基于短时傅里叶变换的动力性运动疲劳肌音特征分析

肌音可用于跟踪局部肌肉疲劳引起的肌肉收缩性能的变化,之前相关的文献主要研究的是静力性运动疲劳的肌音特征.现在我们对动力性运动疲劳产生的肌音信号变化特征进行分析,提取腓肠肌坐姿负重提踵至疲劳所产生的肌音信号并进行分析,得到了肌音信号中值频率的变化规律.计算显示随着时间的延长和疲劳的加深,肌音信号的中值频率呈现增大的趋势,与静力性运动疲劳所得的结论有所不同.实验结果显示,肌音信号的特征受运动类型影响较大,静力性运动所得出的结论不能适用于动力性运动.     

基于红外技术的局部肌肉疲劳试验研究

为研究肌肉疲劳与人体温度变化之间的关系,探讨皮肤温度变化作为人体肌肉疲劳衡量指标的可能性。借助红外热成像技术观测并分析了肱二头肌和肘关节在不同负荷作用时其表面温度变化的特点。结果表明：在条件严格控制下,利用红外技术能够探测人体肌肉的疲劳;体表温度的变化与主观疲劳感觉等级（RPE）值具有较高相关性,体表温度的变化可作为衡量肌肉疲劳的参考依据之一;但由于体表温度和疲劳感受不同步,将温度作为唯一衡量疲劳程度的指标是不够准确的。     

驾驶员BMI对肌肉疲劳度的影响研究

目的 探究在相同驾驶条件下，个体BMI差异对驾驶员肌肉疲劳累积的影响。方法 采用对照试验对驾驶员不同BMI与腰背肌肉疲劳之间的关系进行研究。12名被试以标准驾驶姿势进行时长60 min的模拟驾驶，采集被试驾驶期间腰背部竖脊肌及背阔肌表面肌电信号MPF。试验从主观测评、客观数据两个维度入手，分析各被试BMI与表面肌电信号之间的关系，从而判断长时间驾驶状态下，驾驶员不同BMI对腰背部肌肉疲劳度是否具有显著性影响。结果 两组肌肉MPF值与驾驶时间均呈现显著性负相关。3组不同被试组间背阔肌、竖脊肌MPF值存在显著性差异。两组肌肉MPF趋势变化图均表明BMI值越大，MPF值越早出现下降趋势，且竖脊肌MPF值波动明显>背阔肌。结论 驾驶员BMI值越大，肌肉越早出现疲劳，且腰部竖脊肌比背部背阔肌更容易出现疲劳现象。研究结果可为驾驶疲劳个体差异问题研究、驾驶座椅设计及驾驶疲劳检测因素研究提供一定参考。     

航空装配作业疲劳监测机理研究及其装备设计应用

目的 对航空制造业装配操作者的疲劳检测方法进行研究,并对疲劳监测设备提出设计策略。方法 以人为中心的设计概念为基础,运用实证法,通过对新手操作者和熟练操作者的肌电信号和主观疲劳程度进行采集,整体地分析生理和主观评价的数据,对操作者的疲劳进行评估。结果 得出肌电信号的特征值随着人员的疲劳而规律性地变化,其中RMS值(均方根值)和FInsm5值(由Dimitrov提出的新频域参数)与主观评价表现出显著的相关性;新手操作者与熟练操作者的肌电信号也出现差异。结论 结合RMS值和FInsm5值的联合频谱分析,提出一个评估肌肉疲劳的模型,包括3种肌肉状态:肌肉激活、过渡到疲劳、疲劳到精疲力竭;提出将主观评价标准融入疲劳检测系统的方法;分析航空制造业装配操作者疲劳监测设备的设计策略,包括:可穿戴设备、肌肉疲劳模型的应用策略、反馈数据形式。最后根据设计策略对一款可穿戴设备的人机交互进行了设计应用探索。     

