骨骼肌肉组织是控制人体姿态保持与运动的重要器官,其病变与运动监控对人体健康和正常生活,特别是专业运动训练,有非常重要的意义。肌肉疲劳如果不及时处理而继续运动的话,有可能发生肌纤维断裂或者应力性骨折等病痛,严重影响人们的日常生活和体育训练效果。目前公认的肌肉疲劳的定义是,在一定强度水平上不能维持原有的生理过程或机体无能力保持所设定的运动强度。肌肉疲劳会导致对外做功下降和收缩力减小等情况,因此监测肌肉疲劳状态,在运动过程中防止延迟性肌肉酸痛产生,对于改善全民健身成效和提高运动员训练水平有重要意义。本文根据B超的成像原理和肌肉组织的超声成像,设计了一套关于小腿腓肠肌做提踵运动时候的疲劳检测与验证系统,实时评估肌肉疲劳状态。具体研究工作包括:(1)研究超声波在生物组织中传播的理论模型,利用高频声波成像估计出骨骼肌组织在运动过程中的超声图像熵值,评估骨骼肌组织的疲劳状态,并与同步采集的表面肌电信号进行对比研究。(2)针对小腿腓肠肌疲劳设计实验,以及针对腓肠肌运动过程的疲劳评估和验证系统,研究腓肠肌疲劳过程与超声图像熵的相关性。(3)实验数据的分析:首先对提踵过程的小腿腓肠肌的超声图像熵用最小二乘法进行拟合,接着进行统计处理分析受试者负重的重量,性别和个体差异对超声图像熵下降斜率的影响。本文的结论包括:(1)理论仿真和实验研究结果表明,肌肉疲劳以后的形态变化会导致图像熵下降,并通过实验说明在腓肠肌提踵过程中,随着疲劳的进行,超声图像熵会下降,并用表面肌电信号的均方根值增大验证肌肉的疲劳状态。(2)疲劳进程中,肌肉超声图像熵下降斜率和最大随意收缩力矩的关系:最大随意收缩力越大,超声图像熵的下降斜率越大。同一受试者的肌肉所储存的能量是一定的,做提踵时会消耗肌肉能量,当肩部负重比较大时,可以加快肌肉的耗能速度,让肌肉更快的达到疲劳。(3)同一受试者,不同负荷与超声图像熵下降斜率的关系:通过单因素方差分析法说明相同的受试者在不同负荷踵过程中,小腿腓肠肌疲劳导致超声图像熵的下降斜率基本相同。(4)同一负荷,个体性差异与超声图像熵下降斜率的关系:通过统计方法分析说明腓肠肌在疲劳的过程中超声图像熵的下降斜率和性别无关并且受个体差异影响较大。(5)疲劳进程中,超声图像熵下降斜率和表面肌电信号的关系:随着负荷的增加,男性受试者负相关程度显著增加,女性受试者正相关程度增加,且变化基本同步,为超声图像熵值的下降斜率代替表面肌电信号的均方根值大小来评估肌肉疲劳提供了可能。本文的结论为无创评估肌肉疲劳提供了基础实验研究方法。