基于相关跟踪的声肌图(SMG)初步研究

第２６卷第１期　２０ｏ７年２月　声学　技术　Ｖｏ１．２６，Ｎｏ。１　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ　Ｆｅｂ．，２００７　基于相关跟踪的声肌图（ＳＭＧ｝初步研究　施俊　，郑永平２，严壮志　，周康源３　（１．上海大学通信与信息工程学院生物医学工程研究所，上海２０００７２；２．香港理工大学医疗科技及资讯学系，香港；　３．中国科学技术大学电子工程与信息科学系，合肥２３００２７）　摘要：骨骼肌的力学特性总是和它的结构形态相关的。超声可以准确的反映骨骼肌运动过程中的空间形态变化，是　研究骨骼肌运动形态特性非常有效的工具。文章介绍了一套可以无干扰、同步、连续采集超声信号、力或力矩、角度、　肌电信号等骨骼肌相关参量的超声运动与弹性测量系统，并基于此系统，利用相关跟踪算法来获取前臂桡侧腕伸肌　在手腕屈伸时的运动轨迹。实验结果表明，相关跟踪算法简单、直接，而又不失准确性，而由相关跟踪得到的前臂桡　侧腕伸肌的肌肉厚度和手腕屈伸角度之间存在着非线性的关系，同时骨骼肌的多参量结合研究也是可行的。　关键词：超声；声肌图；相关跟踪　中图分类号：ＴＢ５５９　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００．３６３０（２００７）－０１－００４０－０６　Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｓｏｎｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ（ＳＭＧ）ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ＳＨＩ　Ｊｕｎ　，ＺＨＥＮＧ　Ｙｏｎｇ－ｐｉｎｇ￣，ＹＡＮ　Ｚｈｕａｎｇ—ｚｈｉ　，ＺＨＯＵ　Ｋａｎｇ—ｙｕａｎ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｏｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，鼽　Ｕｎｉｖｅｒｓ　，Ｓｈａｎｇｈａ／２０００７２；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｆＨｅａｏｌｔｈ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｃｓ，Ｈｏｎｉｇ　Ｋｏｎｇ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＨｏｎｇＫｏｎｇ；３．Ｄｅｐａｒｔｅｎｍｔ　ｆＥｌｏｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅ，　ｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｏｉｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｃｅ　ａｎｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，Ｈｅｆｅｉ　２３００２７，Ｃｈｉａ）ｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｓｋｅｌｅｔｌ　ｍｕｓｃｌａｅｓ　ａｒｅ　ａｌｗａｙｓ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅｉｒ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　ｃｈａｎｇｅｓ．