第十六章 表面肌電圖

表面肌電圖(SurfaceEMG,sEMG),也稱動態(tài)肌電圖(DynamicEMG),有關(guān)肌電信號的歷史可追溯到17世紀(jì)。在17世紀(jì)中葉，F(xiàn)rancescoRedi發(fā)活動。20世紀(jì)20年代，Gasser和Newcomer用一新發(fā)現(xiàn)的陰極射線示波了來自于肌肉活動的電信號，并由此于1944年榮獲諾貝爾獎。20世紀(jì)30~50年代，伴隨著sEMG儀不斷地改進(jìn)，研究者們開始更廣泛地20世紀(jì)60年代，由肌電圖為基礎(chǔ)的生物反饋技術(shù)的誕生，使得sEMG技術(shù)訓(xùn)練、偏癱患者功能康復(fù)的輔助手段等),研究也更為深入，并獲得了越來越多(一)肌肉的顯微結(jié)構(gòu)由肌小節(jié)組成，肌小節(jié)可認(rèn)為是一收縮單位，是2條Z線之間的肌原纖維部分。(二)肌電位的形成過程使細(xì)胞絲向暗帶中央移動，與此相伴的是AT(三)運(yùn)動單位和神經(jīng)肌肉的連接(四)肌纖維的分類生是氧化代謝型的(即其含有較高的氧化能力)、工作時間較長、作用生要為保由于快肌纖維主要為無氧酵解(糖元代謝)途徑，故在相對較短的時間易產(chǎn)sEMG的起源是運(yùn)動單位活動電位(MUAP),活動電位由給定肌肉收縮過在1~5000uv之間，頻率范圍為10~40sEMG將電極置于皮膚表面，其使用方便，可用于測試較大范圍內(nèi)的肌肉EMG信號。這種肌電信號實質(zhì)上來自于多皮下組織，甚至某些運(yùn)動涉及了其它肌肉等因素所影響，但Arokoski等(1999年)在18種不同的治療性鍛煉方法中，分別用針電極和表面電極記錄了椎旁肌(二)sEMG的優(yōu)點sEMG不僅可作為一對運(yùn)動功能有意義的診(三)sEMG的缺點sEMG雖然可測定較大區(qū)域的肌肉活動，但神經(jīng)肌肉系統(tǒng)是相當(dāng)復(fù)雜的，僅用幾個通道的sEMG信號是有限制的。解決的方法是至少應(yīng)有4個通道以上的sEMG儀，這樣方可同時研究雙側(cè)相對應(yīng)的肌群(原動肌與拮抗肌),才可獲串?dāng)_(cross-talk)現(xiàn)象是sEMG檢查中容易發(fā)生的問題。這是鄰近肌肉組織傳出信號在記錄裝置上迭加則形成表面電極記錄的EMG。(一)表面電極下肌電信號的傳導(dǎo)之間有略微的重疊，靠近皮膚表面的實線小圈由于它們最靠近記錄電極，故褶厚度與sEMG的波幅值相關(guān)性較高(靜息狀態(tài)時r=-0.5,活動募集狀態(tài)時， (二)阻抗的微電流也存在阻抗。皮膚的阻抗(可視為直流電的電阻阻抗)并非是一成不變改變而改變。臨床上常用一些電解質(zhì)媒介(如含鹽的或增加信號傳導(dǎo)的物質(zhì))提高電極表面和皮膚表面之間的導(dǎo)電性；在沒有應(yīng)用電解質(zhì)(干電極)時，皮膚也低于5000～10000Ω,足夠低的阻抗方可提供清晰的信號。當(dāng)電極和皮膚之間界放大過程就會受到來自房間內(nèi)頻率為60Hz的干擾。放大器。放大器的特征之一是輸入阻抗(inputimpedance),所謂輸入阻抗是指放大器為吸收抵達(dá)電極-皮膚表面的的肌電信號微電流界面阻抗的10～100倍，例如sEMG儀的輸入阻抗為1072,則其可承受的電極之間的阻抗失衡敏感，這種阻抗的失衡可發(fā)生在某一電極置于有少許毛發(fā)的部位之間的阻抗差值應(yīng)<20%,否則會導(dǎo)致對波幅的錯誤評定。(三)差分放大器和共模抑制肌肉的活動電位通過電極-皮膚界面后，則將進(jìn)一步進(jìn)抑制過程。