结合生物阻抗与肌电测量实现可靠的肌肉收缩检测

目的：肌肉收缩通常通过肌电（EMG）测量来检测。该技术的主要缺点是电极的机械扰动与所需信号处于相同的频率和幅度范围。在本工作中，我们提出一种方法并实现了一个测量系统，将 EMG 与生物阻抗测量相结合，以提高肌肉收缩检测的可靠性。方法：我们提出开发一个模块化四通道测量系统，其中每个通道能够同时采集 EMG、生物阻抗幅值与相位。模块通过一块额外的接口板与 PC 通信实现同步。图形用户界面能够在 50 kHz 至 333 kHz 频率范围内控制 100 {\mu}A 至 1 mA 的生物阻抗激励电流。结果：系统表征表明，可可靠检测小于 250 ppm 的生物阻抗幅值变化和低于 0.05{\deg} 的相位变化。对一名受试者的测量显示了 EMG 与生物阻抗信号之间的时序关系及其对机械扰动的鲁棒性。对五种示例性手势的测量证明了用于检测肌肉收缩的可用信息有所增加。结论：肌肉的生物阻抗测量提供了关于收缩的有用信息。此外，使用已知的高频激励电流能够可靠区分实际信息与扰动。意义：通过结合 EMG 与生物阻抗测量，可更可靠地检测肌肉收缩。该装置可用于假肢和许多其他人机接口。