表面肌電信號是人體三大生理電信號（肌電、腦電、心電）之一,它來源于中樞神經(jīng)系統(tǒng)對外界刺激做出反映時的電位變化。在神經(jīng)的支配作用下,通過在細(xì)胞膜表面引發(fā)極化反應(yīng),導(dǎo)致膜電位發(fā)生變化,進(jìn)而在肌肉纖維上進(jìn)行電位的疊加和傳播,從而在皮膚表面產(chǎn)生可檢測的生理電信號。其作為人體肌肉細(xì)胞電位活動的外在綜合表征,可以反映出當(dāng)前人體的生理狀態(tài)和意識狀態(tài)特征,如肌纖維力量、肌肉狀態(tài)、人體心理活動、大腦運(yùn)動意圖等。此外,表面肌電信號物理特性的變化還與骨骼肌在疲勞收縮過程中發(fā)生的生化和生理變化密切相關(guān)。肌肉疲勞最直觀的感受是肌力減弱,是一種產(chǎn)生于長時間發(fā)力或運(yùn)動狀態(tài)下乏力或酸疼的感覺;從生理學(xué)上說,肌肉疲勞是肌肉運(yùn)動系統(tǒng)的做功能力或收縮能力的暫時下降導(dǎo)致機(jī)體不能維持預(yù)期強(qiáng)度動作的內(nèi)在原因。肌肉疲勞的產(chǎn)生機(jī)理,目前存在有中樞原因和外周原因兩種主流說法。中樞原因認(rèn)為疲勞是大腦皮層的保護(hù)性抑制的結(jié)果,為了避免機(jī)體損傷,采取的主動性保護(hù);外周原因從生化方面分析,認(rèn)為發(fā)力中出現(xiàn)的鈣離子運(yùn)動擾動,磷酸鹽等代謝產(chǎn)物的積累,ATP減少等因素是導(dǎo)致動作傳導(dǎo)電位變化和肌肉纖維收縮力量下降的主要原因。基于表面肌電信號和肌肉疲勞之間... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院)廣東省

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

肌肉的疲勞檢測研究應(yīng)用領(lǐng)域

中國科學(xué)院大學(xué)碩士學(xué)位論文——基于表面肌電信號的實時在線肌肉疲勞估計方法研究8主判斷受試者的當(dāng)前肌肉所處的狀態(tài)，從而得出疲勞程度。但是，目前對于肌肉疲勞程度的學(xué)術(shù)劃分，并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在相關(guān)論文中，并沒有依據(jù)EMG的信號特性，給予客觀的等級劃分，僅有英國埃塞克斯大學(xué)Al-Mulla,MohamedR.教授團(tuán)隊給予的非疲勞態(tài)、疲勞過渡態(tài)、疲勞態(tài)三個狀態(tài)的大概分類[40]。研究中，對于肌肉的收縮形式，有等張收縮和等長收縮兩種方式，見圖2.1。等長收縮為保持肌肉長度，不進(jìn)行任何運(yùn)動，而等張收縮為肌肉進(jìn)行向心收縮和離心收縮（肌腹的中心位置）運(yùn)動。通常，靜態(tài)收縮通常為等長收縮，而動態(tài)收縮為等張收縮。本文中所提到的一種基于表面肌電信號的實時在線肌肉疲勞估計方法研究，主要指在靜態(tài)（等長）收縮下的局部肌肉疲勞狀態(tài)檢測。圖2.1肌肉的收縮形式由于表面肌電信號的特性與骨骼肌在疲勞收縮過程中發(fā)生的生化和生理變化有關(guān)。在局部肌肉疲勞的研究領(lǐng)域中，一項廣泛的研究共識就是，在肌肉疲勞的過程中，肌電信號在時、頻域會有明顯的變化趨勢，具體為：肌電信號的時域幅值會增加，其頻域頻譜會發(fā)生左移現(xiàn)象。一段典型的靜態(tài)疲勞進(jìn)程中的表面肌電信號如下圖2.2所示�？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著時間的增加，在肌電信號的幅值上出現(xiàn)了明顯的信號幅值變大現(xiàn)象。

