王 敏 黃豆豆 陳春云

（1.東華大學(xué)，上海，200051；2.現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海，200051）

肌電信號(hào)是指神經(jīng)肌肉收縮時(shí)發(fā)出的生物電信號(hào)，可以通過電極引導(dǎo)和記錄［1］。按照信號(hào)采集方式的不同，肌電信號(hào)分為表面肌電信號(hào)（Surface Electromyography，sEMG）和針電極肌電信號(hào)。sEMG 是指利用電極在肌肉表面采集到的肌肉和神經(jīng)干上的電位活動(dòng)信息；針電極肌電信號(hào)是指用插入到肌肉中的針電極收集到的在針電極周圍有限范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)單元電位的總和［2］。sEMG 的獲取比針電極肌電信號(hào)在操作上更為簡(jiǎn)便且不具有侵入性和創(chuàng)傷性，因而在臨床醫(yī)學(xué)的神經(jīng)肌肉疾病診斷、康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的肌肉恢復(fù)機(jī)能評(píng)估、體育科學(xué)中疲勞程度判定、技術(shù)動(dòng)作的合理性分析以及人機(jī)工效學(xué)領(lǐng)域的動(dòng)作識(shí)別與學(xué)習(xí)等方面均發(fā)揮著重要作用。

隨著以人為本的研究理念在服裝領(lǐng)域的不斷深入，結(jié)合生理學(xué)、心理學(xué)、生物力學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科的相關(guān)理論和研究手段，科學(xué)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)服裝的功能屬性已成為服裝領(lǐng)域研究的趨勢(shì)。為促進(jìn)多學(xué)科交叉技術(shù)手段與服裝科技研發(fā)的融合，本研究聚焦表面肌電技術(shù)，闡述了sEMG 的形成原理、采集和分析方法，總結(jié)了近年來表面肌電技術(shù)在服裝科技研究中的應(yīng)用進(jìn)展，同時(shí)也指出了應(yīng)用中的難點(diǎn)和局限，最后基于表面肌電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用現(xiàn)狀，提出未來表面肌電技術(shù)與服裝研究結(jié)合的趨勢(shì)，為擴(kuò)大表面肌電技術(shù)在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用提供思路。

1 sEMG 的產(chǎn)生、采集及分析

1.1 產(chǎn)生機(jī)理

sEMG 發(fā)源于脊髓中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元細(xì)胞體的軸突伸展到肌纖維處，經(jīng)終板與肌纖維耦合。細(xì)胞體、終板、軸突與肌纖維一起構(gòu)成完整的運(yùn)動(dòng)單位（Motor Unit，MU）。MU 由受同一運(yùn)動(dòng)神經(jīng)支配的肌肉纖維群組成，是肌肉的最小功能單位。肌肉接收到指令被激活時(shí)，一個(gè)MU 內(nèi)所有單纖維動(dòng)作電位在時(shí)間和空間上的綜合疊加形成動(dòng)作電位，連續(xù)的刺激使MU 產(chǎn)生動(dòng)作電位序列。肌肉活動(dòng)募集多個(gè)MU，經(jīng)由肌肉、皮下組織和皮膚等組成的容積導(dǎo)體的濾波作用后，在檢測(cè)電極處形成的信號(hào)即為sEMG［3］。

1.2 采集方法

sEMG 較微弱，幅值只有微伏級(jí)，一般在100 μV～5 000 μV，其峰-峰值一般在0 mV～6 mV，均方根在0 mV～1.5 mV；具有研究信息的信號(hào)頻率在0 Hz～500 Hz，50 Hz～150 Hz 內(nèi)的信號(hào)有重要的參考價(jià)值［4］。由于sEMG 較微弱且易受干擾，故有效采集是其后續(xù)應(yīng)用的前提條件。

sEMG 采集系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理如圖1 所示。電極是傳感器，用于檢測(cè)體內(nèi)流動(dòng)的離子電流在皮膚上產(chǎn)生的電勢(shì)差。在應(yīng)用電極之前，通常需要對(duì)皮膚進(jìn)行清潔處理，去除死細(xì)胞和油性物質(zhì)，減少起電容器作用的角質(zhì)層厚度，以降低電極-皮膚阻抗，并提高接觸的穩(wěn)定性和質(zhì)量［5］。sEMG 記錄過程中受電子元器件的固有噪聲、環(huán)境噪聲、工頻干擾和運(yùn)動(dòng)偽跡等影響，信噪比會(huì)降低［6］。因此需要經(jīng)過放大、整流和濾波等處理，最后以肌電圖的形式呈現(xiàn)。

