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1、PowerLab生物信号处理系统在音语生理研究中的应用孙婷(西北民族大学中国民族语言文字信息技术重点实验室甘肃兰州730030)摘要：随着科学技术的进步和先进仪器的出现，生理语音学研究正在向采用高精端设备进行多模态研究的方向发展。本文通过PowerLab硬软件的介绍，主要从肌电采集器、呼吸带和脑电帽三个方面，重点阐述了每项设备的工作原理、提取的参数和在言语生理研究中的应用。PowerLab生物信号处理系统在语音生理研究中有着广阔的应用前景。关键词:肌电，脑电，呼吸带；生理语音学中图法分类号：TP391;H214文献标志码：A1
2、引言著名的PowerLab生物信号采集处理系统是澳大利亚ADInstruments的核心产品，ADlnstruments公司是生命科学领域全球领先的计算机数据采集分析系统制造商，从创始至今20余年来。PowerLab系统包括软件和硬件两个部分，软件主要有Chart和Scope,提供了实时的多通道记录仪，硬件包括各种类型的信号调节器。PowerLab系统具有多种可选的采样速率和分辨率,为生命科学的研究提供了功能强大的工具,己经成为全球使用最为广泛的生物信号采集分析系统之一,目前PowerLab不仅广泛用于生命科学的各个研究领域，
3、而且在心血管、神经科学、药理学、生物学、生物化学、心理学、言语生理等方面的也有广阔的应用前景。跟言语生理有关的研究包括心电，脑电、肌电、眼电、交感神经活动（SNA）、呼吸等方面。2仪器简介PowerLab系统通过对生物电信号(心电、肌电、脑电等)与非生物电信号(血压、呼吸等)进行采集,然后对采集到的信号进行加工处理,再由USB线将信号传输到计算机系统上的Chart软件,软件最后对采集到的生物电信号进显示、保存、处理、将处理结果导入Excel表格、定制实验、数据回放、在线分析、采样过程控制及打印输出结果等多种操作。(1)硬件部分
4、硬件部分包括平板电极、呼吸带传感器、生物电信号放大器、数据采集系统。PowerLab主机有二通道，四通道、八通道、十六通道等几种型号,用户可根据自己的需要进行选择。PowerLab系统的每一个通道都有独立可调的抗干扰低通滤波器,且系统最高采样率可以达到400kHz的连续记录,16位分辨率；特别是对神经信号的采集提供了强有力的保证。硬件直接通过USB线与计算机连接,方便快捷,信号输入准确而稳定。MLAWBT9EEG平板电极：MLAWBT9EEG平板电极是一套五个纯锡制成的杯装圆板，贴在发音人身体上相应的部位，用以采集EEG,EM
5、G和ECG等生物电信号。g.tec生物信号放大器：g.tec生物信号放大器是一个基本的信号调节单元，放大并调节信号以供基于MATLAB或Simulink的生物信号数据采集和实时分析。具有以下特点：心电，脑电、肌电、眼电信号放大（EEG,EMG,EOG&ECG）；1-16路信号通道（单双电极），可级联扩展至32、48、64路；用户可自行设置滤波器参数和灵敏度；可以使用电池，携带方便，工作时长8－10小时，充分保证训练和田野调查的需要。（2）软件部分软件操作简便,Chart和Scope窗口操作简单,易于掌握。所有的软件设置和功能都
6、直观地通过计算机进行,设置记录的参数十分简单,而且一旦将这设置保存为“设置文件”,下一个实验所需要做的就是双击打开该文件并开始记录。同一软件具有多种功能,该软件具有多通道记录仪、XY绘图仪、多图绘图仪、数字电压表等多种功能。所有的参数设置只需直接从软件界面上调节,不必担心不精确的旋钮设置,一旦保存了数据文件这些设置也被自动保存。1）Chart专业软件适用于任何物种的研究，软件功能包括：连续记录和显示最高16通道的数据；多种显示的分析窗口和自动化的数据提取；进行实时和非实时的计算；强大的计算和分析功能，包括速率、微分、积分、平均
7、值、最大值、最小值和计数等多种统计分析；快速而简便的参数设置，所有记录参数都可通过Chart软件的相应对话框进行设置和保存，方便以后实验；Chart软件有很强的可扩展性。2）Scope软件是记录、显示和分析高频信号，如动作电位和诱发电位的理想工具，信号时间锁定于某个刺激信号，具有多种信号触发和刺激功能。它将采集的数据显示为二通道记忆示波器或者XY绘图仪的形式,用户可以使用Scope对一个或二个通道的数据进行单次、重复、多次、添加、平均等多种方式记录。每次扫描可以存储在不同的页面,为每个波形创建一个页面,并标上编号便于查找。对每
8、页都可以做注释,同时也提供记事本,可以用于添加对整个文件的叙述性文字。3肌电信号与语音研究肌电是在肌肉收缩时产生的。动作单元（MotorUnit）是肌肉最小的收缩单位。它是由一个α运动神经元、运动终板、轴突及神经未梢支配的肌肉纤维组成。肌细胞有四种肌电位，分别是静息电位、动作
