第43卷第1期 陕西师范大学学报(自然科学版) Vol 43 No. 1 2015 1 A Journal of Shaanxi Normal University(Natural Science Edition) Jan, 2015 文章编号:1672-4291(2015)01-001-06 doi:10.15983/j.cnki.jsnu.2015.01.213 肌肉组织疲劳过程的超声衰减特征 李培畅,崔付俊,李霖,刘昕,李永放,郭建中 (陕西师范大学物理学与信息技术学院,陕西西安710119) 摘要:基于超声波在生物软组织中的传播机理以及肌肉疲劳过程中组织厚度、弹性等特征的变 化,研究了超声衰减特性与肌肉疲劳过程的相关性,理论分析了超声波幅度随肌肉疲劳的变化规 律。设计针对右肱二头肌的实验,探讨了激励声波在逐渐疲劳的组织中传输的响应规律。同步采 集表面肌电信号,研究肌肉疲劳过程中肌电信号与超声衰减特征的相关性。理论分析及实验结果 表明,在肌肉疲劳过程中,随着疲劳程度的増强,超声波传输后平均能量幅度逐渐减小,其减小趋势 满足指数衰减规律,同时同步采集的表面肌电信号均方根值呈线性増加趋势。 关键词:超声波;幅度;衰减;肌肉疲劳;表面肌电信号 中图分类号:TP391.42文献标志码:A The attenuation of ultrasonic wave in the fatigue muscle tissue LI Peichang, CUI Fujun, LI Lin, LIU Xin, LI Yongfang, GUO Jianzhong (School of Physics and Information Technology, Shaanxi Normal University Xian 710119. Shaanxi Chi Abstract Based on the mechanism of ultrasonic wave propagation in biological soft tissue and the muscle thichness change in the fatigue process, the relationship between ultrasonic attenuation and muscle fatigue are studied. The variations of the ultrasonic amplitude in muscle fatigue are an alyzed. Then the corresponding experiments were designed to verify such relation. The surface electromyogram signal synchronized were collected in order to obtain the relationship between the surface electromyogram signal and the ultrasonic attenuation. The results show that the ultrasonic amplitude decreases as an exponential function in fatigue process and the rms value of the sur- face electromyogram signal increases linearly. Key words: ultrasonic wave; amplitude; attenuation; muscle fatigue; surface electromyogram 肌肉疲劳是肌肉组织的一个重要运动特征[,1851年法国科学家 Duois Reymond首次检测到人 处理不当会严重影响人们的日常生活质量以及体育体肌肉收缩时产生的电信号,而后SEMG就广泛地 运动的训练效果,准确估计肌肉疲劳程度可以有效应用于肌肉特征的研究。文献[7]对人的局部肌 减小运动员在比赛训练中受伤的风险[2。已有研肉疲劳的肌电表现研究表明,随着肌肉疲劳,SEMG 究表明,从人体骨骼肌表面电极记录的神经肌肉活的均方根值(RMS)有线性增加趋势,之后研究者们 动时发出的表面肌电信号( Surface Electromyo-进一步证明了这一结论,从而利用这一参数的变化 gram,SEMG),包含有与肌肉收缩相关联的神经及可逆向估计肌肉的疲劳状态[1。由于SEMG属 肌肉特征,可以较方便地评价肌肉功能状态[5。于极其微弱的生物电信号[12,受噪音干扰影响大, 收稿日期:201406-20 基金项目:国家自然科学基金资助项目(10974128,11274217);中央高校基本科研业务费专项资金项目(GK20131009 第一作者:李培畅,女,硕士研究生,研究方向为超声工程。E-mail:751922334@cqg.com 通信作者:郭建中,男,教授。E-mail:guoJi@snnu.edu.cn
第４３卷 第１期 陕西师范大学学报（自然科学版） Ｖｏｌ．４３ Ｎｏ．１ ２０１５年１月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａａｎｘｉＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） Ｊａｎ．，２０１５ 文章编号：１６７２４２９１（２０１５）０１００４１０６ 犱狅犻：１０．１５９８３／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｓｎｕ．２０１５．０１．２１３ 收稿日期：２０１４０６２０ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（１０９７４１２８，１１２７４２１７）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（ＧＫ２０１３１００９） 第一作者：李培畅，女，硕士研究生，研究方向为超声工程。Ｅｍａｉｌ：７５１９２２３３４＠ｑｑ．ｃｏｍ 通信作者：郭建中，男，教授。Ｅｍａｉｌ：ｇｕｏｊｚ＠ｓｎｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 肌肉组织疲劳过程的超声衰减特征 李培畅，崔付俊，李 霖，刘 昕，李永放，郭建中 （陕西师范大学 物理学与信息技术学院，陕西 西安 ７１０１１９） 摘 要：基于超声波在生物软组织中的传播机理以及肌肉疲劳过程中组织厚度、弹性等特征的变 化，研究了超声衰减特性与肌肉疲劳过程的相关性，理论分析了超声波幅度随肌肉疲劳的变化规 律。设计针对右肱二头肌的实验，探讨了激励声波在逐渐疲劳的组织中传输的响应规律。同步采 集表面肌电信号，研究肌肉疲劳过程中肌电信号与超声衰减特征的相关性。理论分析及实验结果 表明，在肌肉疲劳过程中，随着疲劳程度的增强，超声波传输后平均能量幅度逐渐减小，其减小趋势 满足指数衰减规律，同时同步采集的表面肌电信号均方根值呈线性增加趋势。 