Ｕｈｒａｓｏｕｎｄ　ｉｓ　ａ　ｕｓｅｆｕｌ　ｔｏｏｌ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｓｋｅｌｅｔａｌ　ｍｕｓｃｌｅ　ｔｈａｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｄｉｍｅｎ—　ｓｉｏｎａｌ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｍｕｓｃｌｅ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｏｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｌｓｔａｉｃｉｔｙ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ａｃｑｕｉｒｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ｓｉｇｎａｌｓ，ＥＭＧ　ｓｉｎａｇｌｓ，ａｎｇｌｅ，ｆｏｒｃｅ，ｅｔｃ．，ｗｉｔｈｏｕｔ　ｄｉｓｔｒｂａｎｃｅ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｕｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ．ｔｈｅ　ｌｏｃｏｍｏｔｏｒｙ　ｔｒａｃｋ　ｏｆ　ｍｕｓｃｌｅ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｅｘｔｅｎｓｏｒ　ｃａｒｐｉ　ｒａｄｉｌｉａｓ　ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｗｉｔ｝ｌ　ａ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｄｕｒｉｎｇ　ｗｒｉｓｔ　ｆｌｅｘｉｏｎ—ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ—　ｒｔａｃｋｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｈｍ　ｉｔｓ　ｓｉｍｐｌｅ，ｆａｓｔ，ａｎｄ　ａｃｃｕｒａｔｅ．，Ｉｈｅｙ　ａｌｓｏ　ｐｒｏｖｅ　ｔｈａｔ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｗｒｉｓｔ　ａｎｇｌｅ　ａｎｄ　ｍｕｓｃｌｅ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｅｘｔｅｎｓｏｒ　ｃａｒｐｉ　ｒａｄｉｌｉｓａ　ｉｓ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｓｋｅｌｅｔｌ　ｍｕｓｃｌａｅ　ｗｉｈ　ｔｍｕｌｔｉ—ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｓ　ｆｅａｓｉｂｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ；ｓｏｎｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ；ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　收稿日期：２ｏｏ５．１１４）７；修回日期：２００６－０２．１４　基金项目：上海市重点学科建设项目资助（Ｔ０１０２）。上海市教委发展　基金（０５ＡＺ４９），上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项　１　引　言　骨骼肌的力学特性总是和它的结构形态相关　的，如肌束长度、羽状肌的肌纤维角度（ｐｅｎｎａｔｉｏｎ　基金．香港研究资助局（ＰｏｌｙＵ　５２４５／０３Ｅ）和香港理工大学　（Ｇ－Ｕ０６４）　作者简介：施俊（１９７７－）。男，江苏人，讲师，博士。研究方向：生物医学　信号、超声信号处理。　