拮抗肌对的协同控制与EMG信号的中值频率关系

探讨在持续恒力收缩时,正常人体肘关节主动肌和桔抗肌的协同作用原理与它们的表面EMG信号中值频率(Median Frequency,MF)的变化趋势,研究它们的疲劳行为。十五个正常受试者的实验数据统计结果表明,拮抗肌的SEMG/MF高于主动肌;随着收缩时间的增加,主动肌和拮抗肌的MF几乎以相同的速率下降;收缩力越大,它们的两条拟合直线之间的距离、互相关系数、下降速率也越大;关节的角度的变化对上述结论似乎没有明显的影响。这些结论对屈曲和伸展模式都成立。利用人体组织的幅度衰减特性和频率衰减特性,神经肌肉系统的“共驱动”概念对上述结果进行了讨论。     

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。     

蟋蟀鸣叫拮抗肌的运动神经形态

蟋蟀的鸣叫运动是通过8对中胸肌肉束的运动来完成的．按照肌肉的机能分组，参与蟋蟀鸣叫运动的中胸肌肉束可被分为相互拮抗的升肌作用组和降肌作用组．其中的一对拮抗肌103a肌(升肌)和M103b肌(降肌)受中胸神经节的第三侧根即N3侧根的c4(N3-c4)分枝支配．采用逆行染色法。结果表明支配103a肌和103b肌的运动神经的细胞体分布于中胸神经节的背侧侧壁上，二者都有一个细胞体位于与前胸神经节相连的纵连合索基部，轴突分为3个主要分枝，树突在同侧的背侧表面广泛分布．     

拮抗肌对的SEMG频率参数再研究

用ARMA模型研究了正常人体肘关节主动肌和拮抗肌表面肌电信号(SEMG)的模型参数、功率谱中的峰值频率F_m和对应于发放率的突起峰F_p,它们与以前研究得到的中值频率具有类似的变化趋势:重复收缩时SEMG信号的归一化中值频率NMF的初始值随重复次数的增加而下降,而NMF的下降速度随重复次数的增加而增加。     

基于盲辨识理论的双通道肌电信号建模与分类

基于肌电信号产生机理，对双通道前臂肌电信号建立单输入多输出IIR系统模型，由于模型输入未知且不 可测，采用了盲信道辨识方法对模型传递函数进行辨识．通过提取模型参数作为信号特征，能够对握拳、展拳、前臂 内旋和前臂外旋四类前臂动作进行识别．实验表明，该方法运算量小，适合在线实现，性能要优于传统的AR模型 方法．     

基于经验模态分解建模法检测肌肉疲劳研究

本文针对表面肌电信号的非平稳特性,采用自回归模型（auto regression,AR）对表面肌电信号进行分析,对短时间内的表面肌电信号的肌肉疲劳迅速做出判定。首先对表面肌电信号进行经验模态分解,得到本征模态函数和趋势项,然后对趋势项进行零化处理,再对本征模态函数分量进行重构处理,重构后的信号可视为均值为零的平稳信号,最后将去势化的信号进行建立自回归模型,采用基于该模型的第一个时变参数（first time-varying parameter of auto regression modle,ARC1）作为检测肌肉疲劳灵敏度的快速指标。用疲劳前后的相关特征值的灵敏度波动比（sensitivity to variability ratio,SVR）来表征肌肉疲劳的灵敏度,较平均功率频率对疲劳反应灵敏度要高。该方法通过表面肌电信号对肌肉疲劳检测时,具有时间短、灵敏度高和将表面肌电信号细微特征信息放大、便于识别的效果等优点。     

运动员膝关节动态情况下的肌电特征分析

研究目的在于观察等速运动条件下膝关节屈、仲肌群表面肌电的时域和频域特征变化规律,揭示各屈伸肌的SEMG与运动速度,肌力矩的关系．为研究其他关节肌群功能在方法学上提供一新的实验事实以及为力量训练提供参考依据．     

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.      

