【摘要】：肌肉疲勞是由運(yùn)動引起的肌肉最大隨意收縮力減小的現(xiàn)象,其研究可應(yīng)用于生理醫(yī)學(xué)的職業(yè)病預(yù)防或體育工程的運(yùn)動員訓(xùn)練等方面。本文采用短時傅里葉變換對肌音信號進(jìn)行處理,提取頻域特征平均功率頻率(Mean Power Frequency,MPF)和中值頻率(Median Frequency,MDF),研究其與肌肉疲勞程度之間的關(guān)系。9名健康的男性志愿者參與了本次試驗,采用等值于60%最大隨意收縮力(MVC)的力產(chǎn)生恒力肌肉疲勞,同步記錄每一位受試者橈側(cè)腕屈肌的肌音信號,對提取的頻域參數(shù)進(jìn)行分析。將持續(xù)30s的肌肉疲勞過程分為6個時間階段(每個階段為5s),并對每個時間階段內(nèi)的MPF和MDF計算均值。結(jié)果表明,隨著肌肉疲勞程度加深,肌音信號的MPF和MDF在每個時間階段內(nèi)的均值均呈現(xiàn)近似線性下降的趨勢。在30s肌肉疲勞過程中,從第1階段(1~5s)到第6階段(26~30s),MPF均值下降了15.8%,MDF均值下降了26.1%。基于短時傅里葉變換提取的MPF和MDF指標(biāo)能良好地反映疲勞敏感性和穩(wěn)定性,在評定肌肉靜態(tài)疲勞方面是較好的參考指標(biāo)。本文采用的方法和得到的結(jié)果為后期更深入地使用肌音信號對肌肉疲勞程度進(jìn)行量化研究提供了依據(jù)。
【圖文】：

華東理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）第４３卷通濾波器保留有效頻段的肌音信號。對肌音信號選取不同的小波母函數(shù)進(jìn)行小波閾值去噪實驗后，根據(jù)信噪比（ＳＮＲ）和均方誤差（ＭＳＥ）兩個指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮［１５－１６］，根據(jù)Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓ９（ｄｂ９）小波和Ｒｉｇｒｓｕｒｅ閾值選取方法，以及第１層的系數(shù)進(jìn)行噪聲層的估計來調(diào)整閾值以獲得較好的去噪效果。應(yīng)用上述方法對采集到的各個受試者的肌音信號進(jìn)行預(yù)處理，獲得的肌音信號如圖２所示。圖１受試者進(jìn)行橈側(cè)腕屈肌疲勞試驗Ｆｉｇ．１Ｓｕｂｊｅｃｔｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｆｌｅｘｏｒｃａｒｐｉｒａｄｉａｌｉｓｆａｔｉｇｕｅ圖２持續(xù)恒定握力過程中橈側(cè)腕屈肌的肌音信號Ｆｉｇ．２ＭＭＧｉｎｔｈｅｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｆｌｅｘｏｒｃａｒｐｉｒａｄｉａｌｉｓｉｎｃｏｎｓｔａｎｔｆｏｒｃｅ２橈側(cè)腕屈肌疲勞的肌音信號短時傅里葉變換與特征提取在信號處理過程中利用傅里葉變換進(jìn)行分析，能量頻譜將表明信號的某些特征，，例如頻率的峰值，但無從了解時間。因此，最簡單也是最直接的處理方法是對信號采用分段處理，利用分段信號的傅里葉變換，實現(xiàn)對信號的時頻局域性分析。時頻分析法既能保持傅里葉變換的優(yōu)點，又能彌補(bǔ)其不足。時頻分析方法有線性時頻表示和雙線性時頻表示兩種，短時傅里葉變換就是一種常見的線性時頻表示。其本質(zhì)是加窗的傅里葉變換，隨著時間窗的移動而形成信號的一種時頻表示。對于某一信號ｓ（ｔ），給定一個時間寬度很短的窗函數(shù)，讓窗滑動，則信號的短時傅里葉變換為ＳＴＦＴ（ｔ，ｆ）＝∫∞－∞ｓ（τ）ｈ＊（τ－ｔ）ｅ－ｊ２π

華東理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）第４３卷通濾波器保留有效頻段的肌音信號。對肌音信號選取不同的小波母函數(shù)進(jìn)行小波閾值去噪實驗后，根據(jù)信噪比（ＳＮＲ）和均方誤差（ＭＳＥ）兩個指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮［１５－１６］，根據(jù)Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓ９（ｄｂ９）小波和Ｒｉｇｒｓｕｒｅ閾值選取方法，以及第１層的系數(shù)進(jìn)行噪聲層的估計來調(diào)整閾值以獲得較好的去噪效果。應(yīng)用上述方法對采集到的各個受試者的肌音信號進(jìn)行預(yù)處理，獲得的肌音信號如圖２所示。圖１受試者進(jìn)行橈側(cè)腕屈肌疲勞試驗Ｆｉｇ．１Ｓｕｂｊｅｃｔｉｎｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｆｌｅｘｏｒｃａｒｐｉｒａｄｉａｌｉｓｆａｔｉｇｕｅ圖２持續(xù)恒定握力過程中橈側(cè)腕屈肌的肌音信號Ｆｉｇ．２ＭＭＧｉｎｔｈｅｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｆｌｅｘｏｒｃａｒｐｉｒａｄｉａｌｉｓｉｎｃｏｎｓｔａｎｔｆｏｒｃｅ２橈側(cè)腕屈肌疲勞的肌音信號短時傅里葉變換與特征提取在信號處理過程中利用傅里葉變換進(jìn)行分析，能量頻譜將表明信號的某些特征，例如頻率的峰值，但無從了解時間。因此，最簡單也是最直接的處理方法是對信號采用分段處理，利用分段信號的傅里葉變換，實現(xiàn)對信號的時頻局域性分析。時頻分析法既能保持傅里葉變換的優(yōu)點，又能彌補(bǔ)其不足。時頻分析方法有線性時頻表示和雙線性時頻表示兩種，短時傅里葉變換就是一種常見的線性時頻表示。其本質(zhì)是加窗的傅里葉變換，隨著時間窗的移動而形成信號的一種時頻表示。對于某一信號ｓ（ｔ），給定一個時間寬度很短的窗函數(shù)，讓窗滑動，則信號的短時傅里葉變換為ＳＴＦＴ（ｔ，ｆ）＝∫∞－∞ｓ（τ）ｈ＊（τ－ｔ）ｅ－ｊ２π
【作者單位】： 華東理工大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院;
【分類號】：R318

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本文編號：2548060