ａＪ１ｇｌｅ）和肌肉生理横截面积（ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃ　ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉ—　ｏｎａｌ　ａｒｅａ。ＰＣＳＡ）等骨骼肌结构参数都直接或间接　通信作者：施俊，Ｅ．ｍａｉｈｊｕｎｓｈｉ＠ｓｔａｆｆ．ｓｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期　施俊等：基于相关跟踪的声肌图（ＳＭＧ）初步研究　的影响肌肉力的产生和输出＿１］。在众多研究骨骼肌　力学特性的方法中．表面肌电图（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍ．　ｙｏｇｒａｐｈｙ，ＳＥＭＧ）是最常用的方法之一，它是骨骼　肌电生理学特性的表现．但它不能表征骨骼肌的结　构形态特征。　自上个世纪三四十年代超声技术渗透到生物　学、医学领域以来，超声诊断技术已经广泛的应用于　生物医学的研究，临床医学的诊断。超声可以准确　的反映骨骼肌运动过程中的空间形态变化，是研究　骨骼肌运动形态特性非常有效的工具。近年来，有　研究人员开始利用超声测量肌肉厚度＿２］、肌纤维角　度［　、肌束长度［　、肌肉生理横截面积　等骨骼肌结　构参数。但测量均在静态或者准静态的条件下进行　的。而且只在最近才有研究超声参数和肌电信号之　间关系的文献出现．但这种研究也是在静态或者准　静态、有干扰、非同步的方式下进行的［５，引，目前还很　少有在无干扰、连续、同步方式下利用多参量来研究　关节运动与骨骼肌结构形态变化之间的关系。　通过几年的努力，自行开发了一套可以无干扰、　同步、连续采集超声信号、力或力矩、角度、ＥＭＧ信　号等骨骼肌相关参量的超声运动与弹性测量系统，　这就使得多参量的结合研究骨骼肌特性成为可能。　由于从超声信号中可以提取出有关骨骼肌运动时的　结构形态方面的信息，提出了“声肌图”这一概念　ｓ］：　把超声扫描骨骼肌得到的有关骨骼肌结构的空间形　态变化信息定义为“声肌图（ｓｏｎｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ）”，简写　成ＳＭＧ，这一个概念是将超声成像技术应用于骨骼　肌运动形态学中产生的一种新的肌肉运动形态参量　的定义。　本文将介绍这套超声运动与弹性测量系统，并　基于相关跟踪算法来获取前臂桡侧腕伸肌在手腕屈　伸时的运动轨迹，分析手腕关节屈伸角度和前臂桡　侧腕伸肌的肌肉厚度之间的关系，同时对多参量结　合研究骨骼肌进行了初步的研究。　２互相关算法选择　在文献［７］中已经利用一种图像处理的算法成　功地从前臂桡侧腕伸肌处采集得到的Ｍ超图像中　获取了前臂桡侧腕伸肌的运动轨迹．并得到桡侧腕　伸肌的肌肉厚度变化率ＳＭＧ和手腕屈伸角度之间　的一个关系。但研究结果也表明图像处理的方法存　在着一些弊端，如图像处理过程繁琐，需要多步的人　为参与，受主观因素影响比较大，而且在处理过程中　（如平滑、腐蚀、细化、提取）会遗失很多细节信息，特　别是会丢失起止两端的部分运动轨迹信息，这就影　响了桡侧腕伸肌的肌肉厚度变化率ＳＭＧ和手腕屈　伸角度之间关系的正确定量估计。因此，一种简洁　有效的跟踪算法是非常必要的。　目前有多种算法可用于目标跟踪，如：形心跟　踪、质心跟踪、波门跟踪、边缘跟踪、区域平衡跟踪、　相关跟踪等。在众多的成像跟踪算法中，相关跟踪　是基于图像的相似性度量，在当前图像中寻找最接　近基准图像模板区域的一种跟踪方法。它对场景图　像质量要求不高，不要求分割目标和背景，对与选定　的跟踪目标图像不相似的其它一切景物都不敏感，　能跟踪较小的目标以及目标区域的某一特殊部分或　对比度比较差的目标，具有较强的局部抗干扰能力　等特点。而且相对于文献［７］中的图像处理方法，使　用相关法跟踪桡侧腕伸肌的运动轨迹，只需在初始　帧设定追踪位置以后，就不需要人为干预，简单、直　接、快速，而且保证了每一帧图像都有对应的运动轨　迹数据，不会丢失任何一帧的位置信息，细节信息也　更丰富。因此选择相关法进行桡侧腕伸肌的运动轨　迹跟踪。　