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1、中国体育科技2000年(第36卷)第8期CHINASPORTSCIENCEANDTECHNOLOGYVol.36.No.8,2000表面肌电信号分析及其应用研究sEMGSignalAnalysisMethodandItsApplicationResearch12王健,金小刚12WANGJian,JINXiao2gang摘要:表面肌电信号是皮肤表面记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号,其时频特征及非线性动力学特征对该系统活动水平和状态有敏感依赖性,故可作为神经肌肉功能评价的有效方法。本文着重就肌电信号的分析方法及其应用现状进行简要回顾并分析探讨。关键词:肌电信号;线性分析;非
2、线性动力学分析;功能评价;神经肌肉系统Abstract:sEMGsignalisanone2dimensionaltimeseriessignalofneuromuscularsystemthatrecordedfromskinsurface,Thetime,frequencydomainandnonlineardynamicalcharactersofitaresensitivetotheintensityandstateformuscleactivitiesandthereforeitisavaluablemeth2odsformusclefunctionalevaluat
3、ion.ThispaperalsomakeabriefreviewfocusonthemethodsofsEMGsignalanalysisandit'sapplicationresearch.Keyword:sEMG;linearanalysis;nonlinearanalysis;functionalevaluation文章编号:100229826(2000)0820026203中图分类号:G804.2文献标识码:A表面肌电信号是从皮肤表面通过电极引导、记录下来的下公式计算:∞∞神经肌肉系统活动时的生物电信号,它与肌肉的活动状态和MPF=∫fP(f)df∫P(f)df功能状
4、态之间存在着不同程度的关联性,因而能在一定的程00MF∞∞度上反映神经肌肉的活动,在临床医学的神经肌肉疾病诊1和∫P(f)df=∫P(f)df=P(f)df断、人机工效学领域肌肉工作的工效学分析、康复医学领域2∫0MF0的肌肉功能评价以及体育科学中的疲劳判定、运动技术合理然而,由于Fourier变换本身的局限性,即仅适用于平稳性分析、肌纤维类型和无氧阈值的无损伤性预测等方面均有的非突变信号以及变换伴有位置信息的丢失,故以此方法来重要的实用价值。分析具有非平稳性和对肌肉活动有敏感依赖性的肌电信号,通常通过肌电图机所获得的肌电图信号(sEMG信号)尚难以全面、准确地反映其变化规律和
5、本质。是一维时间序列信号,它是表面引导电极所触及的多个运动1.2非线性动力学分析单位活动时所产生的电变化在时间和空间上迭加的结果,与sEMG是神经肌肉电生理活动在皮肤表面的反应,具有不同机能状态和活动状态下参加活动的运动单位数量、不同典型的非线性特征。非线性动力学研究的基本原理是,由少运动单位的放电频率、运动单位活动的同步化程度、运动单数变量的单一时间序列提取整个系统的动力学特征,以构建位募集模式以及表面电极放置位置、皮下脂肪厚度、体温变肌肉机械活动与生物电变化之间的力电关系模型。目前,对化等因素有关。多年来,对sEMG信号的分析主要集中在时非线性动力系统的研究主要从以下几方面
6、展开。[1]域和频域2个领域,信号分析的目的在于通过研究sEMG1.2.1关联维数信号的时、频特征与肌肉结构以及肌肉活动状态和功能状态分形(Fractal)由美国数学家Mandelbrot1975年首先提之间的关联性,探讨sEMG信号变化的可能原因及应用出,他发现自然界中一类经典欧氏几何难以处理的几何图sEMG信号的变化有效反映肌肉的活动和功能。近年来,随形,具有比例自相似性(即任何尺度下复杂性不消失),它表着人们对神经肌肉系统非线性性质认识的深入,有人开始尝[2]试采用非线性数学方法分析肌电信号,从而使该领域的研收稿日期:1999207207;修订日期:2000204224究
7、步入一个崭新的阶段。基金项目:浙江省体委委管课题。作者简介:王健(19612),男,吉林蛟河人,副教授,工学博士,现从事生物信号分析理论与应用以及警戒脑机制研究,Tel:1sEMG信号的现代分析方法(0571)8273700。1.1sEMG信号线性分析作者单位:11浙江大学(西溪校区)体育系,浙江杭州310028;21sEMG信号线性分析主要包括时域和频域分析。其中,浙江大学(西溪校区)计算机系,浙江杭州31002811DepartmentofPhysicalEducation,Zhejia