圖1 sEMG 采集系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理

目前產(chǎn)品化的表面肌電采集設(shè)備較多，美國BIOPAC 公司生產(chǎn)的MP160 型16 通道生理記錄儀，在多種生理信號(hào)聯(lián)合分析上具有較大優(yōu)勢(shì)；其不僅可以記錄肌電信息，還可以記錄心電、腦電、眼電、皮電、脈搏、呼吸和體溫等生理數(shù)據(jù)，因而在生命科學(xué)、人因工程領(lǐng)域以及心理學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用較多。

1.3 分析方法

1.3.1 sEMG 的一般分析方法

sEMG 的分析方法主要有線性系統(tǒng)的時(shí)域分析和頻域分析，還有時(shí)頻聯(lián)合分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等特殊分析方法，以及尚處于探索階段的混沌分形、復(fù)雜度、熵等非線性分析方法。時(shí)域分析是在時(shí)間域中對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行分析的方法，描述的是sEMG 的振幅特征在時(shí)間維度上的變化情況，主要特征參數(shù)有積分肌電（Integrated Electromyogram，iEMG）和均方根（Root Mean Square，RMS）。頻域分析是借助傅里葉級(jí)數(shù)對(duì)肌電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，獲得肌電信號(hào)的頻譜或功率譜，定量反映肌電信號(hào)頻譜的移動(dòng)和不同頻率分量的變化，常用指標(biāo)有平均功率頻率（Mean Power Frequency，MPF）和中位頻率（Median Frequency，MF）［7］。由于肌電信號(hào)具有不平穩(wěn)特點(diǎn)，單一的時(shí)域或頻域分析無法全面反映肌肉活動(dòng)信息，采用非線性動(dòng)力學(xué)方法分析肌電信號(hào)并提取特征值已成為新的研究趨勢(shì)，但目前還不成熟。

1.3.2 運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞相關(guān)的肌電信號(hào)分析方法

運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞是指運(yùn)動(dòng)引起肌肉產(chǎn)生最大肌肉收縮或者最大輸出功率暫時(shí)性下降的生理現(xiàn)象［8］。隨著肌肉運(yùn)動(dòng)性疲勞特征的出現(xiàn)，其內(nèi)部肌纖維和神經(jīng)活動(dòng)發(fā)生變化，所表現(xiàn)出的就是肌肉肌電信號(hào)的變化，因兩者密切的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，故可以使用肌電信號(hào)特征來描述運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞。運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞常通過肌電信號(hào)的時(shí)域指標(biāo)和頻域指標(biāo)反映。研究發(fā)現(xiàn)，肌肉在疲勞過程中，運(yùn)動(dòng)單位的參與數(shù)量增加，肌電的時(shí)域值總趨勢(shì)上升，在頻域指標(biāo)中的表現(xiàn)則是肌電的功率譜向低頻轉(zhuǎn)移，低頻比重增加，高頻比重減少，特征量MPF、MF減小。

肌肉疲勞的產(chǎn)生會(huì)改變肌電信號(hào)的振幅和頻率，這些改變同時(shí)也受肌力的影響，單獨(dú)考慮振幅和頻率與肌肉疲勞的關(guān)系只適用于考慮相同的力產(chǎn)生的表面肌電部分，因而在研究中具有局限性。ALWIN L 等［9］開發(fā)并應(yīng)用了一種幅值和頻率聯(lián)合分析sEMG 的幅頻聯(lián)合分析方法（JASA），如圖2 所示。該方法將肌電活動(dòng)（Electrical Activity，EA）和MF頻譜的變化分成4 種情況，以判斷肌肉力量的增減和肌肉疲勞。肌肉力量的增減分別表現(xiàn)為：EA和MF隨時(shí)間同時(shí)增加，如圖2 右上象限；EA下降和MF下降，如圖2 左下象限。肌肉疲勞表現(xiàn)為：EA增加，MF下降，如圖2右下象限；EA下降，MF增加，可認(rèn)為肌肉在從疲勞態(tài)中得以恢復(fù)，如圖2 左上象限。

