Основная цель применения полноволновой выпрямленной и сглаженной по среднеквадратичному значению (RMS) обработки сигналов ЭМГ заключается в преобразовании необработанного, хаотичного электрического шума в читаемую «огибающую» мышечной активности. Обрабатывая стохастические колебания напряжения, как правило, с использованием временного окна в 50 мс, вы получаете четкое представление о фактической интенсивности мышечного сокращения.
Ключевой вывод Необработанные сигналы ЭМГ нестабильны и трудны для количественной оценки из-за их колеблющегося характера. Применение выпрямления и сглаживания по среднеквадратичному значению фильтрует этот шум, выявляя лежащие в основе паттерны мышечной активации, что позволяет точно сравнивать усилия на разных этапах движения.
Преобразование шума в данные
Природа необработанной ЭМГ
Необработанные данные поверхностной электромиографии (ЭМГ) по своей природе являются стохастическими.
Это означает, что сигнал состоит из случайных, быстро колеблющихся всплесков напряжения. Эти всплески колеблются между положительными и отрицательными значениями, из-за чего необработанный график выглядит как хаотичный шум, а не четкая линия усилий.
Необходимость выпрямления
Поскольку необработанный сигнал колеблется выше и ниже нуля, простое усреднение данных привело бы к значению, близкому к нулю.
Полноволновое выпрямление решает эту проблему, переворачивая все отрицательные значения сигнала в положительные. Это гарантирует, что общая энергия мышечного сокращения сохраняется для анализа, а не математически аннулируется.
Создание огибающей мышечной активации
Применение сглаживания по среднеквадратичному значению
После выпрямления сигнала (или в рамках расчета среднеквадратичного значения) применяется алгоритм сглаживания.
Стандартным методом является сглаживание по среднеквадратичному значению (RMS), часто с использованием определенного временного окна, например 50 мс. Это вычисляет среднюю мощность сигнала за этот короткий промежуток времени, постоянно обновляясь по мере движения окна вперед во времени.
Визуализация огибающей
Результатом этого процесса сглаживания является так называемая линейная огибающая.
Вместо зазубренного, пилообразного беспорядка вы получаете гладкую кривую, которая поднимается и опускается. Эта кривая точно отражает интенсивность мышечного сокращения в режиме реального времени, отражая фактическое механическое усилие, которое производит мышца.
Почему это важно для анализа
Количественная оценка уровней активации
Обработанная огибающая позволяет исследователям превращать электрические сигналы в количественные показатели.
Без этого шага практически невозможно точно сказать, «насколько сильно» сокращается мышца. Сглаженные данные предоставляют величину, которую можно измерить и записать.
Обеспечение сравнения
Эта обработка делает данные сопоставимыми на разных этапах движения.
Например, при анализе таких действий, как махи грузом, ученые могут использовать эти данные, чтобы точно показать, как мышцы кора и стабилизаторы стопы реагируют в определенные моменты. Это обеспечивает доказательства, необходимые для подтверждения того, как определенные движения укрепляют определенные группы мышц.
Понимание компромиссов
Чувствительность к размеру окна
Хотя в основном источнике предлагается временное окно в 50 мс, выбор размера окна является критическим компромиссом.
Слишком большое окно (чрезмерное сглаживание) может скрыть быстрые, кратковременные всплески мышечной активности, из-за чего система будет казаться вялой. И наоборот, слишком маленькое окно (недостаточное сглаживание) может оставить сигнал слишком зазубренным для четкой интерпретации.
Задержка сигнала
Алгоритмы сглаживания по своей сути вводят небольшую фазовую задержку.
Поскольку расчет основан на данных в пределах временного окна, результирующая огибающая может немного отставать от фактического физического события. Это, как правило, приемлемо для анализа величины, но должно учитываться, когда требуется точное определение времени в миллисекундах.
Сделайте правильный выбор для вашей цели
При анализе данных ЭМГ то, как вы просматриваете обработанный сигнал, зависит от ваших конкретных исследовательских целей:
- Если основное внимание уделяется количественной оценке усилий: Используйте огибающую по среднеквадратичному значению для определения пиковой и средней интенсивности сокращения во время движения.
- Если основное внимание уделяется сравнению движений: Используйте сглаженную огибающую для наложения различных фаз движения (например, замах против захвата), чтобы увидеть, где активация максимальна.
Преобразуя электрический шум в гладкую огибающую, вы превращаете абстрактные данные напряжения в точный показатель физической работоспособности человека.
Сводная таблица:
| Этап обработки | Выполненное действие | Назначение | Результат |
|---|---|---|---|
| Необработанная ЭМГ | Сбор данных | Захватывает стохастические всплески напряжения | Хаотичный, не поддающийся количественной оценке шум |
| Выпрямление | Преобразование в абсолютное значение | Переводит отрицательные значения в положительные | Предотвращает математическое аннулирование |
| Сглаживание по среднеквадратичному значению | Усреднение по временному окну | Фильтрует быстрые колебания (например, 50 мс) | Создает гладкую «линейную огибающую» |
| Анализ | Количественная оценка данных | Измеряет пиковое и среднее усилие | Надежный показатель мышечной активации |
Максимизируйте производительность вашей обуви с 3515
Являясь крупномасштабным производителем, обслуживающим мировых дистрибьюторов и владельцев брендов, 3515 использует технические знания высокого уровня для создания обуви, превосходящей по физическим характеристикам. Наши комплексные производственные мощности охватывают все типы обуви, от нашей флагманской серии рабочей обуви до тактических ботинок, тренировочной обуви и кроссовок.
Независимо от того, разрабатываете ли вы специализированные рабочие и тактические ботинки или высокопроизводительные туристические и классические туфли, наш опыт массового производства гарантирует, что ваша продукция соответствует высочайшим стандартам долговечности и дизайна, поддерживающего мышцы.
Свяжитесь с 3515 сегодня, чтобы обсудить ваши потребности в массовом производстве!