表面肌电图简介及应用北中医版
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表面肌电图在临床应用的研究进展【摘要】表面肌电图(surface electromyography, sEMG)是一种通过表面电极记录肌肉运动单位的电活动信号,并对其进行定量观察分析的检查方法。
作为一种客观定量的评估方法,表面肌电图在医疗、体育、人机工程学、工伤评定等领域都得到了广泛的应用。
本文主要对近年来表面肌电在上述领域的应用进行综述。
【关键词】表面肌电图,医疗,体育,人机工程学表面肌电信号是指神经肌肉系统在完成各种随意性和非随意性活动时产生的生物电变化经表面电极引导、放大、记录和显示所获得的一维电压时间序列信号。
表面电极可直接置于皮肤表面,使用方便,可用于测试较大范围的肌电信号,并且提供了安全、简便、无创、无痛的客观指标。
目前,表面肌电评测技术已经在临床疾病的诊断,肌肉力量的评定,肌肉疲劳程度的判断和假肢的控制等方面得到了广泛的应用。
本文主要对近年来表面肌电技术在上述方面的应用做一个综述。
1.表面肌电技术在医疗领域的应用表面肌电技术作为一种定量评估的手段,目前在疾病病理特征的描述、发病机制的探索、疾病诊断和评估、治疗手段的评价和比较等诸多方面都发挥了重要的作用。
下面我们将以实例详细介绍表面肌电在脑卒中、下背痛、脑瘫、颈椎疾病、盆底疾病等诸多疾病的治疗和评估中发挥的作用。
1.1表面肌电技术在脑卒中治疗中的应用脑卒中患者由于中枢神经系统受损,反射性交感神经营养不良、神经血管萎缩等原因常引起足下垂的并发症[1]。
这与中枢神经系统受损后脊髓水平牵张反射亢进有关,在下肢表现为伸肌痉挛,即表现为踝跖屈内翻的偏瘫痉挛模式。
足下垂的出现,可使患肢残存的运动功能或已恢复的运动功能再次丧失,严重影响下肢运动功能的恢复[2]。
近年来,国内外已有较多在脑卒中偏瘫患者中应用sEMG 技术的研究。
2011年杨唐柱等人[3]通过采集和分析15例正常人(正常组)和10例偏瘫患者(偏瘫组)在执行抬臂、梳头、喝水、摸对侧肩、摸后口袋这5项日常生活活动时的上肢相关肌肉表面肌电信号,发现正常组和偏瘫组上肢的相关肌肉的均方根值比值有统计学差异,从而证明了偏瘫患者可采用与正常人不同的肌肉收缩策略来完成日常生活活动。
试论表面肌电技术在运动性肌肉疲劳中的应用摘要:表面肌电图是在肌肉表面,通过电极引导记录下来的神经肌肉系统活动的生物电信号,随着肌肉运动时产生微小的生物电变化,表面肌电图的指标均会发生相应的变化。
机体疲劳的外在表现与神经内在电改变紧密相关,针灸推拿对运动疲劳具有缓解作用,可以促进肌肉疲劳的恢复,有助于建立科学的训练方法。
关键词:表面肌电;运动疲劳;针灸;推拿【中图分类号】R453 【文献标识码】B 【文章编号】1002-3763(2014)08-0041-01表面肌电(surface electromyographic,sEMG))图,也称动态肌电图,是从皮肤表面通过电极引导,记录下来的神经肌肉系统活动的生物电信号。
在目标肌肉表面放置电极,采集肌肉活动/动作(等张、等长、等速)时的肌电信号,定量和定性分析神经肌肉功能,并可推测神经肌肉的病变特性。
目前表面肌电图主要适用于康复医学中功能及疗效的评价与治疗和体育运动中疲劳相关的肌肉力学分析。
表面肌电图作为一种无创的检测方法,在运动性肌肉疲劳研究中发挥重要作用,对运动疲劳的判定也有着重要的实用价值。
1 运动疲劳运动疲劳是生理疲劳(physical fatigue)和精神疲劳(mental fatigue)的综合表现。
目前运动性疲劳的发生机制具有多种学说解释,这些学说都多与神经系统有关。
人体的任何行为都是受神经系统所支配,疲劳的外在表现同神经内在电变化是密切相关的。
中医并没有明确运动疲劳的定义,但是从古代就早有对疲劳的认识,并且认识到运动是引起疲劳的一个主要原因。
中医认为,过度运动所导致的疲劳,极易于损伤人的气血。