关键词：超声波；幅度；衰减；肌肉疲劳；表面肌电信号 中图分类号：ＴＰ３９１．４２ 文献标志码：Ａ 犜犺犲犪狋狋犲狀狌犪狋犻狅狀狅犳狌犾狋狉犪狊狅狀犻犮狑犪狏犲犻狀狋犺犲犳犪狋犻犵狌犲犿狌狊犮犾犲狋犻狊狊狌犲 ＬＩＰｅｉｃｈａｎｇ，ＣＵＩＦｕｊｕｎ，ＬＩＬｉｎ，ＬＩＵ Ｘｉｎ，ＬＩＹｏｎｇｆａｎｇ，ＧＵＯＪｉａｎｚｈｏｎｇ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈａａｎｘｉＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｘｉ′ａｎ７１０１１９，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ） 犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｗａｖｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｓｏｆｔｔｉｓｓｕｅａｎｄｔｈｅ ｍｕｓｃｌｅｔｈｉｃｈｎｅｓｓｃｈａｎｇｅｉｎｔｈｅｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ａｎｄｍｕｓｃｌｅｆａｔｉｇｕｅａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｍｐｌｉｔｕｄｅｉｎｍｕｓｃｌｅｆａｔｉｇｕｅａｒｅａｎ ａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｖｅｒｉｆｙｓｕｃｈｒｅｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｍｓｉｇｎａｌｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄｗｅｒｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｍｓｉｇｎａｌａｎｄｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ａｍｐｌｉｔｕｄｅｄｅｃｒｅａｓｅｓａｓａｎｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｆａｔｉｇｕｅｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅＲＭＳｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｓｕｒ ｆａｃｅｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｍｓｉｇｎａｌｉｎｃｒｅａｓｅｓｌｉｎｅａｒｌｙ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｗａｖｅ；ａｍｐｌｉｔｕｄｅ；ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ；ｍｕｓｃｌｅｆａｔｉｇｕｅ；ｓｕｒｆａｃｅｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｍ 肌肉疲劳是肌肉组织的一个重要运动特征［１］， 处理不当会严重影响人们的日常生活质量以及体育 运动的训练效果，准确估计肌肉疲劳程度可以有效 减小运动员在比赛训练中受伤的风险［２３］。已有研 究表明，从人体骨骼肌表面电极记录的神经肌肉活 动时 发 出 的 表 面 肌 电 信 号 （ＳｕｒｆａｃｅＥｌｅｃｔｒｏｍｙｏ ｇｒａｍ，ＳＥＭＧ），包含有与肌肉收缩相关联的神经及 肌肉特 征，可 以 较 方 便 地 评 价 肌 肉 功 能 状 态［４５］。 １８５１年法国科学家 ＤｕｏｉｓＲｅｙｍｏｎｄ首次检测到人 体肌肉收缩时产生的电信号，而后 ＳＥＭＧ 就广泛地 应用于肌肉特征的研究［６］。文献［７］对人的局部肌 肉疲劳的肌电表现研究表明，随着肌肉疲劳，ＳＥＭＧ 的均方根值（ＲＭＳ）有线性增加趋势，之后研究者们 进一步证明了这一结论，从而利用这一参数的变化 可逆向估计肌肉的疲劳状态［８１１］。由于 ＳＥＭＧ 属 于极其微弱的生物电信号［１２］，受噪音干扰影响大
陕西师范大学学报(自然科学版) 第43卷 常常淹没在噪声信号中使得其在幅度上呈现固有的测量受试者右肱二头肌2横向平均厚度x。为4cm 不稳定性口1,而基于肌肉疲劳的生化指标评估疲参照文献[18]超声在肌肉组织横纤维方向传播 劳程度的方法需要对人体有创伤的进行评价15 时11衰减系数a为5.75dB/cm2,将二者代入(4) 近年来研究人员开始探讨超声参数与肌肉功能式得到肌肉组织疲劳过程中时间与幅度的函数关系 之间的关系来评估肌肉疲劳。2003年 Hodges等研式为 究了超声成像对肌肉收缩的测量[16,之后Mc A/A=e-23e-186.07 (5) Meeker等研究了腹横肌厚度与SEMG变化的相关式(5)中幅度随时间变化如图1,可得肌肉组织疲劳 性[。2005年胡跃辉等通过检测超声图像中肌肉过程中幅度衰减近于指数形式的单调减函数。 厚度的变化估计肌肉疲劳,但这种超声图像检测方 法,无法实现对图像的实时处理。严碧歌通过采 用脉冲反射法探讨了超声对肌肉组织超声传输特 性310),表明肌肉组织超声传输衰减特性具有随纤 维方向结构变化特征,对研究生物软组织声学特征 及其临床应用具有参考价值 本文基于超声波在肌肉组织中的传播机理,分 析疲劳过程中的肌肉组织超声波传输衰减特征,设 计相应的实验研究在肌肉静态疲劳收缩过程中超声 图1疲劳过程中超声波幅度随时间变化图 激励信号在逐渐疲劳的肌肉组织中的传输规律,得 in fatigue process 到肌肉疲劳状态与超声衰减特征的规律,以及与同 对于衰减系数a,在测量生物组织声衰减的理 步采集的SEMG估计肌肉疲劳的相关性,以探寻 论分析中,衰减系数与声源频率相关[20,改变声源 项方便快捷、适合在线实时检测肌肉组织疲劳的频率可以得到不同频率下生物组织的超声衰减系 技术。 数,经过曲线拟合可表示为 1肌肉组织疲劳过程中超声传输衰减 的理论分析 式中a是衰减常数,在1~7MHz频率范围内B 的值为1.07~1.14。由公式(6)可知生物组织声衰 超声波在介质中传播时,会因波前扩展和材料内减系数随入射频率∫的变化关系,那么随着∫增 摩擦以及界面散射造成超声能量衰减。平面声波大,衰减系数a越大,衰减程度随之加强 在介质中沿直线方向传播时,根据朗伯比尔(Lam- bert-Beer)定律的推导,其振幅衰减{2可表示为 2实验 (1) 公式(5)表明随着肌肉疲劳过程中肌肉厚度△x 式中:A0为最初的声波幅度,A为声波经过x距离逐渐增加,声波幅度A的衰减近似一个指数函数衰 后的幅度,a是介质的衰减系数。 减。