相关跟踪是将系统的基准图像在当前图像上以　不同的偏移值位移，根据测量两幅图像之间的相关　度函数去判断目标在当前图像中的位置，跟踪点就　是两个图像匹配最好的位置，即相关函数的峰值。　归一化的二维互相关系数计算公式如公式（１）所示：　Ｒ（　，，１）＝　１－１．１－１　∑∑［　（　）　］［ｙ（　Ｊ＋ｎ）一　］　其ｑ￣ｘ（ｉＪ）是基准图像模板，ｙ（ｉＪ）是当前目标　图像，　和　分别是基准图像模板和当前目标图像的　灰度均值，Ｒ（ｍ，ｎ）为最大值时的（　，ｎ）就是最佳匹　配点位置。　３实验装置与步骤　文献［７］中采用的声肌图采集系统，虽然可以准　确的采集声肌信号和手腕角度信号．但是实验系统　维普资讯 http://www.cqvip.com

４２　声　学　过于庞大，数据采集繁琐．数据分析不直接．工作量　大，而且采集的信号类型有限。因此，在进行实验之　前．首先对实验系统进行了改进，开发了可以无干　扰、同步、连续采集超声信号、力或力矩、角度、肌电　信号等多种骨骼肌相关参量的超声运动与弹性测量　系统。　超声运动与弹性测量系统由以下几个部分组　成：便携式Ｂ超、电角度计、ＥＭＧ采集器、装在计算　机内的一块数据采集卡（ＰＣＩ．６０２４Ｅ）和一块视频捕　获卡（ＰＣＩ．１４１１），以及自行开发的信号采集与处理　软件。图ｌ所示即为超声运动与弹性测量系统的组　成框图。由Ｂ超获取的超声图像传送到视频捕获　卡，由它数字化并以一定的采样率采集到计算机内：　手腕屈伸角度由电角度计来测量记录．再通过数据　采集卡送人计算机内：数据采集卡同时也采集　ＳＥＭＧ信号，而由ＥＭＧ采集器采集的ＳＥＭＧ信号．　已经被ｌＯ倍的放大和１０．８００Ｈｚ的滤波。整个数据　采集过程由自行开发的软件控制．并采用多线程技　术来保证Ｂ超图像、手腕角度和ＳＥＭＧ信号的同步。　Ｂ超图像一帧接着一帧地由程序自动保存．同时每　一帧Ｂ超图像伴随一个角度值和一段ＳＥＭＧ信号。　图１实验系统原理框图　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｙｓｔｅｍ　７名健康志愿者加入了本次实验（６男ｌ女．年　龄：２６￣３岁，身高：１７０￣３．５ｃｍ，体重：６２￣４．７ｋｇ）．均无　神经肌肉病史。实验开始时．志愿者姿势舒适地坐　在椅子上，前臂紧贴在桌面上，Ｂ超探头垂直于桡侧　腕伸肌的肌纤维方向，横向放置在桡侧腕伸肌的肌　腹位置，探头和皮肤填充大量耦合剂而保持不接触．　以防止运动过程中探头对肌肉压迫影响结果。Ｂ超　探头的固定通过一个改装过的三角架实现．以便能　适应不同的实验志愿者。酒精清洁皮肤后，ＳＥＭＧ的　电极对平行于桡侧腕伸肌的肌纤维方向．贴在靠近　Ｂ超探头附近的伸肌处．电极对之间的距离大概是　技　术　２００７年　２０ｍｍ，参考电极贴在茎突处。电角度计贯穿整个手　背，并且两端固定。图２是固定在前臂桡侧腕伸肌　部位的Ｂ超探头以及电角度计示意图。试验开始　后，要求志愿者在一个音频节拍器（４５拍，分钟）的　引导下．重复进行从手掌平放正常位置伸展到最大　位置，再弯屈回复到平放正常位置的运动。在实验　过程中．尽量保持前臂紧贴桌面而不横向移动．而且　保持肘关节固定不动．只是手腕进行屈伸。每个志　愿者进行５次独立的实验．在每次实验时执行３个　周期以上的手腕屈伸运动．每次实验之间最少休息　２分钟。　图２前臂部分实验装置图　Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ｄｉａｇｒａｍ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｅｔｕｐ　ｏｆ　ｆｏｒｅａｒｍ　４数据处理　基于自行研发的超声运动与弹性测量系统．对　桡侧腕伸肌的运动轨迹进行了跟踪计算。在起始帧　的Ｂ超图上添加两个矩形框选定感兴趣的区域（如　图３所示），分别位于桡侧腕伸肌的前后缘．两个框　中心点之间的距离就作为桡侧腕伸肌的肌肉厚度。　然后把第一帧图像中两个矩形框内的图像分别作为　模板一和模板二，在第二帧图像内对两个模板都进　行二维互相关计算，找到最佳匹配位置，同时把第二　帧图像内的最佳匹配位置处的矩形框内图像更新为　新的模板，进行下一帧图像的匹配，以此类推直到最　后一帧Ｂ超图像。