肌肉活動與肌電訊號肌肉活動與肌電訊號 (EMG)(EMG)

陳協慶陳協慶 副教授副教授

朝陽科技大學工業工程與管理系朝陽科技大學工業工程與管理系

講解內容講解內容

人體相關資訊人體相關資訊

肌電訊號之形成肌電訊號之形成

肌電訊號蒐集與處理肌電訊號蒐集與處理

肌電訊號之工程應用肌電訊號之工程應用

(EEG)(EEG) (ECG)(ECG)

人體可量測資訊人體可量測資訊

KinematicsKinematics ---- position, velocity, position, velocity, accelerationaccelerationKineticKinetic ---- force, moment, powerforce, moment, powerMotor controlMotor control ---- dynamic EMGdynamic EMGExercise PhysiologyExercise Physiology ---- heart rate, heart rate, OO22 consumptionconsumption

神經運動控制神經運動控制 -- 肌電訊號分析肌電訊號分析

Higher Central Drive

PeripheralFeedback

SpinalMotor Pool

Synergistic Muscle Activation

Surface EMG

Measurement Level

Physiology Level

NeuralRegulation

StructuredActivation

PatternedContraction

SignalProcessing

神經運動控制神經運動控制 -- 肌電訊號分析肌電訊號分析

•Motor Unit Recruitment•Firing Rate Modulation•Motor Pool Excitability•Temporal, Spatial Summationof Spinal Neuromotor Processes

Surface EMGMeasurement Level

Theory Level

PerceivedUnderlying

Mechanisms

SignalProcessing•Amplitude Analysis

•Spectral Analysis•Time Varying Spectrum

Math Model

肌肉構成肌肉構成

肌絲構成肌絲構成

運運動動單單位位

運動單位運動單位

神經肌肉神經肌肉介面介面

動作電位傳遞動作電位傳遞

Nerve Nerve ImpulseImpulse

細胞去極化與重極化之電位改變細胞去極化與重極化之電位改變 肌肉對刺激頻率之反應肌肉對刺激頻率之反應

極片電位反應極片電位反應 極片電位差極片電位差

Va Vb

EMGEMG訊號之加成訊號之加成 極片電位差動放大訊號極片電位差動放大訊號

常見之電極片常見之電極片

concentric

single fiber

monopolar

disc plate

肌電訊號蒐集系統肌電訊號蒐集系統

顯示螢幕顯示螢幕

生醫訊號導線生醫訊號導線

訊號放大器訊號放大器

控制控制 //分析軟體分析軟體

類比類比//數位介面數位介面

儲存裝置儲存裝置

肌電訊號蒐集肌電訊號蒐集

Eventmarker

Frequency analysis of EMGFrequency analysis of EMG

Median freqMedian freqMean freqMean freq

EMG EMG vsvs 運動單位徵募運動單位徵募 肌電訊號與施力大小肌電訊號與施力大小

肌電訊號處理肌電訊號處理 Integrated EMGIntegrated EMG

RectifyRectifyLow pass Low pass filteringfiltering

肌電訊號與施力大小肌電訊號與施力大小 訊號頻譜分析訊號頻譜分析

肌電訊號頻譜分析肌電訊號頻譜分析 中央頻率中央頻率

肌電訊號之應用肌電訊號之應用((反應時間測定反應時間測定))

100 200 300 400 500 600Time(ms)

PMT

CT

RT MT

TRT

MP

VEP

EEG

EEG

MT key

RT key

EMG

IFD

Stimulus light

肌電訊號之應用肌電訊號之應用((動態肌電圖檢查動態肌電圖檢查))

肌電訊號之應用肌電訊號之應用((義肢控制義肢控制)) 肌電訊號之應用肌電訊號之應用

（功能性電刺激）（功能性電刺激）

肌電訊號之其它應用肌電訊號之其它應用

神經傳導速度檢查神經傳導速度檢查 -- 周邊神周邊神經異常，職業傷害診斷經異常，職業傷害診斷

運動神經誘發電位檢查運動神經誘發電位檢查 -- 運運動神經功能評估動神經功能評估

運動分析實例運動分析實例實驗對象實驗對象

–– 十位未有骨骼肌肉病史之大學生，平十位未有骨骼肌肉病史之大學生，平均身高均身高174.3174.3公分，體重公分，體重7979公斤。公斤。

實驗設備實驗設備

–– 三維動作擷取系統三維動作擷取系統(Vicon460)(Vicon460)–– 肌電訊號放大器肌電訊號放大器(EMG Amplifier)(EMG Amplifier)–– 測試平台測試平台

»» 跑步機跑步機（（JPBJPB--5100, Johnson Fitness Inc.5100, Johnson Fitness Inc.））»» 橢圓形滑步機橢圓形滑步機（（X6200HRT3, Johnson Fitness Inc.X6200HRT3, Johnson Fitness Inc.））

運動分析運動分析——資料處理資料處理

類比訊號分析處理互動式資料分析3D模型動態顯示

運動分析運動分析——結果與討論結果與討論

滑步機 跑步機

使用滑步機之膝關節平均角度

0

20

40

60

80

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Cycle time(%)

angl

e

使用跑步機之膝關節平均角度

0

20

40

60

80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Cycle time(%)

angl

e

相差近20度

運動軌跡運動軌跡

膝關節角度膝關節角度

運動分析運動分析——結果與討論結果與討論股直肌、股二頭肌肌電訊號之比較

滑步機 跑步機