【摘 要】
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肌肉疲劳在运动健身、康复医学领域普遍发生,若不及时处理,易造成肌肉拉伤;长期处于疲劳状态,易导致肌肉劳损,甚至韧带断裂。现有肌肉疲劳特性研究相关技术不适用于穿戴式肌肉疲劳检测,如超声技术、表面肌电信号技术,均设备使用复杂、需专业人士操作检测。设计一款穿戴式肌肉疲劳检测装置,在运动健身、康复医学领域具有重要的意义。肌阻抗图(Electrical Impedance Myography,EIM)是通过
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肌肉疲劳在运动健身、康复医学领域普遍发生,若不及时处理,易造成肌肉拉伤;长期处于疲劳状态,易导致肌肉劳损,甚至韧带断裂。现有肌肉疲劳特性研究相关技术不适用于穿戴式肌肉疲劳检测,如超声技术、表面肌电信号技术,均设备使用复杂、需专业人士操作检测。设计一款穿戴式肌肉疲劳检测装置,在运动健身、康复医学领域具有重要的意义。肌阻抗图(Electrical Impedance Myography,EIM)是通过激励-响应电信号方式实时采集肌肉组织电阻抗信息,其信号幅值大、稳定、频带范围宽、操作简单等优点为小型化、人体非侵入式穿戴式肌肉疲劳特性研究提供了可靠的技术支持。但目前EIM用于穿戴式肌肉疲劳检测还不够成熟,串行排列电极配置和恒流激励方式使其存在总面积大、电位灵敏度、准确度较低等不足。因此,本文采用EIM四电极肌肉电阻抗测量法,通过优化电极配置,设计基于电压源激励的肌肉电阻抗测量装置,并展开阻容网络功能测量和肌肉疲劳在体实验,实现了穿戴式肌肉疲劳检测。具体研究内容如下:首先,针对传统四电极配置总面积大和肌肉疲劳检测准确度较低等问题,优化EIM四电极配置。提出一种新型的并行排列四电极配置,利用人体阻抗分析仪对肱二头肌展开静息状态肌肉电阻抗和肌肉疲劳测量实验。探究并行排列代替传统串行排列四电极配置用于肌肉疲劳检测的适用性,对比肌肉疲劳中电阻抗变化幅度,提出四电极配置优化方案Model B(大小20mm×20mm、间距5mm-24mm、并行排列)。其次,为了提高装置测量肌肉电阻抗的电位灵敏度和系统稳定性,采用电压激励方式设计穿戴式肌肉电阻抗测量装置。根据功能需求分恒压激励端-幅相检测端-主控端设计穿戴式装置,实现交流恒压激励方式、宽频带(10k Hz~1MHz)肌肉组织的阻抗值和相角测量。具体包括信号发生模块、恒压模块、信号处理模块、幅相检测模块、主控模块的设计。最后,展开装置测量功能验证实验和在体实验。利用阻容网络验证装置测量功能的可用性,包括±3%阻抗值误差,±10%相角误差。以肱二头肌为实验对象,对照人体阻抗分析仪测量数据,验证了穿戴式肌肉电阻抗装置肌肉电阻抗测量可靠性、电压源激励的高灵敏度和准确度,并提出了装置肌肉疲劳的评估指标(15±4Ω)。本文立足于EIM四电极肌肉电阻抗测量法,设计基于电压源激励的穿戴式肌肉电阻抗测量装置,评估肌肉疲劳状态,减少因运动不当与过度造成肌肉损伤,为运动健身和医疗康复领域的肌肉锻炼提供更加精准有效的指导。
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