疲劳相关表面肌电信号特征的非疲劳特异性研究

目的探讨静态运动负荷诱发肌肉疲劳过程中表面肌电信号 (sEMG)疲劳相关特征变化的非疲劳特异性。方法记录 1 0名被试者等长屈肘收缩 1min肱二头肌和肱三头肌sEMG的信号 ,分析MPF、MF、ZCR、AEMG和Lempel ziv复杂度各项疲劳相关性指标的变化 ,并测量肱三头肌在疲劳运动负荷试验前、后的MVC值。结果肱二头肌在持重负荷过程中MPF、MF、ZCR和Lempel ziv复杂度均随着负荷持续时间呈线性规律递减 ,AEMG呈线性规律递增 ;肱三头肌的MVC在疲劳运动负荷前后无明显变化 ,分别为( 1 4 .0± 3.2 )kg和 ( 1 4 .6± 2 .6)kg。但MPF、MF、ZCR和Lempel ziv复杂度也呈线性递减变化且变化率明显大于肱二头肌 ,而AEMG无明显变化。结论sEMG信号线性时、频和非线性复杂度的变化不具有肌肉疲劳特异性 ,疲劳可能不是造成上述指标变化的唯一因素。

基于子带频谱墒算法检测表面肌电信号肌肉疲劳性

目的:针对传统检测肌肉疲劳方法灵敏度较差问题,提出按肌肉收缩区分割表面肌电信号。该方法考虑到肌肉动态收缩时肌肉发力、形状等因素影响特征参数平均功率频率的表征效果,因此,在分割表面肌电信号上以肌肉收缩区的个数作为单位,摒弃以时间作为单位的传统分割。方法:采用单参数结合双阈值的方法判断肌肉收缩区起、止点。利用肌肉动态收缩区特征参数平均功率频率的灵敏度波动比表征肌肉疲劳的灵敏度。表面肌电信号采集设备品牌为NORAXON、型号为MR3.6版本,程序设计采用MATLAB编程。结果与结论:仿真结果证明与传统定长分割方法相比,该方法检测肌肉疲劳具有较高的灵敏度和较好的表征性。

等速运动中肌氧含量及其表面肌电图中位频率的变化特点

利用表面肌电图和近红外线光谱测定技术 (NIRS) ,在 3 0 %和 5 0 %MVC两种负荷条件下 ,对肘关节等速运动状态下的肱二头肌和肱三头肌表面肌电图的MF及其肌肉组织内部oxy -Hb·Mb的变化进行了观察分析。结果表明 :( 1)肘关节屈伸运动时 ,离心性运动的力矩峰值下降幅度大于向心性运动。 ( 2 )在运动过程中MF和oxy -Hb·Mb均有明显的逐步下降现象 ,而且 5 0 %MVC组下降幅度大于 3 0 %MVC组。 ( 3 )工作肌的HF和oxy -Hb·Mb下降幅度 ,均为肱三头肌 >肱二头肌。( 4 )NF和oxy_Hb·Mb的变化具有明显的相关性。因此可以认为 ,NIRS和表面肌电图作为特异性良好的非损伤性检测手段 ,能够直观的反映运动中肌肉内氧的代谢与收缩收缩活动。

驾驶振动所致局部肌肉疲劳的肌电信号分析

为研究动态驾驶环境对人体局部肌肉疲劳的影响,探讨了动态驾驶环境下人体肌肉肌电信号的变化特点,通过模拟动态驾驶环境实验,运用sEMG的时域与频域分析评估了在模拟动态驾驶环境下的驾驶员局部肌肉疲劳。结果表明:动态振动环境直接影响人体肌肉疲劳过程,不同的动态振动环境会对人体肌肉疲劳及舒适性产生不同的影响,运用sEMG信号的时频分析来评估动态振动环境驾驶员的肌肉疲劳状态可行。研究结果可为动态环境的人-车界面设计的舒适度评价提供重要技术参考。

应用表面肌电信号对局部肌疲劳监测的研究

为从表面肌电信号频谱中获取其中值频率,笔者设计了一个实时显示中值频率对收缩时间变化曲线的系统,采用经典快速傅里叶交换(FFT)算法来完成中值频率的估计,以监测局部肌疲劳.结果表明,对所有受试者随着肌肉持续收缩时间的延长,中值频率不断下降.

