三维运动学与肌电

三维运动学分析应用举例
• • • • 撑竿跳高过高动作的三维运动学分析 蹦床技术的三维运动学分析 花样滑冰难度动作的三维运动学分析 ……
三维运动学分析应用举例
• 损伤危险动作研究 – 跳跃落地 – 急停起跳 – 急停变向 – 疾速跑 – 损伤危险人群的步态（走、跑）
三维运动学分析应用举例
• 人体基本动作或能力的评价（康复效果评价） – 步态 – 平衡稳定性 – 跌倒 – 上下楼梯 – 工作操作（握、举、抬、推、拉、 放下、搬运，等） – ……
– 平均频率（Mean Power Frequency，MPF） – 中位频率（Median Frequency，MF）
• 同等负荷下肌肉激活程度增加
– 均方根振幅（Mean Root Square，RMS）
肌肉疲劳的判定
Normalized Mean EMG of Biceps in an Isometric Contraction with a Constant External Load (1 sec window) 1.0
3、肌肉何时激活或放松？
• 确定肌肉激活和放松时间
射箭动作技术研究
射箭肌电研究
指屈肌
指伸肌
肱二头肌
肱三头肌
表面肌电应用——EMG分析可回答的问题
3、肌肉激活程度是多少？
• 对肌电指标进行一般化处理，并进行定量计算
8块下肢肌肉在完成仰 卧蹬腿动作中的激活 程度，以%MVC表示。
钟红艳测功仪和水上划肌肉sEMG比较分析
三维运源自文库分析与表面肌电 应用进展
刘卉 北京体育大学
讲座提纲
表面肌 电概述
表面肌 电应用
三维运动 学概述
三维运动 学应用
表面肌电概述
• • • • 什么是肌电图（Electromyography，EMG） 肌电采集方法 表面肌电信号采集与处理 肌电指标与意义
肌电图（Electromyography，EMG）
– 肌肉在人体动作不需要时会适时放松
正常人背部肌肉和 臀大肌在体前屈动 作中会有放松状态， 股后肌群则持续收 缩。但下腰痛病人 则可能没有放松状 态。
表面肌电应用——EMG分析可回答的问题
2、肌肉激活了多少？
• 根据原始肌电幅值对肌肉的激活程度进行定性 比较
表面肌电应用——EMG分析可回答的问题
• 记录、处理和分析肌肉动作电位（肌电信 号）的方法
5.0
2.5
0.0 -2.5
-5.0 0.0
0.2
0.4
0.6 0.8 Time (sec)
1.0
1.2
1.4
完成侧切动作时支撑腿胫骨前肌的原始肌电信号 (mV)
肌电采集方法
• 针电极
– 可采集深层次肌肉的肌电信号
• 表面电极（surface EMG，sEMG）
– 采集浅表肌肉的肌电信号
• 有线测量 • 无线遥测
表面肌电信号采集与处理
• 肌电信号采集
– 皮肤准备 – 放置电极 – 连接设备 – 检查信号 – 记录信号
肌电信号处理
• 带通滤波（bandpass）
– 10-500Hz
• 翻正（rectification） • 平滑（smoothing）
– 线性包络（linear envelope） – 移动平均（moving average） – 均方根（root-mean-square）
0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Before Exercise After Exercise
肌肉疲劳的判定
Power of Band-passed EMG of Biceps in an Isometric Contraction with a Constant External Load (1 sec window)
• 激活程度
Linear Enveloped EMG of Anterior Tibialis in Side Cutting (mV)
1.5 Low-pass = 6 Hz
1.0
0.5
0.0 0.0
0.2
0.4
0.6 0.8 Time (sec)
1.0
1.2
1.4
肌电指标与意义
• 肌电信号功率谱左移
30.0
26.7
25.0
肌肉做功贡献率
20.0 15.0
10.2 14.9 11.8
19.4
水上划
8.6 8.3 7.6 5.9 4.7 3.8 4.5 4.8 2.4 2.1 2.9 2.4 1.3 4.5
10.0
7.6 4.8
9.4
9.7
测功仪
4.2 1.3
5.0 0.0
4.2
3.9
4.7 3.5
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 50 100 150 200 250 300 Before Exercise
After Exercise
Frequency (Hz)
肌电指标与意义
• 肌肉收缩力
表面肌电应用——EMG分析可回答的问题
1、肌肉激活了吗？
• 观察原始肌电信号 • 了解维持某个姿势时动员的肌肉 • 了解肌肉是否张力过高（肌肉痉挛）
– 三维坐标的计算方法 – 三维图像拍摄方法 – 三维图像拍摄速度 – 三维数据采集方法
三维运动学概述
• 三维运动学分析指标
– 位置 – 位移 – 角度 – 速度
三维运动学分析的应用
• 人体动作描述与评价
– 提高运动成绩 – 预防运动损伤 – 运动系统伤病评价与分析 – 制定康复方案 – 评价康复效果
0.0
肌
肌
肌
肌
肌
肌
肌
肌
肌
肌
肌
肌 直 股 胫 骨
部
大
部
方
阔
下
脊
直
头
头
斜
大
头
前
胸
后
斜
背
冈
竖
腹
二
三
外
臀
肌
肱
肱
肌
腹
角
三
三
角
肌肉名称
股
二
前
肌
表面肌电应用——EMG分析可回答的问题
4、肌肉是否疲劳？
• 对慢性运动损伤的研究 • 对力量训练效果的研究 • 人机配合效果研究
评价肌肉疲劳
三维运动学概述
• 三维运动分析技术的发展
• 一般化（normalization）
– 最大等长收缩（maximum voluntary contraction， MVC） – 时间一般化（time normalization）
肌电指标与意义
• 激活状态（onset/offset） – 神经传导速度 – 肌肉激活顺序 – 肌肉激活持续时间
肌电指标与意义