表面肌电图简介及应用（北中医版）课件

表面肌电图简介及 在康复中的应用 中日友好医院康复医学科 郭京伟 1 什么是肌电图 Electromyography “is the study of muscle function through the inquiry of the electrical signal the muscles emanate.” 肌电图(Electromygraphy or EMG)是用来记录和分析肌肉 收缩时发出的肌电信号的工具，其目的是对肌肉功能和 神经运动控制进行分析和研究。康复和运动医学领域利 用其对残疾人和受伤运动员的功能进行评估，并修改治 疗方案。 2 对肌电图进行研究的两种途经 临床神经学的肌电图，针性电极接收单一 运动单位的电位。 运动机能学（Kinesiology）的EMG，常用 表面和线性电极接收肌电图。 前者研究自主运动单位的电位（幅度、时限和形态）、静息 状态时的自主电位（纤维颤动、自发性收缩，等等），诊断 运动和感觉神经的传导速度。 后者研究骨骼肌的功能和其之间的协同活动。其目的是为 了分析不同运动和姿势的骨骼肌功能及它们的协同活动。 3 肌电信号是什么？ 4 运动单位(Motor Unit) 什么是运动单位？ 完成神经控制下肌肉收缩 的最小的功能单位。 一个运动单位包括胞体、 树突、轴突及其分支以及 其控制下的肌纤维。 5 肌膜动作电位的产生 6 肌膜动作电位与肌肉收缩 从alpha 运动神经元发出的冲动沿着神经轴索扩佈到神 经肌接头处的触突扣（神经终板膨大），加速该处的乙 酰胆碱（Acetylcholine , Ach）释放入神经肌连接处的 裂隙内。 Ach激发神经肌接头处肌肉侧的触发电位，即终板电位 。这个终板电位可以触发了肌膜的动作电位。这个动作 电位进一步刺激肌质网内的Ca释放，引起肌肉收缩 ，称之为兴奋收缩偶合（Excitation-Contraction Coupling）。 7 n肌电图就是被记录的肌膜动作电位。肌 膜动作电位的必然结果是骨骼肌的兴奋 收缩耦合，所以肌电图代表着肌肉的 收缩。EMG提供了一个可观察神经系统 的窗口。 动作电位和肌电图 8 在靠近兴奋性细胞膜处放置电极，既肌腹处， 可记录到以电压/时间的形式表达的EMG。 9 肌电信号的组成 n肌电图所记录的肌电信号是众多运动单 位的肌电信号的重合。 10 运动机能学所记录的肌电图是众多运动单位的 动作电位的重合。因为，电位源是一个容积导体，在皮肤表面形成肌 电场，成为容积上的边界。而且，肌电电极也不可能只记录到肌电活动的一个点。 肌电电极所记录的是电极周围一个区域的肌电 活动。二个表面电极所能记录的肌纤维电位只 有12cm范围。因此，仅凭借两个电极是不可能记录到整个肌肉的肌 电图。要记录整个肌肉的肌电图需要多个排列的和多组的、或者大面积的电极。 表面肌电信号的实质 11 影响肌电信号的因素 n1、测试局部的组织特性 包括皮肤及皮下脂肪的厚薄、温度、 生理变化等都会影响肌电信号。 12 皮下脂肪厚度对肌电信号的影响 13 影响肌电信号的因素 n2、串扰（cross talk） 既有相邻肌肉组织 对测试部位肌电信 号的串扰，也有可 能来自其它设备的 干扰，如：ECG， 尤其在测试上肢肩 部肌肉时，ECG的 波峰信号常可以干 扰EMG的记录。 14 影响肌电信号的因素 n3、测试电极位置放置的不同 每次测试电极位置在肌腹上的位置都不 可能完全一致，或者电极在不同测试对 象同一肌肉肌腹表面的放置位置也不可 能完全一样，因此得到的肌电信号结果 也不可能具有绝对可比性。 