基于表面肌电的爬行运动功能分析与评估研究
发布时间：2021-10-05 18:12
爬行是一种全身性的四肢交替运动,在婴幼儿的运动发育过程中起着重要的作用。对爬行运动开展研究,探索爬行的神经控制机理,有助于神经肌肉系统疾病的临床诊断和康复治疗。当前对爬行运动的研究多是借助量表、视频、加速度计等进行运动学分析,缺乏对神经肌肉控制的研究。同时,大部分爬行相关研究定位于单肢体或者单侧肢体,缺乏全身性深层次的运动控制机理研究。针对现有研究不足,本论文首先对16名健康成人（Healthy adult,HA）展开了爬行运动神经肌肉控制特性的研究,进一步地,以8名脑瘫患儿（cerebralpalsy,CP）为研究对象,探索了从神经肌肉控制角度评估脑瘫患儿爬行运动功能障碍的可行性。首先,为了实现对爬行运动的神经肌肉控制特性分析,提出了一套基于压力传感器和表面肌电电极的爬行运动数据采集方案。从每侧肢体选取与爬行运动最为相关的15块肌肉（上肢8块,下肢7块）作为目标肌肉,同步采集全身30块肌肉的肌电信号和左、右手压力信号用于爬行运动分析。其次,以同侧式和对侧式手膝爬行作为研究对象,采用肌肉共激活、肌肉协同和脊髓映射三种手段,对健康成人开展了爬行运动神经控制特性分析。从肌肉共激活角度,分析...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１根据爬行姿势划分的爬行类型Ｍ??爬行涉及到上肢与下肢肢体之间的协调
???左手?一?：????一??右手???????右腿?一?????－??ＩＰＬ？４７％?对侧式??左腿????????左手????????右手????????右腿?一?????一??ＩＰＬ？２５％?无肢体配对式??左腿????????左手??右手???????一??右腿?一?????一??ＩＰＬ？１１％?同侧式??图１．２根据ＩＰＬ划分的爬行类型［１５］??人类上肢和下肢之间的协调可能是由于颈部和腰骶部模式生成器之间持续??的神经连接［１８，１９］，有节律性的手臂运动受到颈部模式生成器的控制，而位于腰??骶部的模式生成器能够促使腿部屈肌和伸肌的交替激活。爬行运动需要颈部和??腰骶部模式生成器之间的相互作用来协调手臂和腿部的节律性运动。同时，爬??行是全身性大肢体运动，由全身多块肌肉的协同激活产生。ＭａｃＬｅｌｌａｎｌＷ收集了??健康成人在爬行过程中右侧肢体２６块肌肉的表面肌电信号，发现与直立行走相??比，爬行运动过程中上肢肌肉的激活要大于下肢肌肉，踝关节足底屈肌的激活??程度要小于直立行走；在上肢支撑阶段，三角肌与肱三头肌在明显激活，下肢??股四头肌和胫骨前肌随着速度的增加激活程度增加。对于爬行异常的患者来说，??探索爬行过程中的肌肉组合方式有助于医生了解患者的肌肉异常激活模式［２１］。??４??
