运动生物力学：运动生物力学参数测量方法

运动生物力学参数测量方法目录CONTENTS人体惯量参数测量方法动力学参数测量方法运动学参数测量方法010302肌电参数测量方法041、了解运动生物力学测量的原则；2、熟悉人体惯性参数、运动学参数、动力学参数、肌电测量方法；3、熟悉运动生物力学在康复中的应用。教学目的与要求是指以人体解剖学、生物力学、力学的理论与方法,研究人体运动系统的生物力学特性和人体运动动作的力学规律的科学，其测量参数大致可以分为：人体惯性参数：质量、重心位置以及转动惯性；运动学参数：位移、速度加速度、角速度、角加速度；动力学参数：主要包括力和力矩；肌电参数：骨骼肌兴奋时候产生的电位变化。运动生物力学1.为科学研究提供客观信息；2.为评估、训练提供客观依据；3.运动器材的研制、修改等提供帮助；4.为辅助器具、康复设备等提供支持。运动生物力学测量的意义临床常用的量表多为半定量的评估量表；不仅缺乏足够的可重复性和敏感度评估过程中容易受到地板效应和天花板效应的影响运动生物力学测量的意义-康复客观、量化的评估手段明确测量的目的、指标和方法运动生物力学测量的主要步骤明确测量的目的（研究和测量工作的需要）查阅资料选择临床常用指标或是“金标准”（要有足够信度与效度）可以投入的人力物力测量场地的情况测量方法的信度与效度010204测量要具有较高的有效性（效度）测量的可靠性（信度）

所测属性与欲测属性的一致性（测量方法是否合适；测量仪器的精度、性能；测量者的业务水平；受试者的合作程度等）。指不同测量者或一段时间内对同一受试者进行重复测量，测量结果的一致性程度（指标稳定性、方法的难度、仪器的性能精度、测量人员的水平、受试者的合作程度）。测量实施细则测量的明确目标群体人员的筛选和分工仪器场地的选择测量数据记录表格和卡片测量资料的整理、归档和保管制定测量实施细则1.检验测量设计方案的正确性2.检验仪器的运行情况，3.检验人员熟悉、配合情况4.熟悉测量的程序，掌握每一步的时间及各步骤地衔接测量方案的试测PART人体惯量参数测量方法01人体惯性参数是指人体整体及环节质量、质心位置、转动惯量及转动半径。

人体环节惯性参数是建立人体模型、进行人体运动技术影像解析的基础数据；如运动生物力学、载人航天器动力学、车一人系统碰撞动力学、战斗机弹射座椅的设计、坦克车和装甲车安全带的设计、劳动安全防护设备的设计、伤残人假肢的研制等。1.1人体惯性参数（一）人体惯性参数人体质心:人体质量中心；人体重心:人体所受重力的集中点；环节质心（重心）位置；转动惯量：转动物体的惯性量度；回转半径（转动半径）:是指物体微分质量假设的集中点到转动轴间的距离。1.2常用人体惯性参数1、尸体解剖法优点：具有一定的准确性，曾在科研领域发挥了重要作用。缺点：样本含量少，它所获得的人体惯性参数缺乏代表性和准确性(尸体数据来自年老者、病死者及罪犯；数量少；各组织成分比重变化)1.2人体惯性参数实测方法(1)重心板法根据静力学中的力矩平衡原理以及物体平衡时力矩合力为零的原理进行人体的重心位置测定：

一维板用来测量人体的一维重心位置即人体重心至头顶或是脚底的距离；

二维板用来测量人体任意姿势时身体重心位置。1.2人体惯性参数实测方法2、活体测量1.2人体惯性参数实测方法(2)水浸法①浸入法：是将所要测量的环节或整体浸入到已盛满水的容器中，然后根据排出水量的多少来确定环节或整体的体积，乘以平均密度得到所测环节或整体的质量，即：环节质量=环节密度*体积。②注入法：是先将所要测量的环节或整体放入已知体积的容器内，然后注入水于容器中，根据注入水量计算环节或整体的体积，乘以平均密度得到所测环节或整体的质量。

优点：设备简单,费用低廉;

