Электромиография (ЭМГ) с мышечным датчиком MyoWare и Arduino


В этом проекте мы соединим датчик мышц MyoWare с платой Arduino и создадим собственное устройство электромиографии. Электромиография (ЭМГ) — это метод электродиагностической медицины для оценки и регистрации электрической активности, производимой скелетными мышцами. ЭМГ выполняется с помощью прибора, называемого электромиографом, для получения записи, называемой электромиограммой.

Электромиография (ЭМГ) с мышечным датчиком MyoWare и Arduino

Большинство стандартных систем измерения ЭМГ дороги и не подходят для личного применения. Для любителей, таких как я, датчик мышц MyoWare Muscle Sensor предлагает хорошую отправную точку для изучения мышечного движения или электромиографии. Датчик мышц Myoware стоит менее 40$ . Помимо основной платы датчика, есть также полный комплект для разработки, который стоит почти 80$ с дополнительными сопутствующими компонентами для исследователей и начинающих.

Таким образом, в данной статье мы рассмотрим создание своего собственного электромиографа с использованием датчика мышц MyoWare и Arduino.

Необходимые компоненты

  1. Плата Arduino Nano (купить на AliExpress).
  2. Комплект мышечных датчиков MyoWare
  3. Модуль OLED дисплея с диагональю 0.96 дюйма и интерфейсом I2C (купить на AliExpress).
  4. Источник питания постоянного тока 5 В.
  5. Макетная плата.
  6. Соединительные провода.

Реклама: ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН: 7703380158

Электромиография (ЭМГ)

Электромиография (ЭМГ) — это диагностическая процедура, которая оценивает состояние здоровья мышц и нервных клеток, которые ими управляют. Эти нервные клетки известны как двигательные нейроны. Они передают электрические сигналы, которые заставляют мышцы сокращаться и расслабляться. ЭМГ преобразует эти сигналы в графики или числа, помогая врачам ставить диагноз.

Принцип электромиографии

Электрическая активность, улавливаемая электродами, отображается на осциллографе. Для прослушивания активности используется аудиоусилитель. ЭМГ измеряет электрическую активность мышц в состоянии покоя, легкого сокращения и сильного сокращения. Мышечная ткань обычно не вырабатывает электрические сигналы в состоянии покоя. При размещении электрода на осциллографе можно увидеть кратковременный период активности.

Сигнал электромиографии на осциллографе

Как измеряется ЭМГ?

Поверхностная ЭМГ оценивает мышечную функцию, регистрируя мышечную активность с поверхности над мышцей на коже. Поверхностные электроды способны обеспечить лишь ограниченную оценку мышечной активности. Поверхностная ЭМГ может быть зарегистрирована парой электродов или более сложным массивом из нескольких электродов. Требуется более одного электрода, поскольку записи ЭМГ отображают разность потенциалов между двумя отдельными электродами.

Принцип измерения ЭМГ

Медицинское применение ЭМГ

Тестирование ЭМГ имеет множество клинических и биомедицинских применений:
1. ЭМГ используется как диагностический инструмент для выявления нервно-мышечных заболеваний.
2. ЭМГ используется как исследовательский инструмент для изучения кинезиологии.
3. Для выявления нарушений двигательного контроля.
4. Сигналы ЭМГ иногда используются для направления инъекций ботулотоксина или фенола в мышцы.
5. ЭМГ выполняется с другим электродиагностическим медицинским тестом, который измеряет проводящую функцию нервов.
6. Сигналы ЭМГ также используются в качестве управляющего сигнала для протезных устройств, таких как протезы рук, кистей и нижних конечностей.

Мышечный датчик MyoWare

Мышечный датчик MyoWare

Датчик мышц MyoWare (MyoWare Muscle Sensor) — это датчик электромиографии (ЭМГ) «все в одном» от компании Advancer Technologies. Плата MyoWare действует, измеряя отфильтрованную и выпрямленную электрическую активность мышцы. Она выдает выходной сигнал от 0 до Vin Вольт в зависимости от уровня активности выбранной мышцы. Датчик прост в использовании. Вам нужно приклеить несколько электродов и считывать напряжение при сокращении мышц.

Датчик имеет носимый дизайн, который позволяет вам прикреплять биомедицинские сенсорные подушечки непосредственно к плате. Эта плата включает в себя однополярное напряжение питания от +3,1 В до +5 В , выход RAW EMG, защищенные полярностью контакты питания, светодиодные индикаторы и переключатель Вкл/Выкл. Кроме того, он имеет несколько плат расширения (shields), таких как Cable, Power & Proto, которые можно прикрепить к датчику Myoware Muscle Sensor, чтобы повысить его универсальность и функциональность!

