表面肌电图简介及应用

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表面肌电信号的实质
• 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
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动作电位和肌电图

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。
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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。
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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。
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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。
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EMG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。
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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。

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标准测试电极

注意：电极的 质量直接影响 测试的结果。
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双电极，专用于小肌群测试。
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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？
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肌电信号是什么？
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运动单位(Motor Unit)
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。
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肌膜动作电位的产生
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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-Contraction Coupling）。
表面肌电图简介及 在康复中的应用
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什么是肌电图
Electromyography…
“..is the study of muscle function through the inquiry of the electrical signal the muscles emanate.”

肌电图(Electromygraphy or EMG)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。

实时同步功能可以很直观的 告诉你，肌肉是否活动。
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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。
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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


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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)
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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，
（现在表面肌电配套软件能自动计算MVC值，并将其 保存备用）

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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。
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时域分析的主要参数



积分肌电值 （integrated EMG，iEMG） 平均肌电值（average EMG，AEMG） 均方根值（root-mean-square，RMS） 峰值（peak value） 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。
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信号处理：整流Rectification
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信号处理：平滑Smothing
Noraxon肌电图软件有3种平滑方式：Mean平均值、 Mean Absolute绝对平均值、RMS(Root Mean Square)均方根
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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

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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 。

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表面肌电设备
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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。
步态分析中肌肉的活动
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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。
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肌肉活动的量
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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）。
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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。
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信号处理： 振幅标准化Amplitude Normalization


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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(Max Voluntary Contraction) Normalization 的方法。
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肌电图的应用 范围
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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。
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临床应用
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EMG分析: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。
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。
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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。
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皮下脂肪厚度对肌电信号的影响
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影响肌电信号的因素

2、串扰（cross talk） 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。
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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。
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影响肌电信号的因素
4、外部杂音（External noise） 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。
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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。
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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。
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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（fast Fourier transformation， FFT） ， 获得 ｓＥＭＧ 信号的平均功率频率 （mean power frequency，MPF） 和中位频 率（median frequency，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。
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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)
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2.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。
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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。


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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。
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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。

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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
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MPF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。
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肌肉是否疲劳？
Typical test arrangement and findings for static back endurance tests: Median (A), Mean Frequency (B), Zero Crossing(C) and Mean Amplitude (D), slope of a trained (green) and untrained(blue) subject, measured for the multifidus muscle.