一种可穿戴的衣物式肌肉活动监测系统

可穿戴电子设备的重要目标之一是精准获取人体生物信号，其中肌电图（EMG，肌肉电活动信号）等生理电信号本身较弱（通常不到几毫伏），易受环境、运动等噪声干扰，获取高准确度信号颇具挑战。现有技术中，固定式放大设备不便携带；小型化的无线模块虽可穿戴，但重量（20-30克）会干扰肢体活动，且在活动部位易脱落或碰撞。纺织基电子设备虽能整合电极和导线，但大面积监测时导线易受外界干扰（如电磁辐射、物理接触），导致信号失真。

本研究开发了一种基于全身纺织品的肌电监测系统，核心是采用同轴屏蔽导电纱线，可有效降低噪声，实现高精度信号采集。这种纱线由三层可拉伸组件构成：内层为导电信号纱，中间是聚氨酯绝缘层，外层为银 flakes 制成的屏蔽导体，整体直径约360微米。它能拉伸120%以上，覆盖肢体活动范围，且拉伸时信号纱和屏蔽导体电阻变化小（80%拉伸时分别为0.3和4.9），保证信号稳定传输。

该系统的噪声抑制能力突出：即便在超过30千帕的接触压力下（如他人触碰导线），噪声水平仍低于0.1毫伏。在肩关节活动测试中，无论是主动运动（自主活动）还是被动运动（他人辅助活动），均能清晰记录三角肌电信号，尤其被动运动时，屏蔽纱线可使信噪比提升至11.7-31.2分贝，而无屏蔽时噪声会掩盖信号。

在动态活动监测中，通过小腿8个电极（覆盖股四头肌、胫骨前肌、腘绳肌等），成功记录了反向跳、跑步等动作的肌电信号。例如反向跳时，胫骨前肌先激活，约0.4秒后股直肌、0.5秒后小腿三头肌相继激活，股直肌的肌电幅度在起跳和落地时出现两个明显峰值。跑步时，左右肢体肌肉活动交替，反映了协调运动过程。

该系统无需多个沉重模块，仅通过纺织品穿戴即可实现全身肌电监测，舒适性高且不干扰自然运动，为运动科学、康复医学、日常健康监测等领域提供了新工具。