利用表面肌电信号的下肢动态关节力矩预测模型

为实现表面肌电信号的下肢关节力矩动态解码,建立了从表面肌电信号到关节力矩输出的人体下肢运动系统正向生物力学模型。首先,从幅值和频率两个角度建立表面肌电信号到骨骼肌激活程度模型;其次,根据肌丝滑移理论,构建反映骨骼肌生理结构和微观力学特性的肌肉力模型,同时确定活动肌肉拉力线方向及力作用点位移矢量,将骨骼肌力转换到关节力矩;最后,以牛顿-欧拉逆动力学方法获得关节力矩作为准确值,给出正向生物力学模型参数动态标定方法。在模型基础上,对4名对象进行随意步态下膝关节屈伸动态力矩预测试验,结果表明:所建模型对步态行走下的膝关节动态关节力矩具有很好的动态跟踪性能,最大绝对误差为(11.0±1.32)N·m,平均残差为(4.43±0.698)N·m,预测值与准确值之间的平均线性相关系数为0.927±0.042,验证了该方法的正确性和有效性;可为康复训练机器人人机协同过程中的力学交互模式研究提供接口。     

步行中下肢关节动力学以及表面肌电的研究综述

步行是我们日常生活中最为普遍的运动,要想深入地了解这项运动,必须对行走过程中控制人体运动的关节力矩进行分析。单纯的运动学或动力学研究不能准确揭示出人体步态所蕴藏的生命信息,因此,从关节动力学角度结合表面肌电研究人体步态已成为当前研究的热点。通过多环节运动的动力学方法可对下肢关节动力学指标进行分析与探讨。目的：综述人体运动中下肢关节力矩、关节功率等关节动力学参数变化,以及肌电相关指标的变化。方法：检索PubMed和中国知网数据库中有关步行时下肢关节动力学的文章。英文检索词为Joint kinetics;Walking;sEMG,中文检索词为“关节动力学;步行;表面肌电。”结果与结论：目前对于人体步行中下肢关节动力学的研究：在研究指标上,单一指标的研究较多,多指标的综合研究不足。在研究对象上,针对青年人群和步行障碍患者的研究比较多,对老年人和儿童的相关报到较少。在研究内容上,针对背部负重行走的步态研究居多,对负重损伤的力学机制研究较少,在研究结果上,一些结论之间相互矛盾,负重影响人体步态的确切机制仍然模糊不清。     

基于互Wigner-Ville分布的表面肌电信号瞬时频率估计

当一块肌肉完成持续的收缩时,所记录的表面肌电信号的分析是一个用于评价局部疲劳进行性的有用的工具.在肌肉静态收缩期间,表面肌电信号功率谱的平均频率和中值频率常被用作肌肉疲劳的指示器.为了评价周期性动态收缩期间的局部肌肉疲劳,针对肌肉动态收缩时表面肌电信号的特点,提出了基于互Wigner-Ville分布的瞬时频率检测方法.通过一个类似于表面肌电信号统计性质的模拟的随机过程,评价了这一算法的估计误差.理论和实验证明,瞬时频率可以在较低的信噪比下很好地适合跟踪由于肌肉疲劳引起的频谱变化.     

脑疲劳状态下脑功能网络研究与分析

旨在研究连续长时间脑力活动引发的脑疲劳对大脑连接性的影响,探索大脑疲劳评价的客观指标.通过持续认知任务实验诱发脑疲劳,选用互相关方法对采集到的脑电信号进行了不同导联间时域关联特性分析,构建并比较分析了正常态和脑疲劳态的脑功能网络.最后基于复杂网络理论对脑功能网络的特征参数进行了统计分析.结果表明,持续认知任务后,主观感觉疲劳程度显著增加,脑功能网络的平均度、平均聚类系数和网络密度与正常态相比均显著降低,而平均路径长度显著增大.脑功能网络参数可以很好地反映脑疲劳后大脑的连接性变化情况.     

