·708· 智能系统学报 第15卷 低头时间 图麒 称的胸锁乳突肌（图5中的E1)、头夹肌（图5中 的E2)和斜方肌（图5中的E3)处，实验共采集六 拾头时间 的 通道肌电信号；其中，E1胸锁乳突肌，E2头夹肌， 总持续时间 田特 E3斜方肌，E4地极。在电极附着的导电凝胶被 用来改善电极与皮肤的接触。 20 40 60 80 t/min 图3实地观察结果 Fig.3 Field observations 2.1实验室模拟实验 在实验室中模拟地铁上人们低头的状态，让 参试人员在保持坐立并持续低头时测试30min 内颈部肌电信号的变化。从胸锁乳突肌（主要的 前颈肌)到颈部斜方肌与头夹肌（主要的后颈 图5电极粘贴位置（电极片位置） 肌)的数据记录对颈部疲劳的程度做出客观评估。 Fig.5 Electrode sticking position(electrode sheet position) 2.2实验对象 4)确认参试人员理解试验任务，并填写基本 本研究招募5名健康男性、5名健康女性自 信息调查表。在软件中设置采样率为1000次/s, 愿参加实验。所有参与者都进行了体检，以消除 打开肌电仪开关，提示参试人实验开始。硬件上 参与者有任何类型的疾病，并且没有颈椎病史等 使用多通道表面肌电仪（亿JE-)收集、放大和传 因素的影响。选择男女被试对象数目一致以消除 输信号；均康一次性电极（直径10mm)用于测量 性别可能对实验结果产生的影响。然后介绍性 sEMG活性9。 质、目的、方法和研究参与者的风险，要求他们完 5)实验进行过程中，参试人员持续保持静坐 成一个关于个人信息的背景调查问卷，比如身高 状态。每5min向被试者的手机上发送颈部疲劳 和体重，如表1所示。 评分表，参试人可以根据自己主观感觉进行疲劳 程度打分，收集30min内1号参试者在不同时间 表1参试人员基本数据 段内共6次主观感受的变化情况。 Table 1 Basic data of participants 6)30min后实验停止，帮助1号参试者摘下 被试者 年龄 身高/cm 体重/kg 电极。进行设备重新调试并且更换新的一次性电 男性 24.6±0.55 15945.20 45.5±6.27 极，等待后续参试者进行实验。 女性 23.4±0.55 175±6.25 63.7±3.09 7)实验结束停止数据的收集后将收集的实验 总计 24±0.82 160±10.02 54±10.67 数据进行保存，实验结束。 2.3实验过程 3实验结果与讨论 1)首先在实验室设置与地铁座位等高的座位 模拟地铁环境，并连接实验仪器。 根据前导性实验我们得到了地铁低头族的颈 2)将参试人员进行编号，分别为1~10号。 部疲劳与头夹肌和斜方肌有关，胸锁乳突肌关于 参试人1号在如图4所示的座位上就坐，熟悉实 维持颈部低头动作的相关性较低6。根据颈部疲 验环境，保证实验前颈部肌肉状态良好。 劳联合分析系统所得到的不同时间段中颈部疲劳 变化分析如下所示。 3.1肌电信号的处理过程 由于实验中设置的采样率为1000Hz,30min内 共采集1800000个数据值。为防止实验数据在前 期准备与后期结束时产生波动造成数据差异性较 大，数据处理前在MATLAB软件中将数据的前10s与 图4实验室模拟环境 后10s的实验数据剪掉，剪掉后数据只剩1178000 Fig.4 Laboratory simulation environment 个数据值。 3)使用酒精清洁参试人员颈部皮肤。在参试 选择时间窗口，设总时长为W,步长为L。根 人员颈部粘贴电极，电极粘贴位置分别为左右对 据一般人的反应时间为200~300ms,对采集到的低头时间 抬头时间 总持续时间 0 20 40 60 80 t/min 图 3 实地观察结果 Fig. 3 Field observations 2.1 实验室模拟实验 在实验室中模拟地铁上人们低头的状态，让 参试人员在保持坐立并持续低头时测试 30 min 内颈部肌电信号的变化。