坡面步行中青年女性下肢关节角及肌肉激活度

目的通过定量分析关节角及主要肌肉激活度的变化来说明步行速度和路面坡度对下肢运动的影响。方法首先按由慢到快选择了共5种步行速度,由低到高选择3种坡度,并利用运动捕捉系统对15各青年女性的步态进行测量,同时对影响下肢运动的8块主要肌肉的肌电信号进行了采集。然后通过计算分析获得她们在不同步行速度和路面坡度下髋、膝及踝关节矢状面的关节角度变化的均值,从测量数据中寻找出一个最接近这个均值曲线的研究对象。结果计算获得了该研究对象不同步行速度和路面坡度下踝关节、膝关节及髋关节在一个步态周期内的矢状面关节角的变化曲线以及主要肌肉的激活度变化曲线。结论每个步态周期内,关节角及肌肉激活度在5种不同速度下的变化很小;而在3种不同路面坡度下的变化仅趋势基本一致,峰值的差异却非常明显。

人体下肢鞭打动作技术原理的生物力学研究

下肢鞭打应属于打击性鞭打动作,选择踢球这一典型的下肢鞭打动作作为研究对象,利用三维录像拍摄与解析技术、逆向动力学计算方法和无线遥测肌电测试与分析技术对其进行了同步研究,以期能够从运动学、动力学、肌电学3个不同的层面来揭示下肢鞭打动作的特征与机制。研究表明:1)下肢鞭打动作角速度特征为后摆时表现为大腿逐渐减速,小腿加速→最大角速度→减速的特点;前摆时表现为大腿加速→最大角速度→减速,小腿持续加速的特点。2)髋关节的屈肌力矩、膝关节的伸肌力矩、踝关节的背屈力矩在下肢鞭打动作前摆阶段起主导作用;髋关节的内收/外展力矩起定向作用;髋关节旋内/旋外力矩、膝关节旋内/旋外力矩以及踝关节内翻力矩的主要作用是对脚的方位及倾斜程度进行调整。3)股直肌、股内肌、股外肌、胫骨前肌在下肢鞭打动作前摆阶段起主导作用。4)小腿加速前摆的初期伸膝肌群产生的伸膝力矩在起支配作用,后期是伸膝力矩与来自大腿角动量的传递共同在起作用。

基于表面肌电的下肢肌肉功能网络构建及其应用研究

在肌电控制下肢康复辅具研究中,合适的肌电采集位置是运动模式识别的前提与基础.针对目前肌电采集位置缺乏成熟理论依据和统一标准的问题,选取90个下肢肌电采集点作为节点,通过计算节点间的肌电相关性,构建下肢肌肉功能网络,证明其具有小世界特性.实验结果表明:不同运动模式的网络具有明显的拓扑结构差异,通过网络特性分析可以确定与模式关联度大的肌电采集位置,取得较好的运动模式识别结果.通过构建及分析下肢肌肉功能网络,深入了解下肢运动模式更替过程中的肌肉协同工作机制,为下肢康复辅具控制中肌电采集位置的确定提供了理论支持.

太极拳蹬腿动作的下肢肌电活动规律、关节运动类型和平衡控制特征

目的:检测太极拳蹬腿动作支撑腿和动作腿的协调活动,揭示中枢双重命令下的下肢运动控制的特征。方法:太极拳运动员和初学者各10人,分两组。记录太极蹬腿动作时下肢肌肌电图、双下肢关节的角运动、足底中心压力的移位。每次试验8s完成,重复5次。统计处理后,做肌电、运动和平衡分析。结果:两组间支撑腿的EMG、关节活动和COP位移出现了在形态上和幅度上的差别,但是在动作腿多表现在幅度上的差别。运动员支撑腿的平均EMG都高于初学者,只有股直肌有显著差异;运动员膝和髋关节的平均最大运动角度小于初学者,踝关节的平均最大运动角度稍稍比初学者大,只有髋关节的平均最大运动角度较为显著。运动员动作腿的平均EMG只有股直肌和胫骨前肌显著地高于初学者,而臀中肌显著地低于初学者;所有关节的平均最大运动角度都是运动员的显著大于初学者。平均足底中心压力的侧方和前后方位移都是运动员的显著大于初学者。运动员动作腿的起始运动约250～350ms,滞后于支撑腿起始运动的延迟时间。结论:运动员和初学者都可以用踝—髋策略来调节单腿直立的姿势平衡,但是运动员能够启动一个根据任务需要的前馈控制技术,通过下肢肌的积极活动,预先形成一个对抗蹬腿反作用力干扰的姿势稳定。因此,训练太极拳可以获得这个前馈控制技术。持续降低重心时,初学者的蹬腿和支撑两任务间出现了相互冲突。

