EIM的有限元分析及在肌肉疲劳实验研究中的应用
发布时间：2021-10-24 15:07
近年来,智能手表、运动手环等与运动健身结合的穿戴式设备逐渐受到市场的高度热捧。肌肉疲劳作为康复医学、运动健身领域中一种常见的生理现象,早已引起运动员、康复患者及广大消费者的强烈关注,但穿戴式设备对此却鲜有涉足。肌肉电阻抗图（Electrical Impedance Myography,EIM）利用电阻抗评估局部肌肉或肌肉群组织特征,是检测肌肉疲劳状况的有效工具。与常用的表面肌电信号（Surface Electromyography,sEMG）相比,EIM具有信号幅值大、频率可控、预处理简便等优势,可为肌肉疲劳状况的实时监测提供一种低复杂度、高可行性的穿戴式实现方案。本文通过有限元求解方法,在三维手臂有限元模型上获取EIM测量的优化电极配置方式,对手臂肱二头肌开展肌肉疲劳实验研究,并将其结果与sEMG进行对照剖析,验证EIM评价肌肉疲劳的可行性与合理性。具体研究内容如下:首先,基于实验客体的生理信息特征构建三维手臂有限元仿真模型,以此为依据,进一步通过有限元求解方法获取优化的电极配置方式。结果显示,获取的优化电极配置方式是电极大小40mm× 1Omm、电极间隔距离12mm-24mm-12...
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２生物组织工作原理示意图??
皮肤平均厚度为１？２ｍｎｉ，故为简化皮肤厚度的差异而又不至于对求解结果造成??较大误差，本文将人体皮肤层厚度定义为各组织层的等效几何参数??如表２－２，根据表２－２中参数所建的几何经验模型如图２－４所示。???表２－２手臂各组织层的等效几何参数???客体?上臂（ｃｍ）?关节（ｃｍ）?下臂（ｃｍ）??组织层?ａ?ｂ?ａ?ｂ?ａ?ｂ??皮肤?５．１５０?４．０８７５?４．１２０?３．２７０?２．６３７?２．０９３??脂肪?５．０００?３．９３７５?４．０００?３．１５０?２．５６０?２．０１６??肌肉?４．７００?３．６３７５?３．５２５?２．７２８１３?２．２５６?１．７４６??骨豁?１．６２５?１．４００?１．９５０?１．６８０?１．４６２５?１．２６０??肘关节截面图??＠??Ａ?上臂截面图??＾臂截面图????Ｗ？ｌ?■????＇?Ｉ－Ｈ?－ｊ??图２－４三维手臂的几何经验模型??２．３．２?ＥＩＭ的有限元仿真平台的搭建??上一小节介绍了如何基于实验客体的生理信息特征构建个性化的三维手臂??经验模型，本小节以此为基础，借助ＣｏｍｓｏｌＭｕｌｔｉｐｈｓｉｃｓ多物理场仿真软件，结??合ＥＩＭ的工作原理及建模理论基础完成有限元仿真平台的搭建。??有限元分析是一种利用偏微分方程或方程组对任何物理现象进行求解的高??效数值计算方法，广泛应用于机械、建筑、交通运输、航天航空、电子、电器等??学科领域［３９］。ＣｏｍｓｏｌＭｕｌｔｉｐｈｓｉｃｓ多物理场仿真软件以有限元思想为基础
头肌处粘附两对电极，分别为外侧激励电流电极和内侧感应电压电极，其中收发??电极大小为４０ｍｍｘｌ〇ｍｍ，厚度为１ｍｍ，电极间隔距离为１２ｍｍ－２４ｍｍ－１２ｍｍ，??如图２－６所示。??１４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面肌电信号的肌肉疲劳判别研究进展[J]. 姜亚斌,邹任玲,刘建. 生物信息学. 2017(02)
[2]超声图像熵特性的肌肉疲劳进程评估[J]. 王前,曹霞,尹冠军,郭建中. 中国生物医学工程学报. 2015(01)
[3]肌肉电导率对人体通信信号传输的影响[J]. 曾雪芝,高跃明,潘少恒,麦炳源,韦孟宇,杜民. 电子测量与仪器学报. 2013(01)
[4]体导电能量传递电磁场模型的分析与仿真[J]. 唐治德,谢迪,冯骊骁,吴明鹏. 计算机仿真. 2010(01)
[5]准静态近似条件下电流耦合型人体通信模型的建立与验证[J]. 高跃明,潘少恒,杜民,韦孟宇,麦炳源. 航天医学与医学工程. 2009(06)
[6]生物电阻抗特征参数提取方法及测量系统的研究[J]. 马岚,杨玉星. 航天医学与医学工程. 2002(03)
博士论文
[1]基于时频和时间尺度分析的表面肌电信号研究及应用[D]. 牟永阁.重庆大学 2004
[2]生物浅表组织电特性三维重建及其应用研究[D]. 闫丽萍.四川大学 2003
硕士论文
[1]人体通信微弱电信号对人体影响的电磁仿真与生物评价[D]. 蔡涓.福州大学 2017
[2]生物阻抗谱测量与分析方法研究[D]. 吕新强.天津科技大学 2016
[3]生物阻抗参数测量与特性分析[D]. 赵秋红.天津科技大学 2014
[4]基于数字人体的电流耦合型人体通信有限元建模与分析[D]. 曾雪芝.福州大学 2013
[5]电阻抗层析成像系统激励电路的设计[D]. 童倜.上海交通大学 2011
[6]基于静动态收缩条件的前臂肌电信号疲劳特征研究[D]. 邓晨曦.天津大学 2009
[7]静态运动负荷诱发肌肉疲劳过程中SEMG信号变化的生理机制[D]. 叶伟.浙江大学 2002
本文编号：3455494
【文章来源】：福州大学福建省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－２生物组织工作原理示意图??
