表面肌电在体育科学研究领域中的应用进展

肌电是唯一一个能连接神经系统,并直接反映运动中肌肉收缩的电信号载体。本文主要运用文献资料法对表面肌电在体育科学研究领域中的应用作一个简要的回顾,从而了解肌肉收缩时神经-肌肉的工作机制。研究结果表明:表面肌电技术涉足体育科学领域的研究虽尚处初级阶段,但应用极为广泛,主要表现为用于评定肌肉运动产生的疲劳、肌电与肌力的关系、肌肉活动的协调性与贡献度以及运动选材等领域。     

羽毛球运动员高远球技术动作上肢肌肉肌电分析

为了探讨高校高水平羽毛球运动员在做正、反手高远球技术动作时上肢主要肌肉(三角肌、背阔肌、腹外斜肌、肱二头肌、尺桡肌)的肌力特征。运用美国Delsys公司生产的无线GPS表面肌电测试仪对体育学院羽毛球运动员上肢主要肌肉进行了测试分析。结果表明:1)高远球技术动作参与运动的上肢肌肉发力最早的是三角肌、腹外斜肌和胸大肌,做功最大的是三角肌、肱二头肌和尺桡肌;反手高远球技术动作参与运动的上肢肌肉发力最早的是三角肌和背阔肌、腹外斜肌,做工最大的是三角肌、背阔肌和肱二头肌。2)无论是正手还是反手高远球技术动作,三角肌均为主要发力肌,做功最大,发力时间也最早。     

中风后小鱼际肌的诱发和自主表面肌电图研究（英文）

利用诱发和自主表面肌电研究在中风后偏瘫病人的小鱼际肌的生理变化.通过对11个受测者患侧和正常侧的对比,发现患侧肌肉的复合动作电位和运动单位个数索引略为降低.正常侧的小鱼际肌最大自主收缩肌电与复合动作电位的比值显著大于患侧,表明患侧肌肉的激活能力明显不足.相比传统的针电极检测,通过无创的表面肌电实现了对中风后运动单位变化的研究,以促进对中风后肌无力的理解与康复.     

速滑中腿部肌肉协调性同步肌电分析

为研究人体运动中腿部肌肉间的运动协调关系,提出了一种基于多肌电模型的同步肌电研究方法。该文以滑冰运动为例,采集了5名速滑运动员滑冰过程中腿部9块表层肌肉的肌电信号,分别建立每位运动员直道和弯道滑跑多肌电模型,并进行了多路肌电的同步相关性分析。分析结果表明:同一运动员完成相同动作时肌肉协调关系一致性好;而完成不同动作时的肌肉协调关系差异明显;不同运动员完成同一动作时,肌肉协调关系有较大差别。实验结果显示了同步肌电分析方法可以作为一种有效的量化评估肌肉间协调性的方法。     

运用表面肌电分析重剑复合步法的研究

运用表面肌电与摄像同步测试技术,本文分析重剑复合步法腿部肌肉的用力特征,旨为运动训练和教学提供理论依据。结果:向前两步出弓步过程中,前腿所有肌肉和后腿股内外肌积分肌电出弓步时显著性大于前两步;弓箭还原后退两步过程中,前腿股内外肌、股二头肌积分肌电弓步还原显著性大于后退两步。结论:后腿腓肠肌是前两步启动和前移的主要用力肌肉;弓步的加速,主要是后腿股四头肌力量变大和前腿发力变大的协调配合;复合向后步法过程中前腿股内外肌是推动身体后移的主要用力肌肉。     