《素问·举痛论》曰:“劳则气耗……劳则喘息汗出,外内皆越,故气耗矣。
”孙思邈《千金要方》中五劳即有一为疲劳:“五劳者,一曰志劳,二曰思劳,三曰忧劳,四曰心劳,五曰疲劳。
”自20世纪七、八十年代起,对运动疲劳开始进行系统研究,在1982年美国波士顿第5届国际运动生物化学学术会议上,提出了新的疲劳定义:机体生理过程不能持续其机能在特定水平上进行,或不能维持预定的运动强度。
表面肌电图(surface electromyography, sEMG),又称动态肌电图(dynamic electromyography ,DEMG),是从肌肉表面通过电极引导、记录下来的神经肌肉系统活动时的生物电信号。
它与肌肉的活动状态和功能状态之间存在着不同程度的关联性,因而能在一定程度上反映神经肌肉的活动。
肌肉运动中产生的生物电通过两个测量电极(相对于参考电极)产生电位差,差分放大器检测到该信号后,经过放大、记录后所得到的图形,现代高档的sEMG都是把放大的信号再转化为数字信号,经过通讯系统传输给微机。
微机中的分析软件对所获得的数据进行分析处理,从而完成测试评估等科研或临床诊断任务。
sEMG是一种简单、无创、容易被受试者接受的肌电活动,可用于测试较大范围内的E M G 信号,并有助于反映运动过程中肌肉生理、生化等方面的改变;不仅可在静止状态测定肌肉活动,而且可在各种运动过程中持续观察肌肉活动的变化;不仅是一种对运动功能有意义的评价方法,而且也是一种较好的生物反馈治疗技术。
因而高等院校人机工效学领域的肌肉工作的工效学分析,体育系统(体科所)疲劳判定、运动技术合理性分析、肌纤维类型和无氧阈值的无损伤性预测,医院康复领域神经肌肉功能评价等高等方面均有重要的实用价值。
1康复治疗疗效评定。
针对肌肉康复治疗手段,特别是康复运动训练手段,可作为治疗前、后疗效对比及随访的评估方法。
例如利用sEMG辅助诊断腰背部疾患评估椎旁肌功能。
在手术、外伤、颈肩腰腿痛及其他肌肉功能障碍情况下,通过潜在的肌电信号改变确定肌肉的功能障碍、疼痛等严重程度.S E M G 可与其他先进的康复测试和训练仪器结合,协助诊断和评定各种影响骨骼肌功能的情况,如与视频图像结合可较好地对某些日常活动功能的动作进行分析;与步态分析系统结合,分析异常步态的肌电活动情况;与同步摄像系统结合对照研究,有助于分析并纠正各种异常步态;与平衡测试训练仪和等速测试系统配合使诊断更为明确。
表面肌电图在肌肉功能评估中的应用摘要:研究在肌肉功能评估中应用表面肌电图的应用效果。
采用表面肌电图仪,用积分肌电和平均功率评率、中位频率等对神经肌肉所致的肢体功能障碍进行肌张力、肌力、肌肉疲劳度进行评估,表面肌电图在肌肉功能康复评估中的价值。
初步研究结果表明表面肌电图不但可评估治疗前患者受损神经肌肉功能和健侧的差异,还可评估治疗前后患侧肌肉功能恢复的情况,可根据恢复情况调整治疗方案,是一种客观评价治疗方法的有效手段。
关键词:表面肌电图;肌肉;功能;评估肌电图(EMG)是用肌电仪记录肌肉生物电图形,在评价机体系统活动方面起着重要的作用,可用专用的肌电图仪进行测量。
优点是定位性好、干扰小、易识别,但是此检查多采用针电极插入肌肉检测肌电信号,是一种有创检测方法,在临床受到一定的应用限制[1]。
表面肌电图(sEMG)是从肌肉表面经电极引导记录下来的神经肌肉系统活动的生物电信号,无论是在肌肉的功能状态还是活动状态中均存在不同程度的关联性,可在某种程度上反映神经肌肉活动。
肌肉运动产生电位差,差分放大器检测该信号经放大记录得到的图形再转化为数字信号,经通讯系统传给微机,微机软件进行数据处理从而完成测试评估等临床诊断工作[2]。
sEMG是一种无创、简单、易被患者接受的肌电活动,可反映运动肌肉生化、生理等方面的改变,可在静止状态及运动中测定肌肉活动,是一种很好的生物反馈治疗技术,对运动功能有诊断意义。
近年来,在我国sEMG已经从运动医学扩展到康复医学,特别是在神经肌肉病损功能的康复评估中,已开始发挥作用。
