第十六章 表面肌电图

表面肌电图(SurfaceEMG,sEMG),也称动态肌电图(DynamicEMG),有关肌电信号的历史可追溯到17世纪。在17世纪中叶，FrancescoRedi发活动。20世纪20年代，Gasser和Newcomer用一新发现的阴极射线示波了来自于肌肉活动的电信号，并由此于1944年荣获诺贝尔奖。20世纪30~50年代，伴随着sEMG仪不断地改进，研究者们开始更广泛地20世纪60年代，由肌电图为基础的生物反馈技术的诞生，使得sEMG技术训练、偏瘫患者功能康复的辅助手段等),研究也更为深入，并获得了越来越多(一)肌肉的显微结构由肌小节组成，肌小节可认为是一收缩单位，是2条Z线之间的肌原纤维部分。(二)肌电位的形成过程使细胞丝向暗带中央移动，与此相伴的是AT(三)运动单位和神经肌肉的连接(四)肌纤维的分类生是氧化代谢型的(即其含有较高的氧化能力)、工作时间较长、作用生要为保由于快肌纤维主要为无氧酵解(糖元代谢)途径，故在相对较短的时间易产sEMG的起源是运动单位活动电位(MUAP),活动电位由给定肌肉收缩过在1~5000uv之间，频率范围为10~40sEMG将电极置于皮肤表面，其使用方便，可用于测试较大范围内的肌肉EMG信号。这种肌电信号实质上来自于多皮下组织，甚至某些运动涉及了其它肌肉等因素所影响，但Arokoski等(1999年)在18种不同的治疗性锻炼方法中，分别用针电极和表面电极记录了椎旁肌(二)sEMG的优点sEMG不仅可作为一对运动功能有意义的诊(三)sEMG的缺点sEMG虽然可测定较大区域的肌肉活动，但神经肌肉系统是相当复杂的，仅用几个通道的sEMG信号是有限制的。解决的方法是至少应有4个通道以上的sEMG仪，这样方可同时研究双侧相对应的肌群(原动肌与拮抗肌),才可获串扰(cross-talk)现象是sEMG检查中容易发生的问题。这是邻近肌肉组织传出信号在记录装置上迭加则形成表面电极记录的EMG。(一)表面电极下肌电信号的传导之间有略微的重叠，靠近皮肤表面的实线小圈由于它们最靠近记录电极，故褶厚度与sEMG的波幅值相关性较高(静息状态时r=-0.5,活动募集状态时， (二)阻抗的微电流也存在阻抗。皮肤的阻抗(可视为直流电的电阻阻抗)并非是一成不变改变而改变。临床上常用一些电解质媒介(如含盐的或增加信号传导的物质)提高电极表面和皮肤表面之间的导电性；在没有应用电解质(干电极)时，皮肤也低于5000～10000Ω,足够低的阻抗方可提供清晰的信号。当电极和皮肤之间界放大过程就会受到来自房间内频率为60Hz的干扰。放大器。放大器的特征之一是输入阻抗(inputimpedance),所谓输入阻抗是指放大器为吸收抵达电极-皮肤表面的的肌电信号微电流界面阻抗的10～100倍，例如sEMG仪的输入阻抗为1072,则其可承受的电极之间的阻抗失衡敏感，这种阻抗的失衡可发生在某一电极置于有少许毛发的部位之间的阻抗差值应<20%,否则会导致对波幅的错误评定。(三)差分放大器和共模抑制肌肉的活动电位通过电极-皮肤界面后，则将进一步进抑制过程。在放大过程中，信号被增大(称之为增益),增益量决定视觉显示时在差分放大过程中，需要3个电极(2个记录电极，1个参考电极),记录电处释放，当记录电极平行于肌纤维置放并略微处)时，释放的动作电位以不同的时间抵达位消失。典型的共模电位来源于外在的电磁噪音，如60Hz的灯、计算机等。因地排除共模电位(后者产生于两输入终端和地线之间，(四)肌电信号的滤波仪具有一60Hz的记数刻痕滤波器。这一滤波器可以是sEMG的硬件(称之为模拟滤波器),也可以应用软件实现滤波器功能(称之为数字滤波器)。记数刻痕滤波器为波段抑制滤波器，滤波的范围极窄(59～61Hz),有极高的斜率，目的是消除记录环境中共模抑制所不能去除的60Hz电磁噪下一个基本的sEMG滤波器是波段通频带高于20Hz,低于300Hz。