第4课 肌电测量及仪器.doc

第4课 肌电测量及仪器.txt不怕偷儿带工具，就怕偷儿懂科技！ 1品味生活，完善人性。存在就是机会，思考才能提高。人需要不断打碎自己，更应该重新组装自己。生物电测量与仪器 肌电测量及仪器刘谦Q华中科技大学 生命科学与技术学院BIoMedical Measurements and Instrumentation（BMI）内容肌细胞中的生物电位肌电的引导与记录典型肌电图仪的结构与指标肌电图检查肌肉系统肌肉是由肌细胞通过结缔组织连接在一起，两端和肌腱连接每块肌肉附在骨骼及其它结缔组织上，在神经系统的管理下，组成能够执行一定运动机能的机械效应系统。骨骼肌结构模式图0.010.1cm肌细胞中的生物电位兴奋和收缩是骨骼肌的基本机能，是产生肌电图的基础。肌电图是不同机能状态下骨骼肌电位变化的记录。骨骼肌记录电位的变化与肌肉的结构、收缩力学、收缩时的化学变化有关。肌电图是记录肌肉安静和随意收缩状态下及周围神经受刺激时的各种电生理特性的技术肌细胞中的生物电位肌细胞重的4种生物电位：静息电位（Resting Potential, RP）：跨膜电位，蛙骨骼肌细胞的静息电位为-50-70mV,哺乳动物的肌肉和神经细胞为-70-90mV 动作电位：膜电位发生去极化和复极化，并向四周传播而引起的电位。持续时间为0.51ms。-90mV0mV+40mV+30mV0.51ms肌细胞中的生物电位肌细胞重的4种生物电位：终板电位：哺乳动物神经肌肉接头为板状接头（运动终板），运动终板存在自发电位，为终板电位（End Plate Potential，EPP）。EPP是通过乙酰胆碱使运动终板去极化所致，接近同步化的多个EPP总和起来，超过临界电位，就会引起动作电位（局部，不能传播）损伤电位(Injury potential,IP)：如肌肉某处收到损伤，将会导致损伤处膜的极化现象减弱或消失，因此在组织损伤处表面（）与完整部表面（+）之间将出现一个电位差，该电位为IP。肌电形成原理肌电信号发源于中枢神经一部分的脊髓中的运动神经元，运动神经元轴突伸展到肌纤维，经终板区与肌纤维耦合。神经元和肌纤维构成运动单元。大脑发出兴奋向下传导后，运动神经元产生动作电位，沿轴突到末梢与肌肉的运动终板，该动作电位促使释放乙酰胆碱，乙酰胆碱使终板离子通透性变化，产生终板电位，该电位使肌细胞去极化，产生肌纤维的动作电位，并沿肌纤维向两边传播，使肌纤维内发生变化，产生收缩，大量肌纤维收缩产生肌肉力肌电形成原理肌电测量历史1791年Galvani通过蛙类肌肉收缩研究，证明肌肉收缩与电有密切关系，是对肌电的最早认识1851年，法国的Dubois-Reymond最先检测到人体肌肉收缩时能产生电信号1907年，Piper利用弦线检流计记录到人臂肌肉的电势差肌电测量历史1922年Gasser和Erlangre用阴极射线示波器观察到了肌电图，获1944年诺贝尔奖Sciatic Nerve Action Potential from Gasser & Erlanger , Am J Physiol 62: 496-524, 1922Herbert Gasser1874-1965Joseph Erlanger1888-1963肌电的引导与记录肌电电极针状电极单极同心针电极、双极同心针电极、多导同心针电极铂金丝材料，消毒后插入肌肉内引导肌电信号分析运动单元电位表面电极银和不锈钢等作为材料，放在皮肤表面，测量电极下方局部肌肉的电活动，无损检测适用于诱发电位或运动时肌肉的变化，引导出的为多条肌纤维的综合电位，不能作为运动单元电位分析Monopolar NeedlesModern Concentric Needle Recording Intramuscular EMG Signals Using Surface ElectrodesRehabilitation Institute of Chicago, ChicagoNikolay S. Stoykov, Madeleine M. Lowery, et al肌电图仪肌电图EMG（Electromyography）是肌肉产生的 生理电信号的记录。它可以通过放置在皮肤上的表面 电极来测量，也可以用针电极经皮肤插入肌肉来测量 。肌电图的幅度与电极放置部位有关，范围大约为 20V50mV，带宽为205000Hz。肌电图仪由电极、前置放大器和主放大器、示波 器波形显示及描记器组成。现代肌电图仪常与诱发电 位仪合为一体，由微机控制，为“无笔描记型”，用 电视监视器显示波形，由热阵打印机或激光打印机打 印波形。