基于变分模态分解-相干分析的肌间耦合特性 被引量：10

1

作者 杜义浩 齐文靖 +3 位作者 邹策 张晋铭 谢博多 谢平 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期341-350,共10页

肌间耦合是肢体运动过程中不同肌肉间的相互关联与相互协调作用.通过研究肌电信号(s EMG)间特征频段的耦合特性可以获得肌肉间的功能联系及中枢神经系统支配肢体运动的执行与协调方式机理.本文将变分模态分解与相干分析相结合,构建变分... 肌间耦合是肢体运动过程中不同肌肉间的相互关联与相互协调作用.通过研究肌电信号(s EMG)间特征频段的耦合特性可以获得肌肉间的功能联系及中枢神经系统支配肢体运动的执行与协调方式机理.本文将变分模态分解与相干分析相结合,构建变分模态分解-相干分析模型,定量描述肢体运动中相关肌肉sEMG在特征频段的耦合特性.在20%最大自主收缩力静态负荷强度下,采集20名健康被试的sEMG,基于变分模态分解方法将sEMG时频尺度化,进而分析不同sEMG在特征频段的相干性,并计算显著相干面积指标,定量分析肌间特征频段的功能耦合特性.结果表明:低负荷静态握力维持过程中,指浅屈肌与尺侧腕曲肌、指浅屈肌与指伸肌的beta与gamma频段耦合强度随时间推进而增强;相较于指浅屈肌与指伸肌,疲劳状态下指浅屈肌与尺侧腕曲肌beta与gamma频段耦合强度变化更显著,且瞬时频率特征变化相似,揭示运动致疲劳过程中协同肌受中枢神经系统控制以更加同步的方式活动. 展开更多

关键词 肌电信号 变分模态分解 相干分析 肌间耦合

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基于表面肌电非负矩阵分解与一致性的肌间协同-耦合关系研究 被引量：10

2

作者 谢平 李欣欣 +3 位作者 杨春华 杨芳梅 陈晓玲 吴晓光 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第2期150-157,共8页

肌肉协同模型是神经产生并控制运动的低维度结构,探讨不同动作任务下的表面肌电信号(s EMG)间的相干性分析,可以体现相应肌群的协同耦合关系,进而能从神经控制运动与肌肉相互配合协调的角度揭示运动产生与执行规律。组织8名年轻健康受试... 肌肉协同模型是神经产生并控制运动的低维度结构,探讨不同动作任务下的表面肌电信号(s EMG)间的相干性分析,可以体现相应肌群的协同耦合关系,进而能从神经控制运动与肌肉相互配合协调的角度揭示运动产生与执行规律。组织8名年轻健康受试者(男女均半、20~24岁)进行上肢腕部屈、伸实验,采集动作时相应肌群的s EMG数据,引入非负矩阵分解(NMF)方法分析肌间协同性,并进一步对协同性较高的肌群采用一致性分析方法,研究信号beta(15~35 Hz)和gamma(35~60 Hz)频段的耦合强度关系,探讨腕部伸屈动作下不同受试者之间的协同-耦合性差异。结果表明:腕伸动作下,主动肌桡侧腕短伸肌(ECR)、指伸肌(ED)、尺侧腕伸肌(ECU)、肱桡肌(B)在协同模块W5中具有协同关系,且肌间耦合强度显著(P<0.05),beta频段与gamma频段一致性显著面积相差较大(1.261±0.966);腕屈动作下,分别在协同模块W_1W_4W_5中存在具有协同关系的肌肉对,且肌肉间耦合强度显著(P<0.001),在beta和gamma频段一致性显著面积相差较小(0.412±0.163),但主动肌桡侧腕屈肌、指浅屈肌间不具有协同性,耦合关系较弱。以上说明:神经控制运动的方式不同,体现为肌肉协同-耦合关系有所差异;在同一协同模块中,协同性较高的肌肉间耦合关系较强,揭示神经控制运动规律与肌肉相互配合方式;运用此方法进行肌间协同-耦合联合分析,可望深入揭示中枢神经模块化协同控制运动机制,进一步为运动障碍患者功能分析和评价提供科学依据。 展开更多

关键词 表面肌电 肌肉协同 肌间耦合 非负矩阵分解 一致性分析

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基于传递熵与广义偏定向相干性的肌间耦合分析 被引量：6

3

作者 郑行 佘青山 +2 位作者 高云园 张启忠 罗志增 《航天医学与医学工程》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期538-544,共7页