对于得到的每帧图像中桡侧腕长　伸肌的肌肉厚度，再按照公式（２）计算肌肉厚度变化　率Ｐ：　ｐ＝　ｘ１００％　（２）　其中Ａｄ为初始肌肉厚度，Ａｄ　是当前帧肌肉厚度。　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期　施俊等：基于相关跟踪的声肌图（ＳＭＧ）初步研究　４３　图３　Ｂ超图像上添加的感兴趣区域的矩形框示意图　Ｆｉｇ．３　ｒｒｈｅ　ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｌａｔｅ　ｂｌｏｃｋ　ａｄｄｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｅｓｔｅｄ　ａｒｅａｓ　ｏｆ　Ｂ—ｍｏｄｅ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ｉｍａｇｅ　图４（ａ）所示为经公式（２）计算得到的一个典型　的手腕屈伸周期的肌肉厚度变化率ＳＭＧ曲线图，图　４（ａ）中还显示了手腕屈伸角度曲线．所有志愿者的　舳　∞∞∞如加　Ｏ　结果都显示了相似的形状。而图４（ｂ）则显示了肌肉　厚度变化率ＳＭＧ对手腕屈伸角度的关系图。比起文　献［７］中由图像处理方法得到的肌肉厚度变化率ＳＭＧ，　相关跟踪得到的结果更能体现细节信息．运动轨迹　信息也更完整。由图４（ａ）和图４（ｂ）的结果可以发　现．手腕屈伸角度和肌肉厚度变化率之间存在着密　切的关系，简单的一次线性和二次多项式回归拟合　结果也已经显示在图中　图５显示了分别用一次线性和二次多项式去拟　合手腕屈伸角度和肌肉厚度变化率ＳＭＧ之间关系　而得到的相关系数（尺ｚ）结果统计图。从图中可以发　现，无论是单个个体还是平均值，二次多项式拟合得　到的结果要优于一次线性拟合得到的结果，这表明　手腕屈伸角度和肌肉厚度变化率之间的关系更可能　是非线性关系　由于在采集ＳＭＧ信号和手腕角度的同时．还采　集了ＳＥＭＧ信号，因此对它也进行了数据处理，计　算它的均方根值（Ｒｏｏｔ　Ｍｅａｎ　Ｓｑｕａｒｅ，ＲＭＳ），它表示　信号能量。由于ＳＥＭＧ易受噪声干扰，所以对得到　的ＲＭＳ还进一步利用小波变换进行平滑处理．并根　据平滑后的最大和最小值进行归一化处理。图６所　示即为手腕角度、尺　和肌肉厚度变化率ＳＭＧ曲　线显示在同一幅图上，所有志愿者的结果都显示了　相似的形状。从图中可以发现，ＲＭＳ信号虽然已经　经过了平滑处理．但是波动相对于肌肉厚度变化．还　是比较大，这说明ＳＥＭＧ信号比较容易受噪声干　一手腕角度一肌肉厚度变化率　，．、　＼ｏ　静　赵　毽　Ｈ｝’　赵　量　时间／ｓ　（ａ）　８０　７０　６０　Ｈ｝’２０　ｌ０　０　一１０　０　５　１０　１５　２０　２５　肌肉厚度变化率／（％）　（ｂ）　图４（ａ）瞬时手腕屈伸角度值和肌肉厚度变化率ＳＭＧ曲线图　（ｂ）手腕屈伸角度对肌肉厚度变化率ＳＭＧ的关系图　Ｆｉｇ．４　（ａ）Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　ｗｒｉｓｔ　ｆｌｅｘｉｏｎ—ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ　ａｎｇｌｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｍｕｓｃｌｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ＳＭＧ；（ｂ）Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｐｌｏｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｒｉｓｔ　ａｎｇｌｅ　ｖｅｒｓｕｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｍｕｓｃｌｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ＳＭＧ　匡　亟　Ｏ．