肌電信號(hào)評(píng)價(jià)電刺激致肌疲勞方法的研究.pdf

1、近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家、國民對(duì)健康的投入，電刺激的發(fā)展更加受到臨床醫(yī)學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的青睞。然而，電刺激在長期使用時(shí)會(huì)導(dǎo)致被刺激者的肌肉疲勞，這嚴(yán)重制約了電刺激的應(yīng)用和推廣。本研究通過電刺激前后的握力實(shí)驗(yàn)研究電刺激致肌疲勞的進(jìn)程規(guī)律，并通過表面肌電信號(hào)嘗試建立肌疲勞的實(shí)時(shí)測量技術(shù)，為肌疲勞調(diào)控的研究奠定基礎(chǔ)。
　　 本研究中首先采用臨床上最具準(zhǔn)確性的最大握力值作為肌疲勞參照判定參數(shù)，對(duì)電刺激（頻率為5Hz，持續(xù)5分鐘用以

2、致疲勞的電刺激）致肌疲勞和運(yùn)動(dòng)致肌疲勞兩組實(shí)驗(yàn)過程中的肌肉最大作功能力變化進(jìn)行對(duì)比評(píng)定。兩組實(shí)驗(yàn)中在致疲因素作用完畢后，均再對(duì)受試者施加電刺激（頻率為1Hz，持續(xù)時(shí)間為5秒用以誘發(fā)肌電的電刺激），并在右前臂尺側(cè)腕屈肌處采集電刺激誘發(fā)的肌電M波信號(hào)，誘發(fā)刺激完畢后采集靜息狀態(tài)下的靜息肌電信號(hào)。誘發(fā)肌電信號(hào)與靜息肌電信號(hào)經(jīng)預(yù)處理后，分別采用功率譜分析和非線性功率譜熵與近似熵分析進(jìn)行特征提取和統(tǒng)計(jì)分析。
　　 研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電刺激作用

3、于人體過程肌肉最大作功能力的反應(yīng)與自主運(yùn)動(dòng)過程肌肉最大作功能力的反應(yīng)不同，運(yùn)動(dòng)致疲勞實(shí)驗(yàn)中受試者平均最大握力值呈單調(diào)減小趨勢，而電刺激致疲勞實(shí)驗(yàn)中，作用初期受試者平均最大握力值呈增大趨勢，隨著實(shí)驗(yàn)中疲勞的產(chǎn)生，握力值在到達(dá)峰值后逐漸減小，這說明電刺激有增強(qiáng)肌肉最大作功能力的作用。肌電信號(hào)分析電刺激致肌疲勞的結(jié)果顯示，隨著肌疲勞的產(chǎn)生，誘發(fā)肌電信號(hào)頻域中低頻能量增加，高頻能量減少，即信號(hào)功率譜向左偏移，在實(shí)驗(yàn)初期，誘發(fā)肌電信號(hào)功率譜熵和近

4、似熵結(jié)果均呈升高趨勢，隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行肌疲勞程度逐漸加深，熵值也逐漸減少;靜息肌電信號(hào)的功率譜能量有增大變化，但功率譜左移現(xiàn)象并不明顯，同樣在實(shí)驗(yàn)初期，靜息肌電信號(hào)的功率譜熵結(jié)果呈上升變化，之后雖有相對(duì)的下降，但僅在實(shí)驗(yàn)?zāi)┢跁r(shí)熵值才低于初始狀態(tài)時(shí)熵值結(jié)果，近似熵結(jié)果在實(shí)驗(yàn)初期卻出現(xiàn)下降的變化。熵值升高說明電刺激作用初期，激發(fā)了神經(jīng)肌肉纖維的興奮性，增強(qiáng)了肌電信號(hào)的復(fù)雜度，使肌纖維反應(yīng)更為活躍。肌電信號(hào)分析運(yùn)動(dòng)致肌疲勞的結(jié)果顯示，誘發(fā)肌電信

5、號(hào)隨著肌疲勞的產(chǎn)生，信號(hào)功率譜也出現(xiàn)了向左偏移的現(xiàn)象，低頻能量增加，高頻能量減少，實(shí)驗(yàn)中誘發(fā)肌電的功率譜熵和近似熵結(jié)果隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行單調(diào)減小;靜息肌電信號(hào)功率譜能量得到了增強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)過程中，相鄰兩組靜息肌電信號(hào)的功率譜熵結(jié)果和近似熵結(jié)果都相差不大，疲勞時(shí)熵值結(jié)果也都沒有很明顯的減小。從肌電信號(hào)對(duì)兩種肌疲勞的分析中發(fā)現(xiàn)，基于誘發(fā)肌電信號(hào)提取的功率譜結(jié)果與目前較一致認(rèn)可的結(jié)論相同，誘發(fā)肌電的功率譜熵與近似熵結(jié)果與最大握力值所得結(jié)果相同;而基

6、于靜息肌電提取的特征量的變化情況與最大握力值結(jié)果有很大不同。因此誘發(fā)肌電信號(hào)在表述肌肉的特征變化中更優(yōu)于靜息表面肌電信號(hào)。結(jié)合肌疲勞過程中所有閾值的變化結(jié)果可發(fā)現(xiàn)電刺激在有效時(shí)間段內(nèi)具有提高肌肉興奮性，增強(qiáng)肌肉收縮能力的作用，且在本文電刺激參數(shù)刺激下，該有效時(shí)間段為25分鐘。
　　 本研究證實(shí)電刺激作用于人體的過程分為兩個(gè)階段，第一階段中電刺激首先起到一種提高肌肉興奮性，增強(qiáng)肌肉收縮能力的作用，第二個(gè)階段中電刺激將導(dǎo)致肌肉逐漸疲

7、勞。相對(duì)于靜息狀態(tài)下的靜息肌電信號(hào)，采用電刺激誘發(fā)的肌電M波信號(hào)的功率譜熵與近似熵參數(shù)可以較準(zhǔn)確的檢測出肌疲勞的變化過程。本研究所建立的基于表面肌電信號(hào)的量化分析方法可為電刺激致肌疲勞的進(jìn)展規(guī)律研究、疲勞監(jiān)測及調(diào)控技術(shù)奠定了研究基礎(chǔ)。
　　 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)主要有:
　　 1、在基于肌電信號(hào)的實(shí)驗(yàn)中，選取肌肉靜息狀態(tài)下的靜息肌電作為信號(hào)提取特征量以評(píng)價(jià)肌疲勞;
　　 2、對(duì)電刺激誘發(fā)的肌電M波信號(hào)提取近似熵值的處理