实验三 人体握力与肌电的同步记录与分析与分析

生理学实验报告中山大学生命科学学院1实验三人体握力与肌电的同步记录与分析介绍1.背景资料肌电图（electromyography），应用电子学仪器记录肌肉静止或收缩时的电活动，及应用电刺激检查神经、肌肉兴奋及传导功能的方法。英文简称EMG。通过此检查可以确定周围神经、神经元、神经肌肉接头及肌肉本身的功能状态。2.相关资料表面肌电信号（surfaceelectromyogram,sEMG）是一种无创的评价肌肉活动的检测方法。目前主要集中在研究表面肌电信号与肌肉疲劳的关系,如研究发现，肌肉疲劳时sEMG信号的平均功率频率或平均频率呈现出单调递减的变化规律；研究表面肌电信号与运动姿态、运动方式等之间的关系，如通过检测前臂肌电信号进行运动模式识别；研究损伤肌肉与正常肌肉产生的肌电信号对比的讨论以及损伤肌肉恢复程度的评价；研究前臂的sEMG信号特征与手指及手腕运动的关系从而控制肌电假肢；研究在虚拟现实技术中，运用前臂肌电信号控制手指和手腕的模型的动作；以及研究有某种疾病患者与正常人的肌电信号进行对比的研究。肌肉和神经一样，无论是静息时，还是活动时，都存在有规律的生物电现象。正常的肌肉在完全松弛的情况下不出现电活动，在记录仪上仅描出一条平稳的基线。参与活动的运动单位和肌纤维愈多，收缩愈强，肌电图振幅也愈大。肌电图的研究日益受到人们的重视。例如：通过肌电图的研究，可以了解肌肉收缩力量和速度的发展状况，判定肌肉的疲劳程度等。肌电图（sEMG）的积分值和肌张力与运动速度成线性关系，与耗氧量也呈线性相关。本实验在测量受试者握力大小的同时，记录与分析其前臂桡侧腕长伸肌肌电图与肌肉收缩活动的关系。3.实验假说肌电图（sEMG）的积分值和肌张力成线性关系。4.实验目的1)研究手部握力大小与前臂肌肉表面电信号的相关性。2)测量得到受试者的最大握力3)了解手部握力大小前臂肌肉表面电信号间的定量关系。实验材料和方法1.实验仪器RM6240生物信号计算机采集系统、WP100型握力传感器、表面圆盘电极、砂纸、酒精棉球2.实验步骤1)电极固定和连接剃除贴电极处汗毛，再用酒精棉球，仔细擦拭桡侧腕长伸肌肌腹欲安装电极处的皮肤表面。接着撕开圆盘电极的包装，用附带的细砂纸轻轻擦拭，去除表皮角质层至皮肤微红，尽量降低皮肤电阻。再将圆盘电极沿着肌肉收缩的纵行方向，固定在皮肤上作表面引导电极，两电极间距离约2cm。在距离引导电极稍远处，同侧肢体肌肉分布较少的部位，贴置一个接地电极。2)将仪器的输入导线与皮肤表面圆盘电极相连，调节好各仪器参数。在生理信号计算机采集处理系统的显示器上同步显示握力、肌电和肌电的积分图。3)受试者静坐，被测上肢肌肉完全放忪，观察荧光屏上的变化。4)随后受试者由弱到强缓慢增加握力，观察荧光屏上的变化，测出受试者最大握力。5)将记录结果存盘、打印并进行分析。3.注意事项生理学实验报告中山大学生命科学学院21)注意圆盘电极要沿着肌肉收缩的纵行方向固定，否则无法测出肌电变化。两圆盘电极之间的距离应在2cm左右，不能过大也不能太小。2)试验者进行实验时，手部宜一直保持同一个姿势，即最好紧贴桌面，减少由于其他肌肉由于不同角度而产生对合力的干扰。3)实验时，逐步增加力量，且保持在峰值时持续时间在2s以上，令峰值可以较准确的反应到积分上。4)测量时，握力与肌电的测量速度调成一致才能同步测量。结果1.实验记录见实验报告附录。2.实验数据表3-1人体握力与肌电的同步记录3.数据描述1)实验中，受试者的最大握力可由峰峰值表示，即26.50kg。2)实验结果表明：a)肌肉收缩时，肌电信号的振幅既有正相也有负相。b)握力越大，即肌肉收缩强度越大，肌电信号振幅也越大，肌电信号的特征值越明显。c)肌电信号的积分图像形态与收缩强度的图像十分接近，表明存在正相关关系。3)以往实验肌电积分与握力的关系：肌肉收缩强度估算均值，肌电信号积分峰值取均方根，如下表：肌肉强度/kg3518129肌电积分均方根/(μV·s)44.2516.911.18.24结果：由图可以看出，线性关系比较明显。线性相关系数R2=0.9885，证明有很强的线性肌电积分均方根与肌肉强度的关系y=1.4105x-5.9714R2=0.988501020304050010203040肌肉强度/kg肌电积分均方根/(μV•s)图序测量模式最大值最小值峰峰值平均值3-1生物电-1.22mV-6.72mV5.50mV-4.44mV3-2握力26.62kg0.12kg26.50kg5.03kg3-3肌电积分----生理学实验报告中山大学生命科学学院3关系。即手部力量输出的大小与特征值的大小存在相关性。讨论和结论1.本组实验中，没有将握力由小到大增加，并将其记录，因而无法获得线性关系，试验中所列线性关系是以往实验组的数据，可以借鉴。2.最大握力的测量时，不是将最大值当作最大握力，因为由实验记录图可以发现，握力记录有一个背景值0.12kg，即实验仪器需要调零，因而最大握力即可由峰峰值表示。3.实验记录表明，在发力之后，有一段负方向的肌电信号，可能是不用力后，所有肌肉超极化的信号的表现。也有可能是由于受位置不稳引起的低频信号。4.在第三次用力后，握力信号表示出抖动，表现出肌肉在长期用力后的疲惫状态。5.实验假设得到验证，握力与肌电积分成正比。参考文献1.项辉,龙天澄,周文良等.生理学实验指南.北京：科学出版社,2008.2.侯文生,许蓉,郑小林等.握力大小与前臂肌肉表面肌电活动模式的相关性研究.航天医学与医学工程,20:(4).2007.8.3.谢黎明.人体握力与肌电的同步记录分析实验报告.广州：中山大学，2010.3.4.王庭槐,韩太真,王子栋等.生理学（第2版）.北京：高等教育出版社,2008.4.5.互动百科编者.肌电图[G/OL].互动百科,2011[2011-03-14].