Экспериментальное обнаружение средней частоты следования миоимпульсов по поверхностной электромиограмме
Регистрация поверхностных электромиограмм и их средних спектров мощности. Зависимость частоты следования импульсов отдельных двигательных единиц от величины механической нагрузки на мышцу. Оптимальная схема расположения электродов на бицепсе испытуемого.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 05.11.2018 |
Размер файла | 737,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http: //www. allbest. ru/
ГОУ ВПО «Алтайский государственный университет», г. Барнаул
Экспериментальное обнаружение средней частоты следования миоимпульсов по поверхностной электромиограмме
А.М. Шайдук, С.А. Останин, Е.Р. Юсупов
Аннотация
Получена 9 сентября 2011 г., после доработки - 21 сентября 2011 г.
Представлены результаты экспериментов по регистрации поверхностных электромиограмм и их средние спектры мощности. Показано, что в структуре спектра мощности поверхностной электромиограммы обнаруживается спектральная линия, соответствующая частоте следования импульсов отдельных двигательных единиц. Экспериментально доказана возможность исследовать зависимость частоты следования импульсов отдельных двигательных единиц от величины механической нагрузки на мышцу.
Ключевые слова: поверхностная электромиография, спектральный анализ случайных сигналов, квазипериодические сигналы.
Abstract
We present here experimental records of surface electromyogramms (sEMG) and their average power spectra. We demonstrate that the detailed analysis of all sEMG power spectra reveals significant peaks at the characteristic position. This position can be associated with the average repetition rate of a single motor unit action potential. Also, we prove here the possibility to measure the dependence of the myo-pulse repetition rate on the muscle mechanical load.
Keywords: sEMG pulse simulations, spectral analysis of electromyographical signals.
Результаты спектрального анализа численно и аналитически моделированых электромиограмм показывают, что в сложной структуре среднего спектра мощности содержится спектральная линия, расположенная в низкочастотной области [1-4]. Утверждается, что если последовательность миоимпульсов достаточно периодична (отношение стандартного отклонения частоты следования миоимпульсов к среднему значению частоты менее 0,2), максимум первой спектральной линии среднего спектра мощности электромиограммы соответствует частоте следования миоимпульсов.
Нами экспериментально обнаружена устойчивая спектральная линия для всех испытуемых, представлены результаты, подтверждающие адекватность модельных представлений о структуре спектра электромиограмм [1-4].
Для экспериментального обнаружения средней частоты следования миоимпульсов по поверхностной электромиограмме был выполнен спектральный анализ поверхностных электромиограмм, зарегистрированных с бицепса испытуемых разного возраста и пола. В качестве механической нагрузки для мышцы служил груз, удерживаемый кистью руки испытуемого. Угол между направлением плеча и локтя - около 90 градусов. Продолжительность регистрации электромиограммы - 1с. Количество регистрируемых электромиограмм - 15. Регистрация электромиограмм осуществлялась компьютерным электромиографом [5]. Частота дискретизации аналогового сигнала составляла 10 кГц. Для съема потенциалов использовались три плоских прямоугольных электрода с размером сторон 5мм и 40мм, изготовлены травлением меди на пластине стеклотекстолита. Электроды располагались параллельно друг другу (референтный электрод - средний), расстояние между длинными сторонами - 5мм. Электроды накладывались на расстоянии 6см от локтевого сгиба (рисунок 1).
Рис. 1 Схема расположения электродов на бицепсе испытуемого
электрод электромиограмма импульс поверхностный
Для получения среднего спектра мощности электромиосигнала выполнялись следующие процедуры: для каждой электромиогрммы выполнялось центрирование и устранение тренда, вычислялся спектр мощности каждой электромиогрммы, производилась отбраковка тех электромиограмм, для которых не удалось выполнить устранение тренда, спектры мощности электромиограмм усреднялись по количеству реализаций спектра. На рисунке 2 приведены примеры спектров мощности электромиосигнала длительностью 1с (а-г) и спектр мощности, усредненный по реализациям (д).
Как видно из рисунков, в низкочастотных областях спектров обнаруживаются отдельные спектральные линии, первая из которых (на графиках ограничена овалом) существует практически во всех реализациях (около 300) и определяется средним значением частоты следования отдельных миоимпульсов отдельных двигательных единиц.
Если низкочастотная часть спектра носит не случайный характер, с ростом механической нагрузки на мышцу должна расти частота следования миоимпульсов отдельных двигательных единиц [6]. С увеличением механической нагрузки на мышцу первая линия в спектре мощности поверхностной электромиограммы будет смещаться в область высоких частот.
