肌電訊號量測系統

肌電訊號量測系統的主要目的是將中樞神經系統控制肌肉動作時，記 錄肌肉本身所產生的電位變化。肌電訊號量測系統主要由三個部份組成，

個人電腦(PC)、資料擷取裝置(DAQ)與肌電訊號量測設備，系統架構如圖

34。PC的功能是擷取與儲存肌電訊號的資料，並且控制肌電訊號量測設備 的開啟時間與時間間距。肌電訊號量測設備的主要功能是擷取肌肉的電訊 號並將其放大，進一步避免雜訊(Noise)影響到肌電訊號。因肌電訊號是非 常小的訊號，範圍在正負5mV以內，故訊號在傳送時很容易受到其他外來 訊號的干擾。

肌電訊號量測系統的流程為當肌肉動作產生電位差，電極測量到此訊 號後，前置放大器將該訊號先放大後再傳給轉接器(Patient Unit)，轉接器 (Patient Unit)再透過傳輸線(Transmission Cable)將訊號傳給主放大器放大，

極限開關

手指夾套

主放大器將訊號放大後透過BNC介面將訊號傳給DAQ的類比輸入模組，

DAQ將訊號轉換為數位後透過USB界面傳到PC中。

圖 34 肌電訊號量測系統

資 料 擷 取 裝 置 (Data Acquisition, DAQ) 採 用 cDAQ-9172 與 NI-9239(National Instruments Corp, Austin, Texas, USA)。NI-9239為一類比輸 入模組，其安裝在cDAQ-9172上，用來擷取類比電壓，具備4通道，將用兩 組NI-9239(共8通道)來擷取3組EMG訊號、1組驅動器之轉速監控訊號、1組 驅動器之扭力監控訊號與力規(Load Cell)訊號。DAQ的功能是擷取類比電壓 訊號，類比的肌電訊號轉換成電腦可以接收的數位訊號，並將此訊號傳送 給電腦。

肌電訊號量測設備採用AMT-4(Bortec Biomedical Ltd, Canada)來擷取兩 組肌肉之EMG，其規格如表 6。肌電訊號量測設備是由主放大器(Main Amplifier)、轉接器(Patient Unit)、前置放大器(Pre-amplifier)與電極貼片 (Electrode)組成，在這部分的訊號為類比訊號，如圖 35。主放大器(Main Amplifier)的功能是接收轉接器(Patient Unit)的訊號，並將訊號解碼與放大。

主放大器正面面板用來調整放大倍率，背面面板則連接各輸出輸入訊號 線 。 轉 接 器 (Patient Unit) 的 功 能 是 連 接 與 分 配 電 力 給 各 個 前 置 放 大 器

(Pre-amplifier)，並將前置放大器(Pre-amplifier)所傳來的訊號編碼傳給主放 大器(Main Amplifier)，如圖 36。前置放大器(Pre-amplifier)的功能是將肌電 訊號在電極附近時就給予放大，並抑制雜訊，如圖 37。每個通道的前置放 大器除了連接貼在電極貼片的兩極外，還須連接一個參考電位(即地線)，此 點為尺骨莖突(Processus Styloideus Ulnae)，如圖 38。含有地線之前置放大 器必須連接至轉接器(Patient Unit)的插孔1。電極貼片(Electrode) 採用Dual

Electrodes(Noraxon Inc, USA)。電極貼片(Electrode)是用來量測肌肉的電位 差，為雙極式貼片(Bipolar)，兩極間距為2cm，電極貼片塗上可幫助導電的 銀與氯化銀(Ag/AgCl)凝膠。在貼上電極貼片時，需將電極貼片貼在肌腹 (Muscle Belly)的位置，另一個電極貼片則貼在關節處或骨頭突出處(Bony Landmark)作為參考電位。

圖 35 肌電訊號量測設備

表 6 肌電訊號量測設備規格表

項目 規格

Number of channels 4

Mode Differential(input pre-amplifiers) Frequency response 10Hz-1000Hz each channel (-6dB at 1000Hz)

Input impedance ~10 Gohm(theoretical) Common Mode Rejection 115dB typical(at 60 Hz)

Fixed gain values 100,200,500,1000,2000,5000 Variable gain range 1-3 continuous

Inter-channel crosstalk Better than -50dB at 100Hz all channels Noise 4.5uV r.m.s, (10Hz-3kHz)

Output signal swing 8.0Vpp max. without clipping (single ended) Output connectors BNC standard

圖 36 轉接器(Patient Unit)

前置放大器插孔 主放大器插孔 電池包

前置放大器 轉接器

主放大器 電極貼片

圖 37 前置放大器

圖 38 尺骨莖突