圖2 JASA 的示意圖

JASA 也存在一定局限性［10］。首先，該方法的適用范圍限于中等強(qiáng)度的負(fù)荷水平，無法對(duì)高強(qiáng)度的活動(dòng)進(jìn)行分析。其次，從JASA 的分析結(jié)果可以得知肌肉的活動(dòng)狀態(tài)以及疲勞結(jié)果，但如何定量確定肌肉的疲勞程度并沒有得到解決，如何測(cè)定或反映疲勞進(jìn)程，特別是對(duì)由多塊肌肉協(xié)同工作的活動(dòng)，肌肉疲勞的先后順序及各自疲勞程度該如何確定，都未給出解決辦法。因而，關(guān)于肌電信號(hào)分析尤其在肌肉疲勞判定領(lǐng)域還有待進(jìn)一步探究。

2 表面肌電技術(shù)在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用

表面肌電技術(shù)除了在臨床醫(yī)學(xué)、康復(fù)科學(xué)、體育科學(xué)及人機(jī)工效領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用外，近年來在服裝研究領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越多。

2.1 在運(yùn)動(dòng)防護(hù)服裝研究中的應(yīng)用

sEMG 可以反映肌肉的激活狀態(tài)、活動(dòng)參與度和持續(xù)時(shí)間，明確肌電活動(dòng)強(qiáng)度、肌肉疲勞程度以及肌肉間的協(xié)調(diào)模式、運(yùn)動(dòng)員沖刺中的表現(xiàn)驅(qū)動(dòng)因素和潛在傷害風(fēng)險(xiǎn)等。研究人員基于sEMG的特征提取和分析，對(duì)運(yùn)動(dòng)防護(hù)服裝進(jìn)行分區(qū)域功能設(shè)計(jì)可以緩解肌肉疲勞，防止運(yùn)動(dòng)損傷，提高穿著者運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。

張春霞［11］通過分析運(yùn)動(dòng)中下肢肌電信號(hào)特征并結(jié)合主觀疲勞評(píng)價(jià)和心率變化，對(duì)運(yùn)動(dòng)壓縮褲的合理化設(shè)計(jì)和改善提出了建議：針對(duì)不同的肌肉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及肌肉的運(yùn)動(dòng)性能特點(diǎn)，采取不同程度的緊身壓迫，達(dá)到緩解運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞的目的。同樣，曹丹［12］通過計(jì)算iEMG、RMS和MPF，分析研究腿部肌肉在運(yùn)動(dòng)時(shí)的貢獻(xiàn)力度和疲勞度，實(shí)現(xiàn)針對(duì)肌肉疲勞問題設(shè)計(jì)功能跑步褲。

在對(duì)騎行褲的研究中，程寧波等［13］、陳金鰲等［14］利用表面肌電測(cè)量騎行過程中不同壓力對(duì)肌肉的影響和肌肉疲勞程度，發(fā)現(xiàn)合適的服裝壓力有助于減少肌肉能量損耗，在騎行中后期可有效幫助緩解肌肉疲勞，且服裝壓力對(duì)不同部位呈現(xiàn)出不同的防護(hù)效果。

針對(duì)籃球運(yùn)動(dòng)，YAN Y 等［15］研究了服裝壓對(duì)男子籃球運(yùn)動(dòng)中上肢疲勞的影響，指出：籃球訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)雖充分調(diào)動(dòng)了全身的肌肉活動(dòng)，但相關(guān)動(dòng)作主要發(fā)力肌肉群不同，肌肉疲勞程度也不同，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)防護(hù)服裝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同肌肉的參與程度設(shè)置不同的加壓防護(hù)等級(jí)。劉青青等［16］利用表面肌電技術(shù)針對(duì)籃球運(yùn)動(dòng)中膝關(guān)節(jié)的防護(hù)性進(jìn)行研究，并開發(fā)了相應(yīng)的功能防護(hù)服。