缺点：只能测部分环节质量,无法提供质心和转动惯量,而且精度相对较低。(3)人体测量法根据人体环节的外形尺寸将各环节简化成各种几何形体，然后用X射线、γ射线、CT或是MRI来确定各环节的肌肉体积和骨骼密度，确定模型中各环节的质量和质心位置。1.2人体惯性参数实测方法1.3人体惯性参数模型人体惯性参数计算是一项工作量大、重复性强的工作，需要建立一个供运动生物力学分析使用的人体惯性参数模型数据库来进行计算。由于人体是一个非常复杂的生物有机体，其惯性参数的获得要比无生命的物体困难得多，但这些参数对运动生物力学的研究又极其重要。因此可以将人体划分为不同的环节，进行测量。1.4人体环节的划分方法人体惯性参数标准化的依据：以人体的结构功能为依据：分割环节的切面通过关节转动中心，以关节质心的连线为环节长度。以人体体表骨性标志为依据：以关节上主要的骨性标志点来确定环节的长度。易于测量，但误差太大。1.5男子各环节相对重心位置1.6测算人体重心人体重心为人体各个环节所受重力的合力作用，因此知道了各个环节的相对重量和重心位置，就可以计算人体的重心坐标PART运动学参数测量方法02运动生物力学研究的一个重要部分是如何获得科学的、真实的运动学参数，从而进一步使人们从运动生物力学的角度解释运动的本质；人体运动学参数的测定，是运动生物力学实验方法的核心内容，通过对运动技术图像的获取解析，获得人体运动的位移、速度等各项特征参数，以及器械运动的各种运动学的定量参数，从而比较真实地反应出运动的情况。2.1运动生物力学时间：终末时刻与起始时刻之差。位移：质点在一段时间内位置的改变。速度：质点位矢对时间的变化率。角位移：转动的角度。角速度：单位时间的角位移。角加速度：角速度的变化率。2.2常见运动学参数美国摄影师：伊·梅布里奇1830-19041871年美国摄影师伊·梅布里奇用24只固定照相机和2只轻便蓄电池,拍摄了一匹马的奔跑状态并测量出马的步长，四足腾空的现象。2.2运动学参数测量发展1901年，梅布里奇发表了《运动中的人体的图像集》一书，从而奠定了运动生物力学参数影片分析方法的基础。2.2运动学参数测量发展改进和完善了“摄影枪”，为现代高速摄影机的出现奠定了基础还提出猫着地时总是脚落地，鸡和狗相似度很高。启蒙时期

(TheAgeofEnlightenment

)法国生理学家艾蒂安-朱尔马雷2.2运动学参数测量发展利用身体标志点（marker）分析运动动作，此方法直到今天仍是运动生物力学分析的主要方法。启蒙时期

(TheAgeofEnlightenment

)2.2运动学参数测量发展部分参数的简单测量：秒表测量时间、皮尺测量位移和距离等、量角仪测量角度和角位移等。2.3常用运动学参数测量手段电子测角仪加速度计2.3常用运动学参数测量手段三运动生物力学学科特性动作捕捉是实时地准确测量、记录物体在真实三维空间中的运动轨迹或姿态，并在虚拟三维空间中重建运动物体每一时刻运动状态的高新技术。动作捕捉最典型的应用是对人物的动作捕捉，可以将人物肢体动作或面部表情动态进行三维数字化解算，得到三维动作数据。到目前为止，常用的动作捕捉技术从原理上说可分为机械式、声学式、电磁式、光学式以及惯性传感器式。不同原理的设备各有其优缺点，其中光学式动作捕捉技术目前是最常用的2.4动作捕捉系统1、机械式运动捕捉机械式运动捕捉依靠机械装置来跟踪和测量运动轨迹。装置是放置在人体主要关节处的电位计或者类似量角仪的仪器构成的一套设备，它是由人体的运动来驱动的。优点：成本低，便宜。精确度相对较高。可以做到实时数据测量。数据的捕捉相对简单。缺点：硬件笨重系统样本速率很低。系统对人体骨骼有制约。难用于连续动作的实时捕捉2.5动作捕捉-机械式2、声学式运动捕捉常用的声学式运动捕捉装置由发送器、接收器和处理单元组成。发送器是一个固定的超声波发生器，接收器一般由呈三角形排列的三个超声探头组成。通过测量声波从发送器到接收器的时间或者相位差，来计算并确定接收器的位置和方向。2.6动作捕捉-声学式优点：成本较低缺点：捕捉有较大延迟和滞后、精度一般不很高、受噪声和多次反射等干扰较大3、电磁式运动捕捉电磁式运动捕捉系统是比较常用的运动捕捉设备。一般由发射源、接收传感器和数据处理单元组成。发射源在空间产生按一定时空规律分布的电磁场；接收传感器（通常有10～20个）安置在表演者身体的关键位置，随着表演者的动作在电磁场中运动,通过电缆或无线方式与数据处理单元相连。2.7动作捕捉-电磁式优点：速度快、实时性好、定标比较简单、成本相对低廉缺点：环境要求严格、不能有金属物品、表演范围比光学式要小、活动限制比较大4、光学式运动捕捉光学式运动捕捉通过对目标上特定光点的监视和跟踪来完成运动捕捉的任务。目前常见的光学式运动捕捉大多基于计算机视觉原理。从理论上说，对于空间中的一个点，只要它能同时为两部相机所见，则根据同一时刻两部相机所拍摄的图像和相机参数，可以确定这一时刻该点在空间中的位置。当相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。2.8动作捕捉-光学式优点：活动范围大、采样速率较高、满足多数高速运动测量的需要缺点：系统价格昂贵、处理的工作量较大、场地的光照、反射情况有要求、Marker有可能发生混淆、遮挡光学式动作捕捉设备一般由以下几个部分组成：传感器：被固定在运动物体特定的部位，向系统提供运动的位置信息。通常采用特殊材料的感光球，将其粘在身体特定的部位。2.8光学式动作捕捉设备组成信号捕捉设备：负责捕捉、识别传感器的信号。如图所示，一般是由包括捕捉特殊波长区域光波的摄像机、发光器以及镜头、光学过滤器等组成。2.8光学式动作捕捉设备组成数据传输处理设备：负责将运动数据从信号捕捉设备快速准确地传送到计算机系统；负责处理系统捕捉到的原始信号，计算传感器的运动轨迹，对数据进行修正、处理分析。2.8光学式动作捕捉设备组成

