表面肌电信号的肌肉疲劳判别研究进展

肌肉在周期的收缩或静态的拉伸过程中,会渐渐进入疲劳状态,肌肉疲劳特性的研究在康复医学、运动医学领域具有重要作用。表面肌电信号是从肌肉表面通过电极记录下来的反映神经肌肉系统活动的一维时间序列非平稳生物电信号,是评价局部肌肉疲劳的有效工具。本研究从时域和频域、时频域线性方法下的测量指标和非线性方法下的指标来综述表面肌电信号的疲劳研究进展,同时比较各种方法的优缺点,并对使用表面肌电信号来判别疲劳研究做了进一步的展望。     

等长伸膝动作的运动单元放电特征分析

本研究基于表面肌电分解技术,分析伸膝动作中不同发力状态下大腿肌肉运动单元的解码准确性,并对比神经特征和肌电特征在肌肉激活程度估计中的效果. 12名大学生分别以2种发力速度和4种发力等级完成伸膝动作的等长收缩.实验同步采集受试者股内侧肌和股外侧肌处的高密度表面肌电信号和伸膝动作收缩力.基于卷积核补偿算法解码肌电信号得到运动单元动作电位,提取神经特征用于收缩力的互相关分析.结果发现,对于股内侧肌,2种任务及4种收缩力等级下平均解码得到(7±4)个运动单元,股外侧肌平均解码得到(9±5)个运动单元.它们的平均脉冲信噪比(pulse-to-noise ratio,PNR)为30.1 d B,对应解码准确率大于90%.股内侧肌的两种神经特征与力之间的平均相关性分别为(0.79±0.08)和(0.80±0.08),股外侧肌的两种神经特征与力之间的平均相关性分别为(0.85±0.05)和(0.85±0.06).综上可见,基于肌电分解技术可以准确识别不同发力状态下大腿肌肉的运动单元放电活动,并且运动单元放电频率与伸膝动作力高度相关,研究结果可用于运动康复、运动训练及人机接口等领域.     

循经感传和循经肌电反应

应用电生理技术证明针刺引起循经感传现象的同时伴发有循经肌电发放, 循经感传速度和循经肌电步进速度在厘米每秒范围. 停止刺激后, 循经感传现象首先在远端消失, 并逐渐向近端推移, 与此相应, 肌电信号亦是首先在远端停止. 分别采用臂丛神经阻滞和不影响感觉系统的区域性肌肉非动化阻滞法, 循经感传和循经肌电信号一同消失, 表明这些现象有赖于感觉-运动反射活动的相互作用.     

基于表面肌电信号的人体动作识别算法研究进展

表面肌电信号(Surface Electromyography,sEMG)是通过相应肌群表面的传感器记录下来的一维时间序列非平稳生物电信号,不但反映了神经肌肉系统活动,对于反映相应动作肢体活动信息同样重要。而模式识别是肌电应用领域的基础和关键。为了在应用基于表面肌电信号模式识别中选取合适算法,本文拟对基于表面肌电信号的人体动作识别算法进行回顾分析,主要包括模糊模式识别算法、线性判别分析算法、人工神经网络算法和支持向量机算法。模糊模式识别能自适应提取模糊规则,对初始化规则不敏感,适合处理s EMG这样具有严格不重复的生物电信号;线性判别分析对数据进行降维,计算简单,但不适合大数据;人工神经网络可以同时描述训练样本输入输出的线性关系和非线性映射关系,可以解决复杂的分类问题,学习能力强;支持向量机处理小样本、非线性的高维数据优势明显,计算速度快。比较各方法的优缺点,为今后处理此类问题模式识别算法选取提供了参考和依据。     

几种生物电信号的计算机获取与处理方法

生物电信号通常指脑电(EEG)、心电(ECG)、肌电(EMG)、视网膜电流图(ERG),以及各种自发和诱发神经电位等,种类繁多,波形与频率也各异。在不同的研究领域中,对这些信号的获取方式与处理手段也不相同。因此,很难用一种通用的仪器和方法分析和处理。目前国内多将电生理仪器取得的信号,收集放大后,用示波或描记方法进行分析处理。本文介绍几种生物电信号的计算机获取和处理方法与应用     

基于脑电信号的癫痫发作预测特征及识别

解码癫痫发作前脑电信号的神经元集群异常痫样放电活动,对癫痫发作进行有效预测并实施病前干预,可显著减少疾病病损,是癫痫防治的研究热点之一。基于脑电信号的癫痫发作预测研究关键在于发作间期和前期的异常状态识别,研究上述两状态间的神经动力学特征差异对明确癫痫发病机制、选取高分辨特征,进而有效识别该渐进性疾病所处的发作阶段具有重要价值。目前,研究者已对当前主流特征提取及模式识别方法进行了充分的调研梳理,但忽视了神经动态特征变化对于癫痫发作预测的重要意义。基于此,本文归纳总结了5类典型的发作预测特征分析方法及其优缺点,重点剖析了发作间期至前期神经生理特征的动态变化及其动力学特性,类比分析了当前该领域主流的机器学习和深度学习特征识别方法,以期为进一步建立精准、高效的癫痫发作预测技术提供新思路。     