隨著女性對(duì)運(yùn)動(dòng)防護(hù)的重視，運(yùn)動(dòng)文胸相關(guān)的研究也得到關(guān)注。SCURR J C等［17］、MILLIGAN A 等［18］研究了不同運(yùn)動(dòng)形式、不同強(qiáng)度的文胸支撐對(duì)肌肉活動(dòng)的影響，基于對(duì)胸大肌、頸部肌肉和肩背部肌肉的表面肌電特征分析，證實(shí)高強(qiáng)度文胸支撐下乳房的肌肉活動(dòng)比低強(qiáng)度支撐明顯減弱，具有更好的防護(hù)性能。

在以上研究中，表面肌電技術(shù)主要應(yīng)用于緊身類的運(yùn)動(dòng)防護(hù)服裝，通過分析某類運(yùn)動(dòng)中肌肉活動(dòng)狀態(tài)及特點(diǎn)，利用服裝對(duì)肌肉采取不同程度的壓迫，以緩解運(yùn)動(dòng)性肌肉疲勞。未來有必要通過進(jìn)一步研究服裝壓力與肌肉活動(dòng)之間的內(nèi)在關(guān)系，用以指導(dǎo)運(yùn)動(dòng)防護(hù)類服裝設(shè)計(jì)。

2.2 在負(fù)重裝備系統(tǒng)研究中的應(yīng)用

通過監(jiān)測(cè)臀中肌、腹直肌、豎脊肌、股外肌和腓腸肌等相關(guān)肌肉肌電信號(hào)變化的監(jiān)測(cè)，能夠有效判別負(fù)重過程中肌肉參與活動(dòng)的程度，幫助研究者分析得到合理的背負(fù)方式、背負(fù)質(zhì)量和最佳的背負(fù)系統(tǒng)元素組合。

早期BOBET J 等［19］對(duì)豎脊肌和斜方肌在兩種負(fù)重位置的肌電表現(xiàn)探究中發(fā)現(xiàn)，背包中重物在較低位置比高位置可以有效減緩肌肉疲勞。隨著負(fù)重運(yùn)動(dòng)時(shí)間的累積，各肌肉的疲勞狀況也不相同，SIMPSON K M 等［20］測(cè)試了女性在背負(fù)不同質(zhì)量雙肩背包行走時(shí)股外肌和腓腸肌等肌肉的sEMG，結(jié)果表明，20%～40%體重負(fù)荷的增加顯著改變了股外肌與腓腸肌的綜合肌電信號(hào)，并且認(rèn)為女性戶外背包的質(zhì)量應(yīng)該限制在30%的體重內(nèi)。陳健楠［21］分析了不同坡度地形下背部負(fù)重行走人群的腰背部肌肉疲勞情況，為爬坡時(shí)的背負(fù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。張露芳等［22］基于表面肌電對(duì)雙肩背負(fù)系統(tǒng)的影響因素進(jìn)行研究，尋求能夠減緩肌肉疲勞度和損傷的最佳背負(fù)系統(tǒng)元素組合。

針對(duì)軍事負(fù)重準(zhǔn)備系統(tǒng)，PARK H 等［23］進(jìn)行了股直肌、股二頭肌、脛骨前肌和內(nèi)側(cè)腓腸肌的振幅和最大自主等長(zhǎng)收縮測(cè)試，調(diào)查了防彈衣和負(fù)重架的質(zhì)量和質(zhì)量分布對(duì)腿部肌肉功能的影響。KIM S 等［24］、HARRISON M F等［25］通過表面肌電圖分析頸部肌肉激活狀態(tài)和疲勞度，判定防彈頭盔和夜視鏡使用過程中可能會(huì)造成的肌肉勞損情況，并給出了合理的質(zhì)量分配建議。

消防服與消防裝置是消防員執(zhí)行任務(wù)中不可或缺 的 裝備，BAKRI I 等［26］通過測(cè)量11個(gè)部位（頸部、肩部、上背部、下背部、上臂、前臂、手、臀部、大腿、小腿和腳）肌肉疲勞程度，分析得到了合理的消防員自給式呼吸器質(zhì)量；KRATZENSTEIN S 等［27］通過研究手臂運(yùn)動(dòng)過程中肩部肌肉在不同負(fù)重系統(tǒng)附著高度下的神經(jīng)肌肉反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)消防裝置的高度調(diào)節(jié)可有效緩解肩部肌肉組織的疲勞程度。