不同温度对表层骨骼肌收缩时表面肌电信号影响的研究

目的:观察骨骼肌不同表层温度对其表面肌电信号的影响,对深入了解人体运动时,尤其运动疲劳时表面肌电信号的变化机制具有重要意义。方法:以11名男性大学生为研究对象,使用热理疗仪加热、冰敷、室温三种不同方法使其左侧肱二头肌表层肌肉在不同温度下进行等长收缩,运用ME6000表面肌电仪采集左臂肱二头肌的表面肌电信号,对时域指标、积分肌电、均方根振幅、频域指标平均功率频率和中位频率进行分析。结果:在时域指标RMS、IEMG在表层平均温度16℃时幅值要比平均35℃、42℃显著升高(P<0.01),而频域指标MF、MPF幅值在16℃时比35℃、42℃显著降低(P<0.01)。结论:随着皮肤表层温度的降低,时域指标IEMG和RMS呈显著上升趋势,而频域指标MPF和MF呈显著下降趋势,可见,骨骼肌温度对肌电的时域和频域指标有影响,这可能会影响到肌肉疲劳对表面肌电信号影响的判断。

表面肌电小波变换分析技术监测重复性手工提放重物作业中机体肌肉疲劳的研究

目的:验证表面肌电信号(sMES)小波变换分析技术监测重复性手工提放重物作业中肌肉疲劳变化特征的准确性与合理性;方法:BTE primusRS与肌电仪同步,40名男大学生进行两次重复性提放重物能力测试,频率12次/min,木箱(35cm×25cm×25cm)重13kg,蹲举与半蹲举交替,间歇30min;记录sMES与结束即刻问卷评分;测试前、后进行3次持续6s间歇15s的最大腰拉力测试。结果:半蹲举疲劳集中在少数几个部位,尤其是下背部且更明显;BTE primusRS输出参数蹲举高于半蹲举;蹲举时,右T10竖脊肌,左、右L3竖脊肌,股直肌,股外侧肌瞬时中位频率(IMDF)显著下降(P<0.01);半蹲举时,右斜方肌IMDF显著下降(P<0.05),左、右L3竖脊肌,腓肠肌内侧头IMDF显著下降(P<0.01)。结论:表面肌电小波变换分析技术能准确合理地监测重复性手工提放重物作业中肌肉疲劳的变化特征。

不同穴位与肌肉运动点针刺在脑卒中患者腕手功能重建中的对比研究

目的在客观准确评价脑卒中患者上肢运动功能的基础上,观察不同穴位与肌肉运动点针刺对脑卒中患者腕手功能重建的影响。方法选择符合纳入标准的脑卒中患者40例,随机分为四组,分别给予伸肌运动点针刺(运动点1组),伸-屈肌交替运动点针刺(运动点2组),针刺肩髃、臂臑、手三里、外关(穴位1组),针刺肩髃、臂臑、手三里、外关、尺泽、内关(穴位2组)。以上肢表面肌电信号(sEMG)特征值、Fugl-Meyer功能评定表及Barthel ADL指数评价表评价各组治疗前后的患侧上肢运动功能。结果采用伸-屈肌交替运动点针刺可以使上肢sEMG的峰值(MAX)、积分肌电值(IEMG)、Fugl-Meyer运动功能分值、Bar the l ADL提高较明显。结论不同针刺部位治疗脑卒中后腕手运动功能疗效的影响不同。伸-屈肌交替运动点针刺在临床治疗中具有明确疗效。

基于表面肌电技术对人体上肢肌肉疲劳过程中中枢共驱动的研究

目的:使用表面肌电技术观察人体上肢近端肌肉运动疲劳过程中的中枢共驱动现象。方法:以16名非体育专业的男性大学生为研究对象,以受试者左臂为观察臂,右臂为负荷臂。负荷臂分别处于自然下垂无负荷的放松状态和连续完成负重5 kg哑铃的肘关节屈伸运动诱发疲劳状态;而观察臂手持4kg哑铃,肘关节始终保持屈曲90°,进行等长收缩直至力竭。同时使用ME6000表面肌电仪分别采集两种状态下观察臂肱二头肌和肱三头肌表面肌电信号,对时域指标积分肌电(IEMG)、均方根振幅(RMS),以及频域指标平均功率频率(MPF)、中位频率(MF)进行分析。结果:无论负荷臂处于自然放松状态还是动力性运动诱发疲劳状态,随着运动的进行,对侧观察臂肱二头肌、肱三头肌时域指标IEMG和RMS都逐渐升高(P<0.05),但是在负荷臂疲劳状态时对侧观察臂肌肉的表面肌电时域指标IEMG和RMS增加幅度更加明显(P<0.01),同时拮抗肌肱三头肌时域指标受到更强抑制;负荷臂疲劳状态下对侧观察臂肱二头肌肌电频域指标MPF和MF的变化比负荷臂自然放松状态下变化更大(P<0.01),而拮抗肌肱三头肌的变化不大。结论:一侧肢体运动诱发肱二头肌肌肉疲劳能够使对侧肢体相关肌肉表面肌电的时域指标和频域指标产生伴随性的变化,说明人体上肢近端肌肉表面肌电信号的变化具有中枢共驱动的效应。

