肌电图的测定与分析

运动生理学实验理论

肌电的测定与分析运动生理学教研室周越博士副教授1当前第1页\共有83页\编于星期一\13点第一节肌电图的测试分析原理第二节表面肌电图的应用第三节肌电图分析软件的使用2当前第2页\共有83页\编于星期一\13点骨骼肌在兴奋时，会由于肌纤维动作电位的传导和扩布而发生电位变化，这种电位变化称为肌电。用适当的方法将骨骼肌兴奋时发生的电位变化引导、放大并记录所得到的图形，称为肌电图。一、肌电图定义3当前第3页\共有83页\编于星期一\13点4当前第4页\共有83页\编于星期一\13点5当前第5页\共有83页\编于星期一\13点NoraxonTelemyo2400TG2遥测肌电图仪6当前第6页\共有83页\编于星期一\13点引导肌电信号的电极分类：引导肌电信号的电极可分为两大类，一类是针电极，另一类是表面电极。1.针电极2.表面电极7当前第7页\共有83页\编于星期一\13点轻度用力时用针电极从20个不同部位记录到的正常人肱二头肌的运动单位电位不同程度收缩时骨骼肌肌电图（表面电极引导）8当前第8页\共有83页\编于星期一\13点二、EMG信号的特征与处理幅度范围：放大前0–10mV(+5to-5)有效频率范围：0-500Hz主要频率范围：50–150Hz9当前第9页\共有83页\编于星期一\13点信号处理的一般概念采集频率信噪比（Signal-to-noiseratio）EMG信号的能量与噪音信号的比例。信号失真（Distortionofthesignal）EMGsignalshouldbealteredasminimallyaspossibleforaccuraterepresentation10当前第10页\共有83页\编于星期一\13点电信号噪音特征电子设备固有噪音所有电器均有，使用高质量设备可减少。频率范围：0–几千Hz。环境噪音电磁幅射源（无线电广播、电线、荧光灯）主要频率：50Hz幅度：1–3倍EMGsignal运动伪迹电极与皮肤、电极线缆可以合适的线路减少频率范围：0–20Hz11当前第11页\共有83页\编于星期一\13点通过电极和放大器减少信号干扰差动（微分）放大减少电磁辐射噪音双电极输入电极的稳定性电极的化学稳定性电极的移动、排汗、湿度变化等随着电极品质的提高，对皮肤处理、剃除毛发的要求在下降。12当前第12页\共有83页\编于星期一\13点差动（微分）放大

DifferentialAmplification13当前第13页\共有83页\编于星期一\13点EMG电极的放置

一般在肌腹中间。不要靠近肌腱、不要在肌肉边缘、要与肌肉平行。14当前第14页\共有83页\编于星期一\13点不同放置部位的EMG结果15当前第15页\共有83页\编于星期一\13点参考电极的放置（接地）尽可能远离记录电极电中性组织（多骨组织）良好的电极接触（大尺寸、良好的粘合接触）16当前第16页\共有83页\编于星期一\13点滤波器类型便件滤波器模拟电路：放大器、电阻、电容软件滤波器数字滤波器（数学运算）17当前第17页\共有83页\编于星期一\13点滤波器的种类LPFilter20Hz250Hz低通过滤波Lowpassfilter(LP)18当前第18页\共有83页\编于星期一\13点BPFilter20Hz250Hz带通滤波Bandpassfilter(BP)Filter19当前第19页\共有83页\编于星期一\13点BS20Hz250Hz带阻滤波器Bandstopfilter(BS)Example:50Hzfilter50Hz20当前第20页\共有83页\编于星期一\13点相位移动PhaseShift过滤器引起相位改变通过过滤器时，频率成份的时间延迟也可能会产生波形扭曲通过电路的改进、过滤窗口的选择去除Shift21当前第21页\共有83页\编于星期一\13点肌电整流类型RectificationRawEMGFull-waveRectifiedEMGHalf-waveRectifiedEMGDelete22当前第22页\共有83页\编于星期一\13点积分IntegrationAreaUnderaCurveUnits=mV-msec23当前第23页\共有83页\编于星期一\13点EMG幅度分析均方根振幅RootMeanSquare24当前第24页\共有83页\编于星期一\13点过零率NumberofZeroCrossings信号通过零值基线的次数。在进行FFT运算前曾广泛应用。25当前第25页\共有83页\编于星期一\13点EMG频谱分析FrequencySpectrum快速傅利叶转换FastFourierTransform(FFT)平均功率频率MPF是所有频率成份功率的平均值对应的频率。中位频率（MedianFrequency）是把功率谱曲线分成功率或面积相同的两部分的频率26当前第26页\共有83页\编于星期一\13点运动单位的同步化MotorUnitSynchronization非同步化活动减少EMG幅度。运动单位的同步化增加了EMG幅度27当前第27页\共有83页\编于星期一\13点运动单位同步化时EMG幅度与力28当前第28页\共有83页\编于星期一\13点标准化Normalization是否可以直接比较不同受试者的EMG呢？影响因素不同的肌肉横断面不同的肌肉长度不同的快慢肌纤维比例不同的肌纤维募集方式不同的肌纤维激动频率29当前第29页\共有83页\编于星期一\13点标准化方法用最大用力值来标准化用最大用力值的百分比表示亚极量用力，如50%、75%等。一般用最大随意收缩（isometricMVC）。30当前第30页\共有83页\编于星期一\13点MVC时的股四头肌积分肌电值=5.76mV-msec50%亚极量收缩时积分肌电值=2.13mV-msec2.13mV-msec5.76mV-msec=比例:.3731当前第31页\共有83页\编于星期一\13点电机械延迟ElectromechanicalDelay(EMD)EMD是指EMG开始到产生力量之间的延迟。延迟的生产与电活动要沿T横管系统传入、肌浆网释放钙离子、Actin-Myosincrossbridges的形成、一系列弹性成份的牵拉有关。32当前第32页\共有83页\编于星期一\13点猫行走时比目鱼肌的EMG信号。Force直接从跟腱(achillestendon)测得。在EMG开始约70ms后产生力，EMG结束后约70时力终止。33当前第33页\共有83页\编于星期一\13点第一节肌电图的测试分析原理第二节表面肌电图的应用第三节肌电图分析软件的使用34当前第34页\共有83页\编于星期一\13点一、利用肌电测定神经的传导速度

