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基于变分模态分解-相干分析的肌间耦合特性
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP393.09[自动化与计算机技术—计算机应用技术;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]燕山大学电气工程学院,河北省测试计量技术及仪器重点实验室,秦皇岛066004, [2]中国人民解放军第281医院康复医学科,秦皇岛066100
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:61271142); 河北省自然科学基金(批准号:F2015203372,F2014203246); 河北省高等学校科学技术研究项目(批准号:QN2016094)资助的课题.
中文摘要:

肌间耦合是肢体运动过程中不同肌肉间的相互关联与相互协调作用.通过研究肌电信号(sEMG)间特征频段的耦合特性可以获得肌肉间的功能联系及中枢神经系统支配肢体运动的执行与协调方式机理.本文将变分模态分解与相干分析相结合,构建变分模态分解-相干分析模型,定量描述肢体运动中相关肌肉sEMG在特征频段的耦合特性.在20%最大自主收缩力静态负荷强度下,采集20名健康被试的sEMG,基于变分模态分解方法将sEMG时频尺度化,进而分析不同sEMG在特征频段的相干性,并计算显著相干面积指标,定量分析肌间特征频段的功能耦合特性.结果表明:低负荷静态握力维持过程中,指浅屈肌与尺侧腕曲肌、指浅屈肌与指伸肌的beta与gamma频段耦合强度随时间推进而增强;相较于指浅屈肌与指伸肌,疲劳状态下指浅屈肌与尺侧腕曲肌beta与gamma频段耦合强度变化更显著,且瞬时频率特征变化相似,揭示运动致疲劳过程中协同肌受中枢神经系统控制以更加同步的方式活动.

英文摘要:

Intermuscular coupling is defined as the interaction,correlation and coordination between different muscles during the body movement,which could be revealed by the synchronization analysis of surface electromyogram(s EMG).The multiscaled coherence analysis of s EMG signals could describe the multiple spatial and temporal functional connection characteristics of intermuscular coupling,which could be helpful for understanding the multiple spatial and temporal coupling mechanism of neuromuscular system.Furthermore,the coupling characteristics in frequency band of s EMG generally reflect the functional connection between muscles which relate to motion control and coordinative mechanism of the central nervous system(CNS).In this paper,we combine variational mode decomposition(VMD) and intermuscular coherence(IMC) analysis to propose a new method named VMD-IMC to quantitatively describe the muscular coupling characteristics in the corresponding frequency bands.First,s EMG data of flexor digitorum superficialis(FDS),flexor carpi ulnaris(FCU)and extensor digitorum(ED) are recorded simultaneously from twenty healthy subjects(25±3 years) who perform the designed grip task at sustained 20% maximum voluntary contraction under the static load.Then,the VMD approach is employed to adaptively decompose s EMG into several intrinsic mode functions to describe the information about different time-frequency scales.Furthermore,the coherence on different time-frequency scales between different s EMG signals is analyzed,and the significant coherent area index is calculated to quantitatively describe the functional coupling characteristics of the feature bands.And combining VMD with Hilbert transform,we calculate root mean square and mean instantaneous frequency(MIF) to describe the variations of energy and frequency of each muscle.The results show that coupling strengths increase with time,respectively,in beta(15–30 Hz) and gamma(30–45 Hz) band between two muscles(FDS vs FCU,FDS vs ED?

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876