在放大過程中，信號被增大(稱之為增益),增益量決定視覺顯示時在差分放大過程中，需要3個電極(2個記錄電極，1個參考電極),記錄電處釋放，當(dāng)記錄電極平行于肌纖維置放并略微處)時，釋放的動作電位以不同的時間抵達(dá)位消失。典型的共模電位來源于外在的電磁噪音，如60Hz的燈、計算機(jī)等。因地排除共模電位(后者產(chǎn)生于兩輸入終端和地線之間，(四)肌電信號的濾波儀具有一60Hz的記數(shù)刻痕濾波器。這一濾波器可以是sEMG的硬件(稱之為模擬濾波器),也可以應(yīng)用軟件實現(xiàn)濾波器功能(稱之為數(shù)字濾波器)。記數(shù)刻痕濾波器為波段抑制濾波器，濾波的范圍極窄(59～61Hz),有極高的斜率，目的是消除記錄環(huán)境中共模抑制所不能去除的60Hz電磁噪下一個基本的sEMG濾波器是波段通頻帶高于20Hz,低于300Hz。低限頻率有助于消除與導(dǎo)線擺動有關(guān)的電子噪音(五)頻率譜分析、疲勞和波段通過濾波器來自肌肉的肌電信號與光相似，為一頻率譜。sEMG儀可通過某一途徑(如波的干涉模式)將其分解成不同的頻率成分，并顯示之為“快速傅立葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(FFT)”的數(shù)學(xué)技術(shù)，以將信號分解為各種頻率成視覺顯示的方法有4種基本類型：原始sEMG、處理過的sEMG、頻率譜分析和sEMG的處理過程可通過放大器后的電解釋。在應(yīng)用sEMG儀訓(xùn)練患者如何控制肌肉功能時，降低肌電活動信號的變良好的治療效果。雖然sEMG信號處理后可產(chǎn)生各種量化結(jié)果(如平方根、積即將原始信號中低于0點以下的信號成分(負(fù)電位)整流為正電位。第二步是以線，也可采用數(shù)學(xué)方法(即數(shù)字化濾波)得到。(例如，在顯示時，并不顯示整流信號的每一點，而是繪制sEMG數(shù)據(jù)的每6點數(shù)據(jù)的平均值(即積分平均),信號的自發(fā)差異可進(jìn)一步降低。)這種描繪全波整流信(七)sEMG信號的量化負(fù)值之間振蕩，因此，簡單地用所有數(shù)值(電位)相加來進(jìn)行量化是不可能的，這可使所有正值和所有負(fù)值相抵，代數(shù)和的結(jié)果為0。常用的sEMG信號法為：峰值至峰值、積分平均和平方根(RMS)等。積分平均(μV/sec):用于處理后的sEMG信號，表達(dá)的是在某一給定的時值為1/2峰值至峰值的0.637。平方根(RMS):是通過將數(shù)據(jù)平方后相加，除以一特點與針電極EMG儀一樣，提供了一些指導(dǎo)檢查的線索和助。在sEMG,原始信號聲類似白噪音；當(dāng)沾染了60Hz干擾時，可聽到明顯的錄、分析多塊肌肉肌電信號成為現(xiàn)實。本節(jié)就有關(guān)sEMG儀的操作，尤其儀應(yīng)達(dá)到如下一些基本設(shè)備要求(見表16-1)。項目合適范圍10?~1013Q大部分sEMG儀均≥107Ω,這更適用于醫(yī)學(xué)范疇共模抑制其決定了sEMG儀放大器消除來自環(huán)境的外在噪音(如燈、計算機(jī)等電流噪音)的能力，其值越高越好儀器噪音水平這反映了sEMG儀拾取信號的最低水平，也是sEMG儀放大器的噪音水平波段通過濾波器大部分sEMG儀電流為20～30Hz,的波寬但面部除外，因為其較靠近表面、一般情況：20～1000Hz放松訓(xùn)練：100～200Hz肌肉骨骼評定與康復(fù)：面部肌肉記錄：用600Hz的儀器檢查。通頻波寬也決定了所抑制的噪音，ECG偽差僅能用100～200Hz的濾波器消除。若sEMG儀上波段通過濾波器具有波寬的選擇設(shè)定，則可提供更大的應(yīng)用范圍。波寬的選擇須與檢查的要求相匹配。當(dāng)應(yīng)用與肌肉骨骼功能疲勞，故波段通過的低限為20Hz用波寬100～200Hz濾波器幅范圍為0～500μV,而實際數(shù)值信號的平滑選擇線性計量器的每一數(shù)值之間等間在刻度上給予下端更多的間距(較數(shù)字顯示原始信號或處理后的信號息，處理后的視覺顯示可使結(jié)果易練目的，它可以是模擬音調(diào)的(簡聽覺閾值式的(當(dāng)患者高于或低于設(shè)置的閾 (一)肌肉的選擇(二)表面電極的選擇和放置如下幾點：制作電極的材料、電極的大小、電極(包括地線電極)放置的位置、結(jié)果。其他的放置方法為：用運(yùn)動點的電刺于電極的重復(fù)放置);體表標(biāo)志和測量到標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用點間距離的方法。地線電極也同一水平的收縮可產(chǎn)生較高的波幅。推薦電極中心之間的間距為2～10mm。電(三)濾波器的選擇的神經(jīng)支配及它們重復(fù)釋放模式的特點，面部肌肉容易發(fā)散頻率達(dá)500Hz的信號，故選擇25～500Hz波段通過濾波器較好。100～500Hz濾波器可以有效地消的數(shù)值，寬的波段通過濾波器可通過大的ECG尖峰信號，并產(chǎn)生約30mV的波幅；而窄的波段通過濾波器產(chǎn)生較小的信號，且為15mV的波幅。(四)噪音和偽差的解決3.60Hz電流產(chǎn)生的噪音：另一主要的噪音源是60Hz的燈具、辦公電器、泄入sEMG的視覺顯示或量化過程中，這一類型的偽差更多地見于原始sEMG。此外，應(yīng)注意，60Hz電流的偕波很難被濾過，在頻率譜分析的120Hz、180Hz和240Hz可見到這一稱之為“電話桿”(telephonepoles)現(xiàn)象。其他降低60Hz取噪音的措施(如擰緊單股導(dǎo)線、盡可能縮短導(dǎo)線長度、應(yīng)用屏蔽導(dǎo)線)和盡可能消除記錄環(huán)境內(nèi)的60Hz噪音源(如盡量將計算機(jī)等離開患者遠(yuǎn)些，至少為(五)操作的標(biāo)準(zhǔn)化了量化繼發(fā)于疲勞的頻率譜的變化，可讓腰痛患者進(jìn)行1min的約80%最大自主收縮(MVC)持續(xù)等長收縮。研究表明，以這一方法進(jìn)行腰痛患者和對照組腰背肌sEMG分析時，中位頻率初始的變化和1min后恢復(fù)過程結(jié)果顯示其敏感性和特異性達(dá)88～100%,從而可將這些指標(biāo)用于鑒別患者是否為真正的腰痛。(六)注意事項分的方法也可對原始信號的相對波幅進(jìn)行大致評定。該評分方法的標(biāo)準(zhǔn)為0～4級，0～1級表示無或顯著的肌電活動；2級表示中等程度的肌電活動；3～4級sEMG水平始終保持在收縮狀態(tài)，4級水平由最大收縮時所獲得的結(jié)果決定，其通道分析(即可同時進(jìn)行左右側(cè)同名肌測試或原動肌、拮抗肌對比);伸展、屈通過“快速傅立葉轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(FFT)”進(jìn)行的頻率譜分析，可利用所包含的經(jīng)肌肉系統(tǒng)異常。有關(guān)疲勞(或耐力測試)的指標(biāo)包括：中位頻率(medianpowerfrequency,MPF),即平均頻率被有關(guān)頻率資料除權(quán)的指標(biāo)，是一表示時零線的比率；以上這3個參數(shù)的變化率(負(fù)向斜率),其中平均能量頻率(MPF)時，給定波幅的時程就大，如此可顯示給定休息的發(fā)生率，一些學(xué)者認(rèn)為電位低于5mV的休息時間百分比應(yīng)>5%,若小于5%,則?？呻S勞頓延長造成疼痛。速率、肌容積/橫截面積、肌纖維類型、年齡、性別、姿勢微小變化)和操作程序中內(nèi)在的變異性(如電極間的距離、皮膚阻抗),因此進(jìn)行肌肉間、個體間的最常用的方法是最大自主等長收縮(MVIC),要求患者進(jìn)行3次6s的測定肌群MVIC,記錄6s收縮中間2s肌電信號，取3次測定的平均值作為定標(biāo)，然慎。這些問題也可通過要求患者進(jìn)行次最大自主收縮的方法(靜息時)及募集、退募集的速率。其他一種可用于避免人體測量學(xué)問題的策略是采用在動態(tài)運(yùn)動中左右同名肌群不對稱百分比的分析方法。計算公式為：不對稱%=(高峰值一低峰值)/高峰值，一般40%～50%有較大的特異性。但這一分應(yīng)用(如：在運(yùn)動過程中間接測定肌力、疲勞度，以監(jiān)測定訓(xùn)練計劃、預(yù)防運(yùn)動損傷);軍事醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用(對某些軍事訓(xùn)練中特有的生物力學(xué)現(xiàn)象，如飛行員Gz力造成的頸椎損傷進(jìn)行研究)和神經(jīng)生理學(xué)方面的(一)等長收縮肌肉保持一恒定長度收縮時，sEMG變化與肌張力之間的關(guān)系可能是線性(二)等張收縮縮過程中肌肉的力量-長度關(guān)系發(fā)生變化；關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸活動較大，且隨速度增大而增加(這是因為此地再現(xiàn)關(guān)節(jié)周圍肌肉的活動。因此，單一肌現(xiàn)象：運(yùn)動單位的同步性、慢/快肌纖維的募集順序改變、代謝方面的改變(包(一)徒手肌力評定(二)肌張力評定正常的靜息肌張力是指肌肉由于肌纖維的彈性和粘彈性成分導(dǎo)致的靜息張(三)平衡功能評定sEMG可用于評定坐位或站立時支承肌群(如髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)等下肢肌群)(四)步態(tài)分析若sEMG儀配合能同步記錄運(yùn)動跡線的儀器(如攝像機(jī)、電子測角計或可反映擺動相、支撐相的接觸足踏轉(zhuǎn)換器等),則可測定步態(tài)過程中的肌肉活動，正常的步行運(yùn)動，例如患者膝關(guān)節(jié)運(yùn)動的sEMG模式行功能并無困難。在考慮sEMG活動的效果方面應(yīng)注意步行速度。(五)疼痛(扳機(jī)點)評定(六)受損肌肉的功能評定(一)判斷被動運(yùn)動時的放松程度(二)幫助加強(qiáng)平衡訓(xùn)練(三)觀察運(yùn)動治療模式的效果應(yīng)用sEMG可觀察各種運(yùn)動治療模式的效果。尤其是在訓(xùn)練模式(如原動肌/拮抗肌的關(guān)系、共收縮或交互抑制等)、特殊的治療方法或PNF模式等)不能用肉眼直接觀察時，客觀的sEMG信號為特別有用的評定(四)幫助調(diào)整運(yùn)動控制可觀察到的同側(cè)或?qū)?cè)肌肉或軀干部位肌肉的溢流活動甚至發(fā)生在沒有明顯運(yùn)(五)評定受損肌肉訓(xùn)練的運(yùn)動量(一)作為無創(chuàng)檢測手段替代某些有創(chuàng)或復(fù)雜的檢查手段它常規(guī)分析有氧轉(zhuǎn)換的方法進(jìn)行了相關(guān)性比較，結(jié)果表明90%的受試者股外側(cè)