９Ｏ　Ｏ・８５　ｏ．８０　Ｏ．７５　Ｏ．７Ｏ　Ａ　Ｂ　Ｃ　Ｄ　Ｅ　Ｆ　Ｇ　Ｍｅａｎ　实验志愿者　图５　一次线性和二次多项式回归拟合的相关系数（Ｒ　）结果统计图　Ｆ　５　Ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｃｏｅｆｉｆｃｉｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｌｉｎｅａｒ　ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｑｕａｄｒａｔｉｃ　ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ　ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　扰。但图中三种信号之间也有相似性，这就为多参　量结合研究骨骼肌提供了可能性。　５讨论　上文中基于相关跟踪算法对ＳＭＧ进行了初步　的研究，结果表明，相关跟踪算法简单有效，保证了　维普资讯 http://www.cqvip.com

声　学　序列数　图６手腕角度、ＳＥＭＧ的砌ｆ５和肌肉厚度变化率ＳＭＧ曲线　Ｆｉｇ．６　Ｔｈｅ　Ｃ１Ｌｒｖｅｓ　ｏｆ　ｗｒｉｓｔ　ａｎｇＩｅ，ＲＭＳ　ｏｆ　ＳＥＭＧ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈ￣ｇｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｍｕｓｄｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ＳＭＧ　数据的完整性和细节信息的可靠性，所得结果能充　分反映骨骼肌的结构形态变化。　从上面的实验结果可以发现，手腕屈伸角度和　前臂桡侧腕伸肌的肌肉厚度之间有着密切的关系。　这种关系可以从生理学方面的角度进行解释。　骨骼肌是通过肌腱附着在骨骼上，多半附着于　两块骨上，至少跨过一个关节，在神经系统的调节支　配下，骨骼肌收缩时。以关节为轴，使附着的两骨产　生位置变化而运动。手腕的伸展是由于前臂桡侧腕　伸肌的起点对止点的牵引而引起的。这就意味着前　臂桡侧腕伸肌的缩短。当支配前臂桡侧腕伸肌的神　经纤维有神经冲动传来，就引起肌肉收缩变短。这　种肌肉收缩变短的机制可以用滑行理论模型解释。　一块骨骼肌可以被认为是具有特定的立体几何形状　的肌肉。Ｓｗａｍｍｅｒｄａｍｃ９］发现即使骨骼肌收缩或者变　长，其体积是不变的，这点也已经被大家公认了。既　然前臂桡侧腕伸肌的体积不变，那么由于肌纤维长　度缩短，必然会使得肌肉的横截面积增大，因此，肌　肉厚度增加。所以，手腕伸展时，手腕角度变大，肌　肉厚度也会增加。反之亦然。推广到一般。其它关节　角度和其相连的牵引骨骼肌的肌肉厚度之间也存在　着相似的关系。而且由于肌肉的横截面积是不规则　的，以及运动单位募集、放电等其它的一些原因，这　种关节角度与肌肉厚度之间的关系应该是非线性　的。而目前的初步研究结果也表明。用二次多项式拟　合的结果要优于线性拟合的结果，理论解释和实验　结果是一致的。但是，目前的研究结果还不能证明　二次多项式拟合就是最优回归，最能体现关节角度　技　术　２００７年　与肌肉厚度之间的关系，在进一步的研究中，将进行　更多的实验，研究分析这种非线性关系。另外还将　把手腕伸展和弯屈这两个过程分开研究。分别选择　合适的函数去拟合这两个过程中手腕角度与肌肉厚　度变化率的关系，原因之一在于手腕的屈伸运动由　桡侧腕伸肌与尺侧腕屈肌等肌群的共同配合完成，　而桡侧腕伸肌的主要作用是伸腕，尺侧腕屈肌的主　要作用是屈腕，所以桡侧腕伸肌的肌肉厚度变化与　手腕角度之间的关系。在手腕的伸展和弯屈这两个　过程中应略有所不同。而且肌肉在变形过程中需消　耗能量，这一能量与肌肉厚度变化率曲线之间是否　存在关系。也是值得研究探讨的。　目前．