目的将传递熵(transfer entropy,TE)与广义偏定向相干性(generalized partial directed coherence,gPDC)引入肌间耦合分析中,探讨运动中相关肌肉在时频域的肌间耦合特性。方法采集8名健康志愿者在屈肘状态下的屈腕运动时的表面肌电信号(... 目的将传递熵(transfer entropy,TE)与广义偏定向相干性(generalized partial directed coherence,gPDC)引入肌间耦合分析中,探讨运动中相关肌肉在时频域的肌间耦合特性。方法采集8名健康志愿者在屈肘状态下的屈腕运动时的表面肌电信号(sEMG),时域上进行TE分析,频域上进行gPDC分析,并且与传统的相干性方法进行比较。结果上肢运动过程中,时频域上BB→BR的耦合程度均强于BB→TB,BB→BR的耦合程度强于BR→BB;频域上肌间耦合突出表现在beta与gamma频段,BB→BR与BB→TB的gPDC曲线在beta与gamma频段出现显著波峰,比相干性更准确地揭示肌间耦合关系。结论中枢神经系统对运动过程中的协同肌与拮抗肌采取了不同的调节支配方式,控制协同肌以更加同步的方式活动,且肌间耦合包含了丰富的方向信息。 展开更多

关键词 肌电信号 传递熵 广义偏定向相干性 肌间耦合

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中风患者康复运动中多通道肌间耦合特性分析 被引量：5

4

作者 杜义浩 杨文娟 +4 位作者 姚文轩 齐文靖 陈晓玲 谢博多 谢平 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期720-727,共8页

针对中风康复患者运动功能障碍相关的神经肌肉异常耦合问题,本文研究多通道肌电信号间的功能耦合特性,对比分析健康人和中风患者的肌间耦合特征,进而挖掘中风康复患者运动功能障碍产生的病理机制。首先将交叉频率相干分析与非负矩阵分... 针对中风康复患者运动功能障碍相关的神经肌肉异常耦合问题,本文研究多通道肌电信号间的功能耦合特性,对比分析健康人和中风患者的肌间耦合特征,进而挖掘中风康复患者运动功能障碍产生的病理机制。首先将交叉频率相干分析与非负矩阵分解相结合,构建交叉频率相干分析-非负矩阵分解模型,研究健康人和中风患者上肢肘关节屈伸运动中相关肌肉的线性耦合关系以及不同频率比下的肌间非线性耦合特性,并分别计算显著性相干面积和相干性值之和,定量描述多通道肌间线性和非线性耦合特性。结果表明:多通道肌间线性耦合关系存在频段差异,低频段内呈现的整体耦合性较强;中风患者肌间线性耦合强度在不同频段内均低于健康被试对照组,且在beta和gamma频段的耦合强度差异更加明显。对于肌间非线性耦合,不同频率比下的中风患者肌间耦合强度明显低于健康被试对照组,同时在频率比为1∶2下的耦合强度略高于频率比为1∶3下的耦合强度。本文方法能为探索运动功能障碍患者的肌间耦合机制提供理论基础。 展开更多

关键词 中风患者 肌电信号 肌间耦合 相干分析 非负矩阵分解

原文传递

基于非负矩阵分解和复杂网络的肌间耦合分析 被引量：4

5

作者 黄威 高云园 +2 位作者 张迎春 佘青山 马玉良 《航天医学与医学工程》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期159-166,共8页

目的利用表面肌电信号,探究多块肌肉之间的信息传递关系和不同握力下的肌肉之间的耦合特性。方法采集6名健康受试者在不同握力下的表面肌电信号,首先用广义偏定向相干计算多通道肌肉之间的相干性;然后用非负矩阵分解算法将相干性进行分... 目的利用表面肌电信号,探究多块肌肉之间的信息传递关系和不同握力下的肌肉之间的耦合特性。方法采集6名健康受试者在不同握力下的表面肌电信号,首先用广义偏定向相干计算多通道肌肉之间的相干性;然后用非负矩阵分解算法将相干性进行分解;最后用复杂网络建立不同条件下的肌肉功能网络,利用图论的方法,定量分析肌肉功能网络的连接特性。结果不同握力下肌肉的激活程度存在显著性差异;肌间耦合在10～20Hz频段上较为显著,且在10～20Hz频段上耦合程度随着握力的增加呈现显著性变化。结论肌间耦合在不同频段和不同握力下呈现显著性不同,表明了中枢神经系统维持不同握力的控制模式,本文方法为诊断运动功能障碍和评价康复效果提供了依据。 展开更多

关键词 肌间耦合 广义偏定向相干 非负矩阵分解 复杂网络

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卒中后上肢肌间协同耦合分析研究 被引量：4

6

作者 王洪安 佘青山 +2 位作者 马玉良 高云园 孟明 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1391-1398,共8页

