肌疲劳(muscle fatigue)是指肌肉在持续的收缩后输出的肌力下降,从而无法维持原先的实验动作的生理现象。肌疲劳在某种程度上限制了脑瘫患儿的日常康复训练和功能性活动,研究脑瘫患儿的肌疲劳特性对于脑瘫患儿的临床诊断和运动功能评估具有重要意义。表面肌电(surface electromyography, sEMG)是一种常用的肌疲劳评估手段,可以反映肌疲劳过程中的各种中枢性和外周性因素变化。表面肌电多尺度分析可以反映神经肌肉系统的多个不同尺度的活动状态。论文采用多尺度分析方法研究脑瘫患儿肌疲劳过程中的表面肌电信号,并通过揭示脑瘫患儿和健康受试者实验结果的差异性,对脑瘫患儿的中枢神经控制机制的改变进行初步的探索。论文提出了一种适合于脑瘫患儿家庭康复和肌疲劳评估的上肢动态任务肌疲劳实验方案。共有34名受试者参与实验,其中包括18名健康儿童和16名脑瘫患儿。实验前通过测量最大平举力(maximum lifting force，MLF)求得每个受试者在实验过程中需要分别完成的三组负载的水平(0%、30%和60%MLF)。实验过程中要求每个受试者执行手臂前平举抬升下降往复运动,同步测量上斜方肌(upper trapezius)的表面肌电信号用于分析。在对表面肌电信号经过经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)得到的7个本征模函数(intrinsic mode function, IMF)分量,分别进行活动分段提取出对应手臂上抬过程中肌肉收缩的信号段。在此基础上,考察了三组不同负载(0%、30%、60%MLF)下的7个IMF分量的平均功率频率(mean power frequency, MPF)、均方根(root mean square, RMS)和样本熵(sample entropy, SampEn)三个参数在肌疲劳过程中的变化趋势,并对健康受试者和脑瘫患儿的实验结果的差异性进行比较,发现如下结论：(1)随着实验进程,健康受试者的原始表面肌电信号的MPF呈现下降趋势,RMS呈现上升趋势,SampEn呈现下降趋势,且这些趋势随着负载的增加变得更加显著；而脑瘫患儿的原始表面肌电信号仅SampEn下降趋势随着负载增加变得更加显著,其余参数变化趋势不明显且也不随着负载增加而改变。(2)经EMD分解之后,健康受试者数据的三个参数在低阶IMF具有与原信号相应的变化趋势；脑瘫患儿的IMFI相比原信号呈现出MPF下降趋势并随着负载增加而显著,IMF1对应的SampEn变化趋势与原信号相同。其余IMF分量对应三个参数均无法呈现随疲劳加深的显著变化趋势。在把整个表面肌电信号均匀分成等长的信号窗的基础上,采用两种多尺度熵(multi-scale entropy, MSE)考察每个信号窗的多尺度复杂性,分别是基于粗粒化方法的常规MSE和基于EMD的MSE,求得每个信号窗的MSE曲线。通过比较三组不同负载(0%、30%、60%)下的两两信号窗的MSE曲线的差异性,研究负载和肌疲劳对sEMG多尺度复杂性的影响,并对健康受试者和脑瘫患儿的实验结果的差异性进行比较,发现如下结论：(1)健康受试者的MSE曲线的下降趋势随着肌疲劳程度的加深而显著减缓；脑瘫患儿的MSE曲线的下降趋势在肌疲劳过程中基本上没有变化。(2)随着负载的增加,健康受试者的MSE曲线的下降趋势更加显著：脑瘫患儿的MSE曲线的下降趋势随着负载的增加没有显著变化。论文的实验结果验证了肌疲劳与肌纤维传导速率的下降和运动单位发放同步性的增加有关,基于sEMG多尺度分析提出了一系列在动态收缩任务下表征肌疲劳的新指标。在此基础上揭示的脑瘫患儿与健康受试者实验结果的差异性反映了脑瘫患儿神经肌肉系统中存在的复杂病变,如大型运动单位的减少、较高的运动单位发放同步性等。论文的研究有助于揭示脑瘫患儿的中枢神经控制机制,对于脑瘫患儿的临床诊断和运动功能评估具有指导意义。