肌电图的测定与分析
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中国体育科技 2007年6期 张秀丽 刘卉 刘学贞 运用美国产Noraxon表面肌电遥测系统对国家射箭队
男、女各12名运动员进行测试。 国家射箭队运动员在射箭动作的不同阶段尚存在部分
不合理的肌肉用力特点。 相对来说,无论是举弓时的肌肉激活顺序、主要肌肉用
力特点,还是动作的一致性,均是女子运动员较男子运动 员合理。 以肌电RMS幅值的“标准差与平均数的比值”这个派 生指标对运动员进行多支箭肌肉用力的一致性评价较 合理。
通过电路的改进、过滤窗 口的选择去除
Shift
21
肌电整流类型Rectification
Raw EMG
Full-wave Rectified EMG
Half-wave Rectified EMG
Delete 22
积分Integration
Area Under a Curve
Units = mV - msec
Zuniga and Simmon (1969) & Vrendenbregt and Rau (1973) 认为IEMG与张力是非线性关系。
等长收缩isometric时EMG与力量是线性的，在 等张收缩isotonic时是非线性的(Weir et al., 1992) 。
43
Isometric 与 Isotonic Contractions
– EMG signal should be altered as minimally as possible for accurate representation
10
电信号噪音特征
电子设备固有噪音 – 所有电器均有，使用高质量设备可减少。 – 频率范围：0 – 几千 Hz。
环境噪音 – 电磁幅射源（无线电广播、电线、荧光灯） – 主要频率：50 Hz – 幅度：1 – 3倍 EMG signal
48
ST运动单位产 生的 EMG信 号幅度低、持 续时间长。
FT运动单位产 生的 EMG信 号幅度高、持 续时间短。
49
50
《体育科学》1990年02期
肌纤维组成的无损测定法和仪器 高强;尹吟青;王楠;秦 光侠;马磐
研究的目的是探索一种无损测定男青年股外肌肌纤维 组成的方法及研制肌纤维组成无损测定仪。由43名受 试者取得等长肌力及肌电图等12项指标,用逐步回归的 方法从上述指标中筛选出与股外肌快肌纤维％(FT％) 密切相关的3项指标,从而建立推测肌纤维组成的三元回 归方程。以该方程为模型,开发了肌纤维组成测定仪。 该仪器所得测试结果与活检结果对比,平均误差为2.84 ％(SD=2.48％),有较高的精确性。本研究可取代活检方 法,用于运动选才。 【作者单位】：北京体育学院;北京体育学院;北京体育 学院;天津大学;天津大学
51
52
《中国运动医学杂志》1990年03期
8—17岁儿童少年股外肌肌纤维组成最大等长伸膝力量、 相对肌力及肌围的研究 尹吟青,王立山,王玮,田野,刘沙, 高强
本文用活检--组化方法对153名8～17岁儿童少年(男80 人,女73人)做了股外肌快肌纤维%(FT%)的研究,并同时 测定了最大等长伸膝力量(MVC)、相对肌力(RMVC)及 肌围(活检处腿围,C)。实验发现男、女儿童及全体FT% 均呈近似常态分布。且性别间也无显著差异(P>0.05)。 还发现8～17岁儿童少年的MVC、RMVC及C均随年龄 增长而增大。肌力(MVC及RMVC)与股外肌FT%间只 有低度相关(r=0.23,r=0.30;P<0.05),而肌力(MVC)与肌围 间却有密切相关(r=0.69,P<0.01)。
运动伪迹 – 电极与皮肤、电极线缆 – 可以合适的线路减少 – 频率范围：0 – 20 Hz
11
通过电极和放大器减少信号干扰
差动（微分）放大 – 减少电磁辐射噪音 – 双电极输入
电极的稳定性 – 电极的化学稳定性 – 电极的移动、排汗、湿度变化等
随着电极品质的提高，对皮肤处理、剃除毛发 的要求在下降。
44
肌肉力量与肌电的线性关系
柯菲因(Chaffin)等人发现 当肌肉用40%MVC以下强 度收缩时，肌力与肌电呈 线性关系。60%MVC以上 强度时，肌力与肌电也呈 线性关系，但此时的直线 斜率较大。而肌力在40%60%MVC时，肌力与肌电 之间的线性关系往往就不 存在了。
45