从运动的产生与执行角度,探讨肌肉协同模型中协同肌的耦合强度差异,能够为卒中患者康复运动提供生理依据。12名健康人和13名卒中患者参与了这项研究。利用非负矩阵分解算法,从上肢记录的8通道表面肌电数据中提取肌肉协同作用,然后在α... 从运动的产生与执行角度,探讨肌肉协同模型中协同肌的耦合强度差异,能够为卒中患者康复运动提供生理依据。12名健康人和13名卒中患者参与了这项研究。利用非负矩阵分解算法,从上肢记录的8通道表面肌电数据中提取肌肉协同作用,然后在α、β、γ频段上利用相干性面积指标评估协同肌间的耦合强度。卒中患者的协同作用中,主要被激活的三角肌前束(AD)的协同关系发生了变化,相应地,协同肌在β频段的耦合强度存在显著性差异(p<0.05)。肌间协同耦合特性相近:AD与三角肌中束(MD)具有较高的协同关系,在γ频段具有较高的耦合强度,非协同肌之间的耦合较弱。肌间协同耦合特性的变化可以作为卒中患者运动功能障碍的重要指标。 展开更多

关键词 卒中 肌肉协同 肌间耦合 非负矩阵分解 相干性

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基于时变copula互信息的肌间耦合分析 被引量：1

7

作者 王洪安 佘青山 +2 位作者 马玉良 孔万增 田玉平 《中国生物医学工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期140-150,共11页

如何准确、合理地衡量中枢神经系统调控下的肌间耦合关系,是一个富有挑战性的研究课题。在时变copula函数的基础上,通过与熵理论相结合,提出一种时变copula互信息估计方法,并将其应用于10名被试腕屈、腕展运动过程中,肱二头肌(BB)和肱... 如何准确、合理地衡量中枢神经系统调控下的肌间耦合关系,是一个富有挑战性的研究课题。在时变copula函数的基础上,通过与熵理论相结合,提出一种时变copula互信息估计方法,并将其应用于10名被试腕屈、腕展运动过程中,肱二头肌(BB)和肱三头肌(TB)记录的表面肌电(sEMG)信号在theta、alpha、beta等特征频段的耦合分析,同时对照静态copula函数验证其有效性,所用数据源自Ninapro DB4。实验结果表明,较之静态copula函数,时变copula函数对肌间相依结构的拟合优度更高,由时变copula互信息描述的肌间耦合强度存在显著的频段差异(P<0.05),具体表现为频段越高肌间耦合强度越低(腕屈:0.075 7~0.214 7 bit;腕展:0.078 0~0.237 3 bit),而静态copula互信息严重地低估肌间耦合强度。时变copula互信息为肌间耦合分析提供一种先进的理论指导方法,具有广阔的应用前景。 展开更多

关键词 时变copula函数 相依结构 互信息 特征频段 肌间耦合

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基于小波包-Copula互信息的肌间耦合特性

8

作者 金国美 佘青山 +2 位作者 马玉良 张建海 孙明旭 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1348-1354,共7页

为探讨人体运动中肌肉间的功能联系,更加准确地理解不同特征频段下的肌间耦合情况,将小波包分解与Copula互信息相结合,构建了基于小波包-Copula互信息的肌间耦合分析模型,定量描述上肢肘关节屈曲运动中相关肌肉表面肌电(sEMG)信号在特... 为探讨人体运动中肌肉间的功能联系,更加准确地理解不同特征频段下的肌间耦合情况,将小波包分解与Copula互信息相结合,构建了基于小波包-Copula互信息的肌间耦合分析模型,定量描述上肢肘关节屈曲运动中相关肌肉表面肌电(sEMG)信号在特征频段上的耦合特性。首先用小波包对同步采集到的sEMG进行信号分解,然后用Copula互信息计算sEMG在特征频段的耦合强度。肘关节屈曲运动中,肌间耦合强度在beta与gamma频段最为显著,协同肌肉对的耦合强度显著高于拮抗肌肉对;随着运动时间的增长,肌肉呈现疲劳状态,协同肌肉对与拮抗肌肉对的耦合强度增加。小波包-Copula互信息能定量分析肌间特征频段的功能耦合特性,揭示运动过程中协同肌与拮抗肌的运动控制机制。 展开更多

关键词 肌电信号 肌间耦合 小波包分解 Copula互信息

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肌间多尺度时频耦合分析方法研究

9

作者 王洪安 佘青山 +2 位作者 席旭刚 张启忠 罗志增 《航天医学与医学工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期512-521,共10页