ＳＥＭＧ是研究骨骼肌力学、电生理学特性　最普遍的工具，但它也存在一些固有的限制和缺点，　如皮肤阻抗变化（例如出汗或者有油脂）、电磁干扰　等对于ＳＥＭＧ信号的影响。而肌肉厚度变化率ＳＭＧ　信号是测量相对位移，所以这些影响对于ＳＭＧ信号　来讲都是不存在的。因此ＳＭＧ信号是研究骨骼肌结　构形态变化的有效工具，也具有应用于康复设备、体　育研究的潜在价值。同时，由图（６）可以发现，利用　超声运动与弹性测量系统可以同步、连续采集Ｂ超　图像、ＳＥＭＧ信号和手腕角度，这些信号之间存在着　相似性，因此多参量研究骨骼肌的特性是可行的，它　们可以互相补充，取长补短，从多个角度比较全面的　描述骨骼肌的特性。了解骨骼肌的内部结构形态变　化与外部表现之间的关系，这将对骨骼肌的研究和　应用起到极大的推动作用。在进一步的研究中，骨　骼肌的多参量结合研究也将深入展开。　６结论　本文基于超声运动与弹性测量系统。利用相关　跟踪算法来获取前臂桡侧腕伸肌在手腕屈伸时的运　动轨迹。结果表明，互相关法简单直接又不失准确　性，而由相关跟踪得到的前臂桡侧腕伸肌的肌肉厚　度变化率ＳＭＧ和手腕屈伸角度之间存在着非线性　的关系，同时骨骼肌的多参量结合研究也是可行的。　参考　文　献　［１］Ｌｉｅｂｅｒ　Ｒ　Ｌ，Ｆｒｉｄｅｎ　Ｊ．Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　ｃｌｉｎｉｃａｌ　ｓｉｓ，￣－　ｃａｎｃｅ　ｏｆ　ｓｋｅｌｅｔａｌ　ｍｕｓｃｌｅ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｍｕｓｃｌｅ＆Ｎｅｒ．　ｖｅ，２ＯＯＯ，２３（１１）：１６４７．１６６６．　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１期　施俊等：基于相关跟踪的声肌图（ＳＭＧ）初步研究　一讯一＋、　＋Ｌ简　。　Ｌ　４５　［２］Ｍｉｓｕｒｉ　Ｇ，Ｃｏｌａｇｒａｎｄｅ　Ｓ，Ｇｏｒｉｎｉ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．Ｉｎ　ｖｉｖｏ　ｒｔｎａｓｖｅｒｓｕｓ　ａｂｄｏｍｉｎｉｓ［Ｊ］．Ｃｌｉｎｉｃａｌ　Ｂｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００４，　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｂｄｏｍｉ—　１９（４）：３３７—３４２．　ｎａｌ　ｍｕｓｃｌｅｓ　ｉｎ　ｎｏｒｍａｌ　ｓｕｂｊｅｃｔｓ［Ｊ］．Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｒｅｓｐｉｒａ—　［７］施俊，郑永平，陈文辉，等．声肌图（ＳＭＧ）的初步研究　、　ｔｏｒｙ　Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９７，１０（１２）：２　８６１—２　８６７．　［Ｊ］．声学技术．２００５，２４（１）：２９—３３．　［３］Ｆｕｋｕｎａｇａ　Ｔ，Ｉｃｈｉｎｏｓｅ　Ｙ，Ｉｏｔ　Ｍ，ｅｔ　ａ１．Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ＳＨＩ　Ｊｕｎ，ＺＨＥＮＧ　Ｙｏｎｇｐｉｎｇ，ＣＨＥＮ　Ｗｅｎｈｕｉ，ｅｔ　ａ１．　ｆｏ　ｆｓａｃｉｃｌｅ　ｌｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｐｅｎｎａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　ｃｏｎｔｒａｃｔｉｎｇ　ｈｕ—　Ｔｈｅ　ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｓｏｎｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ（ＳＭＧ）［Ｊ］．　