表面肌电图简介及应用(北中医版)

1表面肌电图简介及在康复中的应用中日友好医院康复医学科郭京伟2什么是肌电图Electromyography…“..isthestudyofmusclefunctionthroughtheinquiryoftheelectricalsignalthemusclesemanate.”肌电图(ElectromygraphyorEMG)是用来记录和分析肌肉收缩时发出的肌电信号的工具，其目的是对肌肉功能和神经运动控制进行分析和研究。康复和运动医学领域利用其对残疾人和受伤运动员的功能进行评估，并修改治疗方案。3对肌电图进行研究的两种途经•临床神经学的肌电图，针性电极接收单一运动单位的电位。•运动机能学（Kinesiology）的EMG，常用表面和线性电极接收肌电图。前者研究自主运动单位的电位（幅度、时限和形态）、静息状态时的自主电位（纤维颤动、自发性收缩，等等），诊断运动和感觉神经的传导速度。后者研究骨骼肌的功能和其之间的协同活动。其目的是为了分析不同运动和姿势的骨骼肌功能及它们的协同活动。4肌电信号是什么？5运动单位(MotorUnit)什么是运动单位？完成神经控制下肌肉收缩的最小的功能单位。一个运动单位包括胞体、树突、轴突及其分支以及其控制下的肌纤维。6肌膜动作电位的产生7肌膜动作电位与肌肉收缩从alpha运动神经元发出的冲动沿着神经轴索扩佈到神经肌接头处的触突扣（神经终板膨大），加速该处的乙酰胆碱（Acetylcholine,Ach）释放入神经肌连接处的裂隙内。Ach激发神经肌接头处肌肉侧的触发电位，即终板电位。这个终板电位可以触发了肌膜的动作电位。这个动作电位进一步刺激肌质网内的Ca＋＋释放，引起肌肉收缩，称之为兴奋－收缩偶合（Excitation-ContractionCoupling）。8肌电图就是被记录的肌膜动作电位。肌膜动作电位的必然结果是骨骼肌的兴奋－收缩耦合，所以肌电图代表着肌肉的收缩。EMG提供了一个可观察神经系统的窗口。动作电位和肌电图9在靠近兴奋性细胞膜处放置电极，既肌腹处，可记录到以电压/时间的形式表达的EMG。10肌电信号的组成肌电图所记录的肌电信号是众多运动单位的肌电信号的重合。11•运动机能学所记录的肌电图是众多运动单位的动作电位的重合。因为，电位源是一个容积导体，在皮肤表面形成肌电场，成为容积上的边界。而且，肌电电极也不可能只记录到肌电活动的一个点。•肌电电极所记录的是电极周围一个区域的肌电活动。二个表面电极所能记录的肌纤维电位只有1－2cm范围。因此，仅凭借两个电极是不可能记录到整个肌肉的肌电图。要记录整个肌肉的肌电图需要多个排列的和多组的、或者大面积的电极。表面肌电信号的实质12影响肌电信号的因素1、测试局部的组织特性包括皮肤及皮下脂肪的厚薄、温度、生理变化等都会影响肌电信号。13皮下脂肪厚度对肌电信号的影响14影响肌电信号的因素2、串扰（crosstalk）既有相邻肌肉组织对测试部位肌电信号的串扰，也有可能来自其它设备的干扰，如：ECG，尤其在测试上肢肩部肌肉时，ECG的波峰信号常可以干扰EMG的记录。15影响肌电信号的因素3、测试电极位置放置的不同每次测试电极位置在肌腹上的位置都不可能完全一致，或者电极在不同测试对象同一肌肉肌腹表面的放置位置也不可能完全一样，因此得到的肌电信号结果也不可能具有绝对可比性。16影响肌电信号的因素4、外部杂音（Externalnoise）来自外界的电磁环境中的杂音，一种无变化的电信号，它常使肌电图基线增宽或干扰肌电信号的记录。17影响肌电信号的因素5、电极和内部的放大器电极的质量和内部放大器的杂音干扰也会对肌电信号产生影响，也会使基线增宽。内部放大器的杂音干扰对基线的影响通常被要求小于5Vm。18表面肌电设备1920表面肌电设备的组成•这个组合包含神经肌系统、记录系统、资料处理系统、信息分析和总结。21表面肌电图的操作程序为了满足临床研究的需要，表面肌电图一般操作程序如下：肌电采集信号处理比较分析数据报告22肌电信号的采集表面电极阴道或肛门电极线性电极(采集深部肌肉的信号)23表面肌电电极放置在所要测量骨骼肌的皮肤表面，主要适用于浅表骨骼肌。肌内肌电电极是一种双极线性电极（7小根为一根、涂有特氟隆绝缘层的编织银电极），主要用于深部骨骼肌。这种电极需要B型超声波引导定位，然后用消毒注射针头经皮肤植入到所要记录的肌肉内。注意：此针电极和神经科使用的针电图机的针电极不同，本仪器不能用来测量神经传导速度。24标准测试电极注意：电极的质量直接影响测试的结果。25双电极，专用于小肌群测试。26参考电极的摆放什么是参考电极？为什么要摆放参考电极？如何摆放参考电极？27什么是参考电极提供参考电位的电极称为参考电极，右图中黑色的电极为参考电极。28为什么要摆放参考电极？我们处在一个无处不在的大电场（50Hz共模干扰）之中，人体变成一个大的电容，体表本身就有一定的电势。为了排除非人体自主产生的电压，这需要有一个基准电压，这个电压就是参考电压，必须由参考电极提供。这就是为什么要摆放参考电极。29如何摆放参考电极？参考电极可以摆放在体表的骨性标志上或不参加测试运动的肌肉的肌腱处。