低限频率有助于消除与导线摆动有关的电子噪音(五)频率谱分析、疲劳和波段通过滤波器来自肌肉的肌电信号与光相似，为一频率谱。sEMG仪可通过某一途径(如波的干涉模式)将其分解成不同的频率成分，并显示之为“快速傅立叶转换系统(FFT)”的数学技术，以将信号分解为各种频率成视觉显示的方法有4种基本类型：原始sEMG、处理过的sEMG、频率谱分析和sEMG的处理过程可通过放大器后的电解释。在应用sEMG仪训练患者如何控制肌肉功能时，降低肌电活动信号的变良好的治疗效果。虽然sEMG信号处理后可产生各种量化结果(如平方根、积即将原始信号中低于0点以下的信号成分(负电位)整流为正电位。第二步是以线，也可采用数学方法(即数字化滤波)得到。(例如，在显示时，并不显示整流信号的每一点，而是绘制sEMG数据的每6点数据的平均值(即积分平均),信号的自发差异可进一步降低。)这种描绘全波整流信(七)sEMG信号的量化负值之间振荡，因此，简单地用所有数值(电位)相加来进行量化是不可能的，这可使所有正值和所有负值相抵，代数和的结果为0。常用的sEMG信号法为：峰值至峰值、积分平均和平方根(RMS)等。积分平均(μV/sec):用于处理后的sEMG信号，表达的是在某一给定的时值为1/2峰值至峰值的0.637。平方根(RMS):是通过将数据平方后相加，除以一特点与针电极EMG仪一样，提供了一些指导检查的线索和助。在sEMG,原始信号声类似白噪音；当沾染了60Hz干扰时，可听到明显的录、分析多块肌肉肌电信号成为现实。本节就有关sEMG仪的操作，尤其仪应达到如下一些基本设备要求(见表16-1)。项目合适范围10⁵~10¹³Q大部分sEMG仪均≥107Ω,这更适用于医学范畴共模抑制其决定了sEMG仪放大器消除来自环境的外在噪音(如灯、计算机等电流噪音)的能力，其值越高越好仪器噪音水平这反映了sEMG仪拾取信号的最低水平，也是sEMG仪放大器的噪音水平波段通过滤波器大部分sEMG仪电流为20～30Hz,的波宽但面部除外，因为其较靠近表面、一般情况：20～1000Hz放松训练：100～200Hz肌肉骨骼评定与康复：面部肌肉记录：用600Hz的仪器检查。通频波宽也决定了所抑制的噪音，ECG伪差仅能用100～200Hz的滤波器消除。若sEMG仪上波段通过滤波器具有波宽的选择设定，则可提供更大的应用范围。波宽的选择须与检查的要求相匹配。当应用与肌肉骨骼功能疲劳，故波段通过的低限为20Hz用波宽100～200Hz滤波器幅范围为0～500μV,而实际数值信号的平滑选择线性计量器的每一数值之间等间在刻度上给予下端更多的间距(较数字显示原始信号或处理后的信号息，处理后的视觉显示可使结果易练目的，它可以是模拟音调的(简听觉阈值式的(当患者高于或低于设置的阈 (一)肌肉的选择(二)表面电极的选择和放置如下几点：制作电极的材料、电极的大小、电极(包括地线电极)放置的位置、结果。其他的放置方法为：用运动点的电刺于电极的重复放置);体表标志和测量到标准应用点间距离的方法。地线电极也同一水平的收缩可产生较高的波幅。推荐电极中心之间的间距为2～10mm。电(三)滤波器的选择的神经支配及它们重复释放模式的特点，面部肌肉容易发散频率达500Hz的信号，故选择25～500Hz波段通过滤波器较好。100～500Hz滤波器可以有效地消的数值，宽的波段通过滤波器可通过大的ECG尖峰信号，并产生约30mV的波幅；而窄的波段通过滤波器产生较小的信号，且为15mV的波幅。(四)噪音和伪差的解决3.60Hz电流产生的噪音：另一主要的噪音源是60Hz的灯具、办公电器、泄入sEMG的视觉显示或量化过程中，这一类型的伪差更多地见于原始sEMG。此外，应注意，60Hz电流的偕波很难被滤过，在频率谱分析的120Hz、180Hz和240Hz可见到这一称之为“电话杆”(telephonepoles)现象。