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肌音匹配方法的肌肉疲劳研究

作　者: 周永洲
导　师: 闵一建
学　校: 陕西师范大学
专　业: 声学
关键词: 肌音腓肠肌疲劳时频分析匹配追踪
分类号: G804.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

研究目的：运动是一种古老而传统的人类活动,在人类文明的发展历史中一直起到较为重要的作用。随着科学技术的发展,人类对竞技运动的认识越发深刻,并采取了量化与标准化的方式对运动训练及运动恢复进行合理的安排与研究。在竞技运动中,骨骼肌的锻炼是运动训练过程的核心,对骨骼肌的研究一直以来在肌肉研究中占有重要地位。肌音是一种肌肉在收缩过程中产生的机械振动波。这一机械振动波由于包含了肌肉在收缩过程中的物理性质与活动状况的改变,可以通过其研究肌肉的运动过程。本文通过研究站立提踵时腓肠肌的肌音信号,寻找运动过程中表征肌肉物理性能改变与活动改变的参量,从而对肌肉的疲劳过程进行描述与研究。研究内容：受试者10名男性大学生与2名运动员进行负荷为25kg的站立提踵运动,2名运动员做负荷为15kg的站立提踵实验。对收集到的腓肠肌肌音信号运用匹配追踪(Matching Pursuit)方法分析获得时频图与能量分布。研究结果：通过与小波分析与离散傅立叶分析的结果比较,匹配追踪方法所获得的时频图在细节上更连续,更适合分析如肌音一般频率较低的信号。对象11的单周期截取的肌音信号分析的结果表明,肌音信号随着疲劳过程中其频谱宽度伸展,从21.03Hz延伸至29.41Hz。同时大量能量集中在4～6Hz处。由以上特征提出特征值Pr,并计算在不同运动过程中的Pr值。结果发现随着运动过程的持续,Pr值先是出现一个峰值,然后在运动中端趋于平稳,最后单调下降至一个较低值。计算10个大学生受试者的各阶段Pr值,范围分别为：初始值0.2650-0.0.1341,最大值0.3002-0.1343,最小值0.1342-0.0497。10个受试者的Pr值趋势亦与受试者11的趋势相似。由疲劳定义可知峰值阶段尚未疲劳,趋于平稳阶段为疲劳转换区,单调下降时为疲劳区。通过分析同一周期中伸展与收缩的能量分布,提取出特征kcc/kec。计算对象11运动过程的肌音信号的kcc/kec,发现kcc/kec在疲劳过程中先处于较高值,随后降低。由此可知站立提踵状态中收缩动作对疲劳的贡献较大,而伸展动作则较小。使用kcc/kec与Pr值综合分析对象11的后半段疲劳过程,得出疲劳转换区当中kcc/kec与Pr值均较为平稳,进入疲劳区之后就明显降低。对25kg负荷受测试者与15kg负荷的受测试者其同阶段Pr与kcc/kec的对比中,25kg者的Pr与kcc/kec均较15Kg的对应值较高。研究结论：疲劳状态下肌音信号频谱中高频段部分的延展实际上是Type-Ⅱ的疲劳所致。高频段能量的下降标志着肌肉中ype-Ⅱ类型MU的募集数量的变化,而kcc与kec的变化,则表征了肌肉各动作状态对疲劳的贡献。当高频段部分明显延展,Pr减低,而kcc/kec也减低的情况下,即可认为肌肉进入疲劳状态。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章序言  9-13
第2章肌肉与肌肉疲劳的理论研究  13-17
  2.1 肌肉的定义、基本结构与分类  13-14
  2.2 肌肉收缩机制  14
  2.3 肌肉疲劳的理论研究  14-17
第3章肌音分析理论  17-23
  3.1 肌音分析背景与方法  17-18
  3.2 时频分析理论与背景  18-19
  3.3 匹配追踪方法简介  19-23
第4章实验与方法  23-39
  4.1 实验与数据获取  23-25
  4.2 肌音信号分析与处理  25-33
  4.3 不同个体的Pr值变化与疲劳状态的确定  33-39
第5章肌肉伸展/收缩过程差异与疲劳关系  39-47
  5.1 能量频率中心  39-41
  5.2 参数确定运动过程中肌肉疲劳  41-43
  5.3 不同负载状态下的肌音疲劳分析  43-47
第6章讨论  47-49
第7章结论  49-51
  7.1 MP信号分析方法  49
  7.2 运动疲劳分析  49-51
参考文献  51-55
致谢  55-57
攻读学位期间的研究成果  57

肌音匹配方法的肌肉疲劳研究

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