中年出租车司机颈部肌肉表面的肌电测试

背景:研究表明,高原汽车驾驶员长时间驾驶时,由于长时间疲劳积累可致使腰背肌功能紊乱。目的:分析长时间工作的中年出租车司机部分人群颈部肌肉神经放电特点,探索这类人群颈部肌肉功能状态的最佳评价指标,为职业性颈部肌肉功能紊乱的诊断提供一定的参考依据。方法:以35名中年出租车司机作为实验组受试对象,对照组15名为性别、年龄与实验组相匹配的无颈椎部痛病史的健康志愿者,使用ME6000表面肌电仪记录受试者在坐位姿势下颈部C3、C7两侧肌肉共4块肌肉的放电情况,观察均方根振幅(RMS)和中位频率(MF)的变化。结果与结论:120min的坐位模拟驾驶动作能够诱发实验组和对照组颈部肌肉疲劳现象产生,但是实验组C3、C7两侧肌肉均方根振的斜率要显著高于对照组(P<0.05),C3、C7两侧肌肉均方根振幅拟合曲线的截距要显著高于对照组,而中位频率的斜率要显著高于对照组(P<0.05),C3、C7两侧肌肉中位频率拟合曲线的截距要显著低于对照组(P<0.05)。结果提示,中年出租车司机长时间坐位工作会诱发颈部肌肉疲劳,并且会使颈部肌肉产生疲劳积累以及两侧肌肉放电不对称现象,在判断中年出租车司机长时间工作时肌肉疲劳指标中,可以使用中位频率和均方根振指标进行评价。

表面肌电在腰椎间盘突出症患者功能评定中的应用

目的探讨表面肌电检测技术在腰椎间盘突出症中的临床应用。方法腰椎间盘突出症患者44例,按照腰痛视觉模拟评分(VAS)分为轻度疼痛组(A组)和中重度疼痛组(B组),分别采集两组患者在完成自身重量的腰部竖脊肌等长负荷测试和踝跖屈最大角度自身重量的腓肠肌等长负荷测试时健、患侧L5～S1水平竖脊肌和腓肠肌内侧头的表面肌电信号,分析平均肌电值(AEMG)和中位频率的斜率(MFs)。结果两组患者患侧腰部竖脊肌和腓肠肌内侧头AEMG较健侧均有降低(P<0.05),患侧MFs绝对值较健侧升高(P<0.05);组间比较,B组患侧两组肌肉MFs绝对值均较A组增大(P<0.05);B组健/患侧肌肉AEMG比均大于A组(P<0.05),但MFs比均未见显著性差异(P>0.05)。结论表面肌电图可以作为一种无创检测腰椎间盘突出症腰部和下肢神经肌肉功能状态的工具;踝跖屈最大角度自身重量的腓肠肌等长负荷测试可以作为评价腰椎间盘突出症患者下肢神经肌肉功能状态的方法之一;腰椎间盘突出症患者腰部主观疼痛感程度不同时,双侧腰部竖脊肌和腓肠肌表面肌电信号的失衡程度也不同。

长时间睡眠状态下的肌肉疲劳变化

目的针对长时间睡眠状态,研究人们全身肌肉疲劳变化程度,以肌肉疲劳变化对睡眠舒适性或恢复情况进行量化评价。方法利用肌电采集设备实时采集睡眠2、3、8 h左右三角肌、左右斜方肌、左右竖脊肌、左右臀中肌、左右阔筋膜张肌、左右股二头肌的表面肌电信号,将全程时间按5 min分段,选择其时域特征指标积分肌电值(i EMG)和均方根值(RMS)进行结果分析。通过滤波等预处理,选取每5 min的前10 s来计算i EMG和RMS,按全程睡眠时间长度分别分析全程各块肌肉的疲劳变化情况,按睡眠姿势分析各姿势下各块肌肉的疲劳变化,按睡眠时身体与床面贴合程度分析各块肌肉疲劳变化。结果(1)睡眠全程各块肌肉的i EMG和RMS不断波动,整体呈现下降趋势;(2)全程保持同一姿势,肌肉刚开始i EMG和RMS下降,之后不断上升;(3)不同姿势,各块肌肉受力不同,在适度时间范围内,i EMG和RMS波动,前后变化不明显;(4)睡眠时,身体与床面越贴合,肌肉i EMG和RMS下降越明显。结论与文献通过脑电、主观问卷等评估睡眠认知和感知恢复程度相比,从身体的局部变化客观研究了睡眠的舒适性,使身体的恢复客观可见,为以后睡眠恢复研究提供了新的研究思路,同时也为床垫等寝具的优化提供了新方案。