离心(eccentric)收缩时EMG幅度小于向心(concentric)收缩 (Komi, 1973; Komi et al., 1987)
运动生理学实验理论 肌电的测定与分析
运动生理学教研室 周越 博士 副教授
第一节 肌电图的测试分析原理
第二节 表面肌电图的应用 第三节 肌电图分析软件的使用
2
一、肌电图定义
骨骼肌在兴奋时，会由于肌纤维动作电位的传 导和扩布而发生电位变化，这种电位变化称为 肌电。
用适当的方法将骨骼肌兴奋时发生的电位变化 引导、放大并记录所得到的图形，称为肌电图。
(1)肌肉工作过程中肌电幅值的变化 肌电幅值是指肌电信号的振幅大小。在肌电
研究过程中，反应肌电幅值的指标有积分肌电 (EMG)和均方根振幅(RMS)。
37
38
在肌肉等长收缩至疲劳的研究过程中发时间股直肌、股外肌IEMG的增长情况
46
在匀速屈肘运动中肌张力与IEMG的关系 A 的心收缩 B 离心收缩
47
四、利用肌电图分析肌纤维类型
不同类型的肌纤维在疲劳时的肌电图特征也不 同。慢肌纤维百分数较高的受试者（ST%>59）, 在各种负荷(30%MVC、50%MVC及79%MVC)至疲劳 的工作中,MPF下降斜率比慢肌纤百分数较低的 受试者(ST<49)要低，当负荷增加时更明显。
26
运动单位的同步化 Motor Unit Synchronization
非同步化活动减少EMG 幅度。
运动单位的同步化增 加了EMG幅度
27
运动单位同步化时EMG幅度与力
28
标准化Normalization
是否可以直接比较不同受试者的EMG呢？ 影响因素
– 不同的肌肉横断面 – 不同的肌肉长度 – 不同的快慢肌纤维比例 – 不同的肌纤维募集方式 – 不同的肌纤维激动频率
32
猫行走时比目鱼肌的EMG信号。Force直接从跟腱 (achilles tendon)测得。在EMG开始约70 ms后产生力 ，EMG结束后约70时力终止。
33
第一节 肌电图的测试分析原理
第二节 表面肌电图的应用
第三节 肌电图分析软件的使用
34
一、利用肌电测定神经的传导速度
如果在神经通路的两个或两个以上的点上给予电 流刺激，从该神经所支配的肌肉上记录诱发电 位，然后根据下列公式可计算出神经的传导速 度。 V=S/t
式中:V为神经传导速度，单位为米/秒；t为两 刺激点从刺激开始到肌肉开始收缩的时间差， 单位为秒；S为两刺激点之间的距离，单位为 米。
35
尺神经运动神经传导速度的测定 S1：肘部的刺激电极 S2：腕部的刺激电极 R：记录电
极
36
二、利用肌电图研究肌肉疲劳
肌肉疲劳时其肌电活动也会发生变化，因此可 以用肌电来研究肌肉疲劳的发生及机制。
不同持续时间股直肌、股外肌肌电图MPF的下降情况
41
三、利用肌电图评价肌力
一般情况下，当肌肉以不同的负荷进行收缩时，其肌电信 号IEMG同肌力成正比关系，即肌肉产生的张力越大IEMG越 大。
42
Lippold (1952), Close (1972) & Bigland-Ritchie (1981)认为IEMG与张力是线性关系。
53
五、利用肌电进行动作分析
在运动过程中可用多导肌电记录仪将肌电记录下 来。然后，根据运动中每块肌肉的放电顺序和肌 电幅度，结合高速摄像等技术，对运动员的动作 进行分析诊断。
分析某项运动技术，找出在完成该项动作时有哪 些肌肉参加；各个肌肉用力程度怎样；顺序如何； 直接为科学地安排教学与训练提供依据。
23
EMG 幅度分析
均方根振幅Root Mean Square
RMS 1 N EMG(i)2
N i1
RMS 1 N EMG(i)2
N i 1
24
过零率Number of Zero Crossings
信号通过零值基线的次数。 在进行FFT运算前曾广泛应用。
25
EMG 频谱分析Frequency Spectrum
29
标准化方法
用最大用力值来标准化 用最大用力值的百分比表示亚极量用力，如
50%、75%等。 一般用最大随意收缩（isometric MVC）。
30
MVC 时的股四头肌积分肌电值= 5.76 mV - msec 50% 亚极量收缩时积分肌电值 = 2.13 mV - msec
12
差动（微分）放大 Differential Amplification
13
EMG 电极的放置 一般在肌腹中间。不要靠近肌腱、不
要在肌肉边缘、要与肌肉平行。
14
不同放置部位的EMG结果
15
参考电极的放置（接地）
尽可能远离记录电极 电中性组织 （多骨组织） 良好的电极接触（大尺寸、良好的粘合接触）
16
滤波器类型
便件滤波器 – 模拟电路：放大器、电阻、电容
软件滤波器 – 数字滤波器（数学运算）
17
滤波器的种类
低通过滤波 Low pass filter (LP)
20 Hz
250 Hz
LP
Filter
18
带通滤波 Band pass filter (BP)
20 Hz
250 Hz
8
二、EMG信号的特征与处理
幅度范围： 放大前 0–10 mV (+5 to -5) 有效频率范围： 0 - 500 Hz 主要频率范围： 50 – 150 Hz
9
信号处理的一般概念
采集频率 信噪比（Signal-to-noise ratio）
– EMG信号的能量与噪音信号的比例。 信号失真（Distortion of the signal）
Filter BP
Filter
19
带阻滤波器 Band stop filter (BS)
– Example: 50 Hz filter
50 Hz
20 Hz
BS
250 Hz
20
相位移动Phase Shift
过滤器引起相位改变 – 通过过滤器时，频率 成份的时间延迟 – 也可能会产生波形扭 曲
39
(2)肌肉工作过程中肌电信号的频谱变化
在肌肉工作过程
中，肌电信号的频率
特性可随着肌肉的机
能状态的改变而发生
变化。反应肌电信号
的频率特性的指标有
平 均 功 率 频 率 (MPF) 和
中心频率(FC)。
肌肉疲劳前后肌电频率谱变化
40
随着疲劳程度的加深，肌电信号的频谱左移，即平均 功率频率降低。
54
绕螺时的肌电变化
55
56
57
某受试者40cm下落跳时股外肌(EMG1)、股二头 肌(EMG2)肌电图和测力台同步记录到的对地面 垂直作用力(Fz)示意图
58
上体竖直作主动起蹲时股四头肌的肌电 图（2毫伏、400毫秒）
1.股外肌；2.股直肌；3.股内肌
59
国家队射箭运动员动作技术的肌电特性
快速傅利叶转换Fast Fourier Transform (FFT)
平均功率频率MPF是 所有频率成份功率的 平均值对应的频率。
中位频率（ Median Frequency）是把功率谱曲线 分成功率或面积相同的两部分 的频率
f me d
S( f )df S( f )df
0
f me d
比例:
2.13 mV - msec 5.76 mV - msec
= .37
31
电机械延迟Electromechanical Delay (EMD)
EMD是指EMG开始到产生力量之间的延迟。 延迟的生产与电活动要沿T横管系统传入、肌浆网释放钙离
子、Actin-Myosin crossbridges的形成、一系列弹性成份的 牵拉有关。
3
4
5
Noraxon Telemyo 2400T G2 遥测肌电图仪
6
引导肌电信号的电极分类：
引导肌电信号的电极可分为两大类，一类是 针电极，另一类是表面电极。
1.针电极
2.表面电极
7
轻度用力时用针电极从20 个不同部位记录到的正常 人肱二头肌的运动单位电 位
不同程度收缩时骨骼肌肌电 图（表面电极引导）
男、女各12名运动员进行测试。 国家射箭队运动员在射箭动作的不同阶段尚存在部分
不合理的肌肉用力特点。 相对来说,无论是举弓时的肌肉激活顺序、主要肌肉用
力特点,还是动作的一致性,均是女子运动员较男子运动 员合理。 以肌电RMS幅值的“标准差与平均数的比值”这个派 生指标对运动员进行多支箭肌肉用力的一致性评价较 合理。
通过电路的改进、过滤窗 口的选择去除
Shift
21
肌电整流类型Rectification
Raw EMG
Full-wave Rectified EMG
Half-wave Rectified EMG
Delete 22
积分Integration
Area Under a Curve
Units = mV - msec
Zuniga and Simmon (1969) & Vrendenbregt and Rau (1973) 认为IEMG与张力是非线性关系。
等长收缩isometric时EMG与力量是线性的，在 等张收缩isotonic时是非线性的(Weir et al., 1992) 。
43
Isometric 与 Isotonic Contractions
– EMG signal should be altered as minimally as possible for accurate representation
10
电信号噪音特征
电子设备固有噪音 – 所有电器均有，使用高质量设备可减少。 – 频率范围：0 – 几千 Hz。
环境噪音 – 电磁幅射源（无线电广播、电线、荧光灯） – 主要频率：50 Hz – 幅度：1 – 3倍 EMG signal
48
ST运动单位产 生的 EMG信 号幅度低、持 续时间长。
FT运动单位产 生的 EMG信 号幅度高、持 续时间短。
49
50
《体育科学》1990年02期
肌纤维组成的无损测定法和仪器 高强;尹吟青;王楠;秦 光侠;马磐
研究的目的是探索一种无损测定男青年股外肌肌纤维 组成的方法及研制肌纤维组成无损测定仪。由43名受 试者取得等长肌力及肌电图等12项指标,用逐步回归的 方法从上述指标中筛选出与股外肌快肌纤维％(FT％) 密切相关的3项指标,从而建立推测肌纤维组成的三元回 归方程。以该方程为模型,开发了肌纤维组成测定仪。 该仪器所得测试结果与活检结果对比,平均误差为2.84 ％(SD=2.48％),有较高的精确性。本研究可取代活检方 法,用于运动选才。 【作者单位】：北京体育学院;北京体育学院;北京体育 学院;天津大学;天津大学
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《中国运动医学杂志》1990年03期
8—17岁儿童少年股外肌肌纤维组成最大等长伸膝力量、 相对肌力及肌围的研究 尹吟青,王立山,王玮,田野,刘沙, 高强
本文用活检--组化方法对153名8～17岁儿童少年(男80 人,女73人)做了股外肌快肌纤维%(FT%)的研究,并同时 测定了最大等长伸膝力量(MVC)、相对肌力(RMVC)及 肌围(活检处腿围,C)。实验发现男、女儿童及全体FT% 均呈近似常态分布。且性别间也无显著差异(P>0.05)。 还发现8～17岁儿童少年的MVC、RMVC及C均随年龄 增长而增大。肌力(MVC及RMVC)与股外肌FT%间只 有低度相关(r=0.23,r=0.30;P<0.05),而肌力(MVC)与肌围 间却有密切相关(r=0.69,P<0.01)。
运动伪迹 – 电极与皮肤、电极线缆 – 可以合适的线路减少 – 频率范围：0 – 20 Hz
11
通过电极和放大器减少信号干扰
差动（微分）放大 – 减少电磁辐射噪音 – 双电极输入
电极的稳定性 – 电极的化学稳定性 – 电极的移动、排汗、湿度变化等
随着电极品质的提高，对皮肤处理、剃除毛发 的要求在下降。
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肌肉力量与肌电的线性关系
柯菲因(Chaffin)等人发现 当肌肉用40%MVC以下强 度收缩时，肌力与肌电呈 线性关系。60%MVC以上 强度时，肌力与肌电也呈 线性关系，但此时的直线 斜率较大。而肌力在40%60%MVC时，肌力与肌电 之间的线性关系往往就不 存在了。
45
离心(eccentric)收缩时EMG幅度小于向心(concentric)收缩 (Komi, 1973; Komi et al., 1987)
运动生理学实验理论 肌电的测定与分析
运动生理学教研室 周越 博士 副教授
第一节 肌电图的测试分析原理
第二节 表面肌电图的应用 第三节 肌电图分析软件的使用
2
一、肌电图定义
骨骼肌在兴奋时，会由于肌纤维动作电位的传 导和扩布而发生电位变化，这种电位变化称为 肌电。
用适当的方法将骨骼肌兴奋时发生的电位变化 引导、放大并记录所得到的图形，称为肌电图。
(1)肌肉工作过程中肌电幅值的变化 肌电幅值是指肌电信号的振幅大小。在肌电
研究过程中，反应肌电幅值的指标有积分肌电 (EMG)和均方根振幅(RMS)。
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38
在肌肉等长收缩至疲劳的研究过程中发时间股直肌、股外肌IEMG的增长情况
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在匀速屈肘运动中肌张力与IEMG的关系 A 的心收缩 B 离心收缩
47
四、利用肌电图分析肌纤维类型
不同类型的肌纤维在疲劳时的肌电图特征也不 同。慢肌纤维百分数较高的受试者（ST%>59）, 在各种负荷(30%MVC、50%MVC及79%MVC)至疲劳 的工作中,MPF下降斜率比慢肌纤百分数较低的 受试者(ST<49)要低，当负荷增加时更明显。
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运动单位的同步化 Motor Unit Synchronization
非同步化活动减少EMG 幅度。
运动单位的同步化增 加了EMG幅度
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运动单位同步化时EMG幅度与力
28
标准化Normalization
是否可以直接比较不同受试者的EMG呢？ 影响因素
– 不同的肌肉横断面 – 不同的肌肉长度 – 不同的快慢肌纤维比例 – 不同的肌纤维募集方式 – 不同的肌纤维激动频率
32
猫行走时比目鱼肌的EMG信号。Force直接从跟腱 (achilles tendon)测得。在EMG开始约70 ms后产生力 ，EMG结束后约70时力终止。
33
第一节 肌电图的测试分析原理
第二节 表面肌电图的应用
第三节 肌电图分析软件的使用
34
一、利用肌电测定神经的传导速度
如果在神经通路的两个或两个以上的点上给予电 流刺激，从该神经所支配的肌肉上记录诱发电 位，然后根据下列公式可计算出神经的传导速 度。 V=S/t
式中:V为神经传导速度，单位为米/秒；t为两 刺激点从刺激开始到肌肉开始收缩的时间差， 单位为秒；S为两刺激点之间的距离，单位为 米。
35
尺神经运动神经传导速度的测定 S1：肘部的刺激电极 S2：腕部的刺激电极 R：记录电
极
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二、利用肌电图研究肌肉疲劳
肌肉疲劳时其肌电活动也会发生变化，因此可 以用肌电来研究肌肉疲劳的发生及机制。
不同持续时间股直肌、股外肌肌电图MPF的下降情况
41
三、利用肌电图评价肌力
一般情况下，当肌肉以不同的负荷进行收缩时，其肌电信 号IEMG同肌力成正比关系，即肌肉产生的张力越大IEMG越 大。
42
Lippold (1952), Close (1972) & Bigland-Ritchie (1981)认为IEMG与张力是线性关系。
53
五、利用肌电进行动作分析
在运动过程中可用多导肌电记录仪将肌电记录下 来。然后，根据运动中每块肌肉的放电顺序和肌 电幅度，结合高速摄像等技术，对运动员的动作 进行分析诊断。
分析某项运动技术，找出在完成该项动作时有哪 些肌肉参加；各个肌肉用力程度怎样；顺序如何； 直接为科学地安排教学与训练提供依据。
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EMG 幅度分析
均方根振幅Root Mean Square
RMS 1 N EMG(i)2
N i1
RMS 1 N EMG(i)2
N i 1
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过零率Number of Zero Crossings
信号通过零值基线的次数。 在进行FFT运算前曾广泛应用。
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EMG 频谱分析Frequency Spectrum
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标准化方法
用最大用力值来标准化 用最大用力值的百分比表示亚极量用力，如
50%、75%等。 一般用最大随意收缩（isometric MVC）。
30
MVC 时的股四头肌积分肌电值= 5.76 mV - msec 50% 亚极量收缩时积分肌电值 = 2.13 mV - msec
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差动（微分）放大 Differential Amplification
13
EMG 电极的放置 一般在肌腹中间。不要靠近肌腱、不