使用6～8个相机环绕表演场地排列，通常要求表演者穿上单色的服装，在身体的关键部位，如关节、髋部、肘、腕等位置贴上一些特制的标志或发光点，称为"Marker"，视觉系统将识别和处理这些标志。系统定标后，相机连续拍摄表演者的动作，并将图像序列保存下来，然后再进行分析和处理，识别其中的标志点，并计算其在每一瞬间的空间位置，进而得到其运动轨迹。为了得到准确的运动轨迹，相机应有较高的拍摄速率，一般要达到每秒60帧以上。2.8光学式动作捕捉设备原理5、惯性运动捕捉惯性动作捕捉，是一种新型的人体动作捕捉技术，它用无线动作姿态传感器采集身体部位的姿态方位，利用人体运动学原理恢复人体运动模型，同时采用无线传输的方式将数据呈现在电脑软件里；在影视动画、体验式互动游戏、虚拟演播室、真人模拟演练、体育训练、医疗康复等领域，惯性动作捕捉系统都有着广泛的应用。2.9动作捕捉-惯性传感器式优点：捕捉环境的高适应性，它的技术优势、成本优势和使用便捷的优势缺点：测量精度较光学差，受周围磁场影响惯性传感器式动作捕捉设备一般由以下几个部分组成：2.9惯性传感器式动作捕捉设备组成1、步态分析2.10动作捕捉系统的应用2、运动功能评估与训练2.10动作捕捉系统的应用h=肩高3、人体功效改善對策2.10动作捕捉系统的应用2.10动作捕捉系统的应用4、高尔夫球挥杆动作分析PART动力学参数测量方法03（一）动力学参数动力学是研究人体运动与受力关系的学科，人体受力可分为动力和制动力，如果力的方向与人体运动（速度）方向相同，则称之为人体动力，反之则称之为人体制动力。因此，对人体进行动力学分析是机器人的关键和基础，对它的研究的深入程度直接关系到机器人设计的效果。并且研究人体动力学的建模与仿真，获取有关运动、力学数据，对指导机电产品设计、运动康复器械设计等具有重要意义。3.1动力学参数测量（一）动力学参数力：物体间的相互作用。力矩：力和力臂的乘积。冲量：力在时间上的累积效应。动量：运动物体所具有的“运动量”。冲量矩：外力矩对物体转动的累积效应动量矩：转动惯量和角速度的乘积。机械功：功率是单位时间做功的多少。3.2人体动力学常见参数三维测力台外观及坐标系（a）实验测量（b）数据处理（c）结果分析实验示意图原地纵跳测量1、测力台三维测力台是采集动力学参数的常用设备之一，该仪器由测试平台信号放大器和计算机数据采集系统三部分组成；三维测力台，可以测量力矩、压力中心以及力梯度等指标；三维测力台可用于测量跳高跳远等起跳力，表示运动员的竞技能力。3.3测量方法-测力台COP2、足底压力测量系统：人体在静止站立或者动态行走时,在自身重力的作用下,足底在垂直方向上受到一个地面的反作用力,这个力就是足底压力。足底压力的大小与分布能反映人体腿、足结构、功能及整个身体姿势控制等信息，测试、分析足底应力，对临床诊断、疾患程度测定和术后疗效评价均具有重要意义。3.4测量方法-足底压力测量系统（a）鞋垫式（b）平板式足底压力测量系统：是测量单位面积上（典型的为0.5cm2）压力（主要应用于足底压力）的测量系统，可输出整个接触面上的压力分布。足底压力测量系统常见的有：平板式和鞋垫式（连续测量）足底压力测量系统。3.5足底压力测量系统-类型脚底各个区域的压力、压强情况压力中心及压力中心轨迹3.6足底压力测量系统-数据类型（a）各个区域的压力、压强（b）压力中心轨迹分为10个基于解剖学的分区。足后跟的内侧、外侧，足中部，五个跖骨，大拇指，及其余四个脚趾。HL:足后跟外侧HM:足后跟内侧MF:足中部M1-M5:第一跖骨至第五跖骨T1-T5:大拇趾至第五脚趾3.7足底分区五个时相足刚开始着地时相跖骨刚开始着地时相趾骨刚开始着地时相足跟离开地面时相趾离地时相四个阶段着地阶段前掌接触阶段整足接触阶段离地阶段3.8足底压力-步态分期3.9足底各区域压力各个部位实时压力变动情况（白色线表示走路的方向）内外八字，根据足轴角判断3.10足底压力-足偏角YXXdYdX轴的移动距离：压力中心在X轴上移动轨迹的最大绝对值；Y轴的移动距离：压力中心在Y轴上移动轨迹的最大绝对值；压力中心移动轨迹总长度：为测试开始至结束，压力中心移动轨迹的总长度；椭圆面积：椭圆面积指包络95%压力中心轨迹在内区域的面积。3.11足底压力-压力中心1、步态的评估与训练3.12足底压力测量的临床应用并且该系统可以根据评估结果智能化制定治疗目标及推荐训练计划（包括训练目标、训练项目、训练强度、训练频率等），进而根据训练计划对患者进行训练指导（包括动作示范、关键点提醒、错误纠正、计数等）。最后记录患者主客观训练情况，智能调整训练方案和强度。2、平衡的评估与训练3.12足底压力测量的临床应用静态平衡——患者双足站立30秒，评估患者重心移动的大小及范围来评估患者平衡3、足弓的评估3.12足底压力测量的临床应用例如：扁平足的病人由于足弓低平可引起不同程度的症状，在长时间站立和行走过久后,感到足部疲乏,酸痛不适,严重的病人疼痛减轻或无疼痛时,尚可胜任短途行走,而跑、跳或长途跋涉,极为困难。足底压力测试系统的测试可诊断出患者的扁平足状况，足弓塌陷程度。4、义肢、辅具、鞋垫的评估3.12足底压力测量的临床应用下肢使用义肢的人除了要实现基本的站立行走功能外，如何让义肢接近正常肢体的活动能力则是更高的需求。足底压力测量可提供客观的步态数据，为其设计、优化义肢的制作、安装提供科学的依据和反馈信息。可以更好的为患者选择和提供矫具，并可根据压力分布数据对矫具微调，从而优化康复矫正效果。5、足神经性溃疡的高危筛查3.12足底压力测量的临床应用对于患有足神经性病变的人群如糖尿病足，应力性溃疡的发生会对其生活质量产生严重影响，甚至会危及到生命。据统计，有15％的糖尿病患者会出现糖尿病足，其中10％～14.5％的患者会因此截肢；动态压力分布测试，不仅可以找出过大受力部位，还可记录各部位的受力持续时间。诊断溃疡的高危几率，有效帮助患者提前采取保护措施。3.13肌肉力量测试简单测力计力量测量系统等速肌力测试系统Cybex6000ContrexIsomed2000