从胸锁乳突肌 (主要的 前颈肌) 到颈部斜方肌与头夹肌 (主要的后颈 肌) 的数据记录对颈部疲劳的程度做出客观评估。 2.2 实验对象 本研究招募 5 名健康男性、5 名健康女性自 愿参加实验。所有参与者都进行了体检，以消除 参与者有任何类型的疾病，并且没有颈椎病史等 因素的影响。选择男女被试对象数目一致以消除 性别可能对实验结果产生的影响。然后介绍性 质、目的、方法和研究参与者的风险，要求他们完 成一个关于个人信息的背景调查问卷，比如身高 和体重[17] ，如表 1 所示。 表 1 参试人员基本数据 Table 1 Basic data of participants 被试者 年龄 身高/ cm 体重/ kg 男性 24.6±0.55 159±5.20 45.5±6.27 女性 23.4±0.55 175±6.25 63.7±3.09 总计 24±0.82 160±10.02 54±10.67 2.3 实验过程 1) 首先在实验室设置与地铁座位等高的座位 模拟地铁环境，并连接实验仪器。 2) 将参试人员进行编号，分别为 1～10 号。 参试人 1 号在如图 4 所示的座位上就坐，熟悉实 验环境，保证实验前颈部肌肉状态良好。 图 4 实验室模拟环境 Fig. 4 Laboratory simulation environment 3) 使用酒精清洁参试人员颈部皮肤。在参试 人员颈部粘贴电极，电极粘贴位置分别为左右对 称的胸锁乳突肌 (图 5 中的 E1)、头夹肌 (图 5 中 的 E2) 和斜方肌 (图 5 中的 E3) 处，实验共采集六 通道肌电信号；其中，E1 胸锁乳突肌，E2 头夹肌， E3 斜方肌，E4 地极。在电极附着的导电凝胶被 用来改善电极与皮肤的接触[18]。 E1 E2 E3 E4 图 5 电极粘贴位置 (电极片位置) Fig. 5 Electrode sticking position (electrode sheet position) 4) 确认参试人员理解试验任务，并填写基本 信息调查表。在软件中设置采样率为 1 000 次/s， 打开肌电仪开关，提示参试人实验开始。硬件上 使用多通道表面肌电仪 (ZJE- ii) 收集、放大和传 输信号；均康一次性电极 (直径 10 mm) 用于测量 sEMG 活性[19]。 5) 实验进行过程中，参试人员持续保持静坐 状态。每 5 min 向被试者的手机上发送颈部疲劳 评分表，参试人可以根据自己主观感觉进行疲劳 程度打分，收集 30 min 内 1 号参试者在不同时间 段内共 6 次主观感受的变化情况。 6)30 min 后实验停止，帮助 1 号参试者摘下 电极。进行设备重新调试并且更换新的一次性电 极，等待后续参试者进行实验。 7) 实验结束停止数据的收集后将收集的实验 数据进行保存，实验结束。 3 实验结果与讨论 根据前导性实验我们得到了地铁低头族的颈 部疲劳与头夹肌和斜方肌有关，胸锁乳突肌关于 维持颈部低头动作的相关性较低[16]。根据颈部疲 劳联合分析系统所得到的不同时间段中颈部疲劳 变化分析如下所示。 3.1 肌电信号的处理过程 由于实验中设置的采样率为 1000 Hz，30 min 内 共采集 1 800 000 个数据值。为防止实验数据在前 期准备与后期结束时产生波动造成数据差异性较 大，数据处理前在 MATLAB 软件中将数据的前 10 s 与 后 10 s 的实验数据剪掉，剪掉后数据只剩 1178000 个数据值。 选择时间窗口，设总时长为 W，步长为 L。根 据一般人的反应时间为 200～300 ms，对采集到的 ·708· 智 能 系 统 学 报 第 15 卷