要在肌肉边缘、要与肌肉平行。
14
不同放置部位的EMG结果
15
参考电极的放置（接地）
尽可能远离记录电极 电中性组织 （多骨组织） 良好的电极接触（大尺寸、良好的粘合接触）
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滤波器类型
便件滤波器 – 模拟电路：放大器、电阻、电容
软件滤波器 – 数字滤波器（数学运算）
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滤波器的种类
低通过滤波 Low pass filter (LP)
20 Hz
250 Hz
LP
Filter
18
带通滤波 Band pass filter (BP)
20 Hz
250 Hz
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二、EMG信号的特征与处理
幅度范围： 放大前 0–10 mV (+5 to -5) 有效频率范围： 0 - 500 Hz 主要频率范围： 50 – 150 Hz
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信号处理的一般概念
采集频率 信噪比（Signal-to-noise ratio）
– EMG信号的能量与噪音信号的比例。 信号失真（Distortion of the signal）
Filter BP
Filter
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带阻滤波器 Band stop filter (BS)
– Example: 50 Hz filter
50 Hz
20 Hz
BS
250 Hz
20
相位移动Phase Shift
过滤器引起相位改变 – 通过过滤器时，频率 成份的时间延迟 – 也可能会产生波形扭 曲
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(2)肌肉工作过程中肌电信号的频谱变化
在肌肉工作过程
中，肌电信号的频率
特性可随着肌肉的机
能状态的改变而发生
变化。反应肌电信号
的频率特性的指标有
平 均 功 率 频 率 (MPF) 和
中心频率(FC)。
肌肉疲劳前后肌电频率谱变化
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随着疲劳程度的加深，肌电信号的频谱左移，即平均 功率频率降低。
54
绕螺时的肌电变化
55
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某受试者40cm下落跳时股外肌(EMG1)、股二头 肌(EMG2)肌电图和测力台同步记录到的对地面 垂直作用力(Fz)示意图
58
上体竖直作主动起蹲时股四头肌的肌电 图（2毫伏、400毫秒）
1.股外肌；2.股直肌；3.股内肌
59
国家队射箭运动员动作技术的肌电特性
快速傅利叶转换Fast Fourier Transform (FFT)
平均功率频率MPF是 所有频率成份功率的 平均值对应的频率。
中位频率（ Median Frequency）是把功率谱曲线 分成功率或面积相同的两部分 的频率
f me d
S( f )df S( f )df
0
f me d
比例:
2.13 mV - msec 5.76 mV - msec
= .37
31
电机械延迟Electromechanical Delay (EMD)
EMD是指EMG开始到产生力量之间的延迟。 延迟的生产与电活动要沿T横管系统传入、肌浆网释放钙离
子、Actin-Myosin crossbridges的形成、一系列弹性成份的 牵拉有关。
3
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5
Noraxon Telemyo 2400T G2 遥测肌电图仪
6
引导肌电信号的电极分类：
引导肌电信号的电极可分为两大类，一类是 针电极，另一类是表面电极。
1.针电极
2.表面电极
7
轻度用力时用针电极从20 个不同部位记录到的正常 人肱二头肌的运动单位电 位
不同程度收缩时骨骼肌肌电 图（表面电极引导）