测力板专项测试系统握力计、背力计、钢丝绳张力计3.14肌肉力量测试参数人体关节主要肌肉群的力量大小人体的绝对力量和相对力量、上下肢的爆发力、力量耐力主要关节肌肉收缩力矩、峰值力矩；各关节伸肌、屈肌力矩比值；肌肉做功：总功、功率、加速能；等速肌力测试：等速运动中肌肉收缩过程通过等速仪器记录下来，经计算机处理，得到力矩曲线及多项反映肌肉功能的参数，作为评定肌肉运动功能的指标；等速肌力测试系统能准确地测出肌力、耐力、作功能力、爆发力等多种数据，已广泛应用于运动医学和康复医学的研究和临床工作中。3.15常用肌肉力量测试-等速肌力测试项目等长测试等张测试等速测试速度固定不动（0°

/s

）变化，不易控制可任意选定（10°

/s

~500°

/s

），且恒定阻力可变，顺应性阻力受杠杆作用影响可变，顺应性阻力，与运动速度有关运动幅度无全幅或半幅全幅或半幅测试意义反映设定角度时的力矩值反映关节运动中最弱一点的力矩值反映关节运动中任何一点的力矩值3.15等长，等张和等速肌力测试的比较优点缺点徒手测试操作简单方便、应用广泛不能精确定量，测试者带有一定主观性等速测试能精确测定肌肉功能并能进行量化肌力在3级或3级以下者无法进行3.15等速肌力测试与徒手肌力检查比较

优点良好的信度和效度：客观量化评定运动功能准确性和敏感性：等速测试的敏感性对于肌力缺陷相对较小的个体更有意义。多种评价指标：峰值力矩、平均力矩、峰值角度较高的安全性：速度是恒定的，不产生加速度；