关键是在测试中参考电极不能采集到自主运动的电信号。30实时同步采集由于采集的是运动中或不同姿势下的肌电信号。我们必须保证肌电信号能实时同步的在电脑屏幕上反映出来，然后由操作者自行选择记录与否。31信号处理：整流Rectification32信号处理：平滑SmothingNoraxon肌电图软件有3种平滑方式：Mean平均值、MeanAbsolute绝对平均值、RMS(RootMeanSquare)均方根33信号处理：滤波Filtering高通滤波低通滤波带通滤波蝶值滤波中值滤波截至滤波34信号处理：振幅标准化AmplitudeNormalization由于是采用表面电极，所以影响肌电图的因素有很多。例如电极的摆放位置、皮肤处理的好坏等。所以我们通常要采用某种方法来消除上述的客观因素，来使不同的两次测试结果之间存在可比性。通常我们都采用MVC(MaxVoluntaryContraction)Normalization的方法。35测MVC的方法1.肢体或躯干做最大(抗阻)等长收缩(上下肢做单一关节的静力性运动,往往要固定肢体于ROM的中间位置)362.做一系列与测试肌肉有关的动作，分别尽全力完成，进行比较，选肌电振幅最大的动作作为正式测试动作。373、在经过5~10min的热身与熟悉后，要求测试对象开始逐渐加大力量，3~5s后达到最大，并保持3s后放松，休息30~60s后，重复一至两次，取最大值作为MVC的值。（现在表面肌电配套软件能自动计算MVC值，并将其保存备用）3839肌电信号的时域分析1、什么是时域分析时域分析是最直接的肌电信号分析方法，用于刻画时间序列信号的振幅特征，将肌电信号表达成记录点的电位－时间曲线。40时域分析的主要参数积分肌电值（integratedEMG，iEMG）平均肌电值（averageEMG，AEMG）均方根值（root-mean-square，RMS）峰值（peakvalue）在临床和康复医学研究中，常被应用于实时、无损伤地反映肌肉活动状态，其数值变化通常与肌肉收缩力大小等有关。414243肌电信号的频谱分析频域分析主要方法是对ｓＥＭＧ信号进行快速傅立叶转换（fastFouriertransformation，FFT），获得ｓＥＭＧ信号的平均功率频率（meanpowerfrequency，MPF）和中位频率（medianfrequency，MF），用来定量描述ｓＥＭＧ信号功率谱曲线的转移或者各种频率分量的相对变化，通常与肌肉功能状态即疲劳程度有关。4445肌电图的应用范围46肌电图的主要作用它能帮助我们“看”到肌肉。它可以测试肌肉的功能。建立治疗和训练方案。帮助受试者“找到”和训练他的肌肉。分析和提高运动能力。监测肌肉在人类工程学研究上的反映。47临床应用48EMG分析:肌肉是否活动实时同步功能可以很直观的告诉你，肌肉是否活动。当正常站立时，CH1多裂肌和CH4腹内斜肌是活动的。而CH2臀大肌和CH3腹直肌是不活动的。当站立在不平的地面上或单腿站立时，情况也一样。这样就可以明确的表示那块肌肉是对姿势稳定真正起作用的。49临床实例如果缓慢地直立位向前弯腰，背肌（CH2多裂肌）和伸髋肌（CH3臀大肌）应在最大前屈位时“关闭”，而只靠被动结构（如韧带）来维持躯干的位置。当向后直起腰时，上述两块肌肉才重新活动。在此过程中，协同肌（如CH4的腘绳肌）始终处于活动中。下腰痛的患者由于功能障碍或疼痛而无法使这两块肌肉在该“关闭”的时候安静。50临床意义通常情况下，一块健康人的健康肌肉在不需要它时，它是处于“关闭”状态的。如果它仍然在活动，那么可能是下列情况的一种信号：肌肉痉挛、疼痛反应、肌张力增高、关节不稳、紧张、肌肉协调性差等。51EMG分析：肌肉活动的多与少通过肌电图，找到一种锻炼腹肌的最佳方法。5253步态分析中肌肉的活动54肌肉活动的量要回答这一问题，必须对EMG的振幅进行计算并给出具体的数值。由于检测时受各种因素的干扰，原始的肌电数值会存在较大的变化，因此，要对原始的肌电数值进行处理，使之标准化，以MVC%的形式表达。55肌肉活动的量56肌肉是否疲劳？一个经典的疲劳实验的设计具备以下条件：1、持续的长时间的静力性收缩2、处于合适的关节角度或肌肉收缩长度下3、并且由于运动单位的募集，EMG的振幅应呈现上升的态势，同时与频域相关的指标，如平均频率，中位频率在频谱上应向左侧漂移（降低）。57频谱的漂移频谱的漂移是和动作电位在肌膜上传导的速度下降直接相关，因此反映了肌肉的疲劳58MPF和MF的斜率MPF和MF的斜率代表频率衰减的速度，也是反映肌肉疲劳的一项重要指标。59肌肉是否疲劳？Typicaltestarrangementandfindingsforstaticbackendurancetests:Median(A),MeanFrequency(B),ZeroCrossing(C)andMeanAmplitude(D),slopeofatrained(green)anduntrained(blue)subject,measuredforthemultifidusmuscle.60