如果在神经通路的两个或两个以上的点上给予电流刺激，从该神经所支配的肌肉上记录诱发电位，然后根据下列公式可计算出神经的传导速度。

V=S/t式中:V为神经传导速度，单位为米/秒；t为两刺激点从刺激开始到肌肉开始收缩的时间差，单位为秒；S为两刺激点之间的距离，单位为米。35当前第35页\共有83页\编于星期一\13点尺神经运动神经传导速度的测定S1：肘部的刺激电极S2：腕部的刺激电极R：记录电极36当前第36页\共有83页\编于星期一\13点二、利用肌电图研究肌肉疲劳肌肉疲劳时其肌电活动也会发生变化，因此可以用肌电来研究肌肉疲劳的发生及机制。(1)肌肉工作过程中肌电幅值的变化肌电幅值是指肌电信号的振幅大小。在肌电研究过程中，反应肌电幅值的指标有积分肌电(EMG)和均方根振幅(RMS)。37当前第37页\共有83页\编于星期一\13点38当前第38页\共有83页\编于星期一\13点在肌肉等长收缩至疲劳的研究过程中发现，在一定的范围内，肌电幅值随着肌肉疲劳程度的加深而增加。

不同持续时间股直肌、股外肌IEMG的增长情况39当前第39页\共有83页\编于星期一\13点(2)肌肉工作过程中肌电信号的频谱变化在肌肉工作过程中，肌电信号的频率特性可随着肌肉的机能状态的改变而发生变化。反应肌电信号的频率特性的指标有平均功率频率(MPF)和中心频率(FC)。肌肉疲劳前后肌电频率谱变化40当前第40页\共有83页\编于星期一\13点随着疲劳程度的加深，肌电信号的频谱左移，即平均功率频率降低。

不同持续时间股直肌、股外肌肌电图MPF的下降情况

41当前第41页\共有83页\编于星期一\13点三、利用肌电图评价肌力一般情况下，当肌肉以不同的负荷进行收缩时，其肌电信号IEMG同肌力成正比关系，即肌肉产生的张力越大IEMG越大。42当前第42页\共有83页\编于星期一\13点Lippold(1952),Close(1972)&Bigland-Ritchie(1981)认为IEMG与张力是线性关系。ZunigaandSimmon(1969)&VrendenbregtandRau(1973)认为IEMG与张力是非线性关系。等长收缩isometric时EMG与力量是线性的，在等张收缩isotonic时是非线性的(Weiretal.,1992)。43当前第43页\共有83页\编于星期一\13点Isometric与IsotonicContractions44当前第44页\共有83页\编于星期一\13点肌肉力量与肌电的线性关系柯菲因(Chaffin)等人发现当肌肉用40%MVC以下强度收缩时，肌力与肌电呈线性关系。60%MVC以上强度时，肌力与肌电也呈线性关系，但此时的直线斜率较大。而肌力在40%-60%MVC时，肌力与肌电之间的线性关系往往就不存在了。45当前第45页\共有83页\编于星期一\13点离心(eccentric)收缩时EMG幅度小于向心(concentric)收缩(Komi,1973;Komietal.,1987)46当前第46页\共有83页\编于星期一\13点在匀速屈肘运动中肌张力与IEMG的关系A的心收缩B离心收缩47当前第47页\共有83页\编于星期一\13点四、利用肌电图分析肌纤维类型不同类型的肌纤维在疲劳时的肌电图特征也不同。慢肌纤维百分数较高的受试者（ST%>59）,在各种负荷(30%MVC、50%MVC及79%MVC)至疲劳的工作中,MPF下降斜率比慢肌纤百分数较低的受试者(ST<49)要低，当负荷增加时更明显。48当前第48页\共有83页\编于星期一\13点ST运动单位产生的EMG信号幅度低、持续时间长。FT运动单位产生的EMG信号幅度高、持续时间短。49当前第49页\共有83页\编于星期一\13点50当前第50页\共有83页\编于星期一\13点

