表面肌电图PPT课件

一、sEMG的发展简史
1969年，首次应用sEMG生物反馈技术 进行放松训练，并应用于心理治疗 此后，更为广泛地应用于康复医学评定 和治疗，并应用于神经学和泌尿学 近年来，应用途径更为广泛（如作为神 经肌肉疾患的再训练、偏瘫患者功能康 复的辅助手段等）
二、sEMG的解剖、生理基础
肌肉的显微结构 肌电位的形成过程 运动单位和神经肌肉的连接 肌纤维的分类
sEMG与针电极EMG的区别
sEMG与针电极EMG的区别
电极置于皮肤表面
仅能有效地应用于浅 表肌肉
测试较大范围内的肌 肉EMG信号 来自于多个运动单位
使用方便
反映运动过程中的肌 肉生理、生化等改变
将电极插入肌肉内
重复检查时难保持一 致的定位 测试的范围较小 很少被交调失真影响 重测信度较sEMG低 研究深层肌肉的运动 学和神经生理学活动
现代康复医学对肌肉功能评定 的新要求
这些需求极大地促进了表面肌电图在康 复医学领域的应用
例如应用表面肌电图可以评定运动疗法 促进或抑制特定肌肉活动的能力，以此 判定治疗目的是否实现
因此，表面肌电图在康复医学实践中的 应用具有极广泛的前景
第一节 概 述
定义及特点
表面肌电图（表面 EMG，sEMG） 动态肌电图（动态 EMG） 运动学肌电图 （Kinesiologic EMG）
一、sEMG的发展简史
1950年代，差分放大器的发明，sEMG 的 工 作 环 境 不 再 需 要 铜 网 屏 蔽 ， sEMG 工作也从研究的范畴扩展到了临床，临 床sEMG实践也开始繁荣 20世纪60年代，由肌电图为基础的生物 反 馈 技 术 的 诞 生 ， 使 得 sEMG 技 术 渗 透 到了治疗领域
针电极EMG
将 电 极 插 入 肌 肉 内
针电极EMG
需 要 良难 好保 的持 固一 定致
的 定 位 ，
针电极EMG
测 试 的 范 围 较 小
针电极EMG
很 少 被 交 调 失 真 影 响
sEMG与针电极EMG的 相关关系
虽然sEMG 容易被邻近肌肉的交调失真所影响
也可能会因为电极和活动肌肉之间 的皮下组织，甚至某些运动涉及了其它 肌肉等因素所影响
肌电位的形成过程
双相肌电位 一般情况下，过程还要继续下去，膜内外离子 的交换还在进行，膜外的离子又摄入膜内，膜 内的离子又转到膜外，重新回到原来静息时的 平衡状态，如此产生一个双相肌电位 因此，肌肉的动作电位是在运动神经末梢传递 到达突触产生终板电位，引起肌纤维膜去极化、 电位扩散及一系列的生物物理和化学变化过程 而形成的
肌电位的形成过程
简而言之 当神经冲动使肌浆中Ca++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，肌肉收缩完成
在肌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
肌电位的形成过程
运动单位
运动单位：由一个运 动神经元发出的终未 支以及不同数量、具 有相似生化和生理特 性的肌纤维、运动终 板等组成 肌肉活动的最小单位
因此，对其解释要慎重
EMG – 力量关系
影响EMG – 力量关系的一些因素
第二节 sEMG仪的 基本构成与工作原理
sEMG信号的产生模式
一、sEMG仪的基本构成
肌肉活动产生的电位数值仅用微伏表示 需要用精密和敏感的装置拾取和放大 本质上sEMG仪是敏感性极佳的伏特计 基本构成：拾取电极、传输导线、放大 器、滤波器等 先进的sEMG仪还有数据记忆卡、电脑 及专门的分析软件
三、sEMG信号产生的模式
起 源：运动单位活动电位（MUAP） 活动电位由给定肌肉收缩过程中所
激活的每一运动单位所释放 在给定的募集模式，众多的运动单
位以非同步的模式被激活，这种非同步 激活模式提供了流畅运动的可能性
这些运动单位活动的总和构成了肌 电信号的强度
神经冲动与MUAP
肌肉收缩与EMG
sEMG信号
波幅典型地在 1~5000uv之间
频率范围为 10~400Hz
实质上是多个运动单 位活动电位差的总和
最终受CNS所控制
与肌肉收缩之间有着 十分密切的关系