受限空间下重复搬举作业腰部肌肉疲劳特征研究

目的 探讨在高度受限空间下机务人员进行重复搬举作业对腰部肌肉疲劳状特性的影响。方法以装填火箭弹作业为背景,招募12名健康在校大学生参与实验,使用表面肌电仪、背力计和Borg’s RPE量表记录被试的表面肌电、肌力和主观疲劳数据,分析作业过程肌肉疲劳发展特征。结果 在整个模拟装填火箭弹的过程中,随着装填时间的延长,MVE%(Maximum Voluntary Electrical Activation,MVE%)和RPE(Rating of Perceived Exertion,RPE)值呈上升趋势,腰部肌肉力量和MF(Median Frequency,MF)值呈下降趋势;采用重复测量方差对腰部肌力、MVE%和MF值进行分析,与实验前相比,得出肌力在20 min后出现明显差异(P<0.05),左侧竖脊肌和多裂肌的MVE%值在10 min出现明显差异性,右侧竖脊肌和多裂肌在15 min出现明显差异性(P <0.05),左、右侧竖脊肌MF值在第15 min开始出现明显差异(P <0.05),左侧多裂肌在第10 min开始出现明显差异(P <0.05),右侧多裂肌MF值...     

动态驾驶环境所致人体肌肉疲劳的生物信号实验研究

为了评价不同的振动驾驶环境对人体舒适性的影响,通过模拟动态驾驶环境实验,采集了人体在不同振动强度下的表面肌电信号(SEMG).对其进行时域分析求得了积分肌电值(IEMG),应用频域分析对其进行特征值提取,得到了局部肌电幅度的中值频率(MF)与振动加速度、振动时间的关系,以及人体肱二头肌、竖脊肌、股二头肌的局部肌电与振动参数间的关系.实验中,借助近红外光谱技术(NIRS)观测与分析了肱二头肌、股二头肌和竖脊肌在不同振动环境下的肌氧含量变化特点,同时监测了脑氧含量的变化趋势,并对各振动环境下的人体舒适性及疲劳进行了主观评价实验.实验研究表明,振动驾驶环境直接影响人体的肌肉疲劳过程和人体的肌氧含量、脑氧含量,不同的振动环境会对人体肌肉疲劳及舒适性产生不同的影响.研究结果可为动态环境机械系统的人 车界面设计及操作舒适度的评定提供客观、有效的技术参考.     

基于sEMG的渣土车驾驶员肌肉疲劳与恢复研究

目的 为了解渣土车驾驶员肌肉疲劳发展与疲劳恢复特征,避免疲劳累积,降低肌肉骨骼损伤风险。方法 设计并组织渣土车模拟驾驶实验。招募8名被试参与实验,测量驾驶过程和恢复阶段驾驶员主观疲劳评分数据与颈部左右斜方肌、腰部左右竖脊肌、左右多裂肌共6个肌群的肌肉活动信息,运用统计学分析方法分析肌肉疲劳随驾驶时间和恢复时间而变化的特征。结果 经过180 min模拟渣土车驾驶任务后,驾驶员达到非常疲劳状态,所测量6个肌群肌肉疲劳,腰部CR-10评分高于颈部;经过5 min静坐和30 min静坐且听音乐休息后,驾驶员恢复至较清醒状态,所测6个肌群中,身体左侧相关肌群逐渐恢复,身体右侧相关肌群仍然处于疲劳状态。结论 渣土车驾驶过程肌肉疲劳明显,静坐恢复方式有利于疲劳恢复,但是身体右侧斜方肌、竖脊肌和多裂肌仍处于疲劳状态。     

不同踏板力对驾驶员腿部肌肉疲劳的分析研究

目的探索驾驶过程中不同踏板力对驾驶员腿部肌肉疲劳的影响,同时也为脚操纵装置在设计时考虑人因方面提供理论支撑。方法邀请10名具有驾驶经验的男性青年基于模拟驾驶平台模拟驾驶过程中踩油门和踩刹车时的动作,完成静坐和制动踏板力分别在0 N、80～159 N、160～239 N、240～319 N和320～400 N状况下的驾驶任务,每项任务时限均为40 m。通过腿部肌肉硬度测量、表面肌电测试技术、主观调查等三种方法,测试被试者完成各项任务后的腿部肌肉硬度值、表面肌电指标和主观疲劳感受。结果随着制动踏板力增加,右腿腓肠肌硬度值增大,试验人员越易感疲劳;与静坐任务比较,其他任务完成后sEMG的各项指标(iEMG、RMS、MF及MPF)都有显著变化(P0.05);且制动踏板力在240 N以上时腿部疲劳明显加重。结论选用的各测量指标的评价结果基本一致,能够有效评价汽车不同踏板力设计方案的脚操纵装置对腿部疲劳的影响程度,在设计驾驶脚操纵装置时应充分考虑肌肉疲劳因素。     