空气呼吸器对志愿消防员肌肉疲劳的影响研究

为了解背负空气呼吸器对志愿消防员肌肉疲劳的影响,对志愿消防员进行徒手及背负空气呼吸器的奔跑试验,累计测量60人次被试人员的表面肌电信号(sEMG)与压强数据,结合被试主观疲劳感受进行分析。结果表明:被试者左右股二头肌、左右腓肠肌与左右胫骨前肌的疲劳情况受空气呼吸器影响最大;空气呼吸器的背负会使肩、腰部出现疼痛感,需要更长时间恢复;左竖脊肌、左右腓肠肌与右胫骨前肌的疲劳与志愿消防员主观疲劳感受相关性最强。

基于sEMG时频分析的递增负荷诱导肌肉周期动态疲劳估计

利用信号的时频分析技术,对递增负荷下肌肉周期性动态收缩疲劳程度进行估计。10名男性大学生完成从50-200w＋的1-5级功率自行车递增负荷蹬车实验,每级负荷采集最后5s的股直肌、股内侧肌和股外侧肌表面肌电信号,将每次向心收缩期的信号截取出来,通过乔伊-威廉姆斯分布的时频分析估计出肌电信号的瞬时功率谱,进而计算出信号的瞬时平均频率和瞬时中值频率。结果表明,瞬时平均频率和瞬时中值频率在3级负荷之后随负荷递增而近似线性递减,结合积分肌电同时随负荷递增而近似线性递增的特征,可反映递增负荷下肌肉动态收缩疲劳的发生、发展过程;由于瞬时平均频率的计算量小于瞬时中值频率,建议将积分肌电和瞬时平均频率相结合作为评估肌肉周期性动态疲劳的联合参数。

针刺手法对健康志愿者穴区表面肌电图的影响

目的:观察4种不同针刺手法(提插法、捻转法、烧山火、透天凉)对穴位附近区域表面肌电信号的影响。方法:招募符合纳入标准的60名志愿者,根据随机数表随机分为两组。单式手法组志愿者的左上肢采用提插法针刺,右上肢采用捻转法针刺,均平补平泻;复式手法组志愿者的左上肢采用烧山火手法,右上肢采用透天凉手法。4种针刺手法均在侠白穴施针,使用Actiwave肌电图仪采集实验过程中受试者表面肌电信号,并对针刺前2 min、行针2 min、留针2 min和出针2 min这4个时间段的表面肌电图积分肌电值信号(IEMG)和中位频率(MF)变化进行统计分析。结果:4种针刺手法组在行针2 min内的IEMG值与作为对照的针刺前2 min比较,结果有统计学意义,且在行针2 min内的IEMG显著高于其他时间段。烧山火组行针2 min时的IEMG值与提插组比较有统计学意义。4种针刺手法各针刺组之间及各时间段之间的MF值比较均没有统计学意义。结论:不同的针刺手法对健康志愿者表面肌电图积分肌电值存在不同的影响,且行针刺激均能有效提高IEMG值,但没有持续增加静止肌张力的后效应;较之于单纯提插法及轻插重提法,重插轻提的行针手法更能有效地提高静止肌张力。4种针刺方法对肌肉基本不产生肌肉疲劳效应。

伸-屈肌交替低频电刺激在脑卒中早期患者上肢功能重建中的临床观察

目的:观察伸-屈肌运动点交替低频电刺激对脑卒中后早期偏瘫患者上肢功能康复的影响。方法:选择符合纳入标准的脑卒中患者40例,随机分为2组,分别给予伸肌运动点刺激(对照组)、伸-屈肌运动点交替刺激(治疗组)。以上肢表面肌电信号(sEMG)特征值、Fugl-Meyer功能评定表(上肢部分)及BarthelADL指数评价表评价各组治疗前后的患侧上肢运动功能。结果:采用伸-屈肌运动点交替刺激可以使上肢sEMG的峰值(MAX)、积分肌电值(IEMG)、BarthelADL分值、Fugl-Meyer运动功能分值(上肢部分)提高,较对照组明显。结论:不同刺激方式对治疗脑卒中早期患者上肢运动功能疗效的影响不同。伸-屈肌运动点交替刺激的临床疗效优于单纯伸肌运动点刺激。