ｍａｎ　ｍｕｓｃｌｅ　ｉｎ　ｖｉｖｏ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ，　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ＡｃｏｕｓｔｉＣＳ，２００５，２４（１）：２９—３３．　１９９７，８２（１）：３５４—３５８．　［８］ＣＨＡＮ　Ｍ，ＺＨＥＮＧ　Ｙ　Ｐ，ＣＨＥＮ　Ｘ，ｅｔ　ａ１．Ｓｏｎｏｍｙｏ－　［４］Ｒｅｅｖｅｓ　Ｎ　Ｄ，Ｍａｇａｎａｒｉｓ　Ｃ　Ｎ，Ｎａｒｉｃｉ　Ｍ　Ｖ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｏ—　ｇｒａｐｈｙ：ｓｏｎｏｇｒａｐｈｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｇｒａｐｈｉｃ　ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｏｆ　ｈｕｍａｎ　ｓｋｅｌｅｔａｌ　ｍｕｓｃｌｅ　ｓｉｚｅ［Ｊ］．　ｏｆ　ｍＲ—ｓｃｌｅｓ　ｉｎ　ａｃｉｔｏｎｓ［Ａ］．Ｔｈｅ　ｌｌｔｈ　Ｗｏｒｌｄ　Ｃｏｎｇｒｅｓｓ　ｏｆ　Ｅｕｒ　Ｊ　Ａｐｐｌ　Ｐｈｙｓｉｏｌ，２００４，９１（１）：１１６—１１８．　ｈｔｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ　ｆｏｒ　Ｐｒｏｓｈｔｅｔｉｃｓ＆Ｏｒｔｈｏｉｔｃｓ［Ｃ］．　［５］Ｈｏｄｇｅｓ　Ｐ　Ｗ，Ｐｅｎｇｅｌ　Ｌ　Ｈ　Ｍ，Ｈｅｒｂｅｒｔ　Ｒ　Ｄ，ｅｔ　ａ１．　Ｈｏｎｇ　Ｋｏｎｇ，２００４，２２９．　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｕｓｃｌｅ　ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ　ｉｍａ—　［９］Ｊｅｎｋｙｎ　Ｔ　Ｒ，Ｋｏｏｐｍａｎ　Ｂ，Ｈｕｉｊｉｎｇ　Ｐ，ｅｔ　ａ１．Ｆｉｉｎｔｅ　ｇｉｎｇ［Ｊ］．Ｍｕｓｃｌｅ＆Ｎｅｒｖｅ，２００３，２７（６）：６８２－６９２．　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｉｎｔｒａｍｕｓｃｕｌａｒ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｄｕｒｉｎｇ　ｉｓｏｍｅ—　［６］ＭｃＭｅｅｋｅｎ　Ｊ　Ｍ，Ｂｅｉｔｈ　Ｉ　Ｄ，Ｎｅｗｈａｍ　Ｄ　Ｊ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　ｔｒｉｃ　ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｋｅｌｅｔａｌ　ｍｕｓｃｌｅ［Ｊ］．Ｐｈｙｓｉｃｓ　ｉｎ　Ｍｅｄ—　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＥＭＧ　ａｎｄ　ｃｈａｎｇｅ　ｉｎ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｏｆ　ｉｃｉｎｅ　ａｎｄ　Ｂｉｏｌｏｇｙ，２００２，４７（２２）：４　０４３－４　０６１．　“中国功率超声网”正式开通　由中国声学学会功率超声分会主办、广东顺德长兴超声设备有限公司协办的“中国功率超声网（ｗｗｗ．ｃｎｇｌＣＳ．ｃｏｍ．ｃｎ）”经过　半年多的试运行后，已于今年正式开通。网站作为学会与企业间的桥梁．主要目的是为功率超声专业的专家、学者和技术人员　提供一个交流技术、探讨问题的平台，为超声企业提供一个展示自己的窗口，也为广大的功率超声设备用户提供一个方便而　且可靠的采供渠道。网站设有学会介绍、学会会员、技术园地、超声论坛、企业库、采供平台等栏目和版块．将定期发布学会公　告、前沿动态、技术资料、采供信息等等。相信“中国功率超声网”的正式开通，将会对我国功率超声事业的发展起到推动和促　进作用。　陕西师范大学鲍善惠