缺点不能进行手、足等部位小关节的肌力测试若不采用等速CPM形式，则不能进行≤3级的徒手肌力测试仪器贵,且占去大的空间;调整程序费较多;屏气用力亦可加大心血管负荷;3.15等速肌力测试的优缺点对肌肉功能进行评定对各种运动系统伤病后的肌肉功能进行针对性的康复训练顺应性阻力，有效，安全，多样化，有针对性对康复治疗进行客观疗效评定指导运动训练科研工作3.16等速肌力测试在临床的主要应用相对禁忌证：急性肌肉关节损伤、风湿性关节炎急性发作、渗出性滑膜炎、明显疼痛绝对禁忌证：关节不稳、骨折愈合未坚、严重骨质疏松、急性肿胀、严重疼痛、活动范围极度受限、严重渗出、骨或关节肿瘤、术后早期3.17等速肌力测试的禁忌证应避免受试者在疲劳状态或饱餐后进行测试为保证测试结果有可比性，重复测试应尽量安排在一天中相同的时间段内进行测试的规范化-制定严格的操作规程测试中应避免闭气用力，以免发生意外受试者的主观用力应以言语鼓励患者竭尽全力同时保证重复测试中言语引导的标准化3.17等速肌力测试的注意事项3.17等速肌力测试的常见部位3.17等速肌力测试的常见部位3.17等速肌力测试的常见部位3.17等速肌力测试的常见部位3.17等速肌力测试的常见部位3.17等速肌力测试的常见部位3.17等速肌力测试的常见部位3.17等速肌力测试的常见部位3.17等速肌力测试的常见部位3.17等速肌力测试的常见部位3.17等速肌力测试的常见部位3.17等速肌力测试的常见部位3.17等速肌力测试的常见部位3.17等速肌力测试的常见部位60°/s慢速测试用于肌力的测试180°/s快速测试用于肌肉耐力测试60°/s~180°/s中速测试用于肌力测试3.17等速肌力测试的测试方案为了避免测试过程中出现肌肉的疲惫，通常先测试肌肉的力量，再进行肌肉耐力的测试（速度由小变大）测试次数测试肌力，慢速或中速，重复5次测试肌肉耐力，快速测试，重复20~25次间歇时间每种测试速度之间，间歇60秒耐力测试后，间歇90秒以上两侧肢体，间歇3~5分钟测试频率1次/月预测试：使患者熟悉测试方法和要领3.17等速肌力测试的测试方案峰力矩（peaktorque，PT）指肌肉收缩产生的最大力矩输出，即力矩曲线上最高点处的力矩值意义：代表了肌肉收缩产生的最大肌力，具有较高准确性和可重复性，为黄金指标和参照值单位:牛顿·米（N·m）常选取低角速度(30°/s～60°/s)进行最大肌力评定3.17等速肌力测试的指标及意义力矩关节活动范围等速肌力测试的力矩曲线图峰力矩向心肌力测试力矩—速度曲线图在等速向心肌力测试中PT值随着测试角速度的增加而降低，即力矩-速度曲线意义：由于不同肌纤维在肌肉收缩过程中产生的募集能力不同所致。肌肉慢速（低角速度）向心收缩时，Ⅰ型肌纤维和Ⅱ型肌纤维都能被募集。随着运动角速度的增加，被募集的肌纤维减少，肌肉力矩输出下降。力矩测试速度3.17等速肌力测试的指标及意义峰力矩体重比（peaktorquetobodyweightratio,PT/BW）指单位体重的峰力矩值意义：代表肌肉收缩的相对肌力，可用于不同体重的个体或人群之间的肌力比较峰力矩角度（angleofpeaktorque,AOPT）指力矩曲线中，峰力矩所对应的角度意义：代表肌肉收缩的最佳用力角度3.17等速肌力测试的指标及意义关节活动范围力矩等速肌力测试的力矩曲线图峰力矩峰力矩角度指定角度的峰力矩值（peaktorqueatadditionalangle）等速仪器可以自动计算出关节活动中任意角度所对应的力矩值意义：比较两侧指定角度的力矩值力矩等速肌力测试的力矩曲线图指定角度峰力矩指定角度3.17等速肌力测试的指标及意义关节活动范围总作功和单次最大作功（settotalwork(STW)andtotalwork