表面肌電圖簡介及在康復中的應用中日友好醫院康復醫學科郭京偉2020/11/31什么是肌電圖Electromyography…

“..isthestudyofmusclefunctionthroughtheinquiryoftheelectricalsignalthemusclesemanate.”肌電圖(ElectromygraphyorEMG)是用來記錄和分析肌肉收縮時發出的肌電信號的工具，其目的是對肌肉功能和神經運動控制進行分析和研究。康復和運動醫學領域利用其對殘疾人和受傷運動員的功能進行評估，并修改治療方案。2020/11/32對肌電圖進行研究的兩種途經臨床神經學的肌電圖，針性電極接收單一運動單位的電位。運動機能學（Kinesiology）的EMG，常用表面和線性電極接收肌電圖。

前者研究自主運動單位的電位（幅度、時限和形態）、靜息狀態時的自主電位（纖維顫動、自發性收縮，等等），診斷運動和感覺神經的傳導速度。

后者研究骨骼肌的功能和其之間的協同活動。其目的是為了分析不同運動和姿勢的骨骼肌功能及它們的協同活動。2020/11/33肌電信號是什么？2020/11/34運動單位(MotorUnit)什么是運動單位？完成神經控制下肌肉收縮的最小的功能單位。一個運動單位包括胞體、樹突、軸突及其分支以及其控制下的肌纖維。2020/11/35肌膜動作電位的產生2020/11/36肌膜動作電位與肌肉收縮從alpha運動神經元發出的沖動沿著神經軸索擴佈到神經肌接頭處的觸突扣（神經終板膨大），加速該處的乙酰膽堿（Acetylcholine,Ach）釋放入神經肌連接處的裂隙內。Ach激發神經肌接頭處肌肉側的觸發電位，即終板電位。這個終板電位可以觸發了肌膜的動作電位。這個動作電位進一步刺激肌質網內的Ca＋＋釋放，引起肌肉收縮，稱之為興奮－收縮偶合（Excitation-ContractionCoupling）。2020/11/37肌電圖就是被記錄的肌膜動作電位。肌膜動作電位的必然結果是骨骼肌的興奮－收縮耦合，所以肌電圖代表著肌肉的收縮。EMG提供了一個可觀察神經系統的窗口。

動作電位和肌電圖2020/11/38在靠近興奮性細胞膜處放置電極，既肌腹處，可記錄到以電壓/時間的形式表達的EMG。2020/11/39肌電信號的組成肌電圖所記錄的肌電信號是眾多運動單位的肌電信號的重合。2020/11/310運動機能學所記錄的肌電圖是眾多運動單位的動作電位的重合。因為，電位源是一個容積導體，在皮膚表面形成肌電場，成為容積上的邊界。而且，肌電電極也不可能只記錄到肌電活動的一個點。肌電電極所記錄的是電極周圍一個區域的肌電活動。二個表面電極所能記錄的肌纖維電位只有1－2cm范圍。因此，僅憑借兩個電極是不可能記錄到整個肌肉的肌電圖。要記錄整個肌肉的肌電圖需要多個排列的和多組的、或者大面積的電極。表面肌電信號的實質2020/11/311影響肌電信號的因素1、測試局部的組織特性包括皮膚及皮下脂肪的厚薄、溫度、生理變化等都會影響肌電信號。2020/11/312皮下脂肪厚度對肌電信號的影響2020/11/313影響肌電信號的因素2、串擾（crosstalk）既有相鄰肌肉組織對測試部位肌電信號的串擾，也有可能來自其它設備的干擾，如：ECG，尤其在測試上肢肩部肌肉時，ECG的波峰信號常可以干擾EMG的記錄。2020/11/314影響肌電信號的因素3、測試電極位置放置的不同