Electro = electricityMyo= muscleGraphy= drawing or recording肌电图测量系统框图典型的EMG放大滤波电路肌电特征：20V50mV，带宽为205000Hz （随肌肉 的解剖部位，电极种类、大小及位置有关）Electromyograph circa 1946 with 35 mm recordingcamera and loudspeaker from Huddleston & GolsethArch Phys Med 29:92-98, 1948典型肌电图仪的结构肌电图仪上图的肌电图仪可在实时情况和在刺激诱发情况下获取和测量自发肌电及诱发肌电信号。图中的电极可采用两种类型的电极：针状电极和表面电极。针状电极用于记录各运动单元的动作电位，以进行神经肌肉系统疾病的临床诊断；表面电极用于了解整个肌肉活动的运动学研究。典型肌电图仪的指标（一）前置放大器噪声：应小于5uV。灵敏度：5、10、20、50、100、200、500、1000、2000、5000、10000uVcm扫描速度：1、2、5、10、20、50、100、200mscm刺激频率：0.2、0.5、1、2、5、10、20、50Hz刺激脉宽(持续时间)：0.1、0.2、0.5、1ms刺激幅度：1时，050V；10时，0500计算机功能：记亿、叠加、信号延迟、传导速度计算典型肌电图仪的指标（二）叠加次数：1、2、4、8、16、32、64、128、256、512、1024。记录速度：实时记录时：25、50、100、250、500 mm/s，记忆记录：20 m/s单幅。记录内容：实的记录时：记出两线信号、时标、灵敏度、走速、病号；单幅记录时：记出两线信号、时标、病号、灵敏度、扫描速度、刺激点距离、潜伏期、传导速度等。符合国家医用通用电气安全标准GB9706.1符合国际肌电图诱发电位仪专用安全标准IEC60601-2-40异常肌电图束颤电位，包括单纯束额电位和复合束额电位两类单纯束颤电位为一种单个运动电位的前角细胞或外用神经自病变时肌纤维的动作电位复合束颤电位为单个运动单元所属肌纤维群的同步兴奋发生破坏时，呈现多相性特征的动作电位。单个运动单元电位单纯束颤电位复合束颤电位异常肌电图纤颤电位，包括诱发和自发纤颤电位两类，凡下运动神经元变性或损伤，因肌纤维失神经支配均易产生纤颤电位。正锐波，失神经肌纤维在骨路肌放松时，常与纤维电位伴发自发出现的正相波称正锐波纤颤电位正锐波诱发肌电图反射性肌电图在不同频率和强度刺激下，观察该神经所支配肌肉诱发电位的波形、刺激阈值及潜伏期（M波）电刺激外围神经后，肌电诱发M波后会出现反射波(H波)H波为检测脊髓前角细胞兴风的重要指标，H/M比值是上运动神经元病变诊断的重要肌电指标之一，正常值为0.650.75诱发肌电图神经传导速度的测定用脉宽为0.20.5ms的短脉冲通过放在覆盖于神经上面的皮肤上面的皮肤上电极来刺激神经，使在神经纤维中引起冲动，当兴奋传到肌肉时，肌肉便进行一次短促的挛缩，便产生肌电信号。神经受伤害，传导速度减慢甚至完全丧失传导性。正常速度为50m/s，若低于40m/s，则呈病理性。比如挠神经完全性麻痹，速度为0m/s，神经冲动不能传导神经再生后，才能恢复传导Surface EMG 参数Differential Electrode Configuration:Detection surfaces two parallel bars 1 cm apartBandwidth of 20-500Hz Common Mode Rejection Ratio 80 dBNoise 100 MegaOhmsA Classification Method of Hand Movements Using Multi Channel ElectrodeKentaro NAGATA, 900. JapanMulti-channel signal analysis肌电图的应用肌电图检测在神经源性和肌源性疾病的鉴别诊断方面，以及对神经病变的定位，损害程度和预后判断方面有重要价值：神经源性疾病：周围神经病损（包括糖尿病、酒精中毒、尿毒症等）颈椎病、单瘫运动元性病、面神经麻痹、多发性神经炎、脊髓前角病损、脱髓鞘病、交叉瘫以及神经源性性功能障碍的诊断等。肌源性疾病：肌营养不良症、肌萎缩、周期性麻痹、重症肌无力、肌强直综合征、神经与肌肉接头病等。结缔组织病：多发性肌炎、皮肌炎、多发性硬化病、红斑狼疮病、废用性肌萎缩、风湿性关节炎等病。肌电图的应用体育研究肌力和肌电的定量关系确定在完成相同负荷时的工作状态下，肌肉疲劳时肌电振幅和频率变化研究肌肉活动的协调能力：训练程度搞的运动员在完成相同动作时