本康复科自引进表面肌电图仪已经有近百例神经肌肉受损患者进行检测和评估,现将积累的经验在此总结,旨为临床提供一定的参考价值。
1.表面肌电图常用指标分析表面肌电图在评估神经肌肉功能受损常用的指标有平均功率频率、肌电积分以及中位频率。
中位频率和平均功率频率是判断肌肉活动疲劳度的常用指标;肌电积分是评估肌肉在单位时间内的收缩性。
肌电图的原理及临床应用一、肌电图的原理肌电图(Electromyography,简称EMG)是一种通过测量肌肉的电活动来评估肌肉功能和神经损伤的方法。
肌电图原理主要包括以下几个方面:1.肌肉电活动产生:肌肉收缩过程中产生的电信号可通过电极捕捉和记录。
肌肉组织中的神经元通过电流进行通信,当神经传递肌肉收缩指令时,肌肉产生的电信号就可以被记录下来。
2.肌肉电活动检测:通过电极将信号传递到肌肉内部,并记录下所检测到的电信号。
通常,电极分为表面电极和针电极两种。
表面电极适用于浅表肌肉,针电极适用于深层肌肉。
3.信号放大和处理:采集到的原始电信号通常较弱,需要经过放大和滤波等处理,以便进行分析和解读。
信号放大可以提高信噪比,滤波则可剔除不需要的干扰信号。
4.数据分析和解读:经过放大和滤波处理后的肌电图信号可以进行多种分析方法,如时域分析、频域分析和时频域分析等。
这些分析方法可以提供有关肌肉活动的量化参数,如肌电幅值、频率和时变特征等。
二、肌电图的临床应用肌电图在临床上有广泛的应用,主要包括以下几个方面:1.诊断神经损伤:通过肌电图可以评估神经和肌肉的功能状态,从而帮助诊断神经损伤的类型和程度。
常见的神经损伤包括周围神经损伤、运动神经元病变和神经传导障碍等。
2.评估肌肉病变:肌电图可以检测和评估肌肉的病变情况,如肌无力、肌萎缩和痉挛等。
通过分析肌电图信号的特征参数,可以判断肌肉病变的类型和严重程度。
3.肌肉活动研究:肌电图广泛应用于肌肉活动的研究领域,如运动生理学、运动康复和人机交互等。
通过分析肌电图信号可以了解肌肉的活动模式、力量和协调性等。
4.运动损伤预防:通过分析肌电图信号可以对运动员的肌肉活动进行评估,从而预测运动损伤的风险。
这对于制定个性化的训练计划和预防运动损伤具有重要意义。
三、肌电图的局限性和注意事项虽然肌电图在临床中有许多应用,但仍存在一些局限性和注意事项,包括:1.技术要求高:肌电图的采集和分析需要专业的设备和技术人员,对操作人员要求较高。
表面肌电评估
表面肌电评估是一种用来研究肌肉电活动的方法,通过测量肌电信号来评估肌肉功能。
它是一种无创的技术,可以帮助研究人员了解肌肉的活动模式、肌肉疲劳程度以及肌肉协调性。
表面肌电评估使用一种叫做肌电图的设备,它可以记录肌肉收缩和放松时产生的电信号。
这些电信号通过放置在皮肤表面的电极来捕捉,然后被放大和记录下来。
通过这种方法,可以获得大量的肌电数据,并用于分析和评估肌肉功能。
表面肌电评估可以用于许多不同的领域,包括运动科学、康复医学和人机界面设计。
在运动科学领域,它可以被用来研究人体运动的控制和协调。
通过分析肌肉的运动模式和活动程度,可以了解肌肉力量和耐力的变化以及肌肉活动的协调性。
这对于运动员的训练和康复都非常重要,可以帮助他们改善运动表现和预防运动损伤。
在康复医学中,表面肌电评估可以用来评估肌肉功能的恢复进程。
通过比较不同时间点的肌电数据,可以了解肌肉的恢复程度和康复过程中的进展。
这对于康复计划的制定和调整非常重要,可以帮助患者更好地恢复功能。
在人机界面设计中,表面肌电评估可以用来研究人体与机器之间的交互。
通过分析肌肉的电活动模式,可以了解人体对于特定动作和任务的反应,并据此设计更符合人体需求的界面和交互方式。
这对于提高用户体验和人机界面的效率非常重要。
总之,表面肌电评估是一种重要的评估方法,可以用来研究肌肉功能、康复进程和人机交互。
它可以为运动科学、康复医学和人机界面设计提供有价值的信息,并帮助改善人体运动和生活质量。
未来,随着技术的不断发展,表面肌电评估将会得到更广泛的应用。