肌肉轻度收缩时，肌 电信号较弱，频率低
肌肉强力收缩时，肌 电信号较强，频率高
四、 sEMG的特点
sEMG与针电极EMG的区别 sEMG与针电极EMG的相关关系 sEMG的优点 sEMG的缺点
阻抗
对输入阻抗的要求： 输入阻抗必须高于皮肤阻抗 前置放大器的输入阻抗应为电极-皮肤 界面阻抗的10～100倍 前置放大器的输入阻抗越大，则该仪 器的性能越佳
阻抗
两个记录电极之间的阻抗 sEMG仪放大器对两个记录电极之间 的阻抗失衡敏感 避免将电极放置在有毛发的部位 良好地固定电极 sEMG仪放大器可承受的两个部位间 的阻抗差值应＜20%
Ⅱ型纤维： 快肌纤维，白肌 力量产生较快 无氧酵解产生ATP 工作时间较短 作用主要为快速反应
肌纤维的分类
由于快肌纤维主要为无氧酵解（糖 元代谢），在较短的时间易产生疲劳和 乳酸堆积
由此可见不同肌纤维类型因其收缩 不同、生理改变不同、作用不同，故其 收缩时的肌电信号也有特征，从而肌电 信号反过来也可反映耐力、生化改变， 也就是疲劳度、代谢等方面的情况
sEMG的缺点
sEMG虽可测定较大区域的肌肉活动， 但神经肌肉系统相当复杂，仅用几个 通道的sEMG信号是有限制的 解决方法——
至少应有4个通道以上的sEMG仪 这样可同时研究双侧原动肌、拮抗 肌相对应的肌群，才可获得更有意义的 肌电信息，对临床工作有更大的帮助
sEMG的缺点
在sEMG检查中容易发生交调失真现象 （邻近肌肉组织将能量传递到所记录
动终板至两端肌腱附着处释放，当记录 电极平行于肌纤维置放并略微离开肌腹 中央（运动终板密度最大处）时，释放 的动作电位以不同的时间抵达两个记录 电极，这一过程可使共模电位消失
差分放大器和共模抑制
典型的共模电位来源于外在的电磁 噪音，如60Hz的灯、计算机等
差分放大器只放大与记录电极相连 的两个输入终端之间的电位差，从而有 效地排除共模电位
肌电信号的滤波
（2）波段通过滤波器 作用：仅允许通过某一频率范围的、需要 进一步量化和显示的肌电信号 通频带高于20Hz，低于300Hz 低限频率有助于消除与导线摆动有关的电子 噪音和与缓慢流动的直流电电位有关的混杂 生物学伪差 高限频率有助于消除电极部位的组织噪音
阻抗
常用一些电解质媒介（如含盐的或增加 信号传导的物质）提高电极表面和皮肤 表面之间的导电性 在没有应用电解质时，皮肤也可通过出 汗，自我提供电解质媒介，增加导电性
阻抗
对阻抗的要求： 保持电极与皮肤之间的阻抗尽可能地低 使两个记录电极之间的阻抗平衡 电极处的阻抗须低于5000～10000Ω 足够低的阻抗方可提供清晰的信号
拾取电极、传输导线、 放大器、滤波器
电脑与分析软件
二、sEMG仪的工作原理
表面电极下肌电信号的传导 阻抗 差分放大器和共模抑制 肌电信号的滤波 频率谱分析、疲劳和波段通过滤波 sEMG的视觉显示类型 sEMG信号的量化 sEMG的听觉显示
表面电极下肌电信号的传导
在记录电极之前肌电信号所需穿越的组 织距离越远，其所受的阻抗就越大 组织倾向于吸收肌电信号的高频成分， 而低频部分则很容易通过 组织可视为肌电信号的低频通过滤波器
肌肉收缩是多个运动 单位共同参加活动的 结果
神经肌肉的连接
由神经轴突末梢(突 触前膜)，运动终板 (肌纤维膜，突触后) 及两者间的突触间隙 构成
每一根肌纤维仅受一 个运动终板支配，该 运动终板一般位于肌 纤维的中点
肌纤维的分类
Fra Baidu bibliotek
Ⅰ型纤维： 慢肌纤维，红肌 力量产生较慢 氧化代谢产生ATP 工作时间较长 作用主要为保持耐力
表面电极下肌电信号的传导
肌肉与电极间的脂肪层为一不良导体， 越厚，抵达电极的信号量越小 在相同运动和电极摆放条件下，瘦体型 者sEMG静息电位和波幅峰值较高 脂肪层较薄区域的sEMG波幅相对较大 在静息状态下，脂肪层对sEMG的干扰 较动态记录时为大
阻抗
阻抗为电流通过物质时所遇到的阻碍 皮肤属于不良导体，因此对肌电信号的 微电流也存在阻抗 皮肤的阻抗（可视为直流电的电阻阻抗） 并非是一成不变的 可因皮肤潮湿程度、表皮油性成分、角 质层密度、死亡细胞厚度改变而改变