(TW)）作功为力矩乘以距离，即力矩曲线下的总面积STW指重复收缩作功量之和TW指重复收缩中最大一次作功量意义：作功与峰力矩值有较好的一致性即峰力矩值↑，作功量↑但作功量还与关节活动范围有关单位：焦耳(J)力矩关节活动范围等速肌力测试的力矩曲线图肌肉作功量3.17等速肌力测试的指标及意义平均功率（averagepower,AP）指单位时间内肌肉的作功量目的：反映肌肉作功的效率意义：AP值与测试速度有关即在一定范围内，测试速度↑，AP值↑单位：瓦（W）力矩关节活动范围等速肌力测试的力矩曲线图肌肉作功量力矩加速能（torqueaccelerationenergy,TAE）指肌肉最初1/8秒的作功量意义：反映肌肉最初收缩产生力矩的速率和作功能力，可代表肌肉收缩的爆发能力单位：焦耳（J）到达峰力矩时间：是指肌肉收缩至到达峰力矩时间，可代表肌肉的爆发力3.17等速肌力测试的指标及意义力矩关节活动范围等速肌力测试的力矩曲线图TAE1/8秒到达峰力矩时间耐力比（enduranceratio,ER）指肌肉重复收缩时的耐疲劳能力（两种方法）作一组重复最大肌肉收缩后，后半组肌肉作功量与前半组肌肉做功量之比作一组20~25次最大重复运动后，最后5次作功量与最前5次作功量之比单位：百分比选取高角速度(180°/s～300°/s)进行肌肉耐力评定3.17等速肌力测试的指标及意义平均关节活动范围（averagerangeofmotion，AROM）意义：判断关节活动障碍情况，帮助判断两侧肌群作功量差异的原因力矩关节活动范围等速肌力测试的力矩曲线图3.17等速肌力测试的指标及意义主动肌与拮抗肌峰力矩之比（peaktorqueratio）指等速肌力测试中，主动肌与拮抗肌两组肌群峰力矩的比值意义：判断肌力平衡情况，对判断关节稳定性有一定意义，慢速时较为准确膝关节屈肌和伸肌峰力矩比值，简称H/Q比值（正常人60°/s时，H/Q大约60%~70%，随运动速度增快，H/Q略增大）3.17等速肌力测试的指标及意义双侧肢体平衡性评定方法（PT较为准确）：两侧指标相差10%以内为正常两侧指标相差11%~20%为可疑异常两侧指标相差>20%为异常人体两侧同名肌群比<0.8时容易引起损伤,特别是两侧同时产生最大爆发力量时。人体两侧同名肌峰力矩差异应在10%以内才能保证肌力平衡。NariciMV,SirtoriMD,MastoreS,etal.Theeffectofrangeofmotionandisometricpre-activationonisokinetictorques[J].EurJApplPhysiolOccupPhysiol,1991,62(3):216-220.3.17等速肌力测试的指标及意义是判断肌肉功能的一个重要指标通常选用慢速测试（60°/s）时，获得的力矩曲线，此时力矩值较大，曲线上升、下降较为缓慢、清晰，便于分析和判断力矩曲线的异常通常是非特异性的，仅作为辅助检查，并不能确诊病因3.18等速肌力测试的力矩曲线形态正常力力矩产生速率（TRTD）正常力矩产生速率(timerateoftorquedevelopment,TRTD):反映曲线达峰力矩最初向上斜度。应出现在坐标曲线的上1/3区域,否则说明肌收缩开始时存在用力不足或困难；一般而言,大多数力矩曲线坡度应是直形或凸形,若是凹形,说明用力困难关节活动范围力矩1/31/31/330°30°30°3.19正常力矩曲线形态膝关节肌肉萎缩力矩曲线特征：力矩值减少，曲线普遍低平，但曲线光滑肌肉萎缩时（TRTD）通常在象限的中或下1/33.20常见异常力矩曲线形态1/330°30°30°TRTD关节活动范围力矩1/31/3肌-腱单位扭伤曲线特征:力矩曲线类似正常曲线形态;曲线有不规则皱纹;力矩值减小。