使用无线双极电极的主要目的是弥合理论建模与物理现实之间的差距。这些设备可以捕捉皮肤表面附近肌肉的实时生物电活动，提供验证肌肉骨骼模拟产生的估计值所需的经验数据。
肌肉骨骼模拟依赖于数学优化来估计肌肉的行为方式，而不是直接测量。实验 sEMG 信号作为“黄金标准”，用于验证这些数学预测，确保模拟准确反映人体生理机能。
sEMG 在验证中的作用
超越数学估计
肌肉骨骼模拟是强大的工具，但它们本质上是预测性的。它们利用数学优化算法来计算执行特定运动所需的肌肉激活水平。
这些计算是理论估计。没有物理数据，就无法确认计算机模型是否以与人体相同的方式解决了运动难题。
捕捉生物电现实
无线双极电极提供了模拟的物理对应项。它们记录了动态运动过程中肌肉组织内发生的实际生物电活动。
此记录创建了一个关于特定肌肉何时以及以何种强度激活的有形数据集。它将理论上的运动转化为可测量的生理事件。
建立基准
可靠性的“黄金标准”
在验证的背景下，通过实验获得的 sEMG 信号被视为黄金标准。它们代表了受试者生物学表现的真实情况。
通过将这些记录视为基线，研究人员可以客观地评估其软件模型的性能。
量化模拟精度
验证过程包括对模拟肌肉映射和实际生理记录的直接比较。
这种比较使研究人员能够量化可靠性。如果数学优化预测股四头肌的激活水平很高，sEMG 数据必须显示出相应的生物电活动峰值，以确认模型的有效性。
理解局限性
表面限制
正如方法学所暗示的那样，这些电极旨在捕捉皮肤表面附近的活动。
这对于深层肌肉组织带来特定的限制。虽然对于表层肌肉来说效果很好，但表面 sEMG 可能无法准确反映埋在其他组织层下的肌肉的活动，而模拟仍然试图模拟这些肌肉。
信号的性质
区分 sEMG 测量的是电活动，而不是力，这一点很重要。
虽然模拟可能估计力产生，但电极验证的是该力之前的激活信号。验证依赖于这种电“驱动”与预测输出之间的相关性。
为您的目标做出正确选择
为了有效验证您的肌肉骨骼模拟，您必须将验证指标与您的具体目标对齐。
- 如果您的主要重点是模型准确性：使用 sEMG 数据严格比较模拟爆发的计时和幅度与“黄金标准”记录。
- 如果您的主要重点是复杂运动：确保您使用无线传感器，以便进行自然、无拘束的运动，因为有线系统可能会改变您试图模拟的运动模式。
通过将您的数学优化与生理记录联系起来，您可以将理论模型转化为理解人类运动的经过验证的工具。
摘要表：
| 特征 | 理论模拟 | 无线 sEMG (经验) |
|---|---|---|
| 数据源 | 数学优化 | 生物电活动 |
| 功能 | 预测肌肉激活/力量 | 捕捉实时肌肉放电 |
| 验证作用 | 待测理论模型 | “黄金标准”基准 |
| 关键指标 | 预测的激活水平 | 实际的计时和幅度 |
| 局限性 | 计算错误的可能性 | 仅限于表层肌肉 |
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参考文献
- Cristina Brambilla, Alessandro Scano. The Number and Structure of Muscle Synergies Depend on the Number of Recorded Muscles: A Pilot Simulation Study with OpenSim. DOI: 10.3390/s22228584
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .