表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)課件

1、表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)1 表面肌電圖簡介及表面肌電圖簡介及 在康復(fù)中的應(yīng)用在康復(fù)中的應(yīng)用 中日友好醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科中日友好醫(yī)院康復(fù)醫(yī)學(xué)科 郭京偉郭京偉 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)2 什么是肌電圖什么是肌電圖 Electromyography “.is the study of muscle function through the inquiry of the electrical signal the muscles emanate.” 肌電圖(Electromygraphy or EMG)是用來記錄和分析肌肉 收縮時發(fā)出的肌電信號的工具，其目的是對肌肉功能和 神經(jīng)運動控制進行

2、分析和研究?？祻?fù)和運動醫(yī)學(xué)領(lǐng)域利 用其對殘疾人和受傷運動員的功能進行評估，并修改治 療方案。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)3 對肌電圖進行研究的兩種途經(jīng) 臨床神經(jīng)學(xué)的肌電圖，針性電極接收單一臨床神經(jīng)學(xué)的肌電圖，針性電極接收單一 運動單位的電位。運動單位的電位。 運動機能學(xué)（運動機能學(xué)（Kinesiology）的的EMG，常用常用 表面和線性電極接收肌電圖表面和線性電極接收肌電圖。 前者研究自主運動單位的電位（幅度、時限和形態(tài)）、靜息前者研究自主運動單位的電位（幅度、時限和形態(tài)）、靜息 狀態(tài)時的自主電位（纖維顫動、自發(fā)性收縮，等等），診斷狀態(tài)時的自主電位（纖維顫動、自發(fā)性收縮，等等），診斷

3、運動和感覺神經(jīng)的傳導(dǎo)速度。運動和感覺神經(jīng)的傳導(dǎo)速度。 后者研究骨骼肌的功能和其之間的協(xié)同活動。其目的是為后者研究骨骼肌的功能和其之間的協(xié)同活動。其目的是為 了分析不同運動和姿勢的骨骼肌功能及它們的協(xié)同活動。了分析不同運動和姿勢的骨骼肌功能及它們的協(xié)同活動。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)4 肌電信號是什么？肌電信號是什么？ 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)5 運動單位(Motor Unit) 什么是運動單位？ 完成神經(jīng)控制下肌肉收縮 的最小的功能單位。 一個運動單位包括胞體、 樹突、軸突及其分支以及 其控制下的肌纖維。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)6 肌膜動作電位的產(chǎn)生肌膜動作電位的產(chǎn)生

4、 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)7 肌膜動作電位與肌肉收縮肌膜動作電位與肌肉收縮 從alpha 運動神經(jīng)元發(fā)出的沖動沿著神經(jīng)軸索擴佈到神 經(jīng)肌接頭處的觸突扣（神經(jīng)終板膨大），加速該處的乙 酰膽堿（Acetylcholine , Ach）釋放入神經(jīng)肌連接處的 裂隙內(nèi)。 Ach激發(fā)神經(jīng)肌接頭處肌肉側(cè)的觸發(fā)電位，即終板電位。 這個終板電位可以觸發(fā)了肌膜的動作電位。這個動作電 位進一步刺激肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)的Ca釋放，引起肌肉收縮， 稱之為興奮收縮偶合（Excitation-Contraction Coupling）。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)8 n肌電圖就是被記錄的肌膜動作電位。肌肌電圖就是被記錄的

5、肌膜動作電位。肌 膜動作電位的必然結(jié)果是骨骼肌的興奮膜動作電位的必然結(jié)果是骨骼肌的興奮 收縮耦合，所以肌電圖代表著肌肉的收縮耦合，所以肌電圖代表著肌肉的 收縮。收縮。EMG提供了一個可觀察神經(jīng)系統(tǒng)提供了一個可觀察神經(jīng)系統(tǒng) 的窗口。的窗口。 動作電位和肌電圖動作電位和肌電圖 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)9 在靠近興奮性細胞膜處放置電極，既肌腹處，在靠近興奮性細胞膜處放置電極，既肌腹處， 可記錄到以電壓可記錄到以電壓/時間的形式表達的時間的形式表達的EMG。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)10 肌電信號的組成肌電信號的組成 n肌電圖所記錄的肌電信號是眾多運動單 位的肌電信號的重合。 表面肌電