Evaluation of mental fatigue based on multipsychophysiological parameters and kernel learning algorithms

Mental fatigue is an extremely sophisticated phenomenon, which is influenced by the environment, the state of health, vitality and the capability of recovery. A single parameter cannot fully describe it. In this paper, the effects of long time sustained low-workload visual display terminal （VDT） task on psychology are investigated by subjective self-reporting measures. Then power spectral indices of HRV, the P300 components based on visual oddball and wavelet packet parameters of EEG are combined to analyze the impacts of prolonged visual display terminal （VDT） activity on autonomic nervous system and central nervous system. Finally, wavelet packet parameters of EEG are extracted as the features of brain activity in different mental fatigue states. Kernel principal component analysis （KPCA） and support vector machine （SVM） are jointly applied to differentiate two states. The statistic results show that the level of both subjective sleepiness and fatigue increase significantly from pre-task to post-task, which indicate that the long time VDT task induces the mental fatigue to the subjects. The predominant activity of autonomic nervous system of subjects turns to the sympathetic activity from parasympathetic activity after the task. The P300 components and wavelet packet parameters of EEG are strongly related with mental fatigue. Moreover, the joint KPCA-SVM method is able to effectively reduce the dimensionality of the feature vectors, speed up the convergence in the training of SVM and achieve a high recognition accuracy （87%） of mental fatigue state. Multipsychophysiological measures and KPCA-SVM method could be a promising tool for the evaluation of mental fatigue.     

Myosin phosphorylation, agonist concentration and contraction of tracheal smooth muscle

Myosin phosphorylation plays an important part in excitation--contraction coupling in smooth muscle. Phosphorylation by a Ca2+, calmodulin-dependent kinase stimulates the actin-activated Mg2+-ATPase activity of smooth muscle myosin, suggesting that myosin phosphorylation regulates smooth muscle contraction. This hypothesis is supported by evidence that myosin is phosphorylated during contraction and dephosphorylated during relaxation of intact smooth muscles stimulated with a single agonist concentration. However, there is little information regarding the response to stimulation with various agonist concentrations. As the dose-response relationships for phosphorylation and tension should be similar if myosin phosphorylation does, in fact, regulate smooth muscle contraction, we studied myosin phosphorylation in tracheal smooth muscle stimulated with a broad range of concentrations of the cholinergic agonist, methacholine. The results of these experiments are consistent with the hypothesis that myosin phosphorylation regulates smooth muscle contraction but they indicate a relatively complex relationship between myosin phosphorylation and the generation of isometric tension.     

一种新的多轴疲劳损伤参量

基于临界面法提出一种与加载路径无关的多轴疲劳损伤参量，该参量考虑临界损伤平面上的最大剪切应变和法向应变程两个参数，并利用Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ准则将两参数合成一个等效损伤在量，结果表明，本文所提出的多轴疲劳损伤参量既可用于多轴比例循环加载，也可用在非比例加载条件下，用其预测多轴疲劳寿命，误差约在１．５个因子之内。     

Opening of dihydropyridine calcium channels in skeletal muscle membranes by inositol trisphosphate

In many non-muscle cells, D-inositol 1,4,5-trisphosphate (InsP3) has been shown to release Ca2+ from intracellular stores, presumably from the endoplasmic reticulum. It is thought to be a ubiquitous second messenger that is produced in, and released from, the plasma membrane in response to extracellular receptor stimulation. By analogy, InsP3 in muscle cells has been postulated to open calcium channels in the sarcoplasmic reticulum (SR) membrane, which is the intracellular Ca2+ store that releases Ca2+ during muscle contraction. We report here that InsP3 may have a second site of action. We show that InsP3 opens dihydropyridine-sensitive Ca2+ channels in a vesicular preparation of rabbit skeletal muscle transverse tubules. InsP3-activated channels and channels activated by a dihydropyridine agonist in the same preparation have similar slope conductance and extrapolated reversal potential and are blocked by a dihydropyridine antagonist. This suggests that in skeletal muscle, InsP3 can modulate Ca2+ channels of transverse tubules from plasma membrane, in contrast to the previous suggestion that the functional locus of InsP3 is exclusively in the sarcoplasmic reticulum membrane.     

海洋石油钢结构焊接构件疲劳可靠性的研究

本文重点研究了带有缺陷的焊接构件的疲劳可靠性;建立了贯穿壁厚的疲劳失效模型;对NDT精度等疲劳参量的统计特性作了分析。基于寿命模型,应用结构可靠性原理探讨了设计阶段构件的疲劳可靠性预测及带裂纹构件剩余寿命的概率分析问题。通过相应的计算,给出了几组特定参数下的失效概率曲线,并分析了有关参数的作用。