公式(6)表明随着入射声波频率f的增大,超 超声图像检测发现,疲劳过程中肌肉的厚度随声波的衰减系数a增大,声波衰减程度增强。 时间变化有非线性增加0:23,肌肉厚度的增加量2.1实验设计 △x与时间t(t≤30s)的关系32为 针对肌肉疲劳过程中超声波幅度衰减规律满足 △x=8.09xoe 6.69x0e (2)指数函数衰减以及超声波幅度衰减与入射的超声波 式中:x0为超声波经过的目标肌肉的初始厚度,△x频率相关,我们设计了肌肉组织疲劳过程中的超声 为随着疲劳肌肉厚度的增加量 传输衰减测量实验,如图2所示。其中由计算机控 超声传播过程中,如果传输距离增大Δx,由式制信号发生器( RIGOL,型号DG3101A)产生相应 (1)可得 的激励信号,激励超声换能器[2( OLYMPUS,型 A=Ae“o (3)号A306S-SU)产生超声波在肌肉组织中传输,由 将式(2)代入式(3)得到 另一端换能器( OLYMPUS,型号A327S-SU)接 A/A。=e“0+809a0-6.69x0。.0 (4)收,计算机控制示波器( TELEDYNE LECROY,型
４２ 陕西师范大学学报（自然科学版） 第４３卷 常常淹没在噪声信号中使得其在幅度上呈现固有的 不稳定性［１３１４］，而基于肌肉疲劳的生化指标评估疲 劳程度的方法需要对人体有创伤的进行评价［１５］。 近年来研究人员开始探讨超声参数与肌肉功能 之间的关系来评估肌肉疲劳。２００３年 Ｈｏｄｇｅｓ等研 究了 超 声 成 像 对 肌 肉 收 缩 的 测 量［１６］，之 后 Ｍｃ Ｍｅｅｋｅｎ等研究了腹横肌厚度与ＳＥＭＧ 变化的相关 性［１７］。２００５年胡跃辉等通过检测超声图像中肌肉 厚度的变化估计肌肉疲劳，但这种超声图像检测方 法，无法实现对图像的实时处理［９］。严碧歌通过采 用脉冲反射法探讨了超声对肌肉组织超声传输特 性［１８１９］，表明肌肉组织超声传输衰减特性具有随纤 维方向结构变化特征，对研究生物软组织声学特征 及其临床应用具有参考价值。 本文基于超声波在肌肉组织中的传播机理，分 析疲劳过程中的肌肉组织超声波传输衰减特征，设 计相应的实验研究在肌肉静态疲劳收缩过程中超声 激励信号在逐渐疲劳的肌肉组织中的传输规律，得 到肌肉疲劳状态与超声衰减特征的规律，以及与同 步采集的ＳＥＭＧ 估计肌肉疲劳的相关性，以探寻一 项方便快 捷、适 合 在 线 实 时 检 测 肌 肉 组 织 疲 劳 的 技术。 １ 肌肉组织疲劳过程中超声传输衰减 的理论分析 超声波在介质中传播时，会因波前扩展和材料内 摩擦以及界面散射造成超声能量衰减［２０］。平面声波 在介质中沿直线方向传播时，根据朗伯比尔（Ｌａｍ ｂｅｒｔＢｅｅｒ）定律的推导，其振幅衰减［２１］可表示为 犃＝犃０ｅ－α狓 。 （１） 式中：犃０ 为最初的声波幅度，犃 为声波经过狓 距离 后的幅度，α是介质的衰减系数。 超声图像检测发现，疲劳过程中肌肉的厚度随 时间变化 有 非 线 性 增 加［１０，２２］，肌 肉 厚 度 的 增 加 量 Δ狓与时间狋（狋≤３０ｓ）的关系［２３２４］为 Δ狓＝８．０９狓０ｅ－０．００６狋－６．６９狓０ｅ－０．０９３狋。 （２） 式中：狓０ 为超声波经过的目标肌肉的初始厚度，Δ狓 为随着疲劳肌肉厚度的增加量。 超声传播过程中，如果传输距离增大 Δ狓，由式 （１）可得 犃＝犃０ｅ－α（狓０＋Δ狓）。 （３） 将式（２）代入式（３）得到 犃／犃０＝ｅ－α（狓０＋８．０９狓０ｅ－０．００６狋－６．６９狓０ｅ－０．０９３狋）。 （４） 测量受试者右肱二头肌［２５］横向平均厚度狓０为４ｃｍ， 参照文 献 ［１８］超 声 在 肌 肉 组 织 横 纤 维 方 向 传 播 时［１８１９］衰减系数α为５．７５ｄＢ／ｃｍ２，将二者代入（４） 式得到肌肉组织疲劳过程中时间与幅度的函数关系 式为 犃／犃０＝ｅ－２３ ｅ－１８６．０７ｅ－０．００６狋 ｅ１５３．８７ｅ－０．０９３狋 。 （５） 式（５）中幅度随时间变化如图１，可得肌肉组织疲劳 过程中幅度衰减近于指数形式的单调减函数。 图１ 疲劳过程中超声波幅度随时间变化图 犉犻犵．１ 犜犺犲狏犪狉犻犪狋犻狅狀狅犳狋犺犲狌犾狋狉犪狊狅狀犻犮犪犿狆犾犻狋狌犱犲 犻狀犳犪狋犻犵狌犲狆狉狅犮犲狊狊 对于衰减系数α，在测量生物组织声衰减的理 论分析中，衰减系数与声源频率相关［２６］，改变声源 频率可以得到不同频率下生物组织的超声衰减系 数，经过曲线拟合可表示为 α＝α０犳β。 （６） 式中α０ 是衰减常数，在１～７ ＭＨｚ频率范围［２７］内β 的值为１．０７～１．１４。由公式（６）可知生物组织声衰 减系数随入射频率 犳 的变化关系，那么随着 犳 增 大，衰减系数α越大，衰减程度随之加强。 ２ 实验 公式（５）表明随着肌肉疲劳过程中肌肉厚度 Δ狓 逐渐增加，声波幅度犃 的衰减近似一个指数函数衰 减。公式（６）表明随着入射声波频率犳 的增大，超 声波的衰减系数α增大，声波衰减程度增强。 ２．１ 实验设计 针对肌肉疲劳过程中超声波幅度衰减规律满足 指数函数衰减以及超声波幅度衰减与入射的超声波 频率相关，我们设计了肌肉组织疲劳过程中的超声 传输衰减测量实验，如图２所示。其中由计算机控 制信号发生器（ＲＩＧＯＬ，型号 ＤＧ３１０１Ａ）产生相应 的激励信号，激励超声换能器［２８２９］（ＯＬＹＭＰＵＳ，型 号 Ａ３０６Ｓ—ＳＵ）产生超声波在肌肉组织中传输，由 另一端 换 能 器 （ＯＬＹＭＰＵＳ，型 号 Ａ３２７Ｓ—ＳＵ）接 收，计算机控制示波器（ＴＥＬＥＤＹＮＥＬＥＣＲＯＹ，型
第1期 李培畅等:肌肉组织疲劳过程的超声衰减特征 号HD4096)采集数据并显示响应信号,同时日标肌数据采集。每位受试者测试时间为300s。实验装 肉处由多导运动生物电记录分析仪( Biovision,16/置如图3所示。 32便携式)同步采集SEMG 肌肉组织疲劳测量方法:受试者(分别对6名受 测试 试者进行实验,男性,平均年龄25周岁)坐在带有等 数字示波器 速肌力测试系统的可调节椅(北京普康科健医疗设 混合信号发生器 备有限公司,型号 ISOMED-2000上,身体由背带 固定用以限制测试中受试者姿势的变化,右臂前臂 固定,手握力矩杆施力 唐能 换能器 数字示波器控制 图3超声传输衰减测量系统 Fig 3 Ultrasonic attenuation signal measurement system 2.2数据采集 电记 计算机 2.2.1超声调频信号的激励与采集为更准确测 量实际超声能量,选取调频信号为激励来研究其响 混合信号发生器程序控制 应的衰减情况。调频信号通过换能器及肌肉组织后 较稳定[3,在接收端的响应不易受噪声干扰,便于 电极 图2实验装置示意图 观察信号变化规律。将两个超声换能器分别置于右 Fig. 2 The schematic diagram of the experimental device 肱二头肌两侧,由铁架台及夹子固定,在换能器与皮 为统一不同体质受试者的施力情况,用各受试肤之间填充耦合剂(TM-100型医用超声耦合剂)。 者的最大自主收缩力矩对其施力情况进行归一化处信号发生器产生调频信号连接输入端换能器,经 理。