Рис. 2 а-г - реализации спектров мощности электромиограмм Светланы Л. (возраст - 32 года), длительностью 1с, масса груза - 1кг; д - средний спектр мощности электромиограмм
Для идентификации первой спектральной линии для разных испытуемых были получены средние спектры мощности электромиограмм бицепса, находящегося под статической механической нагрузкой и определены средние частоты следования миоимпульсов. Величина нагрузки изменялась дискретно, с шагом 1кг, путем замены удерживаемого груза. Результаты спектрального анализа электромиограмм разных испытуемых показаны на рисунках 3 и 4.
Рис. 3 Средние спектры мощности электромиограмм Светланы Л. (возраст - 32 года) при различной массе удерживаемого груза. а - масса груза 1кг; б - масса груза 2кг; в - масса груза 3кг
Рис. 4 Средние спектры мощности электромиограмм Александра Ш. (возраст - 54 года) при различной массе удерживаемого груза. а - масса груза 1кг; б - масса груза 2кг; в - масса груза 3кг; г - масса груза 4кг; г - масса груза 5кг
По средним спектрам мощности поверхностной электромиограммы были определены частоты следования миоимпульсов при различных нагрузках. На рисунке 5 показана зависимость средней частоты следования миоимпульсов отдельных двигательных единиц от величины механической нагрузки на мышцу. Полученные результаты находятся в удовлетворительном согласии с данными, опубликованными другими авторами [7-8].
Рис. 5 Зависимость частоты следования миоимпульсов одной двигательной единицы от механической нагрузки (величины удерживаемого груза) на бицепс Александра Ш. (возраст - 54 года)
Таким образом, получены доказательства возможности определения частоты следования миоимпульсов отдельных двигательных единиц по среднему спектру мощности поверхностной электромиограммы.
Благодарим студента физико-технического факультета Алтайского государственного университета Калашникова Евгения Александровича за помощь в обработке результатов измерений.
Литература
1. Рангайян Р.М. Анализ биомедицинских сигналов. Практический подход - Пер. с англ. под ред. А.П. Немирко - М.: ФИЗМАТЛИТ. - 2007. - 440 с.
2. Farina D., Merletti R., Enoka R. M. The extraction of neural strategies from the surface EMG // J Appl. Physiol. - 2004. - V. 96.
3. Шайдук А.М., Останин С.А. Моделирование электромиографического сигнала средствами LabVIEW. Известия Алтайского государственного университета. - Барнаул: Изд.-во АлтГУ - Ч.1(65), 2010. - С. 195 - 201.
4. Шайдук А.М., Останин С.А. Воссановление параметров электромиографического сигнала средствами LabVIEW // Известия Алтайского государственного университета. - Барнаул: Изд.-во Алт. гос. ун.-та. - Ч.1(69), 2011. - С. 200-204.
5. Останин С.А. LabVIEW в биомедицине. - Барнаул: Изд-во АГМУ, 2009. - 226 с.
6. Физиология человека / Под ред. Косицкого Г.И. - М.: Медицина, 1985. - 544с.
7. Aagaard P. Training-induced changes in neuronal function // Exercise and Sport Sciences Reviews. - 2003. - V.31, №2.
8. Zhou P., Zev Rymer W. Can standard surface EMG processing parameters be used to estimate motor unit global firing rate? - 2004. - J. Neural Eng. - V.31, №2.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Настройка схемы преобразователя. Зависимость частоты от входного напряжения и сопротивления. Время переходного процесса, его характеристика. Зависимость частоты от температуры при фиксированном входном напряжении. Анализ преобразователя частоты.
контрольная работа [637,6 K], добавлен 11.05.2014Составление таблицы переключений и функций переходов, составление карт Карно для функций выходов преобразователя кода. Выбор элементов для реализации счетчика, расчет максимальной задержки прохождения сигнала и допустимой частоты следования импульсов.
курсовая работа [196,7 K], добавлен 08.03.2011Характеристика свойств и принципов действия усилителей низкой частоты на биполярных транзисторах. Основные методики проектирования и расчета генераторов колебаний прямоугольной формы с управляемой частотой следования импульсов. Эскиз источника питания.
курсовая работа [56,0 K], добавлен 20.12.2008Анализ методов обнаружения и определения сигналов. Оценка периода следования сигналов с использованием методов полных достаточных статистик. Оценка формы импульса сигналов для различения абонентов в системе связи без учета передаваемой информации.