與負(fù)重相關(guān)的研究還常常與三維動(dòng)作系統(tǒng)、測(cè)力臺(tái)、壓力測(cè)量、呼吸監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備聯(lián)動(dòng)使用，分析負(fù)重量、負(fù)荷位置等因素對(duì)人體生物力學(xué)指標(biāo)（步態(tài)、肌肉活動(dòng)、肩背部受力與壓力分布等）以及生理學(xué)指標(biāo)（心率、能量消耗等）的影響。

2.3 在鞋靴研究中的應(yīng)用

穿著不同鞋靴會(huì)不同程度激活行走相關(guān)的肌肉，最明顯的反映是穿著平底鞋和高跟鞋時(shí)腿部肌肉狀態(tài)水平發(fā)生了明顯變化。KIM H M 等［28］對(duì)穿著不同跟高高跟鞋的健康青年女性從靜坐到站立過程中的下肢肌電圖變化進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)穿著較高跟高的高跟鞋增加了豎脊肌、股直肌的肌電峰值，過高的鞋跟高度會(huì)誘發(fā)肌肉不平衡運(yùn)動(dòng)。MIKA A 等［29］通過分析穿著高跟鞋和平底鞋的肌肉活動(dòng)記錄，發(fā)現(xiàn)相較于平底鞋，軀干和髖伸肌的肌電水平和協(xié)調(diào)模式在穿著高跟鞋時(shí)發(fā)生了明顯的變化，因此有必要持續(xù)關(guān)注穿著高跟鞋對(duì)人體的傷害。

同樣，在鞋子中放置矯正鞋墊會(huì)改變足部穿著環(huán)境，改變肌肉的發(fā)力狀況，通過記錄觀測(cè)行走過程中各肌肉的表面肌電變化可以糾正走路姿勢(shì)。王健等［30］對(duì)與行走相關(guān)肌群的表面肌電平均振幅進(jìn)行檢測(cè)，確定了鞋底類型與步行速度對(duì)相關(guān)肌群的影響。廖蘇［31］利用表面肌電測(cè)試系統(tǒng)對(duì)扁平足組和內(nèi)翻膝組穿著矯形鞋墊時(shí)相關(guān)肌肉發(fā)力的時(shí)序和持續(xù)時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)矯形鞋墊能改變下肢肌肉活動(dòng)和走路步態(tài)。

以上研究說明利用表面肌電測(cè)量可以評(píng)判出穿著不同鞋靴時(shí)肌肉發(fā)力順序和發(fā)力大小的變化。通過對(duì)肌肉狀態(tài)變化的分析，推斷鞋靴結(jié)構(gòu)的合理性。此外，研究中也常常聯(lián)合使用足底壓力測(cè)試及步態(tài)分析跑臺(tái)、三維測(cè)力臺(tái)等生物力學(xué)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，基于多種客觀測(cè)試數(shù)據(jù)，共同表征受試者的鞋靴穿著舒適性。

2.4 在智能服裝開發(fā)中的應(yīng)用

近年來，可用于實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)的智能服裝已得到陸續(xù)開發(fā)，其中疾病預(yù)防和運(yùn)動(dòng)管理是智能服裝開發(fā)的主流。研究者［32-33］也嘗試將sEMG 傳感器集成到服裝中，幫助用戶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)肌肉信號(hào)，輔助疾病治療或預(yù)測(cè)肌肉疲勞，避免過度訓(xùn)練引起肌肉損傷。由于肌電測(cè)試對(duì)于電極的放置位置和使用方法具有一定的要求，對(duì)于普通用戶來講，相比專業(yè)的肌電測(cè)試儀，以服裝作為載體在使用時(shí)更加方便靈活，更適用于各類生活場(chǎng)景。