?第２章爬行运动神经肌肉控制特性研究方案???如表２．１所示，将每一块肌肉进行编号，后文中均用编号来代替每块肌肉。??同时，将压力信号放置在两手手掌处，以便后续数据处理时准确地对爬行信号??进行周期分割。表面肌电电极和压力传感器的放置位置如图２．３所示。具体安放??标准参考ＳＥＮＩＡＭ准则［６４】。为获取高质量肌电信号，在放置电极前，先用酒精??擦拭目标肌肉。此外，为了避免在运动过程中表面肌电电极与皮肤之间产生运??动伪迹，防止电极脱落，使用双面胶和肌肉贴将电极双重固定到对应肌肉的皮??肤表面。??三角肌??ｉＴＯｆＥ—??桡侧腕伸肌一ｖ?＾?Ｊｌ?＼?Ｗ?ＩＥ?；?＾?桡側腕屈肌??ｊ?！卜??＊肌电电极？压力传感器??图２．３表面肌电电极和压力传感器放置示意图??图注：肌肉解剖图来源于?ｈｔｔｐ’ｓ：／／ｈｕｍａｎ，?ｂｉｏｄｉｇｉｔａｌ，?ｃｏｍ／??２．?３表面肌电信号预处理??在利用ｓＥＭＧ信号进行相关分析前，首先需要对其进行高通滤波、去均值、??整流、低通滤波取包络、幅值归一化以及周期分割等预处理操作。ｓＥＭＧ信号??的能量主要集中在５０＿２５０Ｈｚ，而在运动过程中由于肌肉与皮肤之间的相对位移??而产生的运动伪迹噪声，频谱一般分布在０－２０ＨＺ。因此，可以采用截止频率为??５０Ｈｚ的高通滤波器来去掉低频伪迹噪声。一般来说，当滤波器的阶数越高时，??滤波器的响应就越接近理想特性，但是也会导致滤波器的延时增加以及计算复??杂度太高。因此，综合考虑各方面特性，本研宄采用了基于汉明窗的有限长单??位冲激响应滤波器，并将其阶数和窗长分别设置为５０和５１。去均值处理的目的??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]小儿脑瘫的早期诊断和康复治疗问题分析[J]. 刘丽伟. 临床医药文献电子杂志. 2018(79)
[2]sEMG based quantitative assessment of acupuncture on Bell’s palsy:an experimental study[J]. HAN JianDa,XIONG AnBin,ZHAO XinGang,DING QiChuan,CHEN YiGuo,LIU GuangJun. Science China（Information Sciences）. 2015(08)
[3]运动性肌肉疲劳诱发拮抗肌活动变化的特征及机制研究现状与思考[J]. 王乐军,陆爱云,牛文鑫,龚铭新,李旭鸿. 中国运动医学杂志. 2014(07)
[4]足底压力测试技术在不同人群中的应用[J]. 魏孟田,及化娟,李立. 中国组织工程研究与临床康复. 2010(50)
[5]双侧屈伸肘运动中主动肌与拮抗肌的表面肌电图变化[J]. 张海红,王健. 中国运动医学杂志. 2009(04)
博士论文
[1]小儿脑瘫运动功能障碍评估研究[D]. 汤璐.中国科学技术大学 2017
[2]表面肌电信号的运动单位动作电位检测[D]. 李强.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]儿童爬行运动特征分析及功能异常评估研究[D]. 李亮亮.中国科学技术大学 2018
[2]表面肌电信号分析及运动模式分类研究[D]. 苏芳茵.华侨大学 2016
本文编号：3420271
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１根据爬行姿势划分的爬行类型Ｍ??爬行涉及到上肢与下肢肢体之间的协调
???左手?一?：????一??右手???????右腿?一?????－??ＩＰＬ？４７％?对侧式??左腿????????左手????????右手????????右腿?一?????一??ＩＰＬ？２５％?无肢体配对式??左腿????????左手??右手???????一??右腿?一?????一??ＩＰＬ？１１％?同侧式??图１．２根据ＩＰＬ划分的爬行类型［１５］??人类上肢和下肢之间的协调可能是由于颈部和腰骶部模式生成器之间持续??的神经连接［１８，１９］，有节律性的手臂运动受到颈部模式生成器的控制，而位于腰??骶部的模式生成器能够促使腿部屈肌和伸肌的交替激活。爬行运动需要颈部和??腰骶部模式生成器之间的相互作用来协调手臂和腿部的节律性运动。同时，爬??行是全身性大肢体运动，由全身多块肌肉的协同激活产生。ＭａｃＬｅｌｌａｎｌＷ收集了??健康成人在爬行过程中右侧肢体２６块肌肉的表面肌电信号，发现与直立行走相??比，爬行运动过程中上肢肌肉的激活要大于下肢肌肉，踝关节足底屈肌的激活??程度要小于直立行走；在上肢支撑阶段，三角肌与肱三头肌在明显激活，下肢??股四头肌和胫骨前肌随着速度的增加激活程度增加。对于爬行异常的患者来说，??探索爬行过程中的肌肉组合方式有助于医生了解患者的肌肉异常激活模式［２１］。??４??
