开题报告一、研究背景和意义下腰痛（lowbackpain）是脊柱外科最常见的疾患。下腰痛的广泛程度和发生率都很高。据统计，一个人一生中发生一段时期显著下腰痛的概率为60%—90%，其中13.8%疼痛持续时间在两周以上。在美国，造成45岁以下身体活动受限的疾患中，下腰痛占首位。腰痛是导致工作离职的第二大因素[1]。在英国，每年有2%的人口和25%的就业人员患有下腰痛。因下腰痛而病休的天数占所有病休天数的12.5%，每年因此失去5260万个工作日，医疗费用支出达20亿英镑。挪威的一项研究表明，下腰痛的年发病率为2.27%，在社会就业人员中，每年因下腰痛误工达43日，约35%的患者在发病一个月后返回工作，3个月后可返回工作者累计70%，6个月可返回工作者达85%，若下腰痛发病6个月后尚无法返回工作，则有42%患者1年后尚不能重返原工作。目前尚缺乏国内有关下腰痛的详细流行病学调查资料[2]。这些数据说明下腰痛无论对个人生活还是对整个社会均造成极大的影响。下腰痛可以作为一个症状，也可以是个疾病群，尚可以作为一个疾病的名称。下腰痛的病因十分复杂，但不正常的肌肉收缩被怀疑是一个重要的原因。据统计，人群中的70%或更多人在成年期会发生下腰痛，可以推测，人寿命越长，患有下腰痛的几率就越大。尽管此病发生频率如此高，但是诊断和治疗却相当困难，主要因为脊柱及其周围结构复杂。下腰痛患者中只有10%~15%的患者可以找到明确的病因。但是临床症状并不总是与此病的严重程度成正比，有时广泛的病损在开始时仅引起轻微的症状，而对总能影响的差异性则很大[2]。正因为如此，腰背肌功能的评价无论对下腰痛的诊断，还是疗效评价都具有十分重要的价值。早期临床和康复医学对腰背肌的评价多因主观性和不确定性受到了限制。基础研究表明，表面肌电（surfaceelectromyography,sEMG）信号源于大脑运动皮层控制之下的脊髓α运动神经元的生物电活动，形成于众多外周运动单位电位在时间和空间上的总和，信号的振幅和频率特征变化取决于不同肌肉活动水平和功能状态下的运动单位活动同步化、肌纤维募集，以及和肌纤维兴奋传导速度下降等生理性因素以及探测电极位置、信号串线(CROSStalk)、皮肤温度、肌肉长度，以及肌肉收缩方式等测量性因素的共同作用。在控制良好的条件下，上述sEMG信号活动的变化在很大程度上能够定量反映肌肉活动的局部疲劳程度、肌力水平、肌肉激活模式、运动单位兴奋传导速度、多肌群协调性等肌肉活动和中枢控制特征的变化规律[3]。表面肌电（surfaceelectromyography,sEMG）技术因其在客观评价腰背肌功能方面具有特异性、可靠性、灵敏性、无创性、实时性和多靶点测量的优点[4]，日益受到康复医学和运动医学研究者的关注。二、可行性分析自上世纪八十年代以来，表面肌电信号的分析、分解、特征提取等，表面肌电信号采集装置、电极、电路，以及表面肌电信号的应用，如动作识别、声音识别等各个方面得到了很大的发展。二十一世纪以来，逐渐有研究人员将表面肌电图学应用到下腰痛的康复中。2007年，GyuTaeKim等人研究了肌内部电信号与表面肌电信号的疲劳度指标之间的关系。该研究[5]表明肌电信号的均方根值（rootmeansquare，RMS）和整形平均值（averagerectifiedvalue，ARV）的以时间为横轴的线性回归随着肌肉疲劳增大。同时肌内部RMS和ARV的变化率可以直接地反映在sEMG上。从而为表面肌电信号的采集分析提供了部分依据。YongHu等用了一种新颖的可视化方法—表面肌电形态图[6]，描述了动态过程的肌电分布，将其作为下腰痛康复中一种新的评价工具。该研究旨在对下腰肌肉达到可靠、定量、客观和有效的评价，并提供在动态中肌肉协调性的信息。P.K.Chan等的研究[7]给出了一个基于CMOS的低功耗、可携带式的表面肌电记录仪的前端放大电路。该放大器在噪声、功耗、共模抑制比等方面很好满足了EMG记录的要求。目前国内市场主要有Mega和MyoTrac两款表面肌电分析仪。这些产品可以进行肌电信号的频谱转换；计算MF（中心频率，Hz）、MPF（平均做功率，Hz）、ZCR（过零率，Hz）、AEMG（平均肌电，uV），SPA（频谱面积）等参数，从而诊断、分析运动时该肌肉群的收缩状态、做功顺序等。在前人的基础之上，我们可以完善检测肌群数据库，改进正常肌群指标，探索科学的、本质的、内在的处理方法，更准确地反映肌肉力量、损伤程度、风险等。除此之外，我们还可以结合生物反馈的研究，加入电刺激帮助肌肉进行恢复训练。三、研究方案3.1系统结构整个系统包括带有电极的前端放大器，肌电信号采集处理器和计算机。系统结构如图1所示：图1系统结构图3.2系统输入