表面肌電圖檢測(cè)技術(shù)在步態(tài)分析中的應(yīng)用
瀏覽次數(shù):1105 發(fā)布日期:2023-3-14
來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)
表面肌電圖是神經(jīng)肌肉系統(tǒng)活動(dòng)時(shí)的生物電變化經(jīng)被檢測(cè)肌肉皮膚表面電極引導(dǎo)、放大、顯示和記錄所獲得的一維電壓時(shí)間序列信號(hào)。
表面肌電圖提供了一種安全、操作簡(jiǎn)便、無(wú)創(chuàng)、無(wú)疼痛、無(wú)不良反應(yīng)的神經(jīng)肌肉功能狀況檢測(cè)手段。表面肌電圖與運(yùn)動(dòng)學(xué)、運(yùn)動(dòng)力學(xué)、臨床體檢結(jié)合,可以對(duì)受試者的步行功能作出全面、系統(tǒng)的評(píng)估,近年來(lái)已廣泛用于基礎(chǔ)科學(xué)和臨床患者步態(tài)的研究。
人的步行是在神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下,下肢肌群收縮,以關(guān)節(jié)為支點(diǎn),牽拉骨,使骨位置或角度改變而產(chǎn)生。下肢肌是步行的能動(dòng)部分,骨和關(guān)節(jié)是步行的被動(dòng)部分。下肢肌群的活動(dòng)在很大程度上決定了人的步行能力。
表面肌電圖信號(hào)的分析主要包括原始表面肌電圖信號(hào)分析和處理后的數(shù)據(jù)分析。處理后的數(shù)據(jù)分析主要包括:時(shí)域分析、頻域分析。時(shí)域分析的主要指標(biāo)包括平均振幅、肌電積分等;頻域分析常用指標(biāo)為平均頻率和中位頻率等。
表面肌電圖原始信號(hào)作為最直接的形式可顯示肌電活動(dòng)的發(fā)生和靜息情況,在不考慮波幅的情況下可分析肌電活動(dòng)的起始和結(jié)束關(guān)系;原始肌電信號(hào)的密集程度和高度在一定程度上可反映收縮的幅度或力量。密集程度和高度越高,表面肌電圖信號(hào)越強(qiáng),則收縮越強(qiáng)。
正常青年步行時(shí)的表面肌電圖顯示:步行過(guò)程中,雙側(cè)下肢的股直肌、脛前肌、股二頭肌、腓腸肌內(nèi)側(cè)的肌纖維運(yùn)動(dòng)單位的動(dòng)作電位開始、結(jié)束后出現(xiàn)一段時(shí)間的靜息電位而呈現(xiàn)肌電的活動(dòng)與靜止周期性變化、右左側(cè)同名肌肉肌電信號(hào)的密集程度和高度基本對(duì)稱并交替活動(dòng)。此外,人在自然步態(tài)中根據(jù)所測(cè)肌肉原始表面肌電圖信號(hào)的特征性變化可較準(zhǔn)確區(qū)分步態(tài)周期,步態(tài)周期是人行走時(shí)一側(cè)足跟著地起到再次同側(cè)足跟著地所經(jīng)過(guò)的時(shí)間,步態(tài)周期分為站立相和擺動(dòng)相,站立相又分著地反應(yīng)、站立中期、站立末期、擺動(dòng)前期,擺動(dòng)相又分為最初擺動(dòng)、最終擺動(dòng)。
行走時(shí),每一個(gè)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn),都在神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下,有關(guān)肌群協(xié)同活動(dòng)才能完成正常的步態(tài)。正常青年人自然步態(tài)中,其股直肌、脛前肌、股二頭肌、腓腸肌的肌電活動(dòng)隨步態(tài)周期呈活動(dòng)與靜止周期性、協(xié)調(diào)性變化,雙側(cè)下肢的同名肌肉交替活動(dòng)。在步態(tài)周期中,股直肌、股二頭肌、脛前肌在站立相前期(即著地反應(yīng)期)和擺動(dòng)相肌電活躍,腓腸肌內(nèi)側(cè)在站立相中絕大部分時(shí)期肌電活躍。
處理后的數(shù)據(jù)是原始表面肌電圖信號(hào)利用Noraxon MR3軟件自帶的信號(hào)處理中的全波整流、平滑和分析功能進(jìn)行處理得出。其中振幅變化主要反映肌肉活動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)單位激活的數(shù)量、參與活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位類型以及其放電頻率同步化程度,與不同肌肉負(fù)荷強(qiáng)度條件下的中樞控制功能有關(guān)。肌電積分值是對(duì)所測(cè)得表面肌電圖信號(hào)進(jìn)行整流平滑后單位時(shí)間內(nèi)曲線下面積的總和,可以反映肌電信號(hào)隨時(shí)間進(jìn)行的強(qiáng)弱,其值的高低反映運(yùn)動(dòng)時(shí)參與肌肉收縮的肌纖維數(shù)目的多少和每個(gè)運(yùn)動(dòng)單位的放電大小。該指標(biāo)主要體現(xiàn)肌肉在單位時(shí)間內(nèi)的收縮特性。肌肉收縮時(shí),肌電積分與肌力之間存在著線性關(guān)系。當(dāng)肌肉收縮的力量增強(qiáng)時(shí),參加工作的運(yùn)動(dòng)單位數(shù)量增多并且每個(gè)運(yùn)動(dòng)單位的放電增加,因此,肌電積分隨之增加,反之亦然。平均頻率表示的是過(guò)功率譜曲線重心的頻率。其高低與外周運(yùn)動(dòng)單位動(dòng)作電位的傳導(dǎo)速度、參與活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位類型以及其同步化程度有關(guān)。
另外,人體骨骼肌纖維主要有2種成分,慢肌纖維(Ⅰ型纖維)和快肌纖維(Ⅱ型纖維)。其中,慢肌纖維以低頻電位活動(dòng)為主,快肌纖維興奮主要表現(xiàn)高頻放電。平均頻率與骨骼肌中Ⅰ型纖維所占的比例成正相關(guān),與Ⅱ型纖維所占的比例成負(fù)相關(guān)。中位頻率是指骨骼肌收縮過(guò)程中肌纖維放電頻率的中間值,在正常情況下人體不同部位骨骼肌之間的中位頻率值高低差異較大,主要受肌肉組織中的慢肌纖維(Ⅰ型纖維)和快肌纖維(Ⅱ型纖維)的組成比例影響。
平地自然行走時(shí),優(yōu)勢(shì)側(cè)下肢肌群只要募集較少的運(yùn)動(dòng)單位就能完成幾乎同樣功耗的步行運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)單位數(shù)量少,則平均肌電振幅低;在自然步態(tài)中,優(yōu)勢(shì)側(cè)腓腸肌募集的可能主要是慢肌纖維比例增多,快肌纖維比例減少,慢肌纖維活動(dòng)時(shí)低頻放電,則優(yōu)勢(shì)側(cè)腓腸肌內(nèi)側(cè)平均頻率和中位頻率低。另外受試者平均肌電振幅、平均肌電積分、平均頻率、中位頻率最大的是腓腸肌內(nèi)側(cè),其他的由大到小依次是脛前肌,股二頭肌,股直肌,這與步態(tài)周期中,支撐期的肌群活動(dòng)主要是依靠腓腸肌的收縮活動(dòng)完成,腓腸肌在人步行與站立時(shí)起重要作用有關(guān)。