不同干预方式对急性疲劳恢复的影响

目的通过肌电信号、最大自主收缩力及温度等指标,对多裂肌和竖脊肌疲劳后,不同恢复方式对肌肉活动及舒适度的影响进行研究。方法总共12人在多裂肌和竖脊肌急性疲劳后,分别进行静坐休息、主动运动、电刺激、低中高频率震动恢复,测试最大自主收缩力、平均肌电振幅及温度变化。结果不同恢复方式对腰部肌肉肌肉最大收缩力(MVC)不存在影响,而对竖脊肌均方根(RMS)变化值有显著影响(F=3.432,P=0.00),竖脊肌在电刺激和机械震动时RMS变化值较大。不同恢复方式对多裂肌(F=3.72,P=0.00)和竖脊肌(F=5.82,P=0.00)的标准化温度变化值有显著影响,多裂肌和竖脊肌在主动运动时温度上升较大。不同恢复方式对个体的主观疲劳度无明显影响。结论主动运动的方式对肌肉疲劳恢复效果最好,尤其对保持和提高体温有着积极作用,电刺激和局部震动可能会对肌纤维的募集方式及阈值产生影响,使用不当会加剧疲劳。     

基于足底压力和表面肌电测量技术的制造企业工作鞋鞋垫评价研究

目的探索制造企业工作鞋鞋垫舒适性的评价方法,挑选出符合人体足部生物力学和舒适性要求的鞋垫。方法以某制造企业拟采用的三种典型的工作鞋垫为研究对象,选择10名被试进行站姿装配作业,通过足底压力测试系统、表面肌电测试技术、主观调查等三种方法,测试作业人员使用不同鞋垫时的足底压力和表面肌电等指标水平。其中,足底压力测试系统主要测量了作业者足部与工作鞋鞋垫的接触面积、峰值压强、压强-时间积分三个指标,用来评估足底压力;表面肌电技术测量了人体肌电信号,采用中值频率(MF)、平均功率频率(MPF)指标来评估作业者的肌肉疲劳状况,同时结合主观评价量表,综合评价鞋垫的舒适性。结果有无鞋垫对作业者疲劳状况的影响很大;工作鞋鞋垫能够很好地平衡足底压力,尤其是足弓部的优良设计,能够增加中足的接触面积,分散前掌和脚跟的足底压力。鞋垫的舒适性受到鞋垫材料、硬度、厚度和构造的影响。数据分析结果显示,1号鞋垫在各个指标都具有明显的优势,使其相较于其他鞋垫能够更好地满足人体的舒适性体验,更不易感到疲劳;结论选用的各测量指标的评价基本一致,能够有效的区分三种不同鞋垫的舒适性。经过多方面评价,鞋垫舒适性排名为:1号鞋垫2号鞋垫3号鞋垫。     

疲劳对腰部稳定肌前馈控制的影响

目的采用经典落球试验研究范式和sEMG信号分析方法,研究急性运动性腰部肌肉疲劳和主观心理预期对腰部多裂肌前馈控制的影响。方法选取10名18～26岁健康男性被试,采用双因素(预期因素2×疲劳因素2)实验设计,分别于"间歇性腰部肌肉等长疲劳负荷试验"前后完成落球试验,采集被试肱二头肌和L5～S1腰部多裂肌sEMG信号,计算sEMG信号距离落球刺激的起始时间和平均反应强度,观察急性腰部肌肉疲劳和主观心理预期对被检肌肉快速反应时间和反应强度的影响。结果本研究所采用的疲劳负荷试验造成被试腰部多裂肌MPF平均下降18%;主观心理预期能够明显加快腰部多裂肌快速反应时间;疲劳具有加快腰部多裂肌快速反应时间的趋势,但无明显统计学意义;主观心理预期能够明显降低腰部多裂肌反应强度,而疲劳对腰部多裂肌快速反应强度均无明显影响。结论主观心理预期能够明显加快腰部多裂肌的快速反应时间,从而为腰部稳定性提供代偿性保护;急性运动性肌肉疲劳不能改变腰部多裂肌的快速反应时间和快速反应强度,证明中枢神经系统对腰椎稳定肌活动的前馈控制具有较好的稳定性。     