韵律性身体活动改善幼儿侧滑步下肢积分肌电贡献率的研究

目的:从动作发展的视角出发,将幼儿阶段应掌握的基本动作技能设计到韵律性身体活动中,通过分析幼儿侧滑步下肢肌肉放电情况的变化,比较这种新幼儿韵律性身体活动与一般性幼儿韵律性活动效果差异。方法:将38名受试对象按照年龄随机分为实验组与对照组,实验组幼儿周一至周五每天进行动作发展视角下的韵律性身体活动,每天累计活动时间为20-30分钟,运动干预周期为一年。对照组则进行一般性的韵律性身体活动。运动干预前后,记录受试者侧滑步时下肢肌电活动,选取积分肌电值、下肢主要肌群积分肌电贡献率为指标评估幼儿下肢肌电活动的变化。结果:(1)运动干预后,实验组与对照组的积分肌电贡献率较运动干预前的整体变化为主动肌积分肌电贡献率的上升和拮抗肌积分肌电贡献率的下降。(2)运动干预后,侧滑步第一时相中,实验组3岁组幼儿腓肠肌(右)积分肌电贡献率显著高于对照组,股直肌(右)积分肌电贡献率显著低于对照组;5岁组幼儿腓肠肌(左)的积分肌电贡献率显著高于对照组,股二头肌(左)积分肌电贡献率显著低于对照组。结论:运动干预后,实验组幼儿的侧滑步动作发展水平都有了提高,在做侧滑步时对主动肌与拮抗肌的控制变得更加协调;动作发展视角下的韵律性身体活动在改善幼儿侧滑步动作下肢肌肉放电情况,促进幼儿侧滑步动作发展方面优于一般性的韵律性身体活动。

简约支持向量机分类算法在下肢动作识别中的应用研究

为提高多模式人体下肢动作识别的准确性,提出了一种基于简约支持向量机算法的下肢动作识别方法。通过动作分解将人体日常下肢动作行为分解为不同的动作片段以组成识别目标集;以下肢肌肉表面肌电信号为信息源,综合短时统计时域特征值和Mallat小波时频域特征值建立识别特征向量空间;采用核聚类简化的方法降低计算复杂度,提高算法的鲁棒性。起立、平地常速行走以及上下楼梯等四个日常下肢动作识别实验的结果证明了该方法的有效性。

慢跑的速度对青年女性下肢关节及肌肉的影响

目的探讨合理的慢跑速度对体形和步姿的影响,使人在慢跑健身的同时兼得柔美的体态。方法根据相关测量选择5种慢跑速度。利用运动捕捉系统采集研究对象(15位青年女性志愿者)在慢跑速度下的运动学数据,同时对下肢8块主要肌肉的肌电信号进行采集。计算获得在不同慢跑速度下髋、膝及踝关节矢状面的关节角度变化的均值。选择数据最接近均值的对象作为研究对象并进行运动学分析。结果计算获得了该研究对象在不同慢跑速度下髋、膝及踝关节矢状面的关节角度以及下肢8块主要肌肉的激活度曲线。运用打分的方法,本文给出了研究对象慢跑速度、慢跑阶段、肌肉激活度与关节角度之间的关系。结论各关节角的变化范围和各肌肉最大激活度并不随慢跑速度的变化而单调变化。本文为青年女性健身时选择适合自己的慢跑速度提供了参考。