15 影响肌电信号的因素 n4、外部杂音（External noise） 来自外界的电磁环境中的杂音，一种无变 化的电信号，它常使肌电图基线增宽或 干扰肌电信号的记录。 16 影响肌电信号的因素 n5、电极和内部的放大器 电极的质量和内部放大器的杂音干扰也会 对肌电信号产生影响，也会使基线增宽 。内部放大器的杂音干扰对基线的影响 通常被要求小于5Vm 。 17 表面肌电设备 18 19 表面肌电设备的组成 这个组合包含神经肌系统、记录系统、资料处理系统、信息分析和总结。 20 表面肌电图的操作程序 v为了满足临床研究的需要，表面肌电图 一般操作程序如下： n肌电采集 n信号处理 n比较分析 n数据报告 21 肌电信号的采集 n表面电极 n阴道或肛门电极 n线性电极(采集深部肌肉的信号) 22 n表面肌电电极放置在所要测量骨骼肌的皮肤表面 ，主要适用于浅表骨骼肌。 n肌内肌电电极是一种双极线性电极（7小根为一 根、涂有特氟隆绝缘层的编织银电极），主要用 于深部骨骼肌。这种电极需要B型超声波引导定位， 然后用消毒注射针头经皮肤植入到所要记录的肌肉内。 注意：此针电极和神经科使用的针电图机的针电极不同 ，本仪器不能用来测量神经传导速度。 23 标准测试电极 注意：电极的 质量直接影响 测试的结果。 24 双电极，专用于小肌群测试。 25 参考电极的摆放 什么是参考电极？ 为什么要摆放参考电极 ？ 如何摆放参考电极？ 26 什么是参考电极 提供参考电位的电极称 为参考电极，右图中黑 色的电极为参考电极。 27 为什么要摆放参考电极？ 我们处在一个无处不在 的大电场（50Hz共模干 扰）之中，人体变成一 个大的电容，体表本身 就有一定的电势。为了 排除非人体自主产生的 电压，这需要有一个基 准电压，这个电压就是 参考电压，必须由参考 电极提供。这就是为什 么要摆放参考电极。 28 如何摆放参考电极？ 参考电极可以摆放在体 表的骨性标志上或不参 加测试运动的肌肉的肌 腱处。关键是在测试中 参考电极不能采集到自 主运动的电信号。 29 实时同步采集 由于采集的是 运动中或不同 姿势下的肌电 信号。我们必 须保证肌电信 号能实时同步 的在电脑屏幕 上反映出来， 然后由操作者 自行选择记录 与否。 30 信号处理：整流Rectification 31 信号处理：平滑Smothing Noraxon肌电图软件有3种平滑方式：Mean平均值、 Mean Absolute绝对平均值、RMS(Root Mean Square)均方根 32 信号处理：滤波Filtering n高通滤波 n低通滤波 n带通滤波 n蝶值滤波 n中值滤波 n截至滤波 33 信号处理： 振幅标准化Amplitude Normalization n由于是采用表面电极，所以影响肌电图的因素有很多。例如电极 的摆放位置、皮肤处理的好坏等。 n所以我们通常要采用某种方法来消除上述的客观因素，来使不同 的两次测试结果之间存在可比性。 n通常我们都采用MVC(Max Voluntary Contraction) Normalization 的方法。 34 测MVC的方法 n1. 肢体或躯干做最大(抗阻)等长收缩 (上下肢做单一关节的静力性运动,往往要固定肢体于ROM 的中间位置) 35 2.做一系列与测试肌肉有关的动作，分别尽全力完成，进行 比较，选肌电振幅最大的动作作为正式测试动作。 36 n3、在经过510min的热身与熟悉后，要 求测试对象开始逐渐加大力量，35s后 达到最大，并保持3s后放松，休息 3060s后，重复一至两次，取最大值作 为MVC的值。 