·706· 智能系统学报 第15卷 一个健康问题也是一个社会问题。 荷加深；Luedtke等o研究偏头痛患者在偏头痛 Chotpitayasunondh等提出用低头族一词形 发作前或发作期间颈部肌肉疲劳状态是否加深。 容空闲时间总是低头玩手机的人群。研究表明， 目前国内外研究中颈部肌肉的疲劳程度与低头时 持续低头是诱发颈部肌肉慢性劳损的主要原因， 间的变化关系尚不明确。 且及时缓解颈部肌肉疲劳可以有效地预防颈 本文针对地铁低头族的颈部健康问题，首 椎疾病的发生。目前表面肌电(surface elec- 先提出了基于表面肌电信号的幅频联合分析模 tromyography,.sEMG)是一种非损伤性监测手段 型(sEMG-JASA),检测乘客颈部是否发生疲劳，疲 和方法去观察神经肌肉系统活动，具有感知动作 劳时发出健康提醒；接着开发原型系统，通过实 直接、检测动作敏感、传感器低成本和高便携等 验证实模型的有效性。 特点。通过表面肌电信号分析或判断肌肉的疲 1颈部疲劳sEMG-JASA评价模型 劳状态，在肌肉活动与功能的评价中具有重要的 作用。 对颈部肌肉进行疲劳预防与疲劳缓解尤为 国内学者通过表面肌电信号对肌肉进行监 重要，颈部疲劳sEMG-JASA评价模型持续对颈 测，发现当肌肉发生疲劳时肌肉产生的能量较 部肌肉进行疲劳检测，当判断肌肉疲劳时发出健 少，同时肌肉的活动和生理特性将发生改变，导 康提醒。模型主要流程为首先输入乘客颈部的 致sEMG信号出现相应的变化刀。而国外学者在 肌电信号，通过特征提取后进行联合分析，再进 过去的几十年里，在医学领域给予了颈部肌肉疲 行疲劳判断和疲劳程度分析，该模型的概念框架如 劳更大的关注。Nimbarte等⑧研究生理和心理压 图1所示。软件使用MATLAB编程语言做数据 力增加时分别对颈部肌肉疲劳产生的影响；并在 处理与分析，并开发原型系统。其主要原理与步 后续研究中他们发现肌肉疲劳时会导致颈椎的负 骤如下。 系统概念框架示意图 MF-1 MF-2 MF-3 MF.4 MF-n 特征提取 RMS-1 RMS-2 RMS-3 RMS-4 RMS-n 联合分析 肌力增加 疲劳肌力诚小恢复 疲劳 疲劳 <疲劳 疲劳> 疲劳 N Y N Y N 继续检测 保留数据 继续检测 继续检测继续检测 保堡餐霸 疲劳判断 方差分析 方差分析 MF-1&MF-2 MF-n-1&MF-n RMS-1&RMS-2 RMS-n-1&RMS-n 显著性 显著性 结束 Y 程度分析 再次提醒 图1颈部疲劳评价模型 Fig.1 Neck fatigue evaluation model一个健康问题也是一个社会问题。 Chotpitayasunondh 等 [2] 提出用低头族一词形 容空闲时间总是低头玩手机的人群。研究表明， 持续低头是诱发颈部肌肉慢性劳损的主要原因， 且及时缓解颈部肌肉疲劳可以有效地预防颈 椎疾病的发生[3]。目前表面肌电 (surface elec￾tromyography，sEMG) 是一种非损伤性监测手段 和方法去观察神经肌肉系统活动，具有感知动作 直接、检测动作敏感、传感器低成本和高便携等 特点[4]。通过表面肌电信号分析或判断肌肉的疲 劳状态，在肌肉活动与功能的评价中具有重要的 作用。 国内学者通过表面肌电信号对肌肉进行监 测，发现当肌肉发生疲劳时肌肉产生的能量较 少，同时肌肉的活动和生理特性将发生改变，导 致 sEMG 信号出现相应的变化[5-7]。而国外学者在 过去的几十年里，在医学领域给予了颈部肌肉疲 劳更大的关注。Nimbarte 等 [8] 研究生理和心理压 力增加时分别对颈部肌肉疲劳产生的影响；并在 后续研究中他们发现肌肉疲劳时会导致颈椎的负 荷加深[9] ；Luedtke 等 [10] 研究偏头痛患者在偏头痛 发作前或发作期间颈部肌肉疲劳状态是否加深。 目前国内外研究中颈部肌肉的疲劳程度与低头时 间的变化关系尚不明确。 本文针对地铁低头族的颈部健康问题，首 先提出了基于表面肌电信号的幅频联合分析模 型 (sEMG-JASA)，检测乘客颈部是否发生疲劳，疲 劳时发出健康提醒；接着开发原型系统，通过实 验证实模型的有效性。 1 颈部疲劳 sEMG-JASA 评价模型 对颈部肌肉进行疲劳预防与疲劳缓解尤为 重要，颈部疲劳 sEMG-JASA 评价模型持续对颈 部肌肉进行疲劳检测，当判断肌肉疲劳时发出健 康提醒。模型主要流程为首先输入乘客颈部的 肌电信号，通过特征提取后进行联合分析，再进 行疲劳判断和疲劳程度分析，该模型的概念框架如 图 1 所示。软件使用 MATLAB 编程语言做数据 处理与分析，并开发原型系统。其主要原理与步 骤如下。 系统概念框架示意图 t1 MF-1 RMS-1 MF-2 RMS-2 MF-3 RMS-3 MF-4 RMS-4 MF-n RMS-n sig1 sig2 sig3 sig4 sig5 sig6 t2 t3 t4 tn 联合分析 特征提取 肌力增加 疲劳 疲劳 N 继续检测 继续检测 继续检测 Y N Y N 疲劳 提醒 显著性 显著性 结束 再次提醒 Y Y N 方差分析 MF-1&MF-2 RMS-1&RMS-2 方差分析 MF-n-1&MF-n RMS-n-1&RMS-n 提醒 疲劳 疲劳 疲劳 肌力减小 恢复 ××× 疲劳判断 程度分析 保留数据 继续检测 保留数据 继续检测 … … … … … … … 图 1 颈部疲劳评价模型 Fig. 1 Neck fatigue evaluation model ·706· 智 能 系 统 学 报 第 15 卷