智能服裝實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵是傳感技術(shù)。電極是sEMG 檢測(cè)的重要傳感器，傳統(tǒng)上用于sEMG 監(jiān)測(cè)的電極多為銀/氯化銀電極，其電解質(zhì)凝膠長(zhǎng)期接觸皮膚可能引起皮膚過敏等不適反應(yīng)，且不能重復(fù)使用。近年來，研究者提出了一種基于織物干電極的生物電信號(hào)測(cè)量方法。織物干電極依賴于導(dǎo)電紗，導(dǎo)電紗可以以平紋和蜂窩狀編織模式編織［34］、刺繡［35］，或直接絲網(wǎng)印刷在織物上［36］。但這類電極在實(shí)際應(yīng)用中依然存在問題，比如吸濕以及洗滌后導(dǎo)致的性能下降。為此，ROUDJANE M 等［37］提出了一種由多種材料金屬聚合物制成的中空纖維電極，纖維的高柔韌性使得它們?nèi)菀渍系椒b和紡織品中，且能有效屏蔽環(huán)境的干擾，比如濕氣的干擾。

此外，KIM S 等［38］發(fā)現(xiàn)，當(dāng)其研究中使用的織物電極直徑大于20 mm，服裝壓力大于1.33 kPa（10 mm Hg）時(shí)，其電極性能與銀/氯化銀電極接近。張佳慧等［39］在織物傳感智能腿套的研究中發(fā)現(xiàn)，電極尺寸設(shè)置過大或過小都易出現(xiàn)靜態(tài)肌電信號(hào)異變，影響其靜態(tài)肌電信號(hào)采集效果。因此，開發(fā)肌電信號(hào)采集的智能服裝，需要考慮傳感器使用的抗干擾性和耐久性，以及電極尺寸及服裝壓力等設(shè)計(jì)因素，以提高智能服裝的可穿戴性。

把一部小型測(cè)量設(shè)備、導(dǎo)電的紡織品和緊身運(yùn)動(dòng)服結(jié)合到一起，是智能服裝開發(fā)的基本思路。目前市面上已有產(chǎn)品化的肌電信號(hào)采集智能服裝，例如美國ATHOS 公司開發(fā)的可穿戴系統(tǒng)以及芬蘭MYONTEC 公司開發(fā)的Mbody 運(yùn)動(dòng)短褲，均可以為用戶提供運(yùn)動(dòng)前后肌肉的實(shí)時(shí)信息，用來改進(jìn)技術(shù)、成績(jī)和訓(xùn)練質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)問題并預(yù)防應(yīng)力性損傷。但具有肌電采集功能的智能服裝大量推廣仍存在一定障礙，如價(jià)格高、美觀性不理想、舒適性和易用性不夠等。

3 表面肌電技術(shù)應(yīng)用的難點(diǎn)和局限

表面肌電技術(shù)雖然在服裝科技研究領(lǐng)域得到了一定的應(yīng)用，但其技術(shù)本身目前依然存在一些應(yīng)用難點(diǎn)和局限。

從試驗(yàn)操作來看，電極大小和位置、受試者個(gè)體差異、皮膚表面相對(duì)濕度及油脂厚度、肌肉運(yùn)動(dòng)方式等客觀因素都有可能干擾肌電信號(hào)的振幅和頻率，造成試驗(yàn)偏差，影響試驗(yàn)結(jié)果。近年來出現(xiàn)的陣列式表面肌電能避免電極數(shù)目、電極位置、電極排列方向等對(duì)獲取sEMG 的影響，很大程度上提高了表面肌電的準(zhǔn)確率，但目前該類表面肌電測(cè)試儀在服裝科技研究領(lǐng)域還未得到應(yīng)用。

在肌電信號(hào)分析上，sEMG 屬于微弱的電信號(hào)，易受到噪聲影響，目前廣泛應(yīng)用的線性分析方法在全面反映肌肉活動(dòng)信息上存在不足，而非線性分析方法還不成熟。除此，在肌肉疲勞評(píng)價(jià)方面，實(shí)驗(yàn)室研究所確立的指標(biāo)應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)研究還存在一定的問題。例如：在動(dòng)態(tài)工作中，肌電信號(hào)的振幅及功率譜變化不僅與疲勞程度有關(guān)，還和肌力大小有關(guān)，根據(jù)sEMG 振幅的增加和頻譜左移來判定肌肉疲勞并不完全可靠；并且，實(shí)驗(yàn)室研究的結(jié)論都是在固定姿勢(shì)和恒定靜態(tài)負(fù)荷條件下得出的，而實(shí)際工作中人體動(dòng)作姿勢(shì)及用力大小通常都是變化的，因而不能將實(shí)驗(yàn)室研究的結(jié)論直接用于現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)。未來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和生物電信號(hào)分析理論的不斷進(jìn)步，sEMG 的分析將向著更加快速與準(zhǔn)確的方向發(fā)展。