病理机制:肌-腱单位扭伤特征之一是在抗阻运动时出现疼痛。在ROM内用力收缩引起疼痛抑制,产生不规则曲线,一般而言,受损肌腱单位收缩力越大,力矩曲线越不规则。3.20常见异常力矩曲线形态力矩关节活动度前交叉韧带损伤特征：伸肌力矩曲线中部出现一段平台样异常曲线发生机制：前交叉韧带损伤---膝关节在伸膝时出现不稳定----力矩曲线中间区域的平台样改变关节活动度力矩平台3.20常见异常力矩曲线形态膝关节骨关节炎特征：伸肌曲线初始正常，达到某一角度时，曲线明显下降，通过该角度后力矩曲线又上升，形成一双峰样改变发生机制：主要原因是疼痛性抑制，关节表面病理性改变，当伸膝达到该病变部位，较大的压力传递到受神经支配的软骨下骨，引起疼痛，导致肌力下降，通过该部位后，肌力又上升关节活动度力矩双峰3.20常见异常力矩曲线形态半月板损伤特征：伸肌力矩曲线初始可以是正常，但在曲线中部可有双峰或明显“W”型异常波峰，并且患侧PT值较健侧降低发生机制：由于损伤的半月板在伸膝时受到挤压或扭转的结果关节活动度力矩双峰/W3.20常见异常力矩曲线形态等速运动过程中，肌纤维被拉伸或缩短，关节产生明显的活动，是一种动力性收缩，类似于等张收缩;肌肉在收缩时每个角度因承受最大阻力而产生最大的肌张力，与等长收缩类似。神经调节途径：兴奋神经活动，使运动单位募集增多;生化调节途径：则是通过增加肌糖原及线粒体酶的数量和活性以提高肌细胞性能;3.21等速肌力测试PART肌电参数测量方法034.1肌电参数测量骨骼肌在兴奋时，会由于肌纤维动作电位的传导和扩布，而发生电位改变，这种电位改变的变化称为肌电。用适当的方法，将骨骼肌兴奋时发生的电位变化，引导记录所得到的图形称为肌电图。采集肌电机电信号的电极有两种，一种是针电极，另一种是表面电极；用针电极采集肌电时，需要将电极插入受试者的肌肉内，因此会造成一定程度的损伤。而在体育科学研究中，一般用表面肌电采集信号，这种方法在记录时贴于皮肤表面即可，不会造成损伤。前者研究自主运动单位的电位（幅度、时限和形态）、静息状态时的自主电位（纤维颤动、自发性收缩），诊断运动和感觉神经的传导速度。后者研究骨骼肌的功能和电生理活动之间的协同活动。其目的是为了分析不同运动和姿势的骨骼肌功能及它们的电生理活动。4.2肌电参数测量方法4.3肌电参数测量-运动单位运动单位为位于脊髓前角的alpha运动神经元及其所支配的骨骼肌纤维所构成的结构。它是肌肉运动的机能单位。每块肌肉都有一定数量的运动单位。一般一个运动神经元支配100根或更多的肌纤维。在准确性要求高的部位，一个神经元仅管理12根肌纤维；在力量性要求高的部位，一个神经元要管理2000根肌纤维。4.4肌电参数测量-运动电位运动神经元冲动→神经肌接头处的触突扣→乙酰胆碱释放→激发神经肌接头处肌肉侧的触发电位→肌膜的动作电位→肌膜动作电位沿横管传向肌细胞深处激活三联管上的钙通道、终末池→钙离子释放→胞质中钙离子浓度升高→与肌钙蛋白结合→肌肉收缩胞质内钙离子浓度升高的同时激活肌质网上的钙泵→回收钙离子→钙离子浓度降低→肌肉舒张肌电图就是被记录的肌膜动作电位，肌膜动作电位的必然结果是骨骼肌的兴奋－收缩耦合。表面肌电测量从皮肤表面通过电极引导放大显示，并记录下来的神经肌肉系统活动时的肌电信号，它与肌肉的活动状态和功能状态之间存在着不同程度的关联性，因而能在一定程度上反映神经肌肉活动。4.5动作电位和肌电图表面肌电图是众多运动单位的动作电位的重合。因为，电位源是一个容积导体，在皮肤表面形成肌电场，成为容积上的边界。而且，肌电电极也不可能只记录到肌电活动的一个点。因此，肌电电极所记录的是电极周围一个区域的肌电活动。4.6表面肌电信号的组成4.6表面肌电信号的影响因素