每次測試電極位置在肌腹上的位置都不可能完全一致，或者電極在不同測試對象同一肌肉肌腹表面的放置位置也不可能完全一樣，因此得到的肌電信號結果也不可能具有絕對可比性。2020/11/315影響肌電信號的因素4、外部雜音（Externalnoise）來自外界的電磁環境中的雜音，一種無變化的電信號，它常使肌電圖基線增寬或干擾肌電信號的記錄。2020/11/316影響肌電信號的因素5、電極和內部的放大器電極的質量和內部放大器的雜音干擾也會對肌電信號產生影響，也會使基線增寬。內部放大器的雜音干擾對基線的影響通常被要求小于5Vm

。2020/11/317表面肌電設備2020/11/3182020/11/319表面肌電設備的組成這個組合包含神經肌系統、記錄系統、資料處理系統、信息分析和總結。2020/11/320表面肌電圖的操作程序為了滿足臨床研究的需要，表面肌電圖一般操作程序如下：肌電采集信號處理比較分析數據報告2020/11/321肌電信號的采集表面電極陰道或肛門電極線性電極(采集深部肌肉的信號)2020/11/322表面肌電電極放置在所要測量骨骼肌的皮膚表面，主要適用于淺表骨骼肌。肌內肌電電極是一種雙極線性電極（7小根為一根、涂有特氟隆絕緣層的編織銀電極），主要用于深部骨骼肌。這種電極需要B型超聲波引導定位，然后用消毒注射針頭經皮膚植入到所要記錄的肌肉內。注意：此針電極和神經科使用的針電圖機的針電極不同，本儀器不能用來測量神經傳導速度。

2020/11/323標準測試電極注意：電極的質量直接影響測試的結果。2020/11/324雙電極，專用于小肌群測試。2020/11/325參考電極的擺放什么是參考電極？為什么要擺放參考電極？如何擺放參考電極？2020/11/326什么是參考電極提供參考電位的電極稱為參考電極，右圖中黑色的電極為參考電極。2020/11/327為什么要擺放參考電極？我們處在一個無處不在的大電場（50Hz共模干擾）之中，人體變成一個大的電容，體表本身就有一定的電勢。為了排除非人體自主產生的電壓，這需要有一個基準電壓，這個電壓就是參考電壓，必須由參考電極提供。這就是為什么要擺放參考電極。2020/11/328如何擺放參考電極？參考電極可以擺放在體表的骨性標志上或不參加測試運動的肌肉的肌腱處。關鍵是在測試中參考電極不能采集到自主運動的電信號。2020/11/329實時同步采集由于采集的是運動中或不同姿勢下的肌電信號。我們必須保證肌電信號能實時同步的在電腦屏幕上反映出來，然后由操作者自行選擇記錄與否。2020/11/330信號處理：整流Rectification2020/11/331信號處理：平滑SmothingNoraxon肌電圖軟件有3種平滑方式：Mean平均值、MeanAbsolute絕對平均值、RMS(RootMeanSquare)均方根2020/11/332信號處理：濾波Filtering高通濾波低通濾波帶通濾波蝶值濾波中值濾波截至濾波2020/11/333信號處理：