BMI对拉力作业肌肉疲劳的影响研究

为了解不同身体质量指数(Body Mass Index,BMI)人员作业过程肌肉疲劳发展特征,进行模拟拉力作业实验,记录作业过程中肌力(F)以及主观肌肉疲劳评分(Ratings of Perceived Exertion,RPE)的变化情况,分析BMI对F及RPE的影响。结果表明:BMI显著影响F,且"高"组显著大于"正常"组;BMI对RPE影响无统计学显著性差异;BMI对拉力作业肌肉疲劳影响可能不显著。     

基于肌电信号的按摩椅按摩效应评价研究

目的通过表面肌电试验,分析肌电信号变化特点,从而评价按摩椅按摩效应。方法在按摩椅按摩时,检测并记录被试者按摩部位的肌电信号。根据肌电信号计算肌电的4个常用指标:表面肌电绝对值积分(iEMG)、均方根值(RMS)、平均功率频率(MPF)和中位频率(MF),然后分析与比较按摩全程的各个肌电指标变化特点。结果表面肌电绝对值积分值是先降低后升高的,均方根值逐渐降低的,平均功率频率值是缓慢升高的,中位频率值是缓慢升高的,按摩全程的4个肌电指标变化趋势反映了按摩椅按摩可以缓解肌肉疲劳。结论运用肌电试验进行按摩椅按摩效应的人机评价是有效与可行的。     

模拟凿破作业肌肉疲劳恢复的试验研究

目的为了解人工凿破作业肌肉疲劳恢复发展特征,避免造成累积性伤害(CTD),降低肌肉骨骼疾患(MSDs)风险。方法文中设计并组织模拟凿破作业肌肉疲劳恢复试验,招募20名男性大学生参与试验,测量凿破作业过程和恢复5 min过程中握力、主观疲劳感(RPE)的变化值,探讨钻孔高度对肌肉疲劳恢复发展的影响。结果恢复期握力随时间显著递增,RPE则随时间显著下降;试验结束时握力、RPE与恢复期不同时点均存在显著差异;钻孔高度对试验过程中肌肉疲劳和恢复发展均没有显著影响。结论经5 min恢复期后肌肉疲劳显著恢复,构建的肌肉疲劳恢复预测模型的预测结果与实际情况吻合较好,适用于凿破作业肌肉疲劳恢复的预测和评估。     

基于sEMG的联合收获机驾驶人腰部肌肉疲劳研究

为探究联合收获机驾驶人驾驶过程中腰部肌肉变化的生理信息,采用对照方法研究了联合收获机驾驶人腰部肌肉疲劳的演化过程。分别采集了120 min收获驾驶和静坐过程中10名联合收获机驾驶人腰部左右竖脊肌的表面肌电信号,探究不同组别腰部左右竖脊肌表面肌电信号的iEMG (integrated electromyogram)、RMS (root mean square)、MPF、MF和样本熵随驾驶时间的变化规律,探讨各特征参数表征腰部疲劳的效度。结果表明：120 min联合收获机收获驾驶操作后腰部左右竖脊肌产生疲劳;对照组腰部左右竖脊肌表面肌电信号的时域、频域和非线性指标在任务前后无显著差异(P>0.05),实验组腰部左右竖脊肌表面肌电信号的iEMG和RMS随驾驶时间显著上升(P<0.05),而MPF、MF和样本熵显著下降(P<0.05);与线性指标相比,样本熵的变异系数最小,能够较好地表征腰部疲劳的生理信息,稳定性较好。     