第2章局部肌肉疲勞與表面肌電信號分析方法9圖2.2疲勞進(jìn)程中的表面肌電信號此外，有研究學(xué)者根據(jù)肌肉不同疲勞程度下血液乳酸含量和表面肌電信號的變化，來找出三者之間的對應(yīng)關(guān)系，從而依據(jù)乳酸含量所對應(yīng)的肌電信號的量比，來實現(xiàn)對肌肉狀態(tài)的檢測和疲勞預(yù)防。與此同時，有觀點認(rèn)為，運(yùn)動中產(chǎn)生的乳酸被認(rèn)為是有害的代謝產(chǎn)物，是導(dǎo)致運(yùn)動能力下降和運(yùn)動疲勞以及代謝性酸中毒的原因之一。隨著研究的深入，這一觀點受到了很多質(zhì)疑。在正常的pH下，人體內(nèi)99%以上的乳酸水解成乳酸根離子和氫離子，因此產(chǎn)生了乳酸水解產(chǎn)生的氫離子是致使細(xì)胞內(nèi)酸化的原因的錯誤觀點。就疲勞的單獨(dú)肌肉模型而言，肌肉組織pH下降確實會影響運(yùn)動表現(xiàn)，這一結(jié)論得到Debold等人最近的一項綜述支持。但RobertA.Robergs等人的研究指出，在劇烈運(yùn)動過程中，乳酸的產(chǎn)生延緩了丙酮酸的過多積累，并且在丙酮酸還原成乳酸時需要額外消耗一個氫離子，所以認(rèn)為乳酸的形成不是引起細(xì)胞內(nèi)pH下降的主要原因。目前看來，有關(guān)人體運(yùn)動過程中是否產(chǎn)生乳酸以及乳酸對人體pH和疲勞的影響仍然存在一些爭議[41]。研究表明，乳酸的變化的確可以反映出肌肉的疲勞狀態(tài)，但是，由于細(xì)胞內(nèi)乳酸的含量是一個動態(tài)的變化過程，其產(chǎn)生和消失無法進(jìn)行連續(xù)的檢測，使用乳酸進(jìn)行肌肉疲勞的實時在線分析面臨著局限性。肌肉疲勞的產(chǎn)生會伴隨著人體諸多的物理、生理、化學(xué)信號的改變，根據(jù)這些信號特征，可以反映出當(dāng)前的肌肉疲勞狀態(tài)。與其他測量方式相比，表面肌電信號在非侵入式，便利性、魯棒性、可重

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]手持式微型多生理參數(shù)監(jiān)測設(shè)備的研制[J]. 賀玉珍,湯敏芳,何征嶺,趙榮建,陳賢祥,趙湛,方震.  中國醫(yī)療設(shè)備. 2019(10)
[2]運(yùn)動科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點與進(jìn)展——第66屆美國運(yùn)動醫(yī)學(xué)年會綜述[J]. 邱俊強(qiáng),陳演,車開萱,路明月,程燕,繆蕊,孟錕.  體育學(xué)研究. 2019(04)
[3]基于運(yùn)動學(xué)和肌電特征的腦癱爬行運(yùn)動功能異常分析與評估[J]. 李亮亮,陳香.  北京生物醫(yī)學(xué)工程. 2018(06)
[4]運(yùn)動性中樞疲勞的影響因素及其機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 張?zhí)N琨.  體育科研. 2013(03)
[5]運(yùn)動性肌肉疲勞的表面肌電非線性信號特征[J]. 王健,方紅光,楊紅春.  體育科學(xué). 2005(05)

博士論文
[1]體表肌電信號中疲勞信息提取方法的研究[D]. 楊志家.浙江大學(xué) 1999

碩士論文
[1]基于表面肌電的肌疲勞分析與肌力預(yù)測研究及實現(xiàn)[D]. 黃耐寒.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2014
[2]局部肌肉疲勞的肌電和腦電反應(yīng)模式[D]. 盧寧艷.浙江大學(xué) 2005
[3]靜態(tài)運(yùn)動負(fù)荷誘發(fā)肌肉疲勞過程中SEMG信號變化的生理機(jī)制[D]. 葉偉.浙江大學(xué) 2002



本文編號：3356214