最大自主收缩力矩测量法是:受试者进行3逐渐疲劳的肌肉组织传输至接收端换能器(中心频 次等距的最大自主收缩,即手握力矩杆使出最大的率为10MHz)由示波器显示波形。计算机编程 力矩的平均值,定义为最大自主收缩力矩[。实验控制示波器每间隔15s采集一次数据持续300s, 开始时,要求受试者对力矩杆施加最大自主收缩力整理数据,采集到响应的调频信号(以输入端换能器 矩50%的力,并保持该力,开始调频信号、SEMG的中心频率2.25MHz为例)如图4所示。 IRaNAiANHHHHi 2.22.4 2.22,4 a.30s时的响应信号 b.120s时的响应信号 三o叫m删1 1.8 c.,210s时的响应信号 d.300s时的响应信号 图4肌肉疲劳过程中不同时间点的超声调频信号 Fig+ The response of ultrasound FM signal in the muscle fatigue process at different time 2.2.2SEMG数据采集同步调试多导运动生物以减低电阻,贴上两张电极贴片,再选择适当位置贴 电记录分析仪,连接电极贴片(阳光牌一次性使用心一张电极贴片作为参考电极,计算机控制,与超声信 电电极,100-A型),用酒精棉轻抹置放电极处皮肤,号同步采集300s,采集到的SEMG如图5所示
第１期 李培畅 等：肌肉组织疲劳过程的超声衰减特征 ４３ 号 ＨＤ４０９６）采集数据并显示响应信号，同时目标肌 肉处由多导运动生物电记录分析仪（Ｂｉｏｖｉｓｉｏｎ，１６／ ３２便携式）同步采集ＳＥＭＧ。 肌肉组织疲劳测量方法：受试者（分别对６名受 试者进行实验，男性，平均年龄２５周岁）坐在带有等 速肌力测试系统的可调节椅（北京普康科健医疗设 备有限公司，型号ＩＳＯＭＥＤ—２０００）上，身体由背带 固定用以限制测试中受试者姿势的变化，右臂前臂 固定，手握力矩杆施力。 图２ 实验装置示意图 犉犻犵．２ 犜犺犲狊犮犺犲犿犪狋犻犮犱犻犪犵狉犪犿狅犳狋犺犲犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋犪犾犱犲狏犻犮犲 为统一不同体质受试者的施力情况，用各受试 者的最大自主收缩力矩对其施力情况进行归一化处 理［３０］。最大自主收缩力矩测量法是：受试者进行３ 次等距的最大自主收缩，即手握力矩杆使出最大的 力矩的平均值，定义为最大自主收缩力矩［３１］。实验 开始时，要求受试者对力矩杆施加最大自主收缩力 矩５０％的力，并保持该力，开始调频信号、ＳＥＭＧ 的 数据采集。每位受试者测试时间为３００ｓ。实验装 置如图３所示。 图３ 超声传输衰减测量系统 犉犻犵．３ 犝犾狋狉犪狊狅狀犻犮犪狋狋犲狀狌犪狋犻狅狀狊犻犵狀犪犾犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋狊狔狊狋犲犿 ２．２ 数据采集 ２．２．１ 超声调频信号的激励与采集 为更准确测 量实际超声能量，选取调频信号为激励来研究其响 应的衰减情况。调频信号通过换能器及肌肉组织后 较稳定［３２］，在接收端的响应不易受噪声干扰，便于 观察信号变化规律。将两个超声换能器分别置于右 肱二头肌两侧，由铁架台及夹子固定，在换能器与皮 肤之间填充耦合剂（ＴＭ１００型医用超声耦合剂）。 信号发生器产生调频信号连接输入端换能器［３３］，经 逐渐疲劳的肌肉组织传输至接收端换能器（中心频 率为１０ ＭＨｚ）［３４］由示波器显示波形。计算机编程 控制示波器每间隔１５ｓ采集一次数据，持续３００ｓ， 整理数据，采集到响应的调频信号（以输入端换能器 中心频率２．２５ＭＨｚ为例）如图４所示。 图４ 肌肉疲劳过程中不同时间点的超声调频信号 犉犻犵．４ 犜犺犲狉犲狊狆狅狀狊犲狅犳狌犾狋狉犪狊狅狌狀犱犉犕狊犻犵狀犪犾犻狀狋犺犲犿狌狊犮犾犲犳犪狋犻犵狌犲狆狉狅犮犲狊狊犪狋犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋犻犿犲 ２．２．２ ＳＥＭＧ 数据采集 同步调试多导运动生物 电记录分析仪，连接电极贴片（阳光牌一次性使用心 电电极，１００Ａ 型），用酒精棉轻抹置放电极处皮肤， 以减低电阻，贴上两张电极贴片，再选择适当位置贴 一张电极贴片作为参考电极，计算机控制，与超声信 号同步采集３００ｓ，采集到的ＳＥＭＧ 如图５所示
44 陕西师范大学学报(自然科学版) 第43卷 好。对疲劳过程中调频信号的幅度积分求平均值, 由计算机拟合不同的函数模型,分别为线性函数、二 15002002500次函数以及指数函数,如图6(输入端换能器中心频 采集点数 率为2.25MHz时的数据)和如图7(输入端换能器 图5采集的表面肌电信号 中心频率为5MHz时的数据)。可以看出,当受试 Fig. 5 The SEMG 者手握力矩杆维持最大自主收缩力矩50%的力,肌 3实验结果分析 肉逐渐疲劳,响应信号的幅度衰减。分别比较线性 函数、二次函数、指数函数3种模型的确定系数 3.1超声信号衰减拟合曲线的选择 发现,指数函数的拟合度最高,对数据解释能力最 模型拟合的好坏程度用决定系数(R2)来衡 量[1,确定系数的正常取值范围为0~1,越接近1 强。结合理论分析,信号幅度衰减近似于指数函数 表明变量的解释能力越强,模型对数据的拟合也越形式衰减。因此选择指数形式为拟合方式。 y=1965×102x+000710-157×102-2.330+00 0.98 1.0[y=0.0004exp(00051x) R=0.978 0.0074exp(-0.0034x) R=09807 10102003000101502mo025050 50100150200250300 线性函数 b二次函数 c指数函数 图62.25MHz时不同模型的曲线拟合 Fig 6 Curve fitting with different models for 2. 25 MHz 0.4 y=-3.964×10x+0.02049 严=0.022exp(-0.0033)x R2=0.4992 02y-125×102-7.537×10x+0.022 R=0.8127 343×10exp(0.02lx) R2=0.8143 50100150200250300 50100150200250300 a线性函数 c指数函数 图75MHz时不同模型的曲线拟合 Fig 7 Curve fitting with different models for 5 MH 3.2超声频率变化对衰减的影响 肌肉组织疲劳的超声波衰减特征实验中,以调 频信号为激励信号,固定接收端中心频率为10 .” MHz的超声换能器,改变输入端换能器中心频率以 5 MHZ 产生不同入射频率的超声波,分别取中心频率为1 5、7.5MHz的换能器进行实验。探索不同的入射 波频率对响应调频信号幅度衰减的影响,整理分 析采集到的数据,当输入端换能器中心频率不同时 响应信号的平均幅度曲线如图8所示。随时间肌肉 逐渐疲劳,响应信号的幅度都逐渐下降,趋势均近似 指数函数下降。对比发现:1MHz时曲线下降率为 图8不同入射频率的响应信号 4.27%,下降最为平缓;5MHz时下降55.49%;而 的平均幅度下降曲线 在输入端为中心频率7.5MHz的换能器时下降 Fig 8 The decline curve of the average amplitude of 85.10%,下降趋势最陡,即衰减程度最大。 different response signal
