基于疲劳速率和剩余最大自主肌力的二维肌肉疲劳指标

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1、基于疲劳速率和剩余最大自主肌力的二维肌肉疲劳指标（申请清华大学工学硕士学位论文）培养单位：工业工程系学科：管理科学与工程研究生：常婧指导教师：马靓副教授二○一五年六月Two-dimensionalMuscleFatigueMeasurebasedonFatigueRateandResidentMaximumVoluntaryContractionThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofS

2、cienceinManagementScienceandEngineeringbyChangJingThesisSupervisor:AssociateProfessorMaLiangJune,2015摘要摘要对肌肉疲劳程度进行量化测量，确定肌肉负荷的合理水平是工效学研究的重要内容。由于目前使用的疲劳度量指标都具有一定局限性，以往研究中，使用不同指标得到的评价结果往往一致性较差。因此，有必要提出一个综合的疲劳指标，全面地描述肌肉疲劳状态。本文首先对当前局部肌肉疲劳研究中使用的评价指标进行研究综述，总结了主要度量指标――最大坚持时间

3、、肌肉疲劳模型、剩余最大肌力、肌电信号在疲劳程度评价方面的应用现状和存在问题，并梳理了描述个体差异的个体疲劳属性相关研究。在此基础上，本文提出了“个体疲劳速率”的概念，用以度量不同个体在肌肉疲劳发展速率上的差异，并以肌力-负荷动态模型为基础设计了个体疲劳速率的简化测量法：将持续静态最大负荷疲劳过程中肌力随时间的变化情况与该状态下的模型公式进行拟合。研究人员以30名被试为样本开展实验，测得的个体疲劳速率均值为1.75min−1，数据与模型的拟合优度集中在0.9左右，说明测量方法有效。六个月之后，对来自原被试样本中的10名被试进行重复

4、测量，结果发现模型拟合优度的均值为0.89，两次实验所得个体疲劳速率显著相关，相关系数0.87。此结果一方面表明个体疲劳速率符合“一段时间内相对稳定”的性质要求，另一方面也说明肌力-负荷模型具较高的信度。本文进一步对另一疲劳指标――剩余最大肌力的效度进行了实验检验。设计实验使20名被试在三种不同的疲劳状态下持续输出最大肌力，发现三个疲劳状态下被试的瞬时最大肌力并没有显著差异，而三个发力阶段中肌力下降速率却显著不同。说明剩余最大自主收缩肌力度量疲劳程度，其效度值得怀疑。最后，本研究在综合以上研究结果的基础上，将剩余最大自主肌力与个体

5、疲劳速率结合，提出了“二维肌肉疲劳指标”的概念，用以更准确描述肌肉疲劳状态。关键词：肌肉疲劳；疲劳度量指标；最大自主收缩肌力；疲劳模型；个体疲劳速率IAbstractAbstractMeasuringmusclefatigueandcalculatingrationalmuscleworkloadareveryim-portantinergonomics.However,duetolimitationsofcurrentmusclefatiguemeasures,alackofconsistencyisalwaysreported

6、bypreviousstudies.Asyntheticalmeasureisneededforaccurateevaluationofmusclefatiguedegree.Tosolvethisproblem,thisstudyproceedsinthreestages.Inthefirststage,acomprehensivereviewofpreviousmusclefatiguemeasureindexismade.Thisreviewinvestigatesseveralmainmeasures,suchasMaxim

7、umEnduranceTime,musclefatiguemodel,Residualmaximumvoluntarycontraction(ResidualMVC)andElectromyogra-phy(EMG)andsummarizestheirapplicationscopesandlimitations.Specialattentionispaidtothedescriptionsandmeasurementsofsubject-specificfatigueattributesinpreviousstudies.Inth

8、esecondstage,anaccuratedefinitionofsubject-specificmusclefatigabilityisproposed,andasimplifiedmeasuringmethodisdesignedbasedonF