八道多功能生理记录仪微机系统的建立和应用——肌电信号的计算机处理

高效、准确、定量是现代肌电信号分析技术力求达到的理想境界。随着计算机科学和医学电信号处理技术的发展和日臻成熟,这一理想已可能成为现实。本实验利用模数转换器(A/D板)将八道多功能生理记录仪与计算机连接,并通过编制肌电信号处理软件,建立了肌电信号微机处理系统。该系统除能迅速、准确地对八道肌电信号同步进行积分和频谱处理外,还具有较强的图形和数据表格显示打印功能。初步应用表明,肌电信号微机处理系统的建立,对于提高临床诊断和基础研究水平具有重要意义。     

经皮电刺激治疗外伤性外周神经损伤40例的效果分析

目的 本文分析使用经皮神经肌肉电刺激治疗外伤性周围神经损伤的临床疗效,探讨经皮电刺激对神经周围微循环的影响.方法 采用丹迪Keypoint型肌电图仪对40例上肢周围神经不全损伤的患者,行经皮神经肌肉电刺激治疗,配合运动疗法.治疗中使用激光多普勒血流仪(LDF)检测电刺激前、后神经周围微循环血流改变情况,并分析电刺激对微循环的影响.同时在治疗前、后行神经电生理检查对比检测,并对不同病程患者治疗后的效果作对比分析.利用以上分析手段观察受损神经功能的恢复情况.结果 40例臂丛神经、正中神经、桡神经、尺神经不全损伤的患者,经2-10个疗程的治疗后,受损神经功能治愈率达63％ (25/40),有效率为90％ (36/40).LDF检测结果显示电刺激后神经周围微循环血流量较刺激前增加23.36％-26.96％,改善受损神经局部微循环,神经肌电检测结果显示较治疗前有明显好转.在不同病程的患者中进行比较,病程越短者,效果越好.结论 经皮神经肌肉电刺激在外伤性周围神经损伤的治疗中,是一种行之有效的方法,可提高受损神经肌肉的兴奋度,促进受损神经局部的血液循环,有利于周围神经的再生.运动疗法的干预,能改善肌萎缩,增强肌协调力,预防关节僵硬,保持关节活动度,最终取得对外伤性周围神经损伤的满意疗效.应用激光多普勒血流成像技术,测得电刺激前、后神经周围微循环出现明显的血流量增加,证实电刺激能改善受损神经局部微循环.     

肌肉萎缩引起肌电功率谱变化的理论和实验研究

为了通过肌电分析实现肌肉萎缩的无创检测,建立了一种数学模型研究肌肉萎缩后,其肌电信号功率谱的相应变化,并用大鼠的后肢卸载肌肉萎缩实验模型初步验证了数学模型分析的结论。该模型根据肌肉萎缩后肌纤维横截面积减小以及肌肉由于卸栽而出现持续性收缩的性质,采用中心导体模型及其电缆方程和肌电的线性系统模型建立起肌肉萎缩和生理肌电功率谱变化之间的数学关系。通过数字仿真和动物实验均发现了肌肉萎缩引起肌电幅度增加和功率谱高频成分降低的现象。结果表明数学模型和动物实验结果吻合,采用的数学模型能较好地阐述肌肉萎缩和肌电功率谱变化之间的关系。肌肉萎缩后肌电功率谱发生相应改变这一性质将为肌肉萎缩的无创检测提供一种新的方法。     

兴义维蚋幼虫扭动摄食方式的神经-肌肉结构基础

蚋类幼虫为河流清洁者,可作为水污染的指标.本文用抗辣根过氧化物酶抗体(anti-HRP)和鬼笔环肽(phalloidin),通过免疫荧光显示兴义维蚋Simulium xingyiense幼虫腹神经索及外周神经与肌肉连接结构.结果表明幼虫腹神经索由11对神经节及连接的神经索组成.每对体神经节由两团神经胞体聚合而成,细胞核分布呈无头无尾的Φ形.在1～5腹神经节两侧,纵神经连接横神经呈现"梯形结构";虫体腹部肌肉分横肌、纵肌和斜肌3类肌群.神经节中部发出两对侧神经入腹肌,再继续分支,其神经末梢呈链珠状突触结构连接肌肉,增加神经与肌肉的接触面积.这种神经-肌肉的连接方式可能与兴义维蚋幼虫扭动摄食行为有关.本研究初步阐述了兴义维蚋幼虫腹神经索及腹部神经与肌肉连接的细微结构基础.