Распиновка мышечного датчика MyoWare

Вы можете легко соединить мышечный датчик MyoWare с Arduino или любыми другими микроконтроллерами. Результат, полученный после сгибания мышцы, можно наблюдать в окне монитора последовательной связи в виде числового значения или на плоттере монитора последовательной связи (Serial Plotter) в графическом формате.

Комплект мышечных датчиков MyoWare

Комплект мышечных датчиков MyoWare

1. Встроенные разъемы для электродов:
Встроенные разъемы для электродов позволяют прикрепить плату непосредственно к целевой мышце и избежать проблем с проводами.

2. Кабельный экран:
все еще могут быть случаи, когда вы хотите установить сенсорные панели вдали от другого оборудования. Для этих случаев используется кабельный экран MyoWare.

3. Кабель электрода:
вместо того, чтобы прикреплять сенсорные подушечки непосредственно к датчику мышц MyoWare, их можно прикрепить к разъему TRS 3,5 мм на плате расширения. Оба набора контактов будут соединены вместе, поэтому убедитесь, что используете только одну подушечку для каждого опорного [R], конечного [E] и среднего [M] контакта.

4. Power Shield:
MyoWare Power Shield рассчитан на две круглые батарейки, например, некоторые стандартные CR2032. Они соединены параллельно для увеличения емкости при номинальном напряжении 3,0 В.

5. Proto Shield:
MyoWare Proto Shield передает все сигналы на часть макетной платы. Используйте эту область для пайки любой пользовательской схемы, которую вы можете придумать.

6. Светодиодный экран:
Для пользователей, которым требуется большой дисплей уровня сигнала, мы предлагаем светодиодный экран MyoWare.

Подключение мышечного датчика MyoWare к Arduino

Схема подключения мышечного датчика MyoWare к плате Arduino приведена на следующем рисунке.

Схема подключения мышечного датчика MyoWare к плате Arduino

Подключите контакт VCC датчика к контакту 5 В Arduino, а GND датчика - к GND Arduino. Аналогично подключите аналоговый вывод к A0 Arduino, поскольку мы измеряем аналоговое напряжение.

Исходный код программы

Программа для сопряжения мышечного датчика Myoware EMG с платой Arduino очень проста. Все, что нам нужно, это измерение аналогового напряжения.

Действия, которые необходимо выполнить для использования мышечного датчика Myoware

  1. Сначала тщательно очистите обрабатываемую область мылом, чтобы удалить грязь и масло.

Очистка поверхности мышцы

2. Присоедините электроды к защелкивающимся разъемам датчика.

3. Снимите заднюю часть электродов, чтобы обнажить клей, и приложите их к коже.

Закрепление электродов мышечного датчика на коже

4. Поместите датчик на нужную мышцу. Поместите датчик так, чтобы один из подключенных электродов находился в середине тела мышцы. Другой электрод должен выровняться по направлению длины мышцы.

Координация электродов датчика на мышце

5. Поместите контрольный электрод на костную или несмежную мышечную часть тела рядом с целевой мышцей.

6. Подключите датчик к плате Arduino согласно принципиальной схеме.

Вы можете либо подключить встроенные разъемы электродов напрямую к мышцам, как показано выше, или вы можете использовать экран кабеля вместе с разъемами кабеля напрямую, как показано ниже.

Плата расширения, установленная сверху мышечного датчика Myoware

Удлинительный экран имеет длинный кабель, что позволяет разместить датчик на большом расстоянии от компьютера.

Конструкция проекта в сборе

Тестирование работы проекта

Подключение собранной конструкции проекта к компьютеру

После загрузки кода вы можете начать тестирование датчика и начать наблюдение за значением. Чтобы проверить работу датчика, вытяните руку. Затем вы можете сократить или расслабить мышцу. Это создаст аналоговое напряжение, которое можно наблюдать на последовательном мониторе.

Тестирование работы проекта в окне монитора последовательной связи

Форму волны можно также наблюдать на последовательном плоттере. Для этого откройте экран последовательного плоттера и посмотрите на форму волны, когда рука приводится в движение.

Тестирование работы проекта на последовательном плоттере

Отображение данных ЭМГ на экране OLED-дисплея

Если вы хотите отображать данные датчика (по сути, аналоговое напряжение) на экране OLED-дисплее, вы можете использовать следующий код. Но перед этим соедините OLED-дисплей с платой Arduino. Подключите выводы I2C (SDA и SCL) OLED-дисплея к контактам A4 и A5 Arduino.

Схема подключения мышечного датчика MyoWare и OLED дисплея к плате Arduino

Исходный код программы

Загрузите этот код на плата Ардуино и после этого OLED-дисплей начнет отображать значение аналогового сигнала ЭМГ, а также напряжение.

Тестирование работы проекта на экране OLED дисплея

Видео, демонстрирующее работу проекта

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
38 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *