同步表面肌电图系统和双极电极用于提供关于肌肉疲劳的客观生理数据，并精确地将神经肌肉活动与机械运动相关联。通过将电极放置在主要的抗重力肌肉上，例如股外侧肌和胫骨前肌，研究人员可以记录电信号强度和中值频率。这些数据可以明确证实局部肌肉疲劳，并分析疲劳如何影响行走步态的稳定性。
核心要点 这些工具具有双重目的：它们通过信号频率分析客观地量化疲劳等生理变化，并创建统一的时间线，将内部肌肉放电与外部物理力对齐，以验证生物力学模拟。
量化肌肉疲劳和稳定性
监测抗重力肌肉
双极电极战略性地放置在关键的抗重力肌肉上，特别是股外侧肌和胫骨前肌。这些肌肉对于在步态周期中维持直立姿势和稳定性至关重要。监测它们可以使研究人员分离出在压力下最有可能影响步态力学的特定肌肉群。
检测活动变化
使用这些电极的主要目的是记录电信号强度和中值频率。这些指标充当生理状态的客观指标。当这些值发生变化时，就提供了肌肉活动模式因疲劳而改变的确凿证据。
证实局部疲劳
通过分析肌电信号的中值频率，研究人员可以证实局部肌肉疲劳的存在。这区分了实际的生理衰竭和感知到的努力。了解这种疲劳对于确定受试者的步态稳定性为何会随时间恶化至关重要。
同步的关键作用
对齐运动学和神经肌肉数据
同步采集是强制性的，以便将运动学数据（力）和神经肌肉活动（电信号）置于单一、统一的时间线上。没有同步，就不可能确切地知道肌肉相对于作用在身体上的物理力何时放电。
定义步态阶段
同步可以精确定义步态周期阶段，例如支撑期和中期站立。研究人员通常使用力台上的特定阈值，例如 10 牛顿，来标记脚部接触的确切时刻。这为所有后续的肌电分析创建了一个时间锚点。
分析即时肌肉反应
一旦时间线统一，研究人员就可以分析肌肉在特定负荷环境下即时产生的反应。这揭示了身体在标准力学因负荷或疲劳而受损时所采取的代偿性步态策略。
验证生物力学模型
数据的“金标准”
肌肉骨骼模拟通常使用数学优化来估计肌肉激活水平。然而，这些是理论模型。通过双极电极捕获的实际肌电信号充当验证这些估计的“金标准”。
标定模拟精度
记录的生物电活动为比较提供了不可或缺的基准。通过将模拟的肌肉映射与实际的生理记录进行比较，研究人员可以量化其计算模型的可靠性和准确性。
理解权衡
表面肌肉与深层肌肉的接触
虽然表面双极电极是非侵入性的，并且对于股外侧肌等表层肌肉非常有效，但它们无法轻松测量深层肌肉。研究人员必须假设表面活动与更广泛的肌肉群功能相关，但这可能并不总是能捕捉到深层组织生物力学的全部复杂性。
信号纯度和外部变量
表面肌电图对外部变量高度敏感。虽然双极配置有助于减少噪声，但汗水、皮肤运动伪影或电极放置不当等因素可能会使信号强度产生偏差。这需要严格的实验控制，以确保数据反映真实的肌肉疲劳而不是伪影。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地提高肌电数据在步态分析中的价值，请根据您的具体研究目标调整您的方法：
- 如果您的主要重点是疲劳分析：优先监测抗重力肌肉的中值频率变化，以客观地识别疲劳的发生。
- 如果您的主要重点是步态阶段定义：确保您的肌电系统与力台完美同步，以将肌肉放电与 10 牛顿的脚部接触阈值相关联。
- 如果您的主要重点是模拟验证：使用原始肌电数据作为绝对基准，以测试和优化您的数学肌肉激活模型的准确性。
真正的生物力学见解不仅来自于测量运动，还来自于理解驱动它的生理引擎——肌肉。
汇总表：
| 组成部分 | 主要功能 | 关键指标/指标目的 |
|---|---|---|
| 双极电极 | 监测抗重力肌肉（例如，股外侧肌） | 电信号强度和中值频率 |
| 同步系统 | 将运动学（力）与神经肌肉活动对齐 | 步态阶段定义的统一时间线 |
| 疲劳分析 | 客观证实局部肌肉疲劳 | 检测活动变化和稳定性损失 |
| 模型验证 | 充当“金标准”基准 | 验证数学肌肉模拟 |
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参考文献
- Amitava Halder, Chuansi Gao. Gait Biomechanics While Walking Down an Incline After Exhaustion. DOI: 10.1007/s10694-023-01402-x
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .