1494 工程科学学报，第41卷，第11期 final fatigue state in 75-100 min.Therefore,it is suggested that the duration of continuous bowing should not exceed 20 min. KEY WORDS surface electromyography:cervical spine fatigue;fatigue characteristics;integral electromyographic;mean power frequency 长时间颈部前屈是常见的不良作业姿势，比 量仪器，仪器的采样频率为1500Hz,主要由直接 如长时间从事低头作业，长时间看电脑屏幕，玩手 传输系统、无线网络发射器、表面肌电测试软件 机等，常会导致长时间颈部前屈这一不良姿势发 等组成（如图1） 生.长期低头容易引起颈项肌群发生疲劳和慢性 损伤山，国内一项对2000例颈椎病患者展开的最 电极 Norxon WIFI传 新调查显示：青少年和上班族患颈椎病的人数徒 片 G2 输器 增，30岁以下患者所占的人数比例比30岁到 50岁的患者高出了22%颈椎病发病有低龄化 的趋势，据统计，30岁以下的颈椎病患者增加显 著，从1996的26%提升至2016年的37%)在对 140名大学生的一项调查中显示，98%的参与者每 天在手机上花费超过3.5h,这增加了颈部患病的 sEMG DTS传 风险)长时间肌肉收缩是导致颈部肌肉和组织疲 采集器 输器 劳损伤的一个重要原因阿，因此利用一定的方法探 图1表面肌电采集配件 究颈部肌肉长时间收缩时肌肉活动的变化，获得 Fig.I Surface electromyography acquisition accessories 肌肉疲劳时间阈值，以减少颈部肌肉疲劳带来的 损伤，这显得极为有意义 (2)受试人员 目前对颈椎疲劳方面的研究大多数集中在对 从北京科技大学挑选20名受试者，男生12， 颈伸肌平衡和颈痛评价上.较少去关注长时间颈 女生8名.所有受试者身体健康状况良好，无颈椎 部前屈造成的颈椎疲劳.Lee等使用麦吉尔疼痛 肌肉损伤，实验前72内未从事剧烈运动，以保持 问卷表(McGill pain questionnaire,.MPQ)和Brog评 受试者肌肉的良好状态，所有受试者均同意并自 分表(Borg scale)进行评价，对颈椎肌肉耐力持续 愿参加本实验.为使个体差异性的影响最小，所选 时间进行测量，对比了有颈痛和无颈痛的颈部肌肉 取人员的年龄、身高和体重相差较小，最终结合 耐力持续时间.Moreno等用光学角度捕捉测试 实际需要，受试人员平均年龄21±1.7岁，体重61.3± 颈椎活动范围，并对颈椎疲劳进行评估，用起始角 9.6kg,身高168±8.6cm,骨骼肌肉质量9.4牡2.4kg 和偏转角来评估颈椎疲劳前后的变化.表面肌电 (3)电极片放置 信号门是肌肉系统在收缩时，能一定程度上反映肌 测量电极之间的距离将影响肌电信号的带宽 肉的活动情况和疲劳程度的一种生理电信号，监测 和幅值，距离过小，会造成信号的叠加或短路，距 该信号在临床疾病的诊断、肌肉力量的评定、肌肉 离过大，易受到附近肌肉信号的干扰3本实验 疲劳的判断等领域得到广泛的应用8-).但对于长时 选用银-氯化银(Ag-AgCI)电极片，控制电极片中 间低头前屈这一姿势的颈部疲劳却鲜有人提及，因 心距离为20mm 此本研究在利用表面肌电(surface electromyography, 1.2实验姿势 sEMG)监测肌肉疲劳研究基础上，研究长时间颈部 本实验模拟的是人在静止状态下长时间颈部 前屈玩手机对颈部肌肉的影响，判断实验人员的疲 前屈玩手机的状态，采用静态人体尺寸标准 劳变化状态以及疲劳的严重程度，最终为科学合理 依据GB10000-88标准，选取人体测量百位数90 的控制低头前屈时间提供理论依据 按照身体各部分比例，计算颈部前屈姿势保持在 1实验设计 40°~60°之间（如图2） 1.3测量肌肉 1.1实验仪器及方法 根据肌肉构筑学特征7-叨，维持颈椎活动稳定 (1)实验仪器 功能的肌肉有夹肌、胸锁乳突肌、斜方肌、头半棘 本实验采用美国Noraxon公司的表面肌电测 肌等肌肉2，但头半棘肌在夹肌下面，临床一般监final fatigue state in 75–100 min. Therefore, it is suggested that the duration of continuous bowing should not exceed 20 min. KEY  WORDS    surface  electromyography； cervical  spine  fatigue； fatigue  characteristics； integral  electromyographic； mean  power frequency 长时间颈部前屈是常见的不良作业姿势，比 如长时间从事低头作业，长时间看电脑屏幕，玩手 机等，常会导致长时间颈部前屈这一不良姿势发 生. 长期低头容易引起颈项肌群发生疲劳和慢性 损伤[1] . 国内一项对 2000 例颈椎病患者展开的最 新调查显示：青少年和上班族患颈椎病的人数徒 增 ， 30 岁以下患者所占的人数比例 比 30 岁 到 50 岁的患者高出了 22%[2] . 颈椎病发病有低龄化 的趋势，据统计，30 岁以下的颈椎病患者增加显 著 ，从 1996 的 26% 提升至 2016 年的 37%[3] . 在对 140 名大学生的一项调查中显示，98% 的参与者每 天在手机上花费超过 3.5 h，这增加了颈部患病的 风险[4] . 长时间肌肉收缩是导致颈部肌肉和组织疲 劳损伤的一个重要原因[5] ，因此利用一定的方法探 究颈部肌肉长时间收缩时肌肉活动的变化，获得 肌肉疲劳时间阈值，以减少颈部肌肉疲劳带来的 损伤，这显得极为有意义. 目前对颈椎疲劳方面的研究大多数集中在对 颈伸肌平衡和颈痛评价上. 较少去关注长时间颈 部前屈造成的颈椎疲劳. Lee 等[5] 使用麦吉尔疼痛 问卷表（McGill pain questionnaire, MPQ）和 Brog 评 分表（Borg scale）进行评价，对颈椎肌肉耐力持续 时间进行测量，对比了有颈痛和无颈痛的颈部肌肉 耐力持续时间. Moreno 等[6] 用光学角度捕捉测试 颈椎活动范围，并对颈椎疲劳进行评估，用起始角 和偏转角来评估颈椎疲劳前后的变化. 表面肌电 信号[7] 是肌肉系统在收缩时，能一定程度上反映肌 肉的活动情况和疲劳程度的一种生理电信号，监测 该信号在临床疾病的诊断、肌肉力量的评定、肌肉 疲劳的判断等领域得到广泛的应用[8−12] . 但对于长时 间低头前屈这一姿势的颈部疲劳却鲜有人提及，因 此本研究在利用表面肌电（surface electromyography， sEMG）监测肌肉疲劳研究基础上，研究长时间颈部 前屈玩手机对颈部肌肉的影响，判断实验人员的疲 劳变化状态以及疲劳的严重程度，最终为科学合理 的控制低头前屈时间提供理论依据. 1    实验设计 1.1    实验仪器及方法 （1）实验仪器 本实验采用美国 Noraxon 公司的表面肌电测 量仪器，仪器的采样频率为 1500 Hz，主要由直接 传输系统、无线网络发射器、表面肌电测试软件 等组成（如图 1）. （2）受试人员 从北京科技大学挑选 20 名受试者，男生 12， 女生 8 名. 所有受试者身体健康状况良好，无颈椎 肌肉损伤，实验前 72 h 内未从事剧烈运动，以保持 受试者肌肉的良好状态，所有受试者均同意并自 愿参加本实验. 为使个体差异性的影响最小，所选 取人员的年龄、身高和体重相差较小. 最终结合 实际需要，受试人员平均年龄 21±1.7 岁，体重 61.3± 9.6 kg，身高 168±8.6 cm，骨骼肌肉质量 9.4±2.4 kg. （3）电极片放置 测量电极之间的距离将影响肌电信号的带宽 和幅值，距离过小，会造成信号的叠加或短路，距 离过大，易受到附近肌肉信号的干扰[13−14] . 本实验 选用银−氯化银（Ag−AgCl）电极片，控制电极片中 心距离为 20 mm. 1.2    实验姿势 本实验模拟的是人在静止状态下长时间颈部 前屈玩手机的状态，采用静态人体尺寸标准[15−16] . 依据 GB10000-88 标准，选取人体测量百位数 90. 按照身体各部分比例，计算颈部前屈姿势保持在 40°～60°之间（如图 2）. 1.3    测量肌肉 根据肌肉构筑学特征[17−19] ，维持颈椎活动稳定 功能的肌肉有夹肌、胸锁乳突肌、斜方肌、头半棘 肌等肌肉[20] ，但头半棘肌在夹肌下面，临床一般监 电极 片 Norxon G2 WIFI传 输器 DTS传 输器 sEMG 采集器 图 1    表面肌电采集配件 Fig.1    Surface electromyography acquisition accessories · 1494 · 工程科学学报，第 41 卷，第 11 期