《体育科学》1990年02期

肌纤维组成的无损测定法和仪器

高强;尹吟青;王楠;秦光侠;马磐研究的目的是探索一种无损测定男青年股外肌肌纤维组成的方法及研制肌纤维组成无损测定仪。由43名受试者取得等长肌力及肌电图等12项指标,用逐步回归的方法从上述指标中筛选出与股外肌快肌纤维％(FT％)密切相关的3项指标,从而建立推测肌纤维组成的三元回归方程。以该方程为模型,开发了肌纤维组成测定仪。该仪器所得测试结果与活检结果对比,平均误差为2.84％(SD=2.48％),有较高的精确性。本研究可取代活检方法,用于运动选才。

【作者单位】：北京体育学院;北京体育学院;北京体育学院;天津大学;天津大学51当前第51页\共有83页\编于星期一\13点52当前第52页\共有83页\编于星期一\13点《中国运动医学杂志》1990年03期8—17岁儿童少年股外肌肌纤维组成最大等长伸膝力量、相对肌力及肌围的研究

尹吟青,王立山,王玮,田野,刘沙,高强本文用活检--组化方法对153名8～17岁儿童少年(男80人,女73人)做了股外肌快肌纤维%(FT%)的研究,并同时测定了最大等长伸膝力量(MVC)、相对肌力(RMVC)及肌围(活检处腿围,C)。实验发现男、女儿童及全体FT%均呈近似常态分布。且性别间也无显著差异(P>0.05)。还发现8～17岁儿童少年的MVC、RMVC及C均随年龄增长而增大。肌力(MVC及RMVC)与股外肌FT%间只有低度相关(r=0.23,r=0.30;P<0.05),而肌力(MVC)与肌围间却有密切相关(r=0.69,P<0.01)。53当前第53页\共有83页\编于星期一\13点五、利用肌电进行动作分析

在运动过程中可用多导肌电记录仪将肌电记录下来。然后，根据运动中每块肌肉的放电顺序和肌电幅度，结合高速摄像等技术，对运动员的动作进行分析诊断。分析某项运动技术，找出在完成该项动作时有哪些肌肉参加；各个肌肉用力程度怎样；顺序如何；直接为科学地安排教学与训练提供依据。54当前第54页\共有83页\编于星期一\13点绕螺时的肌电变化55当前第55页\共有83页\编于星期一\13点56当前第56页\共有83页\编于星期一\13点57当前第57页\共有83页\编于星期一\13点某受试者40cm下落跳时股外肌(EMG1)、股二头肌(EMG2)肌电图和测力台同步记录到的对地面垂直作用力(Fz)示意图58当前第58页\共有83页\编于星期一\13点上体竖直作主动起蹲时股四头肌的肌电图（2毫伏、400毫秒）1.股外肌；2.股直肌；3.股内肌59当前第59页\共有83页\编于星期一\13点国家队射箭运动员动作技术的肌电特性

中国体育科技2007年6期张秀丽刘卉刘学贞运用美国产Noraxon表面肌电遥测系统对国家射箭队男、女各12名运动员进行测试。国家射箭队运动员在射箭动作的不同阶段尚存在部分不合理的肌肉用力特点。相对来说,无论是举弓时的肌肉激活顺序、主要肌肉用力特点,还是动作的一致性,均是女子运动员较男子运动员合理。以肌电RMS幅值的“标准差与平均数的比值”这个派生指标对运动员进行多支箭肌肉用力的一致性评价较合理。60当前第60页\共有83页\编于星期一\13点振动与非振动力量练习时肌电图变化的比较研究西安体育学院学报