４４ 陕西师范大学学报（自然科学版） 第４３卷 图５ 采集的表面肌电信号 犉犻犵．５ 犜犺犲犛犈犕犌 ３ 实验结果分析 ３．１ 超声信号衰减拟合曲线的选择 模型拟 合 的 好 坏 程 度 用 决 定 系 数 （犚２ ）来 衡 量［３５］，确定系数的正常取值范围为０～１，越接近１ 表明变量的解释能力越强，模型对数据的拟合也越 好。对疲劳过程中调频信号的幅度积分求平均值， 由计算机拟合不同的函数模型，分别为线性函数、二 次函数以及指数函数，如图６（输入端换能器中心频 率为２．２５ＭＨｚ时的数据）和如图７（输入端换能器 中心频率为５ ＭＨｚ时的数据）。可以看出，当受试 者手握力矩杆维持最大自主收缩力矩５０％的力，肌 肉逐渐疲劳，响应信号的幅度衰减。分别比较线性 函数、二次函数、指数函数３种模型［３６］的确定系数 发现，指数函数的拟合度最高，对数据解释能力最 强。结合理论分析，信号幅度衰减近似于指数函数 形式衰减。因此选择指数形式为拟合方式。 图６ ２．２５犕犎狕时不同模型的曲线拟合 犉犻犵．６ 犆狌狉狏犲犳犻狋狋犻狀犵狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犿狅犱犲犾狊犳狅狉２．２５犕犎狕 图７ ５犕犎狕时不同模型的曲线拟合 犉犻犵．７ 犆狌狉狏犲犳犻狋狋犻狀犵狑犻狋犺犱犻犳犳犲狉犲狀狋犿狅犱犲犾狊犳狅狉５犕犎狕 ３．２ 超声频率变化对衰减的影响 肌肉组织疲劳的超声波衰减特征实验中，以调 频信号 为 激 励 信 号，固 定 接 收 端 中 心 频 率 为 １０ ＭＨｚ的超声换能器，改变输入端换能器中心频率以 产生不同入射频率的超声波，分别取中心频率为１、 ５、７．５ＭＨｚ的换能器进行实验。探索不同的入射 波频率［３７］对响应调频信号幅度衰减的影响，整理分 析采集到的数据，当输入端换能器中心频率不同时 响应信号的平均幅度曲线如图８所示。随时间肌肉 逐渐疲劳，响应信号的幅度都逐渐下降，趋势均近似 指数函数下降。对比发现：１ ＭＨｚ时曲线下降率为 ４．２７％，下降最为平缓；５ ＭＨｚ时下降５５．４９％；而 在输入端 为 中 心 频 率 ７．５ ＭＨｚ的 换 能 器 时 下 降 ８５．１０％，下降趋势最陡，即衰减程度最大。 图８ 不同入射频率的响应信号 的平均幅度下降曲线 犉犻犵．８ 犜犺犲犱犲犮犾犻狀犲犮狌狉狏犲狅犳狋犺犲犪狏犲狉犪犵犲犪犿狆犾犻狋狌犱犲狅犳 犱犻犳犳犲狉犲狀狋狉犲狊狆狅狀狊犲狊犻犵狀犪犾
第1期 李培畅等:肌肉组织疲劳过程的超声衰减特征 3.3疲劳过程中超声衰减与SMG变化规律的相关性均方根值变化规律如图9c、9d所示。当目标肌肉组 如图9a、阽b所示当输入端换能器中心频率分别织逐渐疲劳时,SEMG的均方根值呈线性增加的趋 为2.25、5MHz时,超声波经过疲劳的肌肉组织,由势。对比图9研究超声衰减与SEMG变化规律的 接收端换能器接收到的响应信号平均幅度值都在逐相关性发现,同步肌肉疲劳实验过程中,随着超声波 渐衰减。同步采集的SEMG,之后处理数据分析其幅度逐渐衰减,SEMG均方根值呈线性增长趋势 y=0.022cxp(-0.0033x)+343×10°exp(0.21x .2}0.0074xp(0.0034x) R=0.8143 R=0.9807 50100150200250300 50100150200250300 a入射频率为225MH的响应信号幅度下降曲线b入射频率为5MHz的响应信号幅度下降曲线 y=5.513×10x+0.093 =1.456×103x+0.09227 g04R=0.0546 0.2 50100150200250 50100150 250300 c入射频率为225MH时同步肌电信号 入射频率为5MH时同步肌电信号 幅度均方根值的变化 幅度均方根值的变化 图9幅度下降曲线与肌电信号变化规律对比图 Fig 9 Ultrasonic response signal amplitude decreased as EMG variation curve comparison chart 从实验结果可以发现:(1)超声波在逐渐疲劳的理论分析,并设计实验,所得实验结果与理论分析 肌肉组织中传输后,其幅度逐渐减小,用不同函数模致,在传输过程中随组织疲劳,超声波幅度衰减且满 型拟合发现,指数函数的确定系数最高,说明超声波足指数形式的衰减;分析衰减系数与入射超声波频 幅度衰减满足指数函数的衰减规律。(2)随着肌肉率的关系,得出随着入射超声波频率的增大,幅度衰 组织疲劳,改变入射超声波频率,发现同一频率对应减程度加大,衰减系数增大。实验同步采集的 的幅度曲线均逐渐下降,并且随入射频率的增大,对SEMG的均方根值呈线性增长趋势,并且随SEMG 应的幅度下降曲线变得更陡峭,即衰减增强,衰减系的均方根值线性増加,同步经过目标肌肉的超声波 数增大,由此所得在逐渐疲劳的肌肉组织中,随着超幅度在非线性衰减。另外,我们发现,换能器的位置 声波入射频率的增大,衰减增强。(3)实验过程中,对回波信号的大小以及信噪比有一定影响,但并不 所采集到的SEMG的均方根值呈线性增长趋势,结影响实验结果 合已有研究0,验证了超声波经过的目标肌肉组织 研究肌肉疲劳过程中的超声衰减特性,分析 处于实验所要求的逐渐疲劳状态。(4)研究肌肉疲超声波通过逐渐疲劳的肌肉组织后的幅度变化 劳过程中超声波衰减特征与SEMG变化规律的相规律,可以将该规律应用在实际生活或者运动员 关性发现,随着SEMG的均方根值线性增加,同步的日常训练中。可以通过判断超声波幅度衰减 经过目标肌肉的超声波幅度在非线性衰减,并且其的程度来估计肌肉疲劳程度[31,从而进行科学合 衰减形式满足指数函数形式衰减 理的训练。在实验过程中,激励响应信号的强度 4结果与讨论 远大于SEMG的强度,因此受到周围环境干扰的 程度小,所得响应信号失真度小。本实验首次设 本文基于超声波在肌肉组织中的传输机理,对计了一套肌肉组织疲劳过程超声传输衰减测量 疲劳过程中的肌肉组织超声波传输衰减特性进行了系统,可以定性判断肌肉疲劳程度,在运动学以
