【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及医疗，尤其涉及一种基于savitzky-golay滤波器的肌电信号电刺激伪迹在线滤除系统及方法。
技术介绍
1、目前，在电刺激+肌电信号反馈的研究中，绝大多数都使用分离式电极，即电刺激输出和肌电信号的采集各需一对电极，贴放在同一块肌肉的不同位置。在这种布局方式下，2对电极的相对位置关系难以确定，不同的电极位置会对诱发肌电信号的采集造成影响，也为电刺激伪迹的滤除带来麻烦。此外，对于上肢小臂的一些肌肉，贴放两对电极或做到期望的布局是不现实的，这就使得当前的分离式电极方案只能应用于体积较大的肌肉(如上肢肱二头肌和下肢肌肉)，限制了其在上肢康复训练中的应用。
2、前人提出的诱发肌电信号中电刺激伪迹抑制方法，绝大多数都是针对分离式电极而言，而对一体式电极不适用。原因在于在一体式电极方案中，电极-人体皮肤组织之间的电容效应会使得电刺激脉冲结束后电极两端电荷积累且释放缓慢，即使使用硬件短接屏蔽的方法，也难以及时消除该电势差，这会导致肌电采集时输入端运放饱和，或使得采集到的信号远高于正常肌电幅值。而在分离式电极方案中，肌电采集电极两端几乎没有电刺激电流产生的积累电荷，电刺激伪迹幅值更小，通过软硬件屏蔽可以消除明显的尖峰伪迹，剩余信号相比正常肌电幅值幅值差异不大，可以进一步用特定算法滤除。
3、因此，有必要针对一体式电极设计更适用的电刺激伪迹去除方法，从中提取出患者自主发力产生的肌电信号。在该方案中，通过软硬件屏蔽后的信号仍然由伪迹信号所主导，幅值在数百mv，远高于正常肌电信号幅值范围，伪迹信号呈连续指数
技术实现思路
1、有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题包括：
2、如何设计一种基于savitzky-golay滤波器的肌电信号电刺激伪迹在线滤除系统及在线滤除系统方法。
3、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于savitzky-golay滤波器的肌电信号电刺激伪迹在线滤除系统，包括ch+信号源与ch-信号源；所述ch+信号源通过开关s11接入肌电采集放大器输入端正极，通过开关s21接入电刺激输出端a；所述ch-信号源通过开关s12接入肌电采集放大器输入端负极，通过开关s22接入电刺激输出端b；所述开关s11与开关s11并联有开关s10；所述开关s12与开关s22并联有开关s20。
4、所述emg与fes接入mcu。
5、所述emg接入mcu的sck脚、din脚、dout脚、drdy脚和start脚。
6、所述fes接入mcu的dac脚、adc脚和pwm脚。
7、一种使用前述在线滤除系统的在线滤除方法，包括：
8、步骤1，通过硬件层面的开关电路将电极连接至电刺激输出端，输出电刺激电流脉冲；
9、步骤2，在脉冲输出结束后，立即将电极两端短接，用于快速释放刺激产生的电势差；
10、步骤3，断开电刺激回路开关，并将所有短接开关断开，此时电极连接至肌电采集输入端，同时在软件层面继续屏蔽数毫秒数据，用于消除由开关切换造成的信号干扰；
11、步骤4，正常采集肌电数据，直到当前的电刺激周期结束；
12、步骤5，在一个周期结束后，应用savitzky-golay滤波器分离刺激伪迹和自主肌电信号；
13、步骤6，重新回到步骤1，进行下一个周期的电刺激输出与肌电信号提取。
14、所述步骤1具体为，闭合开关s21、s22，并断开开关s10、s11、s12和s20，使电极与电刺激输出端连接，输出电刺激电流脉冲。
15、所述输出电刺激电流脉冲所述电刺激脉冲为100-500us。
16、所述步骤2具体为，短接电刺激通道开关s20，肌电采集回路开关s11、s12闭合，同时保证肌电采集输入端短接开关s10闭合，短接过程持续5-10ms。
17、所述步骤3具体为，断开电刺激输出端通道开关s21、s22和短接开关s10和s20，保持肌电采集输入端开关s11、s12闭合。
18、所述步骤5具体为，在当前电刺激周期结束时，断开肌电采集通道开关s11、s12；当获取了一个周期内的包含伪迹的肌电信号后，即可应用savitzky-golay滤波器进行伪迹去除。
19、与现有技术方案相比，本专利技术的技术效果在于：
20、本专利技术针对一体式肌电采集-电刺激电极，一对电极可以复用为电刺激输出或肌电信号采集，在硬件端实现输出/输入模式的切换。在这种方案中，不存在多对电极相对位置关系的考虑，消除了对不同肌肉设计合理布局方式的麻烦。并且通过减少所需电极对数量，减少了电极面积，更好地适配上肢小肌肉的刺激治疗。
