上肢骨骼肌表面肌电多成分及空间分布的动态激活特性研究

发布时间：2025-01-18 15:57

　　人体的运动依赖于神经系统对骨骼肌的激活状态进行动态调控。例如,在动态肢体运动中,肌肉功能需依照运动阶段需求及时切换;而在持续恒力收缩运动中,肌肉收缩的输出力量需要达到目标力量水平并保持力量稳定。这些运动的实现均需神经控制系统根据运动过程中时变的任务要求动态地调整骨骼肌内运动单位(Motor Unit,MU)的募集策略。然而,骨骼肌内MU群体的动态募集机制十分复杂,其间不仅涉及不同类型MU的相互配合,还可能存在不同神经肌肉功能分区间的差异性激活。因此,需要对肌肉内这种高度复杂结构采用高效的组织方式加以调控。已有研究发现肌肉内MU的群体活动调控现象,如,MU的有序募集;随疲劳发展频谱分布向左偏移;运动中肌电活动频谱分布动态变化;空间分布重组等多种动态变化特性。然而,现有的研究没有体现出神经系统对MU群体活动采用何种组织方式进行协调控制;特别是当神经肌肉生理状态改变或出现病理状态时,神经系统采用的协调组织方式将受到怎样的影响尚不清楚。因此,研究单块骨骼肌内MU群体的动态调控机制,不仅可加深对神经肌肉系统控制机理的理解,而且还有望为临床诊断和康复提供依据。表面肌电(surface Electro...

【文章页数】：130 页

【学位级别】：博士

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英文摘要
1 绪论
    1.1 研究背景及研究意义
    1.2 基于肌电信号的动态激活特性研究进展
        1.2.1 静态运动中肌电动态激活特性研究
        1.2.2 动态运动中肌电动态激活特性研究
    1.3 SEMG信号的动态激活特性研究现状
    1.4 研究目的和研究内容
    1.5 本文组织结构
2 神经系统调控肌肉收缩及其表面肌电振荡模式提取
    2.1 骨骼肌及神经肌肉系统
    2.2 肌电活动的形成及神经调控机理
        2.2.1 运动单位的生理基础
        2.2.2 运动单位的募集
        2.2.3 肌电形成的生理机制
        2.2.4 肌电活动的神经调控机理
    2.3 常用SEMG信号分析方法
        2.3.1 sEMG信号的线性分析
        2.3.2 sEMG信号的非线性分析
    2.4 基于SEMG信号的MU募集分析
        2.4.1 MUAPT提取
        2.4.2 sEMG成分的提取
        2.4.3 sEMG成分提取效果比较
    2.5 基于SEMG信号的协同分析
        2.5.1 独立分量分析
        2.5.2 主成分分析
        2.5.3 非负矩阵分解
    2.6 本章小结
3 肢体关节运动的肌电成分协同募集
    3.1 引言
    3.2 研究方案
        3.2.1 实验方案及数据采集
        3.2.2 数据处理
        3.2.3 成分功率配比
        3.2.4 成分协同模式提取
    3.3 结果
        3.3.1 爬行过程中肌电成分功率配比的变化
        3.3.2 正常婴幼儿爬行过程中肌电成分协同模式
        3.3.3 脑瘫患儿爬行过程中肌电成分协同模式
    3.4 讨论
        3.4.1 爬行过程中肌电成分的调控分析
        3.4.2 爬行过程中肌电成分协同募集调控分析
        3.4.3 脑瘫对爬行中肌电成分协同募集调控的影响
    3.5 本章小结
4 持续等长收缩的肌电成分协同募集
    4.1 引言
    4.2 研究方案
        4.2.1 实验方案及数据采集
        4.2.2 数据处理
        4.2.3 时频特征及复杂度特征提取
        4.2.4 持续收缩时sEMG成分协同模式提取
    4.3 结果
        4.3.1 指伸肌分区肌电活动的时频特征
        4.3.2 指伸肌分区肌电活动的复杂度特征
        4.3.3 指伸肌分区的肌电成分协同募集
    4.4 讨论
        4.4.1 持续收缩时指伸肌分区激活强度的分析
        4.4.2 持续收缩时指伸肌分区肌电活动的适应性分析
        4.4.3 持续收缩时指伸肌分区肌电成分协同募集调控分析
    4.5 本章小结
5 肌肉持续等长收缩的空间激活动态调节
    5.1 引言
    5.2 研究方案
        5.2.1 实验方案及数据采集
        5.2.2 数据处理
        5.2.3 空间分布的差值地形图
        5.2.4 差值地形图的区域划分及特征提取
        5.2.5 统计分析
    5.3 结果
        5.3.1 指伸肌空间活动的非均匀变化
        5.3.2 指伸肌空间活动的非均匀重组
    5.4 讨论
        5.4.1 持续收缩时指伸肌的区域化活动分析
        5.4.2 持续收缩时指伸肌的空间重组分析
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 论文创新点
    6.3 后续工作展望
参考文献
附录
    A.主要缩略词中英文对照表
    B.作者在攻读博士学位期间发表的论文目录
    C.作者在攻读学位期间参与的科研项目
    D.作者在攻读博士学位期间参加的学术会议
    E.学位论文数据集
致谢



本文编号：4028823