n（现在表面肌电配套软件能自动计算MVC值，并将其 保存备用） 37 38 肌电信号的时域分析 n1、什么是时域分析 时域分析是最直接的肌电信号分析方法 ， 用于刻画时间序列信号的振幅特征， 将肌电信号表达成记录点的电位时间 曲线。 39 时域分析的主要参数 n积分肌电值 （integrated EMG，iEMG） n平均肌电值（average EMG，AEMG） n 均方根值（root-mean-square，RMS） n 峰值（peak value） 在临床和康复医学研究中， 常被应用于实 时、无损伤地反映肌肉活动状态， 其数值 变化通常与肌肉收缩力大小等有关。 40 41 42 肌电信号的频谱分析 n频域分析主要方法是对 信号进行快 速傅立叶转换（fast Fourier transformation， FFT） ， 获得 信号的平均功率频率 （mean power frequency，MPF） 和中位频 率（median frequency，MF） ， 用来定量描 述 信号功率谱曲线的转移或者各种 频率分量的相对变化， 通常与肌肉功能状态 即疲劳程度有关。 43 44 肌电图的应用 范围 45 肌电图的主要作用 n它能帮助我们“看”到肌肉。 n它可以测试肌肉的功能。 n建立治疗和训练方案。 n帮助受试者“找到”和训练他的肌 肉。 n分析和提高运动能力。 n监测肌肉在人类工程学研究上的反 映。 46 临床应用 47 EMG分析:肌肉是否活动 n实时同步功能可以很直观的 告诉你，肌肉是否活动。 当正常站立时，CH1 多裂肌和CH4腹内斜 肌是活动的。而CH2 臀大肌和CH3腹直肌 是不活动的。当站 立在不平的地面上 或单腿站立时，情 况也一样。这样就 可以明确的表示那 块肌肉是对姿势稳 定真正起作用的。 48 临床实例 如果缓慢地直立位 向前弯腰，背肌（ CH2多裂肌）和伸髋 肌（CH3臀大肌）应 在最大前屈位时“关 闭”，而只靠被动结 构（如韧带）来维 持躯干的位置。当 向后直起腰时，上 述两块肌肉才重新 活动。在此过程中 ，协同肌（如CH4的 腘绳肌）始终处于 活动中。下腰痛的 患者由于功能障碍 或疼痛而无法使这 两块肌肉在该“关闭” 的时候安静。 49 临床意义 n通常情况下，一块健康人的健康肌肉在 不需要它时，它是处于“关闭”状态的。如 果它仍然在活动，那么可能是下列情况 的一种信号：肌肉痉挛、疼痛反应、肌 张力增高、关节不稳、紧张、肌肉协调 性差等。 50 EMG分析：肌肉活动的多与少 n通过肌电 图，找到 一种锻炼 腹肌的最 佳方法。 51 52 步态分析中肌肉的活动 53 肌肉活动的量 n要回答这一问题，必须对EMG的振幅 进行计算并给出具体的数值。由于检 测时受各种因素的干扰，原始的肌电 数值会存在较大的变化，因此，要对 原始的肌电数值进行处理，使之标准 化，以MVC%的形式表达。 54 肌肉活动的量 55 肌肉是否疲劳？ n一个经典的疲劳实验的设计具备以下条 件：1、持续的长时间的静力性收缩 2、处于合适的关节角度或肌肉收缩长度下 3、并且由于运动单位的募集，EMG的振幅 应呈现上升的态势，同时与频域相关的 指标，如平均频率，中位频率在频谱上 应向左侧漂移（降低）。 56 频谱的漂移 n频谱的漂移是和 动作电位在肌膜 上传导的速度下 降直接相关，因 此反映了肌肉的 疲劳 57 MPF和MF的斜率 nMPF和MF的斜率代表频率衰减的速度， 也是反映肌肉疲劳的一项重要指标。 58 肌肉是否疲劳？ Typi