[发明专利]一种联合表面肌电肌音与近红外光谱的肌肉疲劳检测方法

说明书

本发明公开了一种联合表面肌电肌音与近红外光谱的肌肉疲劳检测方法，涉及人体运动功能检测与评定领域，采用等长静力收缩，制造肌肉疲劳；同步记录肌肉活动时的表面肌电、肌音和近红外光谱信号；从肌纤维动作电位募集特性、动作电位传导特性、肌纤维低频振动特性、血液动力学特性及血氧代谢五个方面量化建立相应的疲劳参数，分析评定肌肉疲劳机理。本发明通过无创的方式检测和分析肌肉疲劳；通过肌电肌音及近红外信号同时测量，获取更多可靠的肌肉疲劳的信息；可从肌纤维动作电位募集特性、动作电位传导特性、肌纤维低频振动、血液动力学及血氧代谢五个方面综合检测肌肉疲劳，加深对疲劳机理的认识。

技术领域

本发明涉及人体运动功能检测与评定领域，尤其是一种联合表面肌电肌音与近红外光谱的肌肉疲劳检测方法。

背景技术

肌肉疲劳是人体运动功能状态的一种体现，其定义是肌肉在反复工作的情况下导致做功能力下降。研究肌肉疲劳规律能够加深对疲劳机理的认识，推动人体运动功能评定和康复医疗水平的发展。然而，目前检测肌肉疲劳的技术手段极为有限，比如血液化验等有创伤的方式，而且对肌肉疲劳机理的认识还极为不足。肌肉疲劳同时受心理因素、工作环境的影响，但最根本的原因还是肌肉组织内氧代谢的变化，乳酸堆积，因此疲劳时肌肉具有酸痛感，身体机能下降。

作为无创的检测方式，表面肌电信号反映了肌肉收缩时的电活动，肌音信号体现了肌肉活动时肌纤维的低频机械振动，而近红外光谱可以检测肌肉的血液动力学特性和血氧代谢变化。生理学基础表明，肌肉疲劳时，伴随着肌纤维振动特性的改变，肌纤维的动作电位募集特性和电位的传导特性会发生相应的变化，同时肌肉的血液动力学特性和血氧代谢水平也会有一定转变。具体而言，肌肉疲劳在肌电信号上的表现是功率谱左移，中值频率(median frequency，MDF)降低，表征信号能量的均方根RMS增大。疲劳时肌肉的做功能力下降，引起肌纤维的低频振动加剧，可以从肌音信号中观测相应信息。由于肌肉疲劳与血氧代谢紧密相关，近红外光谱(NIRS)也是一种有力的疲劳检测技术。肌肉疲劳过程中，氧消耗增多，导致含氧血红蛋白浓度降低，脱氧血红蛋白浓度增加，氧饱和度下降，这些变化都可以由近红外信号解算得出。因此，表面肌电、肌音与近红外光谱技术结合能够获取更丰富的肌肉疲劳信息，加深对肌肉疲劳机理的认识。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种联合表面肌电肌音与近红外光谱的肌肉疲劳检测方法，从肌纤维动作电位募集特性、动作电位传导特性、肌纤维低频振动特性、血液动力学及血氧代谢五个方面，检测肌肉疲劳，加深对疲劳机理的认识。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中检测肌肉疲劳的技术手段极为有限，克服血液化验等有创伤的方式的缺点，以及克服对肌肉疲劳机理的认识不足的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种联合表面肌电肌音与近红外光谱的肌肉疲劳检测方法，包括以下步骤：

步骤1、采用等长静力收缩，制造肌肉疲劳；

步骤2、记录肌肉活动时的表面肌电、肌音和近红外光谱信号；

步骤3、从肌纤维动作电位募集特性、动作电位传导特性、肌纤维低频振动特性、血液动力学特性及血氧代谢五个方面量化建立相应的疲劳参数，分析评定肌肉疲劳机理。

进一步地，所述等长静力收缩，采用力测量装置进行标定。

进一步地，所述制造肌肉疲劳是通过一定时间的等长静力收缩进行诱导实现的。

进一步地，所述表面肌电、肌音和近红外光谱信号需通过肌电、肌音及近红外混合式传感器同时测量。

进一步地，所述肌纤维动作电位募集特性和肌纤维低频振动特性，均通过肌电信号的均方根RMS进行量化，所述肌纤维动作电位募集特性和肌纤维低频振动特性对应的疲劳参数分别为RMS_emg和RMS_mmg，其计算公式如下：