肌電信號評價電刺激致肌疲勞方法的研究.pdf

1、近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，國家、國民對健康的投入，電刺激的發(fā)展更加受到臨床醫(yī)學、康復醫(yī)學等領(lǐng)域的青睞。然而，電刺激在長期使用時會導致被刺激者的肌肉疲勞，這嚴重制約了電刺激的應用和推廣。本研究通過電刺激前后的握力實驗研究電刺激致肌疲勞的進程規(guī)律，并通過表面肌電信號嘗試建立肌疲勞的實時測量技術(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確性的最大握力值作為肌疲勞參照判定參數(shù)，對電刺激（頻率為5Hz，持續(xù)5分鐘用以

2、致疲勞的電刺激）致肌疲勞和運動致肌疲勞兩組實驗過程中的肌肉最大作功能力變化進行對比評定。兩組實驗中在致疲因素作用完畢后，均再對受試者施加電刺激（頻率為1Hz，持續(xù)時間為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，誘發(fā)刺激完畢后采集靜息狀態(tài)下的靜息肌電信號。誘發(fā)肌電信號與靜息肌電信號經(jīng)預處理后，分別采用功率譜分析和非線性功率譜熵與近似熵分析進行特征提取和統(tǒng)計分析。
　　 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與自主運動過程肌肉最大作功能力的反應不同，運動致疲勞實驗中受試者平均最大握力值呈單調(diào)減小趨勢，而電刺激致疲勞實驗中，作用初期受試者平均最大握力值呈增大趨勢，隨著實驗中疲勞的產(chǎn)生，握力值在到達峰值后逐漸減小，這說明電刺激有增強肌肉最大作功能力的作用。肌電信號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)肌電信號頻域中低頻能量增加，高頻能量減少，即信號功率譜向左偏移，在實驗初期，誘發(fā)肌電信號功率譜熵和近

4、似熵結(jié)果均呈升高趨勢，隨著實驗的進行肌疲勞程度逐漸加深，熵值也逐漸減少;靜息肌電信號的功率譜能量有增大變化，但功率譜左移現(xiàn)象并不明顯，同樣在實驗初期，靜息肌電信號的功率譜熵結(jié)果呈上升變化，之后雖有相對的下降，但僅在實驗末期時熵值才低于初始狀態(tài)時熵值結(jié)果，近似熵結(jié)果在實驗初期卻出現(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，增強了肌電信號的復雜度，使肌纖維反應更為活躍。肌電信號分析運動致肌疲勞的結(jié)果顯示，誘發(fā)肌電信

5、號隨著肌疲勞的產(chǎn)生，信號功率譜也出現(xiàn)了向左偏移的現(xiàn)象，低頻能量增加，高頻能量減少，實驗中誘發(fā)肌電的功率譜熵和近似熵結(jié)果隨著實驗的進行單調(diào)減小;靜息肌電信號功率譜能量得到了增強，在實驗過程中，相鄰兩組靜息肌電信號的功率譜熵結(jié)果和近似熵結(jié)果都相差不大，疲勞時熵值結(jié)果也都沒有很明顯的減小。從肌電信號對兩種肌疲勞的分析中發(fā)現(xiàn)，基于誘發(fā)肌電信號提取的功率譜結(jié)果與目前較一致認可的結(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)肌電信號在表述肌肉的特征變化中更優(yōu)于靜息表面肌電信號。結(jié)合肌疲勞過程中所有閾值的變化結(jié)果可發(fā)現(xiàn)電刺激在有效時間段內(nèi)具有提高肌肉興奮性，增強肌肉收縮能力的作用，且在本文電刺激參數(shù)刺激下，該有效時間段為25分鐘。
　　 本研究證實電刺激作用于人體的過程分為兩個階段，第一階段中電刺激首先起到一種提高肌肉興奮性，增強肌肉收縮能力的作用，第二個階段中電刺激將導致肌肉逐漸疲

7、勞。相對于靜息狀態(tài)下的靜息肌電信號，采用電刺激誘發(fā)的肌電M波信號的功率譜熵與近似熵參數(shù)可以較準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的量化分析方法可為電刺激致肌疲勞的進展規(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)新點主要有:
　　 1、在基于肌電信號的實驗中，選取肌肉靜息狀態(tài)下的靜息肌電作為信號提取特征量以評價肌疲勞;
　　 2、對電刺激誘發(fā)的肌電M波信號提取近似熵值的處理