1、测试局部的组织特性：包括皮肤及皮下脂肪的厚薄、温度、生理变化等都会影响肌电信号。例如电极下组织层厚度变化的影响：在相同的肌电强度下，条件1由于与肌肉和电极之间的距离较小，测量到更强的肌电信号；表皮组织相对干燥并有致密的角质层或皮肤表面的分泌物等都会增加皮肤的电阻(备皮、去除角质、75%的酒精脱脂，挥发后再粘贴电极并固定）。2、串扰（crosstalk）：既有相邻肌肉组织对测试部位肌电信号的串扰，也有可能来自其它设备的干扰，如：ECG，尤其在测试上肢肩部肌肉时，ECG的波峰信号常可以干扰EMG的记录（减小距离）。4.6表面肌电信号的影响因素3、测试电极位置放置的不同：每次测试电极位置在肌腹上的位置都不可能完全一致，或者电极在不同测试对象同一肌肉肌腹表面的放置位置也不可能完全一样，因此得到的肌电信号结果也不可能具有绝对可比性。4.6表面肌电信号的影响因素4、采样时的姿势和收缩方式：无论是在肌肉等长收缩时采样还是在运动过程中采样，sEMG的结果均会受到姿势的影响（解剖中立位的基础上）。肌力的表现形式与肌肉的收缩方式有关，收缩方式不同也会影响sEMG的采集（等长收缩和等速收缩）。4.6表面肌电信号的影响因素5、电极类型：不同大小、不同材质的电极也会对肌电信号产生影响4.6表面肌电信号的影响因素6、外部杂音（Externalnoise）：来自外界的电磁环境中的杂音，一种无变化的电信号，它常使肌电图基线增宽或干扰肌电信号的记录。4.6表面肌电信号的影响因素4.7表面肌电测试系统的构成这个组合包含记录系统、资料处理系统、信息分析4.8表面肌电测试设备电极片、表面肌电电极线：用于采集表面肌电信号。数据采集盒：可以连接表面肌电电极线或其他的传感器，把模拟信号转换为数字信号，并通过无线方式传递给控制计算机或PDA终端。也可以把采集到数据保存到SD卡中。控制计算机：数据采集和分析中心，用于采集、记录、回放、分析采集来的各种原始数据。4.8表面肌电测试设备-电极片表面肌电电极放置在所要测量骨骼肌的皮肤表面，主要适用于浅表骨骼肌。在文献中，据报道矩形（正方形）和圆形（椭圆形）电极常用于SEMG记录。当仅考虑形状差异时（即比较具有直径R的圆形电极和正方形电极尺寸R×R），性能和测试面积可以预期不会有太大差异，两个电极的皮肤阻抗几乎相等，因此在这种情况下也不会产生影响。欧盟生物医学健康与研究计划的无创表面肌电图指南推荐表明，直径为10毫米的圆形电极是首选。4.9表面肌电测试-前期准备1.在明亮宽敞且安静适宜的环境中进行，仪器设备接地，远离强大的静电场或电磁场，室温保持在１５－２５’Ｃ，使患者体感舒适、肌肉充分放松，尽可能减少环境因素的影响；2.解释本次的测试所要进行的操作程序以及注意事项（尽可能提前一天让受试者进行练习，熟悉整个操作流程以及动作）。3.准备好表面肌电测试系统，为避免可能不舒服的压力，请连接电极在将导线放置在患者身上之前将导线连接到导线上。4.10表面肌电测试-前期准备用合适的体位支撑放置患者，以便于测试的身体区域是稳定暴露的，例：患者取坐位，充分暴露双前臂，除去佩戴的手表、手镯等配件；皮肤表面毛发明显者先用备皮刀剔除汗毛，再用湿润的砂纸纸巾去除皮肤表面角质，最后用75％乙醇棉球擦拭局部皮肤脱脂，减小皮肤电阻，提高肌电信号传导效率；4.11表面肌电测试-电极片放置1关于所使用的表面电极两表面电极片中心间距一般为2cm，前置放大器要固定好。2主要骨骼肌的电极摆放点的参考位置电极片要放在要测量骨骼肌的肌腹中央部位（起止点的中间位置）3参考电极的摆放参考电极一般放置于没有肌肉的骨性标志上，例如尺骨鹰嘴、外踝等部位。由于采集的是运动中或不同姿势下的肌电信号。我们必须保证肌电信号能实时同步的在电脑屏幕上反映出来。另外在有视频记录设备的情况下，需要注意调整好拍摄角度。4.12表面肌电测试-实时同步采集4.11表面肌电测试-标准①肢位摆放：受试者取坐位，，前臂旋后位（掌心向上），并保持肘关节屈曲约90°。②信号采集：观察示波器上sEMG波形无异常干扰信号之后，给予受试者开始发力的指令，嘱受试者尽可能用最大的力进行屈肘动作，同时给予受试者腕关节远端（即手掌部）施加适当阻力，确保受试上肢及手保持不动，即做最大等长收缩运动，待sEMG信号波形较为稳定后，嘱受试者尽可能的维持最大用力5~6s左右，同时记录下肱二头肌的sEMG信号。③肢体休息：同样操作重复测试三次，且每次测试后给予受试者适当休息，时间至少6s。4.12表面肌电测试-疲劳受试者取坐位，前臂旋后位（掌心向上），并保持肘关节屈曲约90°。嘱受试者尽可能用最大的力进行屈肘动作，尽可能的维持最大用力，同时记录下肱二头肌的sEMG信号；或嘱患者持续进行向心收缩，直至患者疲惫。通常我们会对表面肌电进行“整流”（翻正，由于表面肌电振幅值没有正负方向意义，因此通常会将表面肌电振幅的负方向数据翻正）、“平滑过滤”（通常采用RMS均方根算法）、“滤波”（通常采用带通滤波，过滤掉10Hz以下，500Hz以上的信号）4.13表面肌电测试-信号处理由于是采用表面电极，所以影响肌电图的因素有很多。例如电极的摆放位置、皮肤处理的好坏等。所以我们通常要采用某种方法来消除上述的客观因素，来使不同的两次测试结果之间存在可比性。通常我们都采用MVC(MaxVoluntaryContraction)Normalization的方法。4.14表面肌电测试-标准化肢体或躯干做最大(抗阻)等长收缩：(上下肢做单一关节的静力性运动,往往要固定肢体于ROM的中间位置)在经过5~10min的热身与熟悉后，要求测试对象开始逐渐加大力量，3~5s后达到最大，并保持3s后放松，休息30~60s后，重复一至两次，取最大值作为MVC的值。4.14表面肌电测试-标准化4.14表面肌电测试-标准化4.15表面肌电分析图4-A波形在时域和频域叠加示意图时域分析：