差分放大器和共模抑制
可用共模抑制比（CMRR）表达差 分放大器的共模抑制程度 CMRR说明信号与共模的电位之间 差分放大的有效程度 CMRR越高，则性能越好 一般为90～140dB
肌电信号的滤波
（1）60Hz的记数刻痕滤波器 可以是本身具有的硬件（模拟滤波器） 也可以应用软件实现（数字滤波器）
为波段抑制滤波器，滤波的范围极窄 （59～61Hz），有极高的斜率 目的是消除记录环境中共模抑制所不能 去除的60Hz电磁噪音
表面肌电图
现代康复医学对肌肉功能评定 的新要求
康复医学实践常要求评定 特定目的行为 治疗方法 中的肌肉功能
现代康复医学对肌肉功能评定 的新要求
以往单一运动单位电位的检查不能满足这种日 趋增高的要求 目前更为关注的是观察
肌肉反应的模式 肌肉活动开始和停止情况 与治疗效果相关的肌肉反应水平 肌肉收缩形式 肌肉活动的姿势等
肌肉的显微结构
肌电位的形成过程
单相的肌电位
运动神经未兴奋时，肌纤维处于静息状态，肌 纤维内外的离子趋于平衡状态，无电位产生
当运动神经将兴奋传递到运动终板时，肌膜对 离子的通透性增加，膜外的离子先受到激发， 迅速转入膜内，膜内离子剧增而引起放电，产 生动作电位
在膜外离子大量转入膜内的同时，膜内原来的 离子也转到膜外，以使膜内外离子达到新的平 衡，这一过程形成一个单相的肌电位
但sEMG和针电极EMG之间存有极 好的相关关系
sEMG的优点
安全、简便、无创、客观量化 不须刺入皮肤，在测试时无疼痛产生 不仅可在静止状态测定，而且可在运动 过程中持续观察肌肉活动的变化过程 应用前置放大器的排列，可区别肌肉不 同部位的不同功能
sEMG的优点
结合sEMG记录的信息和应用者有关肌 肉功能的基础知识，可获得神经系统介 入肌肉功能活动时有价值的信息 sEMG不仅可作为对运动功能有意义的 诊断方法，而且还可较好地成为生物反 馈治疗技术
的 肌 肉 组 织 的 现 象 ） ， 使 得 sEMG 不 能 较好地单独测定一特定的肌肉 解决方法——
更好地确定表面电极的放置 但目前有关电极放置的问题尚无统 一标准
sEMG的缺点
对 sEMG 的 解 释 有 争 议 ， 尤 其 是 与 肌 力 的关系问题
确 切 地 讲 ， sEMG 并 不 是 在 测 定 肌 力，而只是测定了在收缩过程、做功过 程中肌肉的肌电活动
降低阻抗的方法： 采用乙醇棉球擦拭皮肤
阻抗
电极和皮肤间界面阻抗过高 两个电极间的阻抗过于失衡
可造成放大器的共模抑制失效 放大过程就会受到来自房间内 频率为60Hz的干扰
阻抗
欲降低皮肤阻抗以获得有价值、有意义 的肌电信号，需依赖sEMG仪的放大器 放大器的特征之一是输入阻抗 输入阻抗——
放大器为吸收抵达电极-皮肤表面的 肌电信号微电流而需要的阻抗，目的是 放大这一微弱信号的
阻抗
其他： 电极的尺寸和制作材料的不同会产生 不同的阻抗 电极、放大器之间的导线容易折断， 尤其是头端折断，可导致极大的阻抗
差分放大器和共模抑制
肌肉活动电位通过电极-皮肤界面后， 进入差分放大器和共模抑制过程 差分放大器和共模抑制使sEMG仪从 铜网屏蔽后解放出来
差分放大器和共模抑制
工作原理： 肌肉收缩时的能量可随肌纤维从运
定义及特点
拣拾电极为表面电极 电极置于皮肤表面 使用方便 可测试较大范围内的EMG信号 很好地反映运动过程中肌肉生理、生化 等方面的改变
特点
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，在测试时无 疼痛
特点
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
特点
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
一、sEMG的发展简史
17世纪中叶，发现电鳍刺鱼的能量来源 于一特殊的肌肉 1849年，首次发现人类肌肉自主收缩时 的电活动 20世纪20年代，新发现的阴极射线示波 管显示了来自于肌肉活动的电信号，并 由此在1944年荣获诺贝尔奖