振幅標準化AmplitudeNormalization由于是采用表面電極，所以影響肌電圖的因素有很多。例如電極的擺放位置、皮膚處理的好壞等。所以我們通常要采用某種方法來消除上述的客觀因素，來使不同的兩次測試結果之間存在可比性。通常我們都采用MVC(MaxVoluntaryContraction)Normalization的方法。2020/11/334測MVC的方法1.肢體或軀干做最大(抗阻)等長收縮(上下肢做單一關節的靜力性運動,往往要固定肢體于ROM的中間位置)2020/11/3352.做一系列與測試肌肉有關的動作，分別盡全力完成，進行比較，選肌電振幅最大的動作作為正式測試動作。2020/11/3363、在經過5~10min的熱身與熟悉后，要求測試對象開始逐漸加大力量，3~5s后達到最大，并保持3s后放松，休息30~60s后，重復一至兩次，取最大值作為MVC的值。（現在表面肌電配套軟件能自動計算MVC值，并將其保存備用）2020/11/3372020/11/338肌電信號的時域分析1、什么是時域分析時域分析是最直接的肌電信號分析方法，用于刻畫時間序列信號的振幅特征，將肌電信號表達成記錄點的電位－時間曲線。2020/11/339時域分析的主要參數積分肌電值（integratedEMG，iEMG）平均肌電值（averageEMG，AEMG）均方根值（root-mean-square，RMS）峰值（peakvalue）在臨床和康復醫學研究中，常被應用于實時、無損傷地反映肌肉活動狀態，其數值變化通常與肌肉收縮力大小等有關。2020/11/3402020/11/3412020/11/342肌電信號的頻譜分析頻域分析主要方法是對ｓＥＭＧ信號進行快速傅立葉轉換（fastFouriertransformation，FFT），獲得ｓＥＭＧ信號的平均功率頻率（meanpowerfrequency，MPF）和中位頻率（medianfrequency，MF），用來定量描述ｓＥＭＧ信號功率譜曲線的轉移或者各種頻率分量的相對變化，通常與肌肉功能狀態即疲勞程度有關。2020/11/3432020/11/344肌電圖的應用范圍2020/11/345肌電圖的主要作用它能幫助我們“看”到肌肉。它可以測試肌肉的功能。

建立治療和訓練方案。

幫助受試者“找到”和訓練他的肌肉。

分析和提高運動能力。監測肌肉在人類工程學研究上的反映。

2020/11/346臨床應用2020/11/347EMG分析:肌肉是否活動實時同步功能可以很直觀的告訴你，肌肉是否活動。當正常站立時，CH1多裂肌和CH4腹內斜肌是活動的。而CH2臀大肌和CH3腹直肌是不活動的。當站立在不平的地面上或單腿站立時，情況也一樣。這樣就可以明確的表示那塊肌肉是對姿勢穩定真正起作用的。2020/11/348臨床實例如果緩慢地直立位向前彎腰，背肌（CH2多裂肌）和伸髖肌（CH3臀大肌）應在最大前屈位時“關閉”，而只靠被動結構（如韌帶）來維持軀干的位置。當向后直起腰時，上述兩塊肌肉才重新活動。在此過程中，協同肌（如CH4的腘繩肌）始終處于活動中。下腰痛的患者由于功能障礙或疼痛而無法使這兩塊肌肉在該“關閉”的時候安靜。2020/11/349臨床意義通常情況下，一塊健康人的健康肌肉在不需要它時，它是處于“關閉”狀態的。如果它仍然在活動，那么可能是下列情況的一種信號：肌肉痙攣、疼痛反應、肌張力增高、關節不穩、緊張、肌肉協調性差等。2020/11/350EMG分析：肌肉活動的多與少通過肌電圖，找到一種鍛煉腹肌的最佳方法。2020/11/3512020/11/352步態分析中肌肉的活動2020/11/353肌肉活動的量要回答這一問題，必須對EMG的振幅進行計算并給出具體的數值。由于檢測時受各種因素的干擾，原始的肌電數值會存在較大的變化，因此，要對原始的肌電數值進行處理，使之標準化，以MVC%的形式表達。2020/11/354肌肉活動的量2020/11/355肌肉是否疲勞？一個經典的疲勞實驗的設計具備以下條件：1、持續的長時間的靜力性收縮2、處于合適的關節角度或肌肉收縮長度下3、并且由于運動單位的募集，EMG的振幅應呈現上升的態勢，同時與頻域相關的指標，如平均頻率，中位頻率在頻譜上應向左側漂移（降低）。2020/11/356頻譜的漂移頻譜的漂移是和動作電位在肌膜上傳導的速度下降直接相關，因此反映了肌肉的疲勞2020/11/357MPF和MF的斜率MPF和MF的斜率代表頻率衰減的速度，也是反映肌肉疲勞的一項重要指標。2020/11/358肌肉是否疲