其他降低60Hz取噪音的措施(如拧紧单股导线、尽可能缩短导线长度、应用屏蔽导线)和尽可能消除记录环境内的60Hz噪音源(如尽量将计算机等离开患者远些，至少为(五)操作的标准化了量化继发于疲劳的频率谱的变化，可让腰痛患者进行1min的约80%最大自主收缩(MVC)持续等长收缩。研究表明，以这一方法进行腰痛患者和对照组腰背肌sEMG分析时，中位频率初始的变化和1min后恢复过程结果显示其敏感性和特异性达88～100%,从而可将这些指标用于鉴别患者是否为真正的腰痛。(六)注意事项分的方法也可对原始信号的相对波幅进行大致评定。该评分方法的标准为0～4级，0～1级表示无或显著的肌电活动；2级表示中等程度的肌电活动；3～4级sEMG水平始终保持在收缩状态，4级水平由最大收缩时所获得的结果决定，其通道分析(即可同时进行左右侧同名肌测试或原动肌、拮抗肌对比);伸展、屈通过“快速傅立叶转换系统(FFT)”进行的频率谱分析，可利用所包含的经肌肉系统异常。有关疲劳(或耐力测试)的指标包括：中位频率(medianpowerfrequency,MPF),即平均频率被有关频率资料除权的指标，是一表示时零线的比率；以上这3个参数的变化率(负向斜率),其中平均能量频率(MPF)时，给定波幅的时程就大，如此可显示给定休息的发生率，一些学者认为电位低于5mV的休息时间百分比应>5%,若小于5%,则常可随劳顿延长造成疼痛。速率、肌容积/横截面积、肌纤维类型、年龄、性别、姿势微小变化)和操作程序中内在的变异性(如电极间的距离、皮肤阻抗),因此进行肌肉间、个体间的最常用的方法是最大自主等长收缩(MVIC),要求患者进行3次6s的测定肌群MVIC,记录6s收缩中间2s肌电信号，取3次测定的平均值作为定标，然慎。这些问题也可通过要求患者进行次最大自主收缩的方法(静息时)及募集、退募集的速率。其他一种可用于避免人体测量学问题的策略是采用在动态运动中左右同名肌群不对称百分比的分析方法。计算公式为：不对称%=(高峰值一低峰值)/高峰值，一般40%～50%有较大的特异性。但这一分应用(如：在运动过程中间接测定肌力、疲劳度，以监测定训练计划、预防运动损伤);军事医学领域的应用(对某些军事训练中特有的生物力学现象，如飞行员Gz力造成的颈椎损伤进行研究)和神经生理学方面的(一)等长收缩肌肉保持一恒定长度收缩时，sEMG变化与肌张力之间的关系可能是线性(二)等张收缩缩过程中肌肉的力量-长度关系发生变化；关节旋转轴活动较大，且随速度增大而增加(这是因为此地再现关节周围肌肉的活动。因此，单一肌现象：运动单位的同步性、慢/快肌纤维的募集顺序改变、代谢方面的改变(包(一)徒手肌力评定(二)肌张力评定正常的静息肌张力是指肌肉由于肌纤维的弹性和粘弹性成分导致的静息张(三)平衡功能评定sEMG可用于评定坐位或站立时支承肌群(如髋关节、踝关节等下肢肌群)(四)步态分析若sEMG仪配合能同步记录运动迹线的仪器(如摄像机、电子测角计或可反映摆动相、支撑相的接触足踏转换器等),则可测定步态过程中的肌肉活动，正常的步行运动，例如患者膝关节运动的sEMG模式行功能并无困难。在考虑sEMG活动的效果方面应注意步行速度。(五)疼痛(扳机点)评定(六)受损肌肉的功能评定(一)判断被动运动时的放松程度(二)帮助加强平衡训练(三)观察运动治疗模式的效果应用sEMG可观察各种运动治疗模式的效果。尤其是在训练模式(如原动肌/拮抗肌的关系、共收缩或交互抑制等)、特殊的治疗方法或PNF模式等)不能用肉眼直接观察时，客观的sEMG信号为特别有用的评定(四)帮助调整运动控制可观察到的同侧或对侧肌肉或躯干部位肌肉的溢流活动甚至发生在没有明显运(五)评定受损肌肉训练的运动量(一)作为无创检测手段替代某些有创或复杂的检查手段它常规分析有氧转换的方法进行了相关性比较，结果表明90%的受试者股外侧