дипломная работа [3,0 M], добавлен 24.01.2018При электростимуляции мышцы посредством раздражения иннервирующего ее нерва максимальная частота следования сигналов лимитируется лабильностью нервно-мышечного синапса как наиболее инерционной структуры. Электростимуляции прямоугольными импульсами.
реферат [667,8 K], добавлен 03.01.2009Способы и принципы преобразования частоты. Функциональная схема мультипликативного смешивания. Сложение сигналов промежуточной частоты и гетеродина при аддитивном смешивании. Преобразователь частоты в передатчике, их функции и необходимость использования.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 13.10.2012Особенности применения современных средств проектирования для анализа усилителя мощности звуковой частоты с малыми нелинейными искажениями. Анализ моделирования схемы усилителя мощности звуковой частоты для автомобильной звуковоспроизводящей аппаратуры.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.04.2010Принцип работы, структурная схема и дополнительные возможности прямых цифровых синтезаторов частоты (DDS). Сравнительные характеристики синтезаторов DDS и синтезаторов частоты с косвенным синтезом (ФАПЧ). Применение сдвоенных синтезаторов частоты.
реферат [102,4 K], добавлен 15.01.2011Структурная схема преобразователя, расчет и выбор элементов силовой части схемы. Выбор и описание системы управления частотным преобразователем. Синтез и описание функциональной схемы работы системы управления. Особенности моделирования силовой части.
курсовая работа [6,2 M], добавлен 28.01.2015Назначение и принцип работы усилителя мощности звуковой частоты. Порядок проектирования мостового усилителя мощности звуковой частоты, составление его принципиальной электрической схемы и отладка ее модели. Произведение машинных расчетов и их анализ.
курсовая работа [73,0 K], добавлен 14.07.2009Векторное представление сигнала. Структурная схема универсального квадратурного модулятора. Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой. Наложение и спектры дискретных сигналов. Фильтр защиты от наложения спектров. Расчет частоты дискретизации.
курсовая работа [808,3 K], добавлен 19.04.2015Блок нормирования импульса запуска. Цифровой программируемый ждущий мультивибратор. Блоки настройки и индикации. Формирование последовательности импульсов заданной частоты. Подача стартового импульса. Схема устранения влияния вибрации контактов.
курсовая работа [986,4 K], добавлен 09.02.2013Получение регулярных неэквидистантных последовательностей импульсов. Автокорреляционная функция и спектральная плотность регулярной последовательности. Определение спектральной плотности одиночного импульса. Нормированная корреляционная функция.
реферат [1,0 M], добавлен 10.04.2014Характеристика основных показателей и классификация преобразователей частоты. Виды схем и особенности расчета. Анализ приемника супергетеродинного типа и его назначение. Описание принципа работы и структурная схема преобразователя частоты (гетеродина).
курсовая работа [491,8 K], добавлен 06.01.2012Цифровые приборы частотно-временной группы. Основа построения цифровых частотометров. Структурная схема ЦЧ, измерение частоты. Погрешности измерения частоты и периода. Повышение эффективности обработки сигналов при оценке частотно-временных параметров.
контрольная работа [843,7 K], добавлен 12.02.2010Разнообразные усилительные устройства. Усилители тока, напряжения и мощности. Каскад предварительного усиления. Простой стереофонической усилитель мощности. Транзисторный радиовещательный или связной приемник. Номинальное сопротивление нагрузки.
курсовая работа [941,1 K], добавлен 04.05.2011Параметры делителя частоты. Теоретическое обоснование схемного решения. Асинхронный двоичный счетчик в качестве делителя частоты. Упрощенная структурная схема делителя. Ввод коэффициента деления. Составление электрической принципиальной схемы устройства.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 08.01.2013Анализ эксплуатационных, механических, климатических, конструктивных и электрических требований к усилителю мощности звуковой частоты. Анализ функциональной и принципиальной схемы устройства. Аналитическая компоновка стереоусилителя. Расчет надежности.
курсовая работа [3,1 M], добавлен 29.08.2012Определение расстояния между узлами связи, азимута на корреспондента, координат точки отражения. Расчет суточного хода максимально применимой частоты трассы. Оптимальная рабочая частота, время перехода с дневной на ночную и с ночной на дневную частоты.
курсовая работа [6,1 M], добавлен 06.08.2013Определение назначения, анализ технических характеристик и описание принципиальной схемы усилителя мощности звуковой частоты. Выбор контрольных точек усилителя, расчет трансформатора и стабилизатора напряжения прибора. Алгоритм диагностики усилителя.
курсовая работа [127,5 K], добавлен 26.01.2014