人工物料搬运作业肌肉疲劳动态发展研究

目的为减少人工物料搬运作业肌肉疲劳累积、降低MSDs风险,设计人工物料搬运实验,研究行走速度为1km/h、2km/h条件下作业人员肌肉疲劳发展情况。方法招募5名大学生参与实验,从主观和客观两个方面测量作业过程中肌肉疲劳数据——肌力(MS)、最大耐受时间(MET)和主观肌肉疲劳评分(RPE),分析作业过程肌肉疲劳发展特征,并构建MET预测模型。结果负荷对肌力以及肌力降幅影响不显著,但显著影响MET;行走速度对肌力降幅影响不显著,但显著影响肌力和MET。     

腹腔镜手术器械手柄人因工程设计与评价

传统腹腔镜手术器械手柄容易造成医生手部不适.增大接触面积和改变手部受力部位可提高手柄舒适度.利用逆向工程技术,获取人体手掌肌肉曲面特征,设计一款新型手柄.通过点云偏差分析,验证逆向工程设计的手柄曲面基本符合手掌曲面变化,偏差平均值为0.63mm.运用有限元分析方法,验证手部受力区域主要集中于大、小鱼际处.设计腹腔镜手术模拟实验,采用问卷调查与表面肌电信号检测的方法进行可用性评价.新手柄在主观评价上优于比对手柄,且存在显著性差异(P＜0.05).使用新手柄时肌肉疲劳度轻于比对手柄,但无显著性差异.     

疲劳载荷下工业纯铁表面与内部裂纹长度的研究初探

疲劳裂纹扩展试验中,采用表面裂纹长度作为疲劳裂纹长度进行疲劳裂纹扩展计算和疲劳裂纹扩展模型建立的过程中,会导致计算的最终结果和模型产生一定的误差。对工业纯铁板材试样进行疲劳裂纹扩展试验,分析疲劳裂纹扩展过程中裂纹长度与裂纹扩展速率的关系,以及对疲劳裂纹扩展断口形貌特征进行观察。结果表明,上述2种方法均可来确定表面裂纹长度和内部裂纹长度之间的关系。     

虚拟环境对健身者步行中身心状况的影响研究

目的探讨虚拟现实技术构建的虚拟环境对健身者步行中身心状况的影响。方法结合表面肌电信号(sEMG)、Borg量表以及情绪量表(PAD),设计了一个基于虚拟现实技术的室内步行运动实验模型,并对10名受试者进行测试。结果表面肌电信号方面,受试者的胫骨前肌aEMG(MVC%)数据在真实环境下与虚拟环境下没有显著差异(P0.05);在主观疲劳方面,受试者在虚拟环境下的的Borg主观疲劳指数显著降低(P0.05)。情绪方面,受试者在虚拟环境下的PAD情绪数据在愉悦度、激活度以及优势度三个维度上均有显著提升(P_P0.05,P_A0.01,P_D0.01),但持续沉浸在虚拟环境中会降低虚拟环境对健身者情绪的影响程度。结论虚拟现实对健身者步行中的身心状况有一定影响,能在不影响健身者运动效果的情况下减少健身者的主观疲劳,并优化情绪。     

拉车作业之肌肉疲劳分析与预测

目的本研究的第一个目的是以肌力下降、耐受时间及主观评价来比较在不同负荷水平下拉车作业造成的肌肉疲劳水平;第二个目的是建立数学模型来量化拉车作业造成肌肉疲劳的程度;最终目的为提供拉车作业工作设计的提供依据,以降低劳动者肌肉骨骼伤害的风险。方法通过设计模拟手拉叉车实验,测量两种负荷下被试的实验前后拉力值、持续施力的耐受时间以及身体疲劳主观评价的数据,进行肌肉疲劳分析。结果实验数据显示拉车作业产生肌肉疲劳,性别和负荷对耐受时间、拉力下降速率产生显着影响;性别也显著影响被试对疲劳的主观评价,身体质量指数是影响耐受时间的显著因子。结论拉车作业中肌肉疲劳会导致拉力显著下降;性别是影响肌肉疲劳的重要因子,女性被试比男性被试更易疲劳;根据预测函数模型计算的男、女被试的疲劳速率k值分别为0.071、0.099。