，以及心電特征信號(hào)的采集和運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的肌電可以證明本文設(shè)計(jì)的放大器能夠?qū)崿F(xiàn)腦電、心電和肌電信號(hào)的正常采集功能，得到的信號(hào)幅頻特性能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，滿足科研的需要。
如附圖所示體表生物電首先通過生物電專用的電極把生物電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，送入前置放大(圖2)濾去極化電壓，同時(shí)前置放大還有電壓跟隨的作用，從高阻抗的人體拾取有效的生物電信號(hào)，這樣下一級(jí)電路的輸入阻抗就接近于0;自前置放大出來的信號(hào)還有高頻干擾和工頻干擾，分別經(jīng)過截止頻率是160Hz的低通濾波(圖幻和50Hz陷波電路(圖4)濾除，得到盡可能大信噪比的生物電信號(hào)；生物電信號(hào)相對(duì)于參考電壓有正有負(fù)，而A/D模塊只能識(shí)別正電壓信號(hào)，所以需要把生物電信號(hào)送入電平抬升電路進(jìn)行升壓； 得到的信號(hào)再用msp430fl49單片機(jī)自帶AD模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換好的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)與nRFMLOl處理發(fā)射出去，由令一組無線接收電路接收后由串口 RS232上傳到計(jì)算機(jī)顯示與儲(chǔ)存。
權(quán)利要求
1.一種體表生物電無線采集裝置，其特征是，結(jié)構(gòu)為體表生物電電極采集的信號(hào)經(jīng)過第一級(jí)前置放大高通濾波、第二級(jí)低通濾波放大通過陷波電路輸出到單刀雙擲開關(guān)，單刀雙擲開關(guān)選擇經(jīng)過第三級(jí)低通濾波放大、另一個(gè)陷波電路或直接輸出到電平抬升電路然后送入自帶AD轉(zhuǎn)換的單片機(jī)中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)用無線發(fā)模塊無線傳輸?shù)綗o線接收芯片，無線接收芯片再通過另一單片機(jī)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)中用 LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)體表生物電信號(hào)的顯示和存儲(chǔ)，前置放大電路、兩個(gè)低通濾波電路、兩個(gè)陷波電路、電平抬升電路、單片機(jī)和無線發(fā)模塊的參考地連到一起；無線接收芯片和另一單片機(jī)參考地連到一起。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，第二級(jí)低通濾波放大電路的構(gòu)成為一個(gè)放大器，前置放大高通濾波的輸出連接到該放大器反相輸入端，由并接的電阻、電容形成負(fù)反饋，放大器的輸出接下級(jí)電路。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，第二級(jí)低通濾波放大與單刀雙擲開關(guān)間設(shè)置有陷波電路，陷波電路由串接的兩個(gè)放大器組成，兩個(gè)放大器反相輸入端作信號(hào)輸入，第一個(gè)放大器輸出端與反相輸入端之間由電阻進(jìn)行反饋，該輸出端通過一個(gè)電容、一個(gè)可調(diào)電阻、一個(gè)電阻接地。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，電壓抬升電路由放大器構(gòu)成，該放大器同相輸入端接信號(hào)輸入，一個(gè)經(jīng)過電阻分壓的直流電壓也接入同相輸入端。
全文摘要
本發(fā)明屬于體表生物電采集領(lǐng)域。為提供一種體表生物電無線采集裝置，解決生物電有線的采集方式束縛被試活動(dòng)范圍的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，體表生物電無線采集裝置，結(jié)構(gòu)為體表生物電電極采集的信號(hào)經(jīng)過第一級(jí)前置放大高通濾波、第二級(jí)低通濾波放大輸出到單刀雙擲開關(guān)，單刀雙擲開關(guān)選擇經(jīng)過第三級(jí)低通濾波放大或直接輸出到電壓抬升電路然后送入自帶AD轉(zhuǎn)換的單片機(jī)中進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)用無線收發(fā)模塊無線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，用LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)體表生物電信號(hào)的顯示和存儲(chǔ)。本發(fā)明主要應(yīng)用于體表生物電采集場(chǎng)合。
文檔編號(hào)A61B5/04GK102488510SQ201110409319
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月11日
發(fā)明者萬(wàn)柏坤, 明東, 李文, 綦宏志, 許敏鵬, 高旋 申請(qǐng)人:天津大學(xué)