第１期 李培畅 等：肌肉组织疲劳过程的超声衰减特征 ４５ ３．３ 疲劳过程中超声衰减与犛犈犕犌变化规律的相关性 如图９ａ、９ｂ所示当输入端换能器中心频率分别 为２．２５、５ＭＨｚ时，超声波经过疲劳的肌肉组织，由 接收端换能器接收到的响应信号平均幅度值都在逐 渐衰减。同步采集的 ＳＥＭＧ，之后处理数据分析其 均方根值变化规律如图９ｃ、９ｄ所示。当目标肌肉组 织逐渐疲劳时，ＳＥＭＧ 的均方根值呈线性增加的趋 势。对比图９研究超声衰减与 ＳＥＭＧ 变化规律的 相关性发现，同步肌肉疲劳实验过程中，随着超声波 幅度逐渐衰减，ＳＥＭＧ 均方根值呈线性增长趋势。 图９ 幅度下降曲线与肌电信号变化规律对比图 犉犻犵．９ 犝犾狋狉犪狊狅狀犻犮狉犲狊狆狅狀狊犲狊犻犵狀犪犾犪犿狆犾犻狋狌犱犲犱犲犮狉犲犪狊犲犱犪狊犈犕犌狏犪狉犻犪狋犻狅狀犮狌狉狏犲犮狅犿狆犪狉犻狊狅狀犮犺犪狉狋 从实验结果可以发现：（１）超声波在逐渐疲劳的 肌肉组织中传输后，其幅度逐渐减小，用不同函数模 型拟合发现，指数函数的确定系数最高，说明超声波 幅度衰减满足指数函数的衰减规律。（２）随着肌肉 组织疲劳，改变入射超声波频率，发现同一频率对应 的幅度曲线均逐渐下降，并且随入射频率的增大，对 应的幅度下降曲线变得更陡峭，即衰减增强，衰减系 数增大，由此所得在逐渐疲劳的肌肉组织中，随着超 声波入射频率的增大，衰减增强。（３）实验过程中， 所采集到的ＳＥＭＧ 的均方根值呈线性增长趋势，结 合已有研究［１０］，验证了超声波经过的目标肌肉组织 处于实验所要求的逐渐疲劳状态。（４）研究肌肉疲 劳过程中超声波衰减特征与 ＳＥＭＧ 变化规律的相 关性发现，随着 ＳＥＭＧ 的均方根值线性增加，同步 经过目标肌肉的超声波幅度在非线性衰减，并且其 衰减形式满足指数函数形式衰减。 ４ 结果与讨论 本文基于超声波在肌肉组织中的传输机理，对 疲劳过程中的肌肉组织超声波传输衰减特性进行了 理论分析，并设计实验，所得实验结果与理论分析一 致，在传输过程中随组织疲劳，超声波幅度衰减且满 足指数形式的衰减；分析衰减系数与入射超声波频 率的关系，得出随着入射超声波频率的增大，幅度衰 减程 度 加 大，衰 减 系 数 增 大。 实 验 同 步 采 集 的 ＳＥＭＧ 的均方根值呈线性增长趋势，并且随 ＳＥＭＧ 的均方根值线性增加，同步经过目标肌肉的超声波 幅度在非线性衰减。另外，我们发现，换能器的位置 对回波信号的大小以及信噪比有一定影响，但并不 影响实验结果。 研究肌肉疲劳 过 程 中 的 超 声 衰 减 特 性，分 析 超声波通 过 逐 渐 疲 劳 的 肌 肉 组 织 后 的 幅 度 变 化 规律，可以将该规律 应 用 在 实 际 生 活 或 者 运 动 员 的日常 训 练 中。 可 以 通 过 判 断 超 声 波 幅 度 衰 减 的程度来估计肌肉疲劳程度［３８］，从而进行科学合 理的训练。在实验 过 程 中，激 励 响 应 信 号 的 强 度 远大于 ＳＥＭＧ 的强度，因此受到周围环境干扰的 程度小，所得响应 信 号 失 真 度 小。本 实 验 首 次 设 计了一套 肌 肉 组 织 疲 劳 过 程 超 声 传 输 衰 减 测 量 系 统，可 以 定 性 判 断 肌 肉 疲 劳 程 度，在 运 动 学 以
陕西师范大学学报(自然科学版) 第43卷 及医学领域有着非常重要的意义。后续工作中 号特征研究[J].中国康复医学杂志,2000,15(2): 对于设计的测量系统,在精度与装置简易方面要 做进一步优化;探讨不同因素对测量的影响,比16 Hodges P w, Pengel L. H M, Herbert D. Measure- 如超声换能器的位置;另外,需要对响应信号在 ment of muscle contraction with ultrasound imaging 频域范围内进行扩展分析 []. Muscle nerve,2003,27:682-692. 参考文献 [17] Me Meeken J M, Beith I D, Newham D J. The rela- tionship between EMG and change in thickness of [1] Mademli L, Arampatzis A, Walsh M. Effect of muscle transversus abdominis [J]. Clinical Biomechanics fatigue on the compliance of the gastrocnemius medialis 2004,19:337-342. tendon and aponeurosis [J]. Journal of Biomechanics [18〕严碧歌脂肪-肌肉组织超声衰减特性的研究[J].压电 2006,39:426-434 与声光,2007,30(1):96-98. [2]付伟杰,刘宇,熊晓洁,等.外加弹性紧身装置对田径运 [19]严碧歌.肌肉组织超声传输衰减特性的研究[J].压电 动员下肢肌力疲劳与肌肉活动的影响[J],中国运动医 与声光,2008,29(2):113-115. 杂志,2010,29(6):631-635 [20]王路,刘镇清.一种超声背散射信号模型及其计算机模 [3]阎俊蒲.变化负荷与固定负荷的肌肉工作特点比较研究 拟几物理测试[J物理测试,1999,32(1):33-36 [D].北京:北京体育大学运动人体科学学院,2010 [4]王健,杨红春,刘加海.疲劳相关表面肌电信号特征的非 [21]张晗.基于编码激励和脉冲压缩的深层介质超声弹性 像信噪比与分辨率提高[D].西安:陕西师范大学物 疲劳特异性研究[J].航天医学与医学工程,2004,17 理学与信息技术学院,2012. [22] Zheng Yongping, Huang Qinghua. Sonomyography [5] Yiwei L, Markuu K, Joseph P Z, et al. EMG recur- monitoring morphological changes of forearm muscles rence quantifications in dynamic exercise[J]. Biological in actions with the feasibility for the control of powered Cybernetics, 2004, 3: 1- prosthesis[J]. Medical Engineering & Physics,2006 [6] Daniel R Rogers, Dawn T M. EMG-based muscle fa- 28(5):405-41 Ligue assessment during aynamic contractions using prin- [23] Kroon G W, Naeije M. Recovery of the human biceps cipal component analysis[J]. Journal of Electromyogra electromyogram after heavy eccentric, concentric or iso- phy and Kinesiology, 2011, 21(5): 811-818 metric exercise[J]. Journal of Applied Physics, 1991 [7] De Luca C J. Myoelectricalmanifestations of localized 63(6):444-448 muscular