采用陣列電記錄前臂肌肉FDS sEMG信號，提取sEMG信號特征值RMS，分析其與食力量水平的相關(guān)性，研究不同解剖位置處運動單位的募集情況。

1 方法

實驗對象 8名大學(xué)生志愿者，其中男性4名，女性4名，受試者年齡在20~24歲之間，身體健康，實驗前兩天沒有進(jìn)行高 強(qiáng)度運動，沒有運動神經(jīng)類疾病，對實驗過程知曉。

實驗內(nèi)容 受試者掌心向下，拇內(nèi)收，1～4 放傳感器上，按要求依次完成 1012 個不同水平的單力量跟蹤實驗。實驗過程中，為受者提供目標(biāo)力量曲線， 并實時反饋實際力的大，使其盡力模仿目標(biāo)線完成務(wù)，完成一輪6 1012 N的力量跟蹤實驗為一組，重復(fù)5 min實驗前，每個受試者有熟悉實驗過程的練環(huán)節(jié) 避免實驗中受試者產(chǎn)生適應(yīng)性，測試完成務(wù)的順序是隨機(jī)的

實驗設(shè)備及參數(shù) 采用表面陣列電和 RM6280C 多道生理參數(shù)記錄儀記錄前臂淺屈肌(FDS)表面肌電信號及力量傳感器的輸出電壓，其中電是直徑2mm鍍金圓電組成的 各電中心距為3mm，沿肌纖維方向貼于前記錄儀信號采樣率設(shè)為2000 Hz。

2 數(shù)據(jù)處理

實驗中采用在時域范圍內(nèi)對 sEMG 信號進(jìn)行分析。 信號段選取 根據(jù)生理記錄儀6280 記錄軟件中的標(biāo)定結(jié)果， 將力傳感器的輸出電壓轉(zhuǎn)換為力量曲線， 選擇長度為1 25N%范圍內(nèi)波動的力量平穩(wěn)段，將該段 sEMG 信號用于分析。

濾波處理 在Matlab7.0中，用橢圓濾波器對原始sEMG 號進(jìn)行帶通濾波，計算各通道濾波處理后sEMG 信號 RMS 值。首先以500 點為一個時間窗， 窗不重疊， 將經(jīng)過濾波處 sEMG信號分成4段，分別計算每段的RMS值。

3 結(jié)果

計算出每個受試者所有動作的 RMS 然后對每一力量水平下重復(fù)5 次的特征值數(shù)據(jù)取平均。圖 顯示了各通道sEMG 信號RMS 值在不同力量水平下的幅值變化。

　　各通道sEMG 信號 RMS 值隨力量水平變化

圖2顯示了不同電點位置記錄的sEMG 信號RMS 量水平變化的變化曲線，可知， 在食活動模式下， 通道2 記錄的 sEMG 信號對力量變化敏感， 通道5 次之， 其余四 個通道 RMS 對力量敏感度較差。 通道2和通道5的RMS對力量水平的靈敏度幾乎為其他通道的兩倍。

　　各通道sEMG 信號 RMS 隨力量水平變化曲線

4討論

各通道 sEMG 信號 RMS 隨力量水平增加呈現(xiàn)遞增趨勢 通過圖觀察發(fā)現(xiàn)，不同電點位置記錄到的sEMG信號RMS 均隨力量水平的增加而增加。

Reiners 等用針電觀察到肌肉運動單位的發(fā)放率均隨 肌肉力量的增加而呈現(xiàn)遞增趨勢，當(dāng)肌肉收縮力量較小時， 低閾值的運動單位被募集，其發(fā)放率較低，產(chǎn)生的動作電 位較小;當(dāng)肌肉收縮力量較大時，閾值較高的運動單位被募 高閾值運動單位發(fā)放率更快，也較不規(guī)則，電測得 的動作電位較大[12]。

另外， 以傳統(tǒng)雙電結(jié)構(gòu)也記錄到 sEMG 信號的幅度 (RMS)隨力量增加而增加的變化趨勢。

這說明隨力量水平增加而募集的高閾值、 高發(fā)放率的運動單元的電活動通過肌肉組織和皮膚的傳導(dǎo)與綜合，也顯著 地表現(xiàn)為 sEMG 信號幅值的增加;而本研究通過陣列電采集二維 sEMG 信號進(jìn)一步證實，與力量水平相關(guān)的運動單元募 集模式及其電活動水平還體現(xiàn)在肌肉表面不同解剖位置的電活動強(qiáng)度變化，即隨肌肉收縮力量的增加，肌肉表面不同 解剖位置的 sEMG 幅值將同步增強(qiáng)。

神經(jīng)纖維產(chǎn)生興奮和傳導(dǎo)符合“0”或“1”的規(guī)律，只有“有” 或“無”，沒有強(qiáng)弱之分，為什么在刺激時卻有強(qiáng)弱的感覺，過強(qiáng)時還會疼痛難忍呢?因為負(fù)脈沖作用時，實際上同時刺激多束 神經(jīng)纖維共同產(chǎn)生興奮和傳導(dǎo)，如不同粗細(xì)的纖維，傳入和傳出 纖維，還刺激肌肉收縮，而收縮本身又會激發(fā)其他感受器(包括 痛覺感受器)向中樞發(fā)出信號，因此感覺是很復(fù)雜的。

2 FDS不同空間解剖結(jié)構(gòu)處 RMS 存在差異

從圖2中可以觀察到，相同力量水平下，F(xiàn)DS 不同空間解剖結(jié)構(gòu)處電記錄到的sEMG 信號RMS差異性較大。

圖3給出了實驗中陣列電放置于淺屈肌的示意圖表1中為各通道sEMG信號RMS的均值和方差，當(dāng)肌肉以一定力量收縮時，相應(yīng)的運動單位發(fā)生募集，動作電位由神經(jīng)支配區(qū)域沿肌纖維向兩側(cè)傳輸，神經(jīng)支配區(qū)域和肌腱附 近的動作電位較低，而處于中間區(qū)域的動作電位相對較大。

由圖1可知，不考慮不同F(xiàn)DS 解剖位置的影響，所有通道 sEMG信號 RMS 均隨力量水平的增加而增加。同時，電在 FDS不同空間解剖位置記錄到的sEMG 信號 RMS 幅值不同。各通道記錄到的 sEMG信號RMS 幅值大小差異性較大，表1給出了各通道sEMG 信號 RMS 值的均值與 標(biāo)準(zhǔn)差，可觀察到通道2 和通道5 RMS幅值均值和標(biāo)準(zhǔn)差以及方差均較其他通道大。

5 結(jié)論

本研究利用陣列電，在食單力量輸出實驗中，多點采集FDS 高密度 sEMG 信號，提取 sEMG信號 RMS，分析其隨力量水平的變化情況。

研究結(jié)果表明，RMS幅值隨手力量水平的增加呈現(xiàn)出遞增趨勢，可作為 sEMG 信號的特征值，用于反映肌肉活動水平;

FDS不僅存在不同的能分區(qū)，對于同一能分區(qū)，不同解剖位置參與手活動控制程度不同。

本研究雖然是小樣本量的探索研究，但證實了陣列電可用于檢測 FDS 肌電活動的空間信息，估計 FDS的空間激活特性及對手的控制模式，為進(jìn)一步研究前臂肌肉的空間活動模式提供術(shù)支持。