下肢支撑外骨骼在模拟装配任务中的辅助效果评估

为了降低长时间从事站立、半蹲及重复性蹲起工作的工人患肌肉骨骼相关疾病的风险,提出了一种被动下肢支撑骨骼。文中主要评估该外骨骼被穿戴时的辅助效果和舒适性。10名男性参与3种模拟装配任务:分别以深蹲(膝关节弯曲60°)、半蹲(弯曲90°)、浅蹲(弯曲120°)装配螺钉,每种任务分别在穿戴外骨骼和不穿外骨骼时进行。测量大腿的股直肌、股二头肌、股外肌和股内肌的肌电信号,计算肌电信号的均方根(RMS)并将其标准化为肌肉最大收缩值(RVC)的百分比。试验结果显示穿戴外骨骼时,腿部肌肉的活动性降低了44.8%~71.5%。足底压力测量结果显示外骨骼承载了58.5%~64.2%的身体质量。70%受试者给外骨骼舒适性综合评分大于70分,表明该外骨骼的舒适性可被接受。因此该下肢支撑外骨骼可以承载人体部分质量,能有效减缓装配工人的腿部肌肉疲劳,增加持续工作时间耐力,提高工作效率。

跳深着地阶段下肢所测肌肉的表面肌电活动特征研究

采用ME6000T16和Kistler三维测力台对12名一级运动员和12名三级运动员在正常状态下和在相对疲劳状态下(完成较大负荷练习后)完成不同下落高度跳深的完整动作进行了同步测试。测试结果表明:正常状态完成不同下落高度跳深时,同一名运动员下肢所测肌肉所表现出的表面肌电活动变化趋势和肌肉的协调模式是一致的;不同运动员在同一下落高度跳深时,同名肌肉的表面肌电活动的强度和变化趋势存在差异,尽管这块肌肉在下肢肌肉活动时所起的作用相同。相对疲劳状态下(完成较大负荷练习后)跳深时,着地阶段运动员所测肌肉的表面肌电活动变化趋势和所测肌肉间的协同关系发生了较大改变等。

对负重半蹲快速起练习中下肢肌肉的表面肌电特点研究

采用文献资料、测量等方法对负重半蹲快速起练习进行表面肌电测量研究,研究结果表明负重半蹲快速起练习主要能够训练的肌肉为股四头肌、腓肠肌。教练员要根据需要选用不同的训练方法,才能使训练更具有针对性。

一种基于物联网技术的下肢运动实时监测系统设计与实现

文章设计了一种实时获得下肢运动期间表面肌电信号、姿态传感器信号和足底压力信号的实时监测系统.系统包括用于信号采集的硬件系统和对应的APP应用两部分.信号采集的硬件系统可以对行走、跑步、高抬腿、原地踏步、站立和坐立等下肢运动期间的肌电信号、姿态传感信号和足底压力信号进行实时采集,采集的数据通过蓝牙协议传输给移动终端,移动终端APP应用可以实时监测出其运动类别.测试结果表明:系统对下肢运动实时监测有较高的准确率.

肌电信号选择对下肢关节连续运动估计的影响

介绍了利用肌电信号实现人体运动识别的发展状况和相关方法。针对肌肉选择对下肢关节角度预测性能的影响这一问题,构建了肌电信号组合集,并建立了高阶多项式模型以及提出的改进模型实现对肌电信号子集到关节角度的映射。利用最小二乘法对模型参数进行了辨识,并对比验证了这两种模型的有效性,确认了最佳肌电信号组合与模型自由度。结果表明,提出的改进高阶多项式模型对不同肌电信号组合实现关节角度预测具有更稳健的效果,同时,下肢关节连续运动识别的最佳肌肉选择不一定与关节运动直接相关。

基于表面肌电信号的步态切换意图识别及控制研究

为了帮助老年人、残疾人及康复中后期的下肢功能损伤患者进行自我康复训练和日常活动,提出了基于表面肌电信号的关节角度预测方法和主动控制外骨骼触发步态切换策略。采用基于BP神经网络的控制器预测关节角度,采集腿部6块肌肉的表面肌电信号,利用均方根对其进行特征提取。然后将信号数字归一化后定向到BP神经网络模型作为输入,关节角度作为输出。根据输出角度识别人体步态切换意图并主动控制外骨骼触发相应的步态。受试者穿戴外骨骼进行在线实验。实验结果表明,所提方法具有较好的实时性和准确性,在自我康复训练和辅助行走等方面具有广阔的应用前景。