2004

21(4)许以诚高炳宏刘文海米卫国（上海体育科学研究所）受试者在振动和非振动条件下,分别以动力性和静力性两种不同方式的进行屈肘练习,练习时施加不同的负荷,测试肱二头肌、屈腕肌和肱三头肌、伸腕肌的肌电图.负荷与肌肉收缩的方式相同时,振动条件下主动肌的肌电IEMG/s值都比非振动时大；动力性收缩时,振动轻负荷与非振动重负荷时IEMG/s值相差不大。这说明,在振动条件下进行力量训练,能够募集更多的运动单位参与收缩,提高肌肉的兴奋水平。61当前第61页\共有83页\编于星期一\13点62当前第62页\共有83页\编于星期一\13点六、其他应用

Myomoe100：修复身体运动机能戴起来像一个手臂护套一样，myomoe100神经机器人系统用EMG传感器探测电子肌肉活动并触发刺激器帮助中风患者手臂重新恢复运动。63当前第63页\共有83页\编于星期一\13点64当前第64页\共有83页\编于星期一\13点假肢手的控制球型抓握柱状抓握精确抓握侧向抓握65当前第65页\共有83页\编于星期一\13点A指浅屈肌、指深屈肌B屈拇长肌A指伸肌B拇长伸肌、拇短伸肌C食指伸肌D.小指伸肌66当前第66页\共有83页\编于星期一\13点EMGSignalProcessing:

SystemFlowchart67当前第67页\共有83页\编于星期一\13点计算机鼠标的生理学控制EOG眼电图：在视网膜色素上皮和光感受器细胞之间存在的视网膜静电位。于暗、明适应条件下在被检者内、外眦角各置一电极所检测到的电流随眼球的转动而变化，记录下来的电位就是眼电图。68当前第68页\共有83页\编于星期一\13点微软研究院打算申请的专利--将EMG连结手臂肌肉，感应手指的动作，解读复杂的手势，进而遥控打开车门或是控制随身听。人机输入界面-游戏(空气吉他)应用。69当前第69页\共有83页\编于星期一\13点高跟鞋对步态、姿态及下肢的影响高跟鞋在给予穿着者美感的同时,会引发拇外翻、小趾内翻、胼胝、跟腱炎等足部疾病。通过步态分析、足底压力分析、下肢肌电信号测量分析,了解不同高度的鞋跟对人体步态、姿态和对足、踝、膝、髋和脊柱的影响及作用机制。穿着高跟鞋改变足底压力水平及其分布，膝关节和踝关节弯曲角度有明显不同，且步幅、步长、最大膝曲屈角、踝关节弯曲角度等都有显著变化。70当前第70页\共有83页\编于星期一\13点71当前第71页\共有83页\编于星期一\13点肌肉疲劳时肌氧与EMG参数的变化及其内在联系玉林师范学院学报2006年第27卷第03期

作者:李秀荣,陆世添探讨运动肌肉疲劳是否是由缺氧引起。发现肌氧含量与IEMG呈显著负相关(r=-0.852～-0.986)。说明肌肉活动取决于局部氧代谢状况,缺氧可能是导致肌肉疲劳的主要因素。72当前第72页\共有83页\编于星期一\13点第一节肌电图的测试分析原理第二节表面肌电图的应用第三节肌电图分析软件的使用73当前第73页\共有83页\编于星期一\13点74当前第74页\共有83页\编于星期一\13点75当前第75页\共有83页\编于星期一\13点76当前第76页\共有83页\编于星期一\13点77当前第77页\共有83页\编于星期一\13点DataAnalysisGraphicalandnumericaldisplayofBasicresults

—Cumulativeamplitudedistributions

—Work/loading-bilateraldifferences

—Onsetslopewithactivationtimes

—Activationorder

—Onsettimes

—Peakvalues

—Physiologicgaps-level,density,duration

—Markerevents

—CursoranalysisZoomin,zoomoutSelectableareasofinterestSpectrumAnalysis,FastFourierTransform(FFT)showingmedianfrequency,meanpowerfrequencyandzerocrossingrate

—

Singlespectrum

—Averagespectrum

—

FatiguetestNormativedatabaseoffatiguetestsFollow-upanalysiswithtrendreports78当前第78页\共有83页\编于星期一\13点79当前第79页\共有83页\编于星期一\13点利用BL-420S测试分析肌力与肌电图关系成都泰盟科技有限公司BL-420S生物信号处理仪连接好仪器，1通道接尺侧腕屈肌，2通过接桡侧腕屈肌，3通道接张力传感器。参数设置：1、2通道灵敏度（G）1mv,时间常数（T）0.02,高通滤波（F）1000hz，扫描速度250ms/