21、本专利技术提出了基于savitzky-golay滤波器的电刺激伪迹信号在线滤除算法，在进行软硬件屏蔽之后，对剩余采集信号进行savitzky-golay滤波，分离纯放电曲线和叠加其上的微小肌电幅值波动，并从原始信号中扣除纯放电曲线，得到自主肌电信号。该专利技术可以有效实现一体式肌电采集+电刺激电极应用中的刺激伪迹滤除，得到自主肌电信号，且该方法实施难度低，效果稳定，具有广泛的实际应用价值。
22、本专利技术提出的方法基于savitzky-golay平滑滤波算法，不依赖于任何模版库构建和训练过程，可以动态适应不同的电刺激参数和个体条件；电刺激产生的伪迹信号是连续变化的衰减曲线，使用savtizky-golay滤波算法可以完全分离该衰减成分和肌电成分，其分离效果不依赖于伪迹的幅值大小，在实际应用中，当电刺激参数动态变化、个体条件(电极移位或出汗等)发生变化和应用于不同个体时，该方法都可以得到稳定的效果，且不需要重新校准过程。
23、本专利技术将电刺激与肌电采集电极合并为同一电极，电极数量减半，更好的适用于小肌肉，且不需要考虑采集/刺激电极布局的相对位置关系；合并电刺激与肌电采集电极，在硬件层面实现两种模式的切换，并提出了适用于该方案的伪迹滤除算法。一体式电极可以更好的适用于小肌肉的康复治疗，在上肢手部功能康复中具有广泛的应用价值。
24、以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
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1.一种基于Savitzky-Golay滤波器的肌电信号电刺激伪迹在线滤除系统，其特征在于：包括CH+信号源与CH-信号源；所述CH+信号源通过开关S11接入肌电采集放大器输入端正极，通过开关S21接入电刺激输出端A；所述CH-信号源通过开关S12接入肌电采集放大器输入端负极，通过开关S22接入电刺激输出端B；所述开关S11与开关S11并联有开关S10；所述开关S12与开关S22并联有开关S20。
2.根据权利要求1所述的在线滤除系统，其特征在于，所述EMG与FES接入MCU。
3.根据权利要求2所述的在线滤除系统，其特征在于，所述EMG接入MCU的SCK脚、DIN脚、DOUT脚、DRDY脚和START脚。
4.根据权利要求2所述的在线滤除系统，其特征在于，所述FES接入MCU的DAC脚、ADC脚和PWM脚。
5.一种使用如权利要求1-4所述在线滤除系统的在线滤除方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的在线滤除方法，其特征在于，所述步骤1具体为，闭合开关S21、S22，并断开开关S10、S11、S12和S20，
7.根据权利要求6所述的在线滤除方法，其特征在于，所述输出电刺激电流脉冲所述电刺激脉冲为100-500us。
8.根据权利要求5所述的在线滤除方法，其特征在于，所述步骤2具体为，短接电刺激通道开关S20，肌电采集回路开关S11、S12闭合，同时保证肌电采集输入端短接开关S10闭合，短接过程持续5-10ms。
9.根据权利要求5所述的在线滤除方法，其特征在于，所述步骤3具体为，断开电刺激输出端通道开关S21、S22和短接开关S10和S20，保持肌电采集输入端开关S11、S12闭合。
10.根据权利要求5所述的在线滤除方法，其特征在于，所述步骤5具体为，在当前电刺激周期结束时，断开肌电采集通道开关S11、S12；当获取了一个周期内的包含伪迹的肌电信号后，即可应用Savitzky-Golay滤波器进行伪迹去除。
...【技术特征摘要】
1.一种基于savitzky-golay滤波器的肌电信号电刺激伪迹在线滤除系统，其特征在于：包括ch+信号源与ch-信号源；所述ch+信号源通过开关s11接入肌电采集放大器输入端正极，通过开关s21接入电刺激输出端a；所述ch-信号源通过开关s12接入肌电采集放大器输入端负极，通过开关s22接入电刺激输出端b；所述开关s11与开关s11并联有开关s10；所述开关s12与开关s22并联有开关s20。
2.根据权利要求1所述的在线滤除系统，其特征在于，所述emg与fes接入mcu。
3.根据权利要求2所述的在线滤除系统，其特征在于，所述emg接入mcu的sck脚、din脚、dout脚、drdy脚和start脚。
4.根据权利要求2所述的在线滤除系统，其特征在于，所述fes接入mcu的dac脚、adc脚和pwm脚。
5.一种使用如权利要求1-4所述在线滤除系统的在线滤除方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的在线滤除方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪海，曹锐凯，盛译萱，常辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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