基于改进MPSO-SVM算法的下肢连续运动预测模型

针对当前下肢连续运动预测精度低的问题,提出一种基于改进的MPSO-SVM算法对下肢连续运动进行精确预测。首先采集人体正常行走时下肢的表面肌电信号、加速度和髋关节角度信息,对消噪后的肌电信号提取均方根值、积分肌电值和加速度的信号幅度域作为特征样本,利用主成分分析方法进行特征值融合,然后通过引入正弦函数和指数函数对自适应粒子群优化(MPSO)算法进行改进,利用改进的MPSO算法优化支持向量机(SVM)的惩罚参数和核函数参数,最后,利用行走时下肢的肌电信号和加速度信号特征样本数据对基于改进的MPSO-SVM算法构造的髋关节角度预测模型进行训练、测试。结果表明:基于改进的MPSO-SVM算法对髋关节的关节角度预测均方根误差为2.67°、平均误差为1.40°、最大绝对误差为7.72°,远远优于SVM算法预测的21.27°、8.02°、58.38°和BP神经网络预测结果的23.60°、13.59°、63.69°。

下肢截肢者行走意图识别方法研究进展

直立行走是人类独立生活和正常参与社会活动的基本功能之一.人因遭受工伤、交通事故、战争、自然灾害(地震等)、疾病(糖尿病、癌症等)、先天出生缺陷等意外和不幸造成下肢截肢,从而部分或全部丧失行走能力,严重影响正常生活和参与社会活动.下肢假肢是下肢截肢者恢复行走功能的唯一手段,其技术发展吸引了众多研究者的关注.为使下肢假肢使用者能像正常腿一样或接近的步态行走,关键是实现截肢者行走意图的自动精确识别.本文首先探索了行走意图识别的内涵;然后从信号源的角度分析了不同截肢者行走意图识别方法的特点,尤其是神经功能重建作为补充的肌电信号(Electromyography,EMG)源的方法,并简述其研究进展,提出了一种融合生物力学信号和生物电信号的截肢者行走意图识别方法;最后对下肢截肢者行走意图识别方法发展趋势进行了总结和展望.

电针治疗腰椎间盘突出症术后下肢麻木172例及肌电图变化

[目的]研究电针治疗腰椎间盘突出症术后下肢麻木的疗效。[方法]将172例腰椎间盘突出症术后出现下肢麻木的患者分为两组,治疗组采用电针治疗,每日1次,10次1疗程,治疗两疗程,对照组使用甲钴胺口服治疗,连续服用25天,进行疗效比较,同时对两组患者进行治疗前后肌电图F波传导速度和频率进行检查对比。[结果]电针组总有效率为87.21%,药物组总有效率为74.42%,治疗组疗效明显优于对照组(P<0.05)。两组治疗前后F波传导速度和发生频率均较治疗前有明显改善(P<0.001),电针组明显优于药物组((P<0.001))。[结论]电针治疗可有效治疗腰椎间盘突出症患者术后下肢麻木症状,改善F波传导速度和发生频率。

双下肢肌电图在糖尿病周围神经病变诊断中的应用分析

目的:探讨双下肢肌电图在糖尿病周围神经病变诊断中的应用。方法:回顾性分析148例2型糖尿病患者的双下肢肌电图数据,包括胫神经、腓总神经运动神经波幅及传导速度(MCV),腓浅神经感觉神经波幅及传导速度,胫神经F-波潜伏期,双足皮肤交感反应(SSR)波幅及潜伏期。结果:胫神经运动传导速度的异常率高于其波幅的异常率,皮肤交感反应波幅的异常率高于其潜伏期的异常率,差异有统计学意义(P<0.01);腓总神经、F-波、皮肤交感反应的异常率高于胫神经和腓浅神经的异常率,差异有统计学意义(P<0.01);临床诊断异常率与肌电图诊断异常率比较,差异有统计学意义(P=0.000)。结论:双下肢肌电图是糖尿病周围神经病变早期诊断的一种颇有价值的检查手段。