皮肤平均厚度为１？２ｍｎｉ，故为简化皮肤厚度的差异而又不至于对求解结果造成??较大误差，本文将人体皮肤层厚度定义为各组织层的等效几何参数??如表２－２，根据表２－２中参数所建的几何经验模型如图２－４所示。???表２－２手臂各组织层的等效几何参数???客体?上臂（ｃｍ）?关节（ｃｍ）?下臂（ｃｍ）??组织层?ａ?ｂ?ａ?ｂ?ａ?ｂ??皮肤?５．１５０?４．０８７５?４．１２０?３．２７０?２．６３７?２．０９３??脂肪?５．０００?３．９３７５?４．０００?３．１５０?２．５６０?２．０１６??肌肉?４．７００?３．６３７５?３．５２５?２．７２８１３?２．２５６?１．７４６??骨豁?１．６２５?１．４００?１．９５０?１．６８０?１．４６２５?１．２６０??肘关节截面图??＠??Ａ?上臂截面图??＾臂截面图????Ｗ？ｌ?■????＇?Ｉ－Ｈ?－ｊ??图２－４三维手臂的几何经验模型??２．３．２?ＥＩＭ的有限元仿真平台的搭建??上一小节介绍了如何基于实验客体的生理信息特征构建个性化的三维手臂??经验模型，本小节以此为基础，借助ＣｏｍｓｏｌＭｕｌｔｉｐｈｓｉｃｓ多物理场仿真软件，结??合ＥＩＭ的工作原理及建模理论基础完成有限元仿真平台的搭建。??有限元分析是一种利用偏微分方程或方程组对任何物理现象进行求解的高??效数值计算方法，广泛应用于机械、建筑、交通运输、航天航空、电子、电器等??学科领域［３９］。ＣｏｍｓｏｌＭｕｌｔｉｐｈｓｉｃｓ多物理场仿真软件以有限元思想为基础
头肌处粘附两对电极，分别为外侧激励电流电极和内侧感应电压电极，其中收发??电极大小为４０ｍｍｘｌ〇ｍｍ，厚度为１ｍｍ，电极间隔距离为１２ｍｍ－２４ｍｍ－１２ｍｍ，??如图２－６所示。??１４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面肌电信号的肌肉疲劳判别研究进展[J]. 姜亚斌,邹任玲,刘建. 生物信息学. 2017(02)
[2]超声图像熵特性的肌肉疲劳进程评估[J]. 王前,曹霞,尹冠军,郭建中. 中国生物医学工程学报. 2015(01)
[3]肌肉电导率对人体通信信号传输的影响[J]. 曾雪芝,高跃明,潘少恒,麦炳源,韦孟宇,杜民. 电子测量与仪器学报. 2013(01)
[4]体导电能量传递电磁场模型的分析与仿真[J]. 唐治德,谢迪,冯骊骁,吴明鹏. 计算机仿真. 2010(01)
[5]准静态近似条件下电流耦合型人体通信模型的建立与验证[J]. 高跃明,潘少恒,杜民,韦孟宇,麦炳源. 航天医学与医学工程. 2009(06)
[6]生物电阻抗特征参数提取方法及测量系统的研究[J]. 马岚,杨玉星. 航天医学与医学工程. 2002(03)
博士论文
[1]基于时频和时间尺度分析的表面肌电信号研究及应用[D]. 牟永阁.重庆大学 2004
[2]生物浅表组织电特性三维重建及其应用研究[D]. 闫丽萍.四川大学 2003
硕士论文
[1]人体通信微弱电信号对人体影响的电磁仿真与生物评价[D]. 蔡涓.福州大学 2017
[2]生物阻抗谱测量与分析方法研究[D]. 吕新强.天津科技大学 2016
[3]生物阻抗参数测量与特性分析[D]. 赵秋红.天津科技大学 2014
[4]基于数字人体的电流耦合型人体通信有限元建模与分析[D]. 曾雪芝.福州大学 2013
[5]电阻抗层析成像系统激励电路的设计[D]. 童倜.上海交通大学 2011
[6]基于静动态收缩条件的前臂肌电信号疲劳特征研究[D]. 邓晨曦.天津大学 2009
[7]静态运动负荷诱发肌肉疲劳过程中SEMG信号变化的生理机制[D]. 叶伟.浙江大学 2002
本文编号：3455494
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