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