?第２章爬行运动神经肌肉控制特性研究方案???如表２．１所示，将每一块肌肉进行编号，后文中均用编号来代替每块肌肉。??同时，将压力信号放置在两手手掌处，以便后续数据处理时准确地对爬行信号??进行周期分割。表面肌电电极和压力传感器的放置位置如图２．３所示。具体安放??标准参考ＳＥＮＩＡＭ准则［６４】。为获取高质量肌电信号，在放置电极前，先用酒精??擦拭目标肌肉。此外，为了避免在运动过程中表面肌电电极与皮肤之间产生运??动伪迹，防止电极脱落，使用双面胶和肌肉贴将电极双重固定到对应肌肉的皮??肤表面。??三角肌??ｉＴＯｆＥ—??桡侧腕伸肌一ｖ?＾?Ｊｌ?＼?Ｗ?ＩＥ?；?＾?桡側腕屈肌??ｊ?！卜??＊肌电电极？压力传感器??图２．３表面肌电电极和压力传感器放置示意图??图注：肌肉解剖图来源于?ｈｔｔｐ’ｓ：／／ｈｕｍａｎ，?ｂｉｏｄｉｇｉｔａｌ，?ｃｏｍ／??２．?３表面肌电信号预处理??在利用ｓＥＭＧ信号进行相关分析前，首先需要对其进行高通滤波、去均值、??整流、低通滤波取包络、幅值归一化以及周期分割等预处理操作。ｓＥＭＧ信号??的能量主要集中在５０＿２５０Ｈｚ，而在运动过程中由于肌肉与皮肤之间的相对位移??而产生的运动伪迹噪声，频谱一般分布在０－２０ＨＺ。因此，可以采用截止频率为??５０Ｈｚ的高通滤波器来去掉低频伪迹噪声。一般来说，当滤波器的阶数越高时，??滤波器的响应就越接近理想特性，但是也会导致滤波器的延时增加以及计算复??杂度太高。因此，综合考虑各方面特性，本研宄采用了基于汉明窗的有限长单??位冲激响应滤波器，并将其阶数和窗长分别设置为５０和５１。去均值处理的目的??１３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]小儿脑瘫的早期诊断和康复治疗问题分析[J]. 刘丽伟. 临床医药文献电子杂志. 2018(79)
[2]sEMG based quantitative assessment of acupuncture on Bell’s palsy:an experimental study[J]. HAN JianDa,XIONG AnBin,ZHAO XinGang,DING QiChuan,CHEN YiGuo,LIU GuangJun. Science China（Information Sciences）. 2015(08)
[3]运动性肌肉疲劳诱发拮抗肌活动变化的特征及机制研究现状与思考[J]. 王乐军,陆爱云,牛文鑫,龚铭新,李旭鸿. 中国运动医学杂志. 2014(07)
[4]足底压力测试技术在不同人群中的应用[J]. 魏孟田,及化娟,李立. 中国组织工程研究与临床康复. 2010(50)
[5]双侧屈伸肘运动中主动肌与拮抗肌的表面肌电图变化[J]. 张海红,王健. 中国运动医学杂志. 2009(04)
博士论文
[1]小儿脑瘫运动功能障碍评估研究[D]. 汤璐.中国科学技术大学 2017
[2]表面肌电信号的运动单位动作电位检测[D]. 李强.中国科学技术大学 2008
硕士论文
[1]儿童爬行运动特征分析及功能异常评估研究[D]. 李亮亮.中国科学技术大学 2018
[2]表面肌电信号分析及运动模式分类研究[D]. 苏芳茵.华侨大学 2016
本文编号：3420271
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