fatigue in humans[J]. Critical Reviews in Bio- medical Engineering, 1984, 11(4): 251-279 [24] Kang H G, Dingwell J B. Dynamics and stability of [8] Garland S J, Enoka R M, Serrano L P, et al. Behaviour muscle activations during walking in healthy young and older adults [J]. Journal of Biomechanics, 2009, 4 of motor units in human biceps brachii during a submax (14):2231-2237 imal fatiguing contraction[J]. Journal of Applied Ph [25] Ge S W, Chen S L. Experimental electromyography ics,1994,76:2411-2419 [9]胡跃辉,施俊,郑永平.声图像法的骨骼肌多参数测量 estimation of intramuscular load of the upper limb in [J].生物医学工程研究,2005,24(3):168-171 static postures [J]. Industrial Health and Occupational [1o]Shi Jun, Zheng Yongping. Assessment of muscle fa- [26]张道发.利用B超视频输出信号测量体内组织声衰减 tigue using sonomyography: muscle thickness change 数[].声学学报,1993,18(6):17-21. detected from ultrasound images [J]. Medical E [27]杜功焕,朱哲民,龚秀芬.声学基础[M].南京:南京大 neering Physics, 2006. 29: 472-479 学出版社,2012. []施俊,胡跃辉,郑永平,等.使用超声估计疲劳的初步研 究[J].应用声学,2006,25(1):24-29 [28]何培忠,段世梅,寿文德,等.超声激发的生物组织声发 [12]张右琏,马国际,运动性肌肉疲劳的表面肌电信号特征 射模型[.上海交通大学学报:自然科学版,2005,39 研究[J].湖北体育科技,2011,30(1):47-49. (8):1358-1362 [13]王国祥,李长宏,肘关节等速运动过程中表面肌电图的 [29]马浪,郭建中,刘波,等.超声换能器焦区内软组织背散 变化特征[J].中国临床康复,2004,8(12):156-158. 射信号频移与散射子粒径的相关性研究[J.中国生物 医学工程学报,2011,30(3):52 [14]陈胜利,张立.表面肌电信号分析评价肌肉疲劳的有效 [30]宋超,王健,方红光,等.间断递增负荷条件下肌肉活动 性和敏感性[J].武汉体育学院学报,2011,45(12) 的力电关系[冂].体育学刊,2006,3(14):56-59. [15]蔡立羽,王志中,李凌,肌肉疲劳过程中的表面肌电信 (下转第50页)
４６ 陕西师范大学学报（自然科学版） 第４３卷 及医学领域有着 非 常 重 要 的 意 义。后 续 工 作 中， 对于设计的测量系 统，在 精 度 与 装 置 简 易 方 面 要 做 进 一 步 优 化；探 讨 不 同 因 素 对 测 量 的 影 响，比 如 超 声 换 能 器 的 位 置；另 外，需 要 对 响 应 信 号 在 频域范围［３９］内进行扩展分析。 参考文献： ［１］ＭａｄｅｍｌｉＬ，ＡｒａｍｐａｔｚｉｓＡ，Ｗａｌｓｈ Ｍ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｍｕｓｃｌｅ ｆａｔｉｇｕｅｏｎｔｈｅｃｏｍｐｌｉａｎｃｅｏｆｔｈｅｇａｓｔｒｏｃｎｅｍｉｕｓｍｅｄｉａｌｉｓ ｔｅｎｄｏｎａｎｄａｐｏｎｅｕｒｏｓｉｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ， ２００６，３９：４２６４３４． ［２］付伟杰，刘宇，熊晓洁，等．外加弹性紧身装置对田径运 动员下肢肌力、疲劳与肌肉活动的影响［Ｊ］，中国运动医 学杂志，２０１０，２９（６）：６３１６３５． ［３］阎俊蒲．变化负荷与固定负荷的肌肉工作特点比较研究 ［Ｄ］．北京：北京体育大学运动人体科学学院，２０１０． ［４］王健，杨红春，刘加海．疲劳相关表面肌电信号特征的非 疲劳特 异 性 研 究 ［Ｊ］．航 天 医 学 与 医 学 工 程，２００４，１７ （１）：３９４３． ［５］ＹｉｗｅｉＬ，ＭａｒｋｕｕＫ，ＪｏｓｅｐｈＰＺ，ｅｔａｌ．ＥＭＧｒｅｃｕｒ ｒｅｎｃｅｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｄｙｎａｍｉｃｅｘｅｒｃｉｓｅ［Ｊ］．Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ，２００４，３：１１２． ［６］ＤａｎｉｅｌＲ Ｒｏｇｅｒｓ，ＤａｗｎＴ Ｍ．ＥＭＧｂａｓｅｄ ｍｕｓｃｌｅｆａ ｔｉｇｕｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｄｕｒｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎｓｕｓｉｎｇｐｒｉｎ ｃｉｐａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａ ｐｈｙａｎｄＫｉｎｅｓｉｏｌｏｇｙ，２０１１，２１（５）：８１１８１８． ［７］ＤｅＬｕｃａＣＪ．Ｍｙｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｍａｎｉｆｅｓｔａｔｉｏｎｓｏｆｌｏｃａｌｉｚｅｄ ｍｕｓｃｕｌａｒｆａｔｉｇｕｅｉｎｈｕｍａｎｓ［Ｊ］．ＣｒｉｔｉｃａｌＲｅｖｉｅｗｓｉｎＢｉｏ ｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，１９８４，１１（４）：２５１２７９． ［８］ＧａｒｌａｎｄＳＪ，ＥｎｏｋａＲ Ｍ，ＳｅｒｒａｎｏＬＰ，ｅｔａｌ．Ｂｅｈａｖｉｏｕｒ ｏｆｍｏｔｏｒｕｎｉｔｓｉｎｈｕｍａｎｂｉｃｅｐｓｂｒａｃｈｉｉｄｕｒｉｎｇａｓｕｂｍａｘ ｉｍａｌｆａｔｉｇｕｉｎｇｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓ ｉｃｓ，１９９４，７６：２４１１２４１９． ［９］胡跃辉，施俊，郑永平．声图像法的骨骼肌多参数测 量 ［Ｊ］．生物医学工程研究，２００５，２４（３）：１６８１７１． ［１０］ＳｈｉＪｕｎ，Ｚｈｅｎｇ Ｙｏｎｇｐｉｎｇ．Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｍｕｓｃｌｅｆａ ｔｉｇｕｅｕｓｉｎｇｓｏｎｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ：ｍｕｓｃｌｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｃｈａｎｇｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄｆｒｏｍ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｉｍａｇｅｓ［Ｊ］．ＭｅｄｉｃａｌＥｎｇｉ ｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，２００６，２９：４７２４７９． ［１１］施俊，胡跃辉，郑永平，等．使用超声估计疲劳的初步研 究［Ｊ］．应用声学，２００６，２５（１）：２４２９． ［１２］张右琏，马国际．运动性肌肉疲劳的表面肌电信号特征 研究［Ｊ］．湖北体育科技，２０１１，３０（１）：４７４９． ［１３］王国祥，李长宏．肘关节等速运动过程中表面肌电图的 变化特征 ［Ｊ］．中国临床康复，２００４，８（１２）：１５６１５８． ［１４］陈胜利，张立．表面肌电信号分析评价肌肉疲劳的有效 性和敏感性［Ｊ］．武汉体育学院 学 报，２０１１，４５（１２）： ７３７９． ［１５］蔡立羽，王志中，李凌．肌肉疲劳过程中的表面肌电信 号特征研 究 ［Ｊ］．中 国 康 复 医 学 杂 志，２０００，１５（２）： ９４９５． ［１６］ＨｏｄｇｅｓＰ Ｗ，ＰｅｎｇｅｌＬＨ Ｍ，ＨｅｒｂｅｒｔＲＤ．Ｍｅａｓｕｒｅ ｍｅｎｔｏｆ ｍｕｓｃｌｅｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｉｍａｇｉｎｇ ［Ｊ］．ＭｕｓｃｌｅＮｅｒｖｅ，２００３，２７：６８２６９２． ［１７］ＭｃＭｅｅｋｅｎＪＭ，ＢｅｉｔｈＩＤ，Ｎｅｗｈａｍ ＤＪ．Ｔｈｅｒｅｌａ ｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ＥＭＧ ａｎｄ ｃｈａｎｇｅｉｎｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｕｓ ａｂｄｏｍｉｎｉｓ ［Ｊ］． Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ， ２００４，１９：３３７３４２． ［１８］严碧歌．脂肪肌肉组织超声衰减特性的研究［Ｊ］．压电 与声光，２００７，３０（１）：９６９８． ［１９］严碧歌．肌肉组织超声传输衰减特性的研究［Ｊ］．压电 与声光，２００８，２９（２）：１１３１１５． ［２０］王路，刘镇清．一种超声背散射信号模型及其计算机模 拟几物理测试［Ｊ］．物理测试，１９９９，３２（１）：３３３６． ［２１］张晗．基于编码激励和脉冲压缩的深层介质超声弹性 成像信噪比与分辨率提高［Ｄ］．西安：陕西师范大学物 理学与信息技术学院，２０１２． ［２２］Ｚｈｅｎｇ Ｙｏｎｇｐｉｎｇ，Ｈｕａｎｇ Ｑｉｎｇｈｕａ．Ｓｏｎｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ： ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｃｈａｎｇｅｓｏｆｆｏｒｅａｒｍ ｍｕｓｃｌｅｓ ｉｎａｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｆｏｒｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｐｏｗｅｒｅｄ ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ［Ｊ］．ＭｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，２００６， ２８（５）：４０５４１５． ［２３］ＫｒｏｏｎＧ Ｗ，ＮａｅｉｊｅＭ．Ｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆｔｈｅｈｕｍａｎｂｉｃｅｐｓ ｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｍａｆｔｅｒｈｅａｖｙｅｃｃｅｎｔｒｉｃ，ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃｏｒｉｓｏ ｍｅｔｒｉｃｅｘｅｒｃｉｓｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，１９９１， ６３（６）：４４４４４８． ［２４］Ｋａｎｇ Ｈ Ｇ，ＤｉｎｇｗｅｌｌＪＢ．Ｄｙｎａｍｉｃｓａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆ ｍｕｓｃｌｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎｓｄｕｒｉｎｇｗａｌｋｉｎｇｉｎｈｅａｌｔｈｙｙｏｕｎｇａｎｄ ｏｌｄｅｒａｄｕｌｔｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００９，４２ （１４）：２２３１２２３７． ［２５］ＧｅＳ Ｗ，ＣｈｅｎＳＬ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｉｎｔｒａｍｕｓｃｕｌａｒｌｏａｄｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒｌｉｍｂｉｎ ｓｔａｔｉｃｐｏｓｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＨｅａｌｔｈａｎｄＯｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｅａｓｅ，２００８，３４：２２０２２２． ［２６］张道发．利用 Ｂ超视频输出信号测量体内组织声衰减 系数［Ｊ］．声学学报，１９９３，１８（６）：１７２１． ［２７］杜功焕，朱哲民，龚秀芬．声学基础［Ｍ］．南京：南京大 学出版社，２０１２． ［２８］何培忠，段世梅，寿文德，等．超声激发的生物组织声发 射模型［Ｊ］．上海交通大学学报：自然科学版，２００５，３９ （８）：１３５８１３６２． ［２９］马浪，郭建中，刘波，等．超声换能器焦区内软组织背散 射信号频移与散射子粒径的相关性研究［Ｊ］．中国生物 医学工程学报，２０１１，３０（３）：５２５８． ［３０］宋超，王健，方红光，等．间断递增负荷条件下肌肉活动 的力电关系［Ｊ］．体育学刊，２００６，３（１４）：５６５９． （下转第５０页）