大脑皮层-肌肉交互作用与注意力关系的实验研究

为探索注意力因素对大脑皮层与肌肉交互作用的影响,5名健康受试者被要求完成两种任务。在任务1时,受试者通过右手食指、拇指对捏维持2N的恒定力;在任务2时,为了分散受试者右手运动控制的注意力,除需完成任务1中右手动作外,还要通过左手食指外展保持一个大小随机的恒定力。实验过程中同步采集受试者脑电和肌电信号,并将皮层-肌肉耦合,即将脑电与肌电信号的频域相干作为表征大脑皮层与肌肉交互作用强弱的指标。结果显示,任务2与任务1相比,所有受试者其右手肌电信号与左侧大脑脑电信号的皮层-肌肉耦合强度显著降低。此结果表明,注意力可影响大脑皮层与肌肉的交互作用,且注意力越集中,大脑皮层与肌肉交互作用越强。这一结论对于是否将注意力因素引入到神经损伤患者的运动功能康复中具有一定指导作用。     

人体下肢活动的生物力学研究

本文研究的目的是通过下肢数理模型,不同姿势起跳人体重心轨迹变化,下肢主要肌肉肌电活动以原地纵跳为例进行综合性研究,揭示其内在规律,为体育教育,运动训练,选才提供生物力学基础。研究对象为１０名男性运动员,年龄为２０岁,用ＪＴＩ－肌电仪测定下肢肌肉的肌电,用Ｂｏｌｅｘ摄影机以每秒６４幅频率拍摄原地起跳动作。     

关节水平的“共驱动”研究

本文以主动肌和拮抗肌的协同作用机理为依据,从表面肌电(EMG)信号的频率参数和肌肉平均传导速度两个方面,对近年来提出的正常人体神经肌肉系统控制的新理论——“共驱动”概念,在关节水平上进行了探讨和研究,实验结果表明:膝关节的主动肌和拮抗肌在持续恒力收缩下,其表面EMG信号功率谱的归一化中值频率随着时间的增加而同时下降;两路EMG信号的归一化中值频率之间的互相关系数随着收缩力的减小而减小,肘关节的肱二头肌不论是作为主动肌还是拮抗肌,在持续恒力收缩下,由表面EMG信号估计得到的肌肉的平均传导速度均随着收缩时间的增加而下降;肱二头肌作为拮抗肌时,平均传导速度明显高于其作为主动肌时的平均传导速度。     

递增负重下人体膝关节控制肌群肌电变化特征的个案研究

为研究不同负重对膝关节主要控制肌群产生的影响,本文运用表面肌电测试仪,对1名体育专业大学生进行了递增负荷的蹲起测试并对测得的表面肌电信号进行AEMG分析,结果显示：负重蹲起时随着负荷量的增加各肌肉平均肌电有逐步增大的趋势;无论在下蹲过程还是在起立过程中股四头肌均起主要作用,且当负重达到75％ RM及以上时股四头肌肌电信号的增长尤为明显;负重蹲起是锻炼股四头肌最有效的手段之一.     

一种利用肌肉激活特性调制和评估功能性电刺激的方法

提出一种基于肌肉激活生理特性的足下垂功能性电刺激调制与评估方法. 结合肌肉募集的死区和饱和特性,利用自然步态下胫骨前肌的肌电信号和电刺激下胫骨前肌的耐受值和阈值调制电刺激输出曲线. 研究基于1-范数的方法量化肌肉在电激活下的肌电信号募集水平评估所提出的电刺激调制方法的性能. 通过实验比较了肌电信号调制电刺激时的胫骨前肌电诱发募集特性和自然激活时的募集特性,二者的相关系数达到0.8815. 结果表明,利用自然激活方式调制电刺激的输出方式是有效的,而基于肌肉激活程度的评价指标具有可行性.     

表面肌电在攀岩训练中的应用研究

肌肉疲劳产生过程中,肌电图的振幅和频谱指标均会产生相应变化.运用肌电图对运动员肌肉状态指标的评定可以对运动训练起指导作用.肌电图在攀岩领域的应用还比较少,通过对攀岩运动员在间歇训练法训练时的上肢主要做功肌肉左右腕屈肌、左右腕伸肌的的表面肌电信号(sEMG)进行分析,观察肌电图的变化情况,探讨肌电图在攀岩运动过程中应用的可行性.     