脑卒中患者下肢不同运动时大腿肌群表面肌电信号特征及其中枢机制探讨

目的:观察膝关节被动运动、主动-辅助和抗阻屈伸运动状态下正常受试者和脑卒中患者大腿肌群表面肌电(sEMG)信号特征,探讨其是否存在中枢作用机制。方法:24例脑卒中患者(实验组)和17例正常人(对照组)参加本实验研究,采用表面电极,引导和记录在被动运动、主动-辅助运动和抗阻运动等状态下,分别诱发的屈伸膝关节双侧股直肌、股外侧肌、股内侧肌、股二头肌的sEMG信号并进行线性时、频分析(平均肌电值AEMG,平均功率频率MPF,中位频率MF),对活动肢体、活动方式、患侧肢体和肌肉等进行多因素方差分析。结果:多因素方差分析主效应结果显示:活动肢体MF、MPF、活动方式,患侧肢体和肌肉的MF、MPF、AEMG均有非常显著性差异(P<0.001)。交互效应结果显示:对照组4组肌肉MF、MPF均表现为活动侧小于非活动侧;偏瘫组偏瘫侧活动时,双侧肢体4组肌肉的MF、MPF明显减小,健侧活动时健侧4组肌肉的MF、MPF明显增大(P<0.01)。结论:正常受试者的sEMG信号有很好的规律性,双侧MF、MPF变化具有同步随变性;偏瘫组患者健侧活动时可增加双侧肢体运动单位的募集,患侧活动时可减少双侧肢体运动单位的募集,表明sEMG信号能反映中枢作用机制。

基于优化模糊加权核极限学习机的下肢运动识别方法

为了提高基于表面肌电信号下肢运动识别的准确性,提出了一种优化模糊加权核极限学习机(Kernel-based Fuzzy Weighted Extreme Learning Machine,KFWELM)的下肢运动识别方法。首先提取表面肌电信号的时域、频域、非线性特征,使用局部Fisher判别分析(Local Fisher Discriminant Analysis,LFDA)和局部保持投影(Locality Preserving Projections,LPP)进行特征降维处理,以减少原特征的信息丢失;其次,采用改进高斯量子粒子群算法(Gaussian Quantum Particle Swarm Optimization,GQPSO)优化KFWELM的正则化系数和核参数;最后进行决策级自适应融合得到分类结果。利用UCI数据库中的数据集进行算法验证,健康人群和患病人群下肢运动分类的平均准确率分别为96.6%和92.8%。实验表明,所提出的方法提高了下肢运动分类的准确率和有效性。

不同路况对人体下肢肌肉特征参数的影响

提高医疗康复辅具的智能化水平能够明显改善老年人等弱势群体的运动步态及肢体运动能力,以及增强他们的自理能力、社会参与能力.因此,有效地获取人体在不同运动模式下的步态信息并将其应用在智能动作辅助系统控制系统的设计上是目前需要解决的重要问题.肌电信号能够很好地反映人体在运动时的肌肉活动状态和功能状态,本文针对不同路况下人体下肢肌肉的表面肌电信号进行一系列实验研究.通过比较人体下肢主要肌肉群的特征参数,得出人体下肢存在优势侧和非优势侧的结论,且不同路况下的这种差别是不同的.此外,本研究还通过分析不同路况下行走时人体下肢4组主要肌肉群(股内侧肌(VMO)、胫骨前肌(TIB)、半腱肌(SEM)和腓肠内肌(MED))的特征参数变化,得知双下肢的肌肉特征参数随路况的变化而变化的具体参数特点.本研究揭示了在不同路况下行走时人体下肢主要肌群的活动状态和变化特征,可为有行走功能障碍的患者及老年人的医疗诊断、康复训练及康复评定提供依据,同时也为双足机器人/智能助行器的优化设计奠定了基础.