表面肌電測(cè)試常常與動(dòng)作捕捉系統(tǒng)、三維測(cè)力臺(tái)、足底壓力及步態(tài)分析設(shè)備等其他生物力學(xué)設(shè)備聯(lián)用。為了保證數(shù)據(jù)分析的可靠性，多臺(tái)設(shè)備最好能夠進(jìn)行同步測(cè)試，但設(shè)備開發(fā)企業(yè)并不一定留有同步接口，因而會(huì)造成不同品牌設(shè)備之間無法兼容的情況。這需要用戶在搭建測(cè)試平臺(tái)時(shí)從整體上考慮，尋求一套系統(tǒng)的解決方案。此外，sEMG 只是生物電信號(hào)的一種，將肌電與腦電、心電、皮電信號(hào)采集整合，實(shí)現(xiàn)多導(dǎo)生理數(shù)據(jù)同步采集，可以為服裝生理學(xué)和心理學(xué)評(píng)價(jià)提供更為先進(jìn)的技術(shù)。目前已有產(chǎn)品化的多導(dǎo)生理信號(hào)采集儀器，但在服裝科技研究領(lǐng)域的應(yīng)用還不多。

4 結(jié)束語

sEMG 蘊(yùn)含豐富的肌肉運(yùn)動(dòng)信息，在服裝科技研究領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。運(yùn)動(dòng)防護(hù)服與鞋靴背包設(shè)計(jì)可依據(jù)參與運(yùn)動(dòng)肌肉群的激活時(shí)間和狀態(tài)、以及主要肌肉的參與度和貢獻(xiàn)度明確設(shè)計(jì)要點(diǎn)與需要解決的問題。通過肌電信號(hào)反映的信息判定肌肉疲勞程度，有助于研究者進(jìn)行服裝及其裝備的功能設(shè)計(jì)和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)更好的肌肉支撐，減少肌肉過度疲勞引起的損傷風(fēng)險(xiǎn)。在智能服裝中利用表面肌電技術(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)肌肉狀態(tài)，可以給出合理的運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)。

未來隨著技術(shù)的進(jìn)步，表面肌電技術(shù)將會(huì)更好地輔助科技服裝的研發(fā)和性能測(cè)評(píng)，其在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用還可以從以下方面進(jìn)行擴(kuò)展。首先，結(jié)合步態(tài)分析和行走模式等生物力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)理論，聯(lián)合使用表面肌電、足底壓力測(cè)試、三維測(cè)力臺(tái)、三維動(dòng)作捕捉等設(shè)備，通過解決設(shè)備間的兼容性和同步問題，構(gòu)建系統(tǒng)完整的測(cè)試平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)服裝及裝備工效性能的綜合評(píng)價(jià)。其次，將肌電與腦電、心電、皮電信號(hào)采集整合，實(shí)現(xiàn)多導(dǎo)生理數(shù)據(jù)同步采集，擴(kuò)大生物信號(hào)采集分析方法在服裝生理學(xué)和心理學(xué)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。再次，發(fā)展表面肌電現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)技術(shù)，完善肌肉活動(dòng)水平評(píng)價(jià)指標(biāo)，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室研究在實(shí)際應(yīng)用中的局限，提高研究成果的普適性，更好地指導(dǎo)功能服裝設(shè)計(jì)研發(fā)。最后，優(yōu)化用于智能服裝的表面肌電傳感器性能，保證安全舒適的使用環(huán)境并確保信號(hào)采集的精度，基于sEMG 技術(shù)的提升與材料科學(xué)的發(fā)展來進(jìn)一步推進(jìn)肌電傳感智能服裝的研發(fā)。