题目：运动诱发局部肌肉疲劳肌音信号非线性特征分析

肌音又常被称为肌声(Muscle sound)，是由于肌肉收缩引起肌纤维滑动摩擦而发声的，即是一种肌肉运动时由于肌肉的机械振动而发出的声波。肌声潜在的重要应用价值是可以无创伤地测量肌肉的运动单元。对运动员来说，能在运动训练中通过实时的肌声监控，尽可能多的、恰当地激发肌纤维运动，提高肌肉收缩速度和爆发力，对提高运动成绩将大有帮助。本研究拟采用非线性动力学的分析方法，分析肌音信号的混沌特征；观察腓肠肌和比目鱼肌在动态负荷疲劳过程中肌音信号的复杂度、分数维等非线性分析指标的变化规律和特点，比较二者的差异，提出运动负荷诱发肌肉系统疲劳的神经肌肉活动机制。本研究包括两个实验，共有10名受试者参加，共测试20次。实验中受试者按照实验的要求分别按给定的口令完成动态运动负荷实验，实验过程中用双通道肌声分析仪实时采集肌音信号，运用Matlab计算信号的关联维、最大Lyapunov指数等非线性指标。通过对肌音信号相空间重构、关联维、最大lyapunov指数、熵值的比较分析，研究结果表明肌音信号是具有混沌特征的非线性动力学信号，肌音信号的非线性特征均介于周期信号和随机信号之间。通过对疲劳前后相空间重构的比较、时间延迟的计算、疲劳过程中比目鱼肌、腓肠肌关联维和lyapunov指数的计算分析，实验结果表明：从开始运动到疲劳过程中，肌音信号的相空间图变得较为柔和，趋向于更有规则，也即从无序的状态趋向于较为有序的状态，时间延迟变大且趋于稳定。腓肠肌、比目鱼肌的关联维和lyapunov指数都减小，说明，随着疲劳的加深，肌音信号的规则性增强，复杂度降低，复杂性从较高值向较低值的方向发展。由于被试者的体质、皮脂厚度、动作的到位程度等有差异，对计算结果有影响，因此腓肠肌、比目鱼肌的关联维和lyapunov指数的总趋势在减小，没有表现出很好的线性趋势。对于疲劳过程中系统复杂性的降低，本人认为是工作时，大量冲动传至大脑皮层相应的神经中枢，使之长期兴奋，导致了消耗增加，随着疲劳的加深，为了减少消耗，中枢神经系统的发放频率会降低，导致运动神经元的发放冲动频率随之减小。同时，中枢神经对各运动神经元的控制精细程度也降低，这导致了各运动单位活动的同步化程度增强。中枢神经的这些保护性抑制调节作用的结果导致了肌音信号的形态向简单、有序的方向发展，即肌音信号的复杂度下降。比目鱼肌以I型纤维或红、慢缩肌纤维为主所以它为慢肌纤维，慢缩红肌具有高的有氧能力与疲劳阻力。腓肠肌是II型，即白快缩肌纤维，在有氧能力、收缩速度、以及疲劳阻力方面较差，属于高强度、短时间运动的肌肉类型。由于比目鱼肌和腓肠肌的肌肉类型不同，在运动中的功能也不同，而计算的结果表明比目鱼肌比腓肠肌关联维的平均值、斜率的绝对值小，比目鱼肌比腓肠肌lyapunov指数的平均值、斜率的绝对值也小，对于比较小的复杂度，认为是它的抗疲劳能力强。据此本人认为可以用关联维、lyapunov指数来判断肌肉的类型。这一点还有待用更多的理论和实验来证实。
本研究认为，运动单位活动的同步化可能是神经肌肉系统对抗外界阻力的工作机制之一，计算混沌的特征指数可以对肌肉运动特征进行分类分析。