Effects of Compression Garments on Lower Limb Muscle Activation via Electromyography Analysis during Running

Sports compression garments are common-selected sportswear to improve athletic performance and reduce sports injury. Since they consist of elastic textile that exerts compression and pressure onto the muscle,muscle activation is of interest to sports compression garment manufactures who seek to enhance sports performance through gradient compression garment design.However,there are few scientific investigations to explore this effect of muscle activation to evaluate the performance of sports compression garments during sport activity. In this paper, a systemic experimental protocol was presented to improve the quality of evaluation test under a standardized running test. Then muscle activation with and without wearing sport compression garments to highlight the changes caused by compression garment was investigated. The electromyography( EMG) signal was collected and processed by the proposed method to represent the muscle activation combined with gait analysis of running. As a result,the average muscle activation of gait cycle for the major muscles such as rectus femoris( RF) and gastrocnemius medialis( GM) revealed that they needed to exert more muscle force without wearing garment at certain periods for mid-stand and pre-swing phase within gait cycle. These lower muscle activation levels prolonged activity duration,reduced fatigue,and presented low risk for sport injury.Such an evaluation study therefore would scientifically prove the effect of compression garment and provide information on muscle activation and the ergonomic efficacy of gradient compression garment design.     

人体在向后滑倒时平衡调节能力的生物力学研究

通过分析从坐到站及行走过程中多次平衡干扰对滑倒的调节效果,从运动生物力学的角度,探究在有外部干扰及疲劳滑动状态下对人体平衡能力的影响以及差异性.利用动态滑轨在受试者完成坐起动作和正常向前行走时产生突然的向前运动,使受试者产生向后跌倒的趋势.运用Noraxon表面肌电测试系统、Kistler三维测力台、BTS三维红外动作捕捉系统,以及Ariel录像分析系统,同步记录受试者在正常坐起及向后滑倒过程中的运动学、动力学和肌电参数.运用Biodex多关节等速肌力测试系统实现下肢关节肌肉的疲劳.结果表明:有效的质心调节可以使人体在遇到突然的向后滑动时保持相对稳定状态,使身体不至于产生较大的波动,充分的下肢支撑以及有效的上肢关节的调节是避免滑倒的关键.在从坐到站及人体行走过程中,地面反作用力、压力中心移动范围的值相比无干扰状态下显著增加.在从坐到站过程中突然滑动测力台,腓肠肌内侧、股二头肌,胫骨前肌和股直肌的积分肌电值较无干扰状态有了显著的增加.人体在疲劳状态下,腓肠肌内侧和股直肌肌电值明显增加.在滑台上多次的滑动训练可以提高人体平衡能力.模拟跌倒的测试可以评估人体的跌倒风险,对于老年人跌倒风险的评估也有一定的意义.      

表面肌电信号(SEMG)分析在生物力学领域中的应用

表面肌电信号是一种使用表面电极来探索和记录肌肉表面电活动的技术。肌电信号在生物力学领域中主要被用来作为肌肉开始激活的指标,同时作为肌肉收缩产生力量以及肌肉内部产生疲劳的指标等。表面肌电信号作为研究肌肉的一种方法,告诉我们肌肉是否被激活、激活的程度大小和疲劳时激活的程度等。旨在着重讨论生物力学领域中的一些特定的表面肌电信号分析方面中的比较类型分析和频率疲劳分析问题。     

一种基于sEMG信号多重分形的肌肉疲劳特征分析方法

针对由表面肌电信号(sEMG)非平稳、非线性、自相似性等复杂特性导致的肌肉疲劳估计不准的问题,提出一种基于sEMG信号多重分形降趋移动平均法(MFDMA)的肌肉疲劳特征分析方法。首先,利用MFDMA方法对采集的sEMG信号、洗牌信号和高斯白噪声信号进行非线性动力学分析;其次,利用MFDMA方法计算sEMG信号的多重分形谱宽度、Hurst指数变化差值、概率测度值和峰值奇异指数4种多重分形特征;最后,利用t-检验法分析肌肉疲劳与非疲劳状态下的多重分形特征的显著差异性。结果表明,MFDMA方法能够描述sEMG信号的多重分形行为,谱宽等多重分形特征在肌肉疲劳与非疲劳状态下具有显著性差异。所提方法能够可靠表征运动性肌肉疲劳,可为肌肉疲劳识别模型建构、康复医学研究提供特征参考。     

表面肌电在评价运动技术方面的研究进展

简要总结了表面肌电技术评价运动技术的主要研究方法及进展,并对这项技术在评价运动技术方面的前景进行展望.结果表明,表面肌电技术因其评价手段的先进性、评价结果的准确性以及安全无创的操作性等诸多优势,必将成为监控运动技术训练的重要手段,在运动训练的实践中有着广泛的应用前景.     

基于颈腰部肌电及脑电信号的疲劳驾驶检测

为了有效判别驾驶员的疲劳状态,结合生物力学分析提取了驾驶过程中的颈腰部肌电信号EMG和头部脑电信号EEG,并分析其特征参数在驾驶过程中的变化规律.结果表明:颈肌样本熵、颈肌复杂度、腰肌样本熵、腰肌复杂度、脑电样本熵、脑电复杂度这6个生理信号的特征参数值都随着驾驶时间的延长而逐渐降低,通过主成分分析可实现特征参数间的合理组合.基于多元回归理论,建立了能够有效预测疲劳驾驶的数学模型.状态验证结果表明,该模型对疲劳状态判别的正确率可达95%以上.     

生理生化指标在竞技体操训练中应用现状分析及发展趋势研究

通过综合运用文献资料法、现场观察法、专家访谈法等方法对生理生化指标在竞技体操训练中应用现状进行了研究,并对其发展趋势进行了预测.研究结果表明：竞技体操训练中主要采用安静心率（HR）、血乳酸（BL）、尿素（BUN）、磷酸肌激酶（CPK）等生理指标来进行运动负荷监控,在当前研究的基础上将会有更多的生理指标应用到竞技体操训练研究,其中最大摄氧量（VO2max）、血红蛋白（Hb）、肌电图（EMG）、血睾酮（T）等指标将会受到重视.     

等速测试系统在体育科研中的应用

肌力是影响运动能力的主要因素,等速测试和训练技术是一项用于肌肉功能评定和肌肉功能训练的有价值的技术,因此等速测试系统在体育科研中发挥着重要的作用。研究表明,通过等速测试系统不但可对肌肉功能进行定量和客观的评价,而且可以通过运用该系统进行力量训练来提高运动员的肌肉力量,用于运动员运动损伤的康复治疗。     

EMG oscillator model-based energy kernel method for characterizing muscle intrinsic property under isometric contraction

This paper presents a new method for estimating the isometric contraction force and the characterization of muscle’s intrinsic property.The method,called the energy kernel method,starts with converting the electromyography(EMG)signal into planar phase portraits,on which the elliptic distribution of the state points is named as the energy kernel,while that formed by the noise signal is called the noise kernel.Based on such stochastic features of the phase portraits,we approximate the EMG signal within a rectangular window as a harmonic oscillator(EMG oscillator).The study establishes the relationship between the energy of control signal(EMG)and that of output signal(force/power),and a characteristic energy is proposed to estimate the muscle force.On the other hand,the natural frequencies of the noise and the EMG signal can be attained with the energy kernel and noise kernel.In this way,the direct signal–noise recognition and separation can be accomplished.The results show that the representativeness of the characteristic energy toward the force is satisfactory,and the method is very robust since it combines the advantages of both RMS and MPF.Moreover,the natural frequency of the EMG oscillator is not governed by the MU firing rate of a specific muscle,indicating that this frequency correlates with the intrinsic property of muscle.The physical meanings of the model provide new insights into the understanding of EMG.