肌电图的临床应用一、肌电图:狭义的肌电图是指以同心圆针电极插入肌肉中,收集针电极附近一组肌纤维的动作电位,以及在插入过程中观察其静息状态、轻用力时运动单位电位,大力时募集状态。
广义的肌电图学,还包括神经传导、神经重复电刺激等有关周围神经、神经肌肉接头和肌肉疾病的电诊断学。
1、正常肌电图(1)插入电活动:针电极在插入肌肉时,可机械地刺激或损伤肌纤维,而产生各种大小不同形态不同的短暂的电位,这就是插入电活动。
持续时间是几百毫秒,(如果针电极不活动,静息状态下,正常肌肉不会有活动表现为一条直线,称为电静息。
)(2)轻用力时运动单位电位:肌肉轻度收缩状态下记录的一个运动神经元所支配的一群肌纤维所兴奋的电位称运动单位电位(MUP)。
(3)波形多为2-3相,5相以上为多相。
多相波一般不超过15%,时限常在5-15ms之间;波幅多在100至数千微伏之间。
每一块肌肉都有自己的正常值(波幅、时限、位相)(4)大力时募集状态:当肌肉大力量收缩时,许多运动单位很快的发放冲动,由于许多不同的运动单位同时兴奋,因此不能辨认各个单独的MUP。
2、异常肌电图(1)插入活动的异常:①插入活动的减少和延长。
②出现自发电位:纤颤、正锐波、束颤电位、肌强直样放电(复合性重复放电)、肌纤维颤搐③肌强直放电。
(2)异常MUP①短时限的MUP,指MUP平均时限小于同一年龄组肌肉的正常范围。
常见于肌肉疾病和神经肌肉传递性疾病。
②长时限的MUP,指MUP平均时限大于同一年龄组肌肉的正常范围。
这些MUP的波幅增高,时限的增宽,并伴有募集不良,常提示下运动神经元病变。
如:运动神经元病、脊髓灰质炎、脊髓空洞症、周围神经病变,或神经损伤后的再支配等。
③多相电位其数目增多,可见于肌病,也可见于运动神经元病周围神经病变。
(3)异常募集形式募集形式决定于用力时发放的MU数量以及MU发放的频率,下运动神经元病变时MU减少,病人客观上很用力,但MU也是减少型。
4 表面肌电图的分析与应用研究表面肌电(surface electromyography, sEMG)图在电生理概念上虽然与针电极肌电图相同,但表面肌电图的研究目的,所使用的设备以及数据分析技术与针电极肌电图是有很大区别的。
相对与针电极肌电图而言,其捡拾电极为表面电极。
它将电极置于皮肤表面,使用方便,可用于测试较大范围内的EMG信号。
并很好地反映运动过程中肌肉生理生化等方面的改变。
同时,它提供了安全、简便、无创的客观量化方法,不须刺入皮肤就可获得肌肉活动有意义的信息,在测试时也无疼痛产生。
另外,它不仅可在静止状态测定肌肉活动,而且也可在运动过程中持续观察肌肉活动的变化;不仅是一种对运动功能有意义的诊断方法,而且也是一种较好的生物反馈治疗技术[50]。
4.1 肌电(electromyography, EMG)信号的产生原理及模式4.1.1肌电信号的产生原理肌肉收缩的原始冲动首先来自脊髓,然后通过轴突传导神经纤维,再由神经纤维通过运动终板发放冲动形成肌肉收缩,但每根肌纤维仅受一个运动终板支配,该运动终板一般位于肌纤维的中点。
当神经冲动使肌浆中Ca2+浓度升高时,肌蛋白发生一系列变化,使细胞丝向暗带中央移动,与此相伴的是ATP的分解消耗和化学能向机械功的转换,肌肉完成收缩。
在肌肉纤维收缩的同时也相应地产生了微弱的电位差,这就是肌电信号的由来。
人体骨骼肌纤维根据功能分为Ⅰ型慢缩纤维,又称红肌,亦即缓慢-氧化型肌纤维;Ⅱa型和Ⅱb型快缩纤维,又称白肌。
“红肌”力量产生较慢,其特点是ATP产生是氧化代谢产生的(即其含有较高的氧化能力),可以维持较长的工作时间,作用主要为保持耐力。
快肌纤维则主要是无氧酵解(糖原代谢)途径,故在相对较短的时间内,易产生疲劳和乳酸堆积[46]。
所以,不同纤维类型因其收缩类型不同,能量代谢改变不同,生理作用不同,故其收缩时的肌电信号也有不同特征,故而肌电信号反过来也可相应反映耐力、生化改变,也就是疲劳度、代谢等方面的情况。