基于肌肉协同的临床步态功能定量评定方法

步态功能评估是脑卒中运动功能评估中的重要组成部分。为解决临床步态功能评估主观性大,主要依据运动学结果而非神经肌肉变化进行评估的问题,本文提出基于表面肌电(surface electromyography,sEMG)信号的肌肉协同(muscle synergy)分析方法对步态功能进行定量评定。使用非负矩阵分解(non-negative matrix factorization,NMF)算法对预处理后的多通道sEMG信号进行分解,计算不同组别不同任务下的协同结构向量相似性,得到协同稳定指数(synergy stability index,SSI)对患者步态功能进行评估。组间比较结果表明,测试腿在内侧转弯时,健康对照与患者健侧腿之间的SSI差异显著(p=0.010),与患者患侧腿之间的SSI也存在显著差异(p=0.007);测试腿在外侧转弯时,健康对照与患者患侧腿之间的SSI差异显著(p=0.036);任务间比较结果表明,患者健侧腿在外侧转弯时的SSI显著高于内侧转弯(p=0.017)。且外侧转弯时患者患侧腿的SSI与临床运动功能量表下肢部分FMA_LE显著相关(r=0.671,r^(2)=0.451,p=0.033)。由结果可知,转弯任务下的SSI可为临床步态功能的评估提供一种客观的分析手段,从神经肌肉角度为定量评估提供一种新的思路。

瑞士球训练治疗下背痛患者后表面肌电信号变化

目的:研究下背痛患者经过瑞士球训练治疗前后腰部竖脊肌、多裂肌的表面肌电信号变化。方法:选入25例下背痛患者,给予每周5次,持续3周的瑞士球训练,分别于治疗前、后采集患者腰部两侧竖脊肌与多裂肌的肌电信号,取时域指标:均方根值(RMS)和频域指标:中位频率(MF)。结果:治疗前腰部两侧竖脊肌、多裂肌RMS、MF差异均有统计学意义(P<0.05);治疗后竖脊肌、多裂肌痛侧RMS(分别为18.14±3.33、17.42±3.71)较治疗前增高,痛侧MF较治疗前下降(分别为91.59±11.36、95.38±15.71),差异均有统计学意义(P<0.05)。结论:瑞士球训练治疗后,下背痛患者痛侧竖脊肌、多裂肌收缩能力较前增强,疲劳度较前下降,核心肌群稳定性明显增加。

踝足矫形器对痉挛型脑瘫患儿胫前后肌群疲劳度影响研究

目的探讨踝足矫形器对痉挛型脑瘫患儿胫前后肌群疲劳度的影响。方法选取2016年11月至2017年5月在南京市儿童福利院与南京大学医学院附属鼓楼医院进行康复治疗的痉挛型脑瘫患儿10例,通过临床痉挛指数将所有患儿分为轻度、中度与重度痉挛。记录并比较患儿佩戴踝足矫形器前后10 m自由步行时双侧胫前后肌群的肌电参数(中位频率与平均肌电值)。结果 6例轻中度痉挛患儿(临床痉挛指数≤12分)佩戴踝足矫形器后,肌电参数表现为中位频率降低、平均肌电值升高;而4例重度痉挛患儿(临床痉挛指数≥13分)则相反,肌电参数表现为中位频率升高、平均肌电值降低。佩戴踝足矫形器前后比较,差异均有统计学意义(P<0.05)。结论踝足矫形器可减轻轻中度痉挛型脑瘫患儿的胫前后肌群疲劳度,但对于重度痉挛患儿的效用相反。

胸椎过度后凸老年女性患者竖脊肌及相关躯体功能特征研究

目的探讨胸椎过度后凸老年女性患者竖脊肌抗疲劳能力,以及肺功能、日常生活活动能力的特征。方法选取112例老年女性,其中胸椎过度后凸者56例为观察组,不伴胸椎过度后凸者56例为对照组。采集两组患者竖脊肌表面肌电信号,采用频域指标中位频率的斜率(MFs)评估竖脊肌抗疲劳能力,同时测量并比较两组患者胸椎后凸Cobb角、肺活量,并进行6min步行试验比较6min步行距离(6MWT)。结果观察组患者胸椎后凸Cobb角大于对照组(P<0.05),肺活量、6MWT均小于对照组(均P<0.05),竖脊肌|MFs|大于对照组(P<0.05)。观察组患者竖脊肌|MFs|与胸椎后凸Cobb角呈正相关(r=0.879,P<0.05),即观察组患者竖脊肌抗疲劳能力与胸椎后凸Cobb角成负相关。结论胸椎过度后凸老年女性患者竖脊肌抗疲劳能力明显下降,肺活量、日常生活活动能力亦明显下降。