6、圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)11 運動機能學(xué)所記錄的肌電圖是眾多運動單位的運動機能學(xué)所記錄的肌電圖是眾多運動單位的 動作電位的重合。動作電位的重合。因為，電位源是一個容積導(dǎo)體，在皮膚表面形成肌因為，電位源是一個容積導(dǎo)體，在皮膚表面形成肌 電場，成為容積上的邊界。而且，肌電電極也不可能只記錄到肌電活動的一個點。電場，成為容積上的邊界。而且，肌電電極也不可能只記錄到肌電活動的一個點。 肌電電極所記錄的是電極周圍一個區(qū)域的肌電肌電電極所記錄的是電極周圍一個區(qū)域的肌電 活動。二個表面電極所能記錄的肌纖維電位只活動。二個表面電極所能記錄的肌纖維電位只 有有12cm范圍。范圍。因此，僅憑借兩個電極是不可能記錄

7、到整個肌肉的肌因此，僅憑借兩個電極是不可能記錄到整個肌肉的肌 電圖。要記錄整個肌肉的肌電圖需要多個排列的和多組的、或者大面積的電極。電圖。要記錄整個肌肉的肌電圖需要多個排列的和多組的、或者大面積的電極。 表面肌電信號的實質(zhì)表面肌電信號的實質(zhì) 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)12 影響肌電信號的因素 n1、測試局部的組織特性 包括皮膚及皮下脂肪的厚薄、溫度、 生理變化等都會影響肌電信號。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)13 皮下脂肪厚度對肌電信號的影響 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)14 影響肌電信號的因素 n2、串?dāng)_（cross talk） 既有相鄰肌肉組織 對測試部位肌電信 號的串?dāng)_，也

8、有可 能來自其它設(shè)備的 干擾，如：ECG， 尤其在測試上肢肩 部肌肉時，ECG的 波峰信號常可以干 擾EMG的記錄。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)15 影響肌電信號的因素 n3、測試電極位置放置的不同 每次測試電極位置在肌腹上的位置都不 可能完全一致，或者電極在不同測試對 象同一肌肉肌腹表面的放置位置也不可 能完全一樣，因此得到的肌電信號結(jié)果 也不可能具有絕對可比性。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)16 影響肌電信號的因素 n4、外部雜音（External noise） 來自外界的電磁環(huán)境中的雜音，一種無變 化的電信號，它常使肌電圖基線增寬或 干擾肌電信號的記錄。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(

9、北中醫(yī)版)17 影響肌電信號的因素 n5、電極和內(nèi)部的放大器 電極的質(zhì)量和內(nèi)部放大器的雜音干擾也會 對肌電信號產(chǎn)生影響，也會使基線增寬。 內(nèi)部放大器的雜音干擾對基線的影響通 常被要求小于5Vm 。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)18 表面肌電設(shè)備 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)19 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)20 表面肌電設(shè)備的組成 這個組合包含神經(jīng)肌系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)、資料處理系統(tǒng)、信息分析和總結(jié)。這個組合包含神經(jīng)肌系統(tǒng)、記錄系統(tǒng)、資料處理系統(tǒng)、信息分析和總結(jié)。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)21 表面肌電圖的操作程序 v為了滿足臨床研究的需要，表面肌電圖 一般操作程序如下： n肌電

10、采集 n信號處理 n比較分析 n數(shù)據(jù)報告 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)22 肌電信號的采集 n表面電極 n陰道或肛門電極 n線性電極(采集深部肌肉的信號) 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)23 n表面肌電電極放置在所要測量骨骼肌的皮膚表表面肌電電極放置在所要測量骨骼肌的皮膚表 面，主要適用于淺表骨骼肌。面，主要適用于淺表骨骼肌。 n肌內(nèi)肌電電極是一種雙極線性電極（肌內(nèi)肌電電極是一種雙極線性電極（7小根為一小根為一 根、涂有特氟隆絕緣層的編織銀電極），主要根、涂有特氟隆絕緣層的編織銀電極），主要 用于深部骨骼肌。用于深部骨骼肌。這種電極需要B型超聲波引導(dǎo)定位， 然后用消毒注射針頭經(jīng)皮膚植入到

11、所要記錄的肌肉內(nèi)。 注意：此針電極和神經(jīng)科使用的針電圖機的針電極不同，注意：此針電極和神經(jīng)科使用的針電圖機的針電極不同， 本儀器不能用來測量神經(jīng)傳導(dǎo)速度。本儀器不能用來測量神經(jīng)傳導(dǎo)速度。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)24 標準測試電極 n注意：電極的注意：電極的 質(zhì)量直接影響質(zhì)量直接影響 測試的結(jié)果。測試的結(jié)果。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)25 雙電極，專用于小肌群測試。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)26 參考電極的擺放 n什么是參考電極？ n為什么要擺放參考電極？ n如何擺放參考電極？ 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)27 什么是參考電極 n提供參考電位的電極稱 為參考電極，右

12、圖中黑 色的電極為參考電極。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)28 為什么要擺放參考電極？ n我們處在一個無處不在 的大電場（50Hz共模干 擾）之中，人體變成一 個大的電容，體表本身 就有一定的電勢。為了 排除非人體自主產(chǎn)生的 電壓，這需要有一個基 準電壓，這個電壓就是 參考電壓，必須由參考 電極提供。這就是為什 么要擺放參考電極。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)29 如何擺放參考電極？ n參考電極可以擺放在體 表的骨性標志上或不參 加測試運動的肌肉的肌 腱處。關(guān)鍵是在測試中 參考電極不能采集到自 主運動的電信號。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)30 實時同步采集實時同步采集 由于采集的

13、是 運動中或不同 姿勢下的肌電 信號。我們必 須保證肌電信 號能實時同步 的在電腦屏幕 上反映出來， 然后由操作者 自行選擇記錄 與否。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)31 信號處理：整流Rectification 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)32 信號處理：平滑Smothing Noraxon肌電圖軟件有肌電圖軟件有3種平滑方式：種平滑方式：Mean平均值、平均值、 Mean Absolute絕對平均值、絕對平均值、RMS(Root Mean Square)均方根均方根 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)33 信號處理：濾波Filtering n高通濾波 n低通濾波 n帶通濾波 n蝶值濾

14、波 n中值濾波 n截至濾波 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)34 信號處理：信號處理： 振幅標準化振幅標準化Amplitude Normalization n由于是采用表面電極，所以影響肌電圖的因素有很多。例如電極 的擺放位置、皮膚處理的好壞等。 n所以我們通常要采用某種方法來消除上述的客觀因素，來使不同 的兩次測試結(jié)果之間存在可比性。 n通常我們都采用MVC(Max Voluntary Contraction) Normalization 的方法。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)35 測MVC的方法 n1. 肢體或軀干做最大(抗阻)等長收縮 (上下肢做單一關(guān)節(jié)的靜力性運動,往往要固定肢體于

15、ROM 的中間位置) 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)36 2.做一系列與測試肌肉有關(guān)的動作，分別盡全力完成，進行 比較，選肌電振幅最大的動作作為正式測試動作。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)37 n3、在經(jīng)過510min的熱身與熟悉后，要 求測試對象開始逐漸加大力量，35s后 達到最大，并保持3s后放松，休息 3060s后，重復(fù)一至兩次，取最大值作 為MVC的值。 n（現(xiàn)在表面肌電配套軟件能自動計算MVC值，并將其 保存?zhèn)溆茫?表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)38 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)39 肌電信號的時域分析 n1、什么是時域分析 時域分析是最直接的肌電信號分析方法， 用于刻畫

16、時間序列信號的振幅特征， 將 肌電信號表達成記錄點的電位時間曲 線。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)40 時域分析的主要參數(shù) n積分肌電值 （integrated EMG，iEMG） n平均肌電值（average EMG，AEMG） n 均方根值（root-mean-square，RMS） n 峰值（peak value） 在臨床和康復(fù)醫(yī)學(xué)研究中， 常被應(yīng)用于實 時、無損傷地反映肌肉活動狀態(tài)， 其數(shù)值 變化通常與肌肉收縮力大小等有關(guān)。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)41 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)42 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)43 肌電信號的頻譜分析 n頻域分析主要方法是對

17、信號進行快 速傅立葉轉(zhuǎn)換（fast Fourier transformation， FFT） ， 獲得 信號的平均功率頻率 （mean power frequency，MPF） 和中位頻 率（median frequency，MF） ， 用來定量描 述 信號功率譜曲線的轉(zhuǎn)移或者各種 頻率分量的相對變化， 通常與肌肉功能狀態(tài) 即疲勞程度有關(guān)。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)44 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)45 肌電圖的應(yīng)用肌電圖的應(yīng)用 范圍范圍 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)46 肌電圖的主要作用肌電圖的主要作用 n 它能幫助我們“看”到肌肉。 n 它可以測試肌肉的功能。 n 建立治療

18、和訓(xùn)練方案。 n 幫助受試者“找到”和訓(xùn)練他的肌 肉。 n 分析和提高運動能力。 n 監(jiān)測肌肉在人類工程學(xué)研究上的反 映。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)47 臨床應(yīng)用臨床應(yīng)用 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)48 EMG分析分析:肌肉是否活動肌肉是否活動 n實時同步功能可以很直觀的實時同步功能可以很直觀的 告訴你，肌肉是否活動。告訴你，肌肉是否活動。 當(dāng)正常站立時，CH1 多裂肌和CH4腹內(nèi)斜 肌是活動的。而CH2 臀大肌和CH3腹直肌 是不活動的。當(dāng)站 立在不平的地面上 或單腿站立時，情 況也一樣。這樣就 可以明確的表示那 塊肌肉是對姿勢穩(wěn) 定真正起作用的。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)

19、版)49 臨床實例 如果緩慢地直立位 向前彎腰，背肌 （CH2多裂肌）和伸 髖?。–H3臀大肌） 應(yīng)在最大前屈位時 “關(guān)閉”，而只靠 被動結(jié)構(gòu)（如韌帶） 來維持軀干的位置。 當(dāng)向后直起腰時， 上述兩塊肌肉才重 新活動。在此過程 中，協(xié)同?。ㄈ鏑H4 的腘繩?。┦冀K處 于活動中。下腰痛 的患者由于功能障 礙或疼痛而無法使 這兩塊肌肉在該 “關(guān)閉”的時候安 靜。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)50 臨床意義 n通常情況下，一塊健康人的健康肌肉在 不需要它時，它是處于“關(guān)閉”狀態(tài)的。 如果它仍然在活動，那么可能是下列情 況的一種信號：肌肉痙攣、疼痛反應(yīng)、 肌張力增高、關(guān)節(jié)不穩(wěn)、緊張、肌肉協(xié) 調(diào)性差等。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)51 EMG分析：肌肉活動的多與少分析：肌肉活動的多與少 n通過肌電 圖，找到 一種鍛煉 腹肌的最 佳方法。 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)52 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)53 步態(tài)分析中肌肉的活動 表面肌電圖簡介及應(yīng)用(北中醫(yī)版)54 肌肉活動的量 n要回答這一問題，必須對EMG的振幅 進行計算并給出具體的數(shù)值。由于檢 測時受各種因