目的探讨脑卒中患者表面肌电(sEMG)信号间的耦合特性差异,为运动功能康复评估提供新的指导方法。方法提出一种新的时频耦合(TFC)分析方法,从时频互信息、时频归一化互信息和时频条件互信息3个指标度量时频非线性耦合强度。首先在仿真数... 目的探讨脑卒中患者表面肌电(sEMG)信号间的耦合特性差异,为运动功能康复评估提供新的指导方法。方法提出一种新的时频耦合(TFC)分析方法,从时频互信息、时频归一化互信息和时频条件互信息3个指标度量时频非线性耦合强度。首先在仿真数据上验证TFC的有效性,然后将噪声辅助的多元经验模态分解与TFC相结合,构建多尺度时频耦合(Ms-TFC)分析模型,并用于研究5名健康人和5名卒中患者上肢及物运动过程中三角肌前束(AD)、中束(MD)和后束(PD)的肌间耦合特性差异。结果卒中患者和健康人的AD、MD、PD在4个平均累积方差贡献率超过90%的本征模态函数(IMF)尺度分量上,肌间耦合强度低且接近,轻度运动功能障碍的卒中患者与健康人不具有显著性差异(P>0.05)。结论AD、MD和PD在不同尺度上可能是统计独立的,Ms-TFC能够定量描述肌间多尺度时频非线性耦合特征。 展开更多

关键词 康复评估 肌间耦合 多尺度 时频互信息

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中风康复运动中肌肉异常耦合分析 被引量：10

10

作者 谢平 宋妍 +4 位作者 郭子晖 陈晓玲 吴晓光 苏玉萍 杜义浩 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期244-254,共11页

本文针对中风康复患者运动功能障碍相关的神经肌肉异常耦合和功能评价问题,研究有效的肌间一致性分析方法及指标,探索神经肌肉系统的振荡联系和中风运动功能障碍产生的病理机制,建立基于肌电信号的肌肉功能状态评价标准。首先基于一致... 本文针对中风康复患者运动功能障碍相关的神经肌肉异常耦合和功能评价问题,研究有效的肌间一致性分析方法及指标,探索神经肌肉系统的振荡联系和中风运动功能障碍产生的病理机制,建立基于肌电信号的肌肉功能状态评价标准。首先基于一致性分析方法,对比分析中风患者运动过程中健侧、患侧上肢拮抗肌肌电间的一致性特征;在此基础上利用Z变换显著一致性面积指标量化描述健侧、患侧肌电信号在各功能频带内的耦合性差异;进一步利用动态肌间一致性分析探究肌间一致性与运动任务的关系。通过对中风患者健侧、患侧上肢肘关节屈伸运动中肌间一致性的分析,得到以下结论:中风运动功能障碍患者健侧、患侧肌间一致性均与运动任务相关,而在患侧运动过程中beta频段肌间一致性相对于健侧存在明显缺失,此外beta段肌间一致性与Fugle-Meyer量表具有相关性,表明beta段肌间一致性可以作为辅助评价患者运动功能状态的指标。 展开更多

关键词 表面肌电信号 肌间一致性 异常耦合 康复运动功能评价

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多尺度肌间耦合网络分析 被引量：1

11

作者 吴亚婷 佘青山 +2 位作者 高云园 谭同才 范影乐 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期742-752,共11页

为了更加准确有效地从复杂网络的角度理解不同时空层次的肌间耦合情况,本文提出了一种新的多尺度肌间耦合网络分析方法。将多元变分模态分解(MVMD)与Copula互信息(Copula MI)相结合,构建了基于MVMD-Copula MI的肌间耦合网络模型,通过节... 为了更加准确有效地从复杂网络的角度理解不同时空层次的肌间耦合情况,本文提出了一种新的多尺度肌间耦合网络分析方法。将多元变分模态分解(MVMD)与Copula互信息(Copula MI)相结合,构建了基于MVMD-Copula MI的肌间耦合网络模型,通过节点强度、聚类系数等网络参数分析了健康人数据集伸手运动过程中上肢多块肌肉在不同时频尺度上的肌间耦合特性。实验结果表明,在分解出的6个时频尺度上,肌间耦合特性存在明显区别。具体为:肱三头肌与三角肌中束、三角肌后束的耦合强度相对较高,肌间功能联系紧密;而肱二头肌在该运动下独立于其他肌肉。结果体现了肌间耦合网络具有尺度差异性,而MVMD-Copula MI能够定量刻画多尺度肌间耦合强度关系,具有良好的应用前景。 展开更多

关键词 多元变分模态分解 互信息 COPULA 肌间耦合网络

原文传递