医学信号肌电生理基础
人体生理学的电生理基础
人体生理学的电生理基础当人们提到“生理学”这个词时，我们往往想到人体的器官、组织和细胞的结构、功能以及它们与身体各个系统之间的相互作用。
但是，最近几十年中生理学、医学和工程学的合作开创了一个新的领域，即电生理学。
电生理学的研究是通过质子、电子的移动和形成电荷，从而产生电流来描述生物体的生理功能活动。
本文将以“人体生理学的电生理基础”为主题，分析人类的基础电生理作用和不同的电学刺激方式。
人类基本电生理作用生物体内发生的生理过程，在更大的范围内被视为基础电生理作用，并且这些过程是人体正常运转的重要组成部分。
在任何真正的生理活动中，离不开人体细胞的“充电与放电”过程，实现细胞间电压的改变，进而调节细胞功能。
身体内的细胞被认为是一种电池，它们能够产生电压差，从而产生电流。
对于神经系统来说，人体内的神经元是信息传递的基本单位。
神经元有两种基本状态: 静息态和兴奋态。
当神经元处于静息态时，内部负载更多的离子，细胞内质对带有正电的钠离子具有封锁作用，这些钠离子无法进入细胞内。
只有当细胞受到外部刺激并被兴奋时，这个禁区会被消除，正电荷钠离子冲进神经元，内部电位增加。
内部电势增加至一定电压，就会形成神经冲动，这种神经冲动最终被传递到下一个神经元上，继续信息传递。
当然，不仅仅是神经元，“充电与放电”过程同样适用于人体的其他各种细胞。
例如，肌肉细胞是由骨骼肌、心肌和平滑肌组成的，它们的收缩和松弛与钙离子的释放和回收直接相关。
当动作信号从神经元传递给肌肉细胞时，它们收缩，长度缩短。
外部电刺激对神经元的影响外部电刺激可以改变神经元的内部电势并激活它们，从而激发神经冲动并影响后续信号传递。
这就是为什么电刺激是一个有用的医疗工具，治疗神经病和肌肉病。
在神经电生理实验中，外部电刺激可以分为一系列频率和宽度，例如单脉冲、脉冲列和高频刺激等。
在传递信号时，神经元之间的功能连接和突触强度是影响外部刺激的关键因素。
另一个影响因素是电刺激的频率。
电生理基础知识
病人需常规穿刺锁骨下静脉，股静脉，必要时穿动脉，常规放置心内电生理电极导管，最长的为高位右房（HR），HIS束，冠状窦CS，和右室心尖（RV）和射频导管熟称“大头”常规投照体位位左前斜位（LAO）右前斜位（RAO）前后位（AP）和后前位（PA）LAO 下两个瓣环的大概位置注意CS 电极的形状RAO下4个电极的位置正位AP注意一下脊柱的位置和电极弧度的变化上两图为RAO、下为LAO分别显示了环肺标测电极分别进入左上LSPV、右上RSPV、左下LIPV、右下RIPV肺静脉的情况心律失常的射频消融已经从原来的二维观察过度到现在的三维重建，目前三维的的操作界面有两种，一种为圣犹达的Ensite 3000系统分NavX和Array ，NavX 系统为接触式标测，Array 为非接触式标测，就是熟称的“球囊”再有一种就是强生的“CARTO"介绍一下Ensite 3000指导下的常见消融这是该系统的电极贴片Ensite系统采用的是贴片定位技术，分六块贴片，前后、左右、头颈后部，和左大腿内侧中间的是一个计时模块，一旦激活计时模块，系统便倒计时18小时。
这是ensite系统的组成，想有些同道在导管室已经见过了，但还是给大家看一下以房颤消融AF为例简要说明一下，第一步，导管进入心腔后由于AF需要穿房间隔，待穿刺后激活系统，系统可以显示导管在心腔内的位置，注意，图中一个长的是放在CS的冠状窦电极，一个是在心房4极电极这是用导管在建立左心房模型，导管到过的位置就可以被记录下来，这样可以用导管在心腔内勾画一个模型，而且是立体的，图中是建的左房，因为房颤要打左房和肺静脉也可以让患者先做一个心脏CT造影，然后将CT导入改系统，先用导管建模，建完后和CT的三维成像融合，下面就是这个过程这是用导管建的左房和左上和左下肺静脉的过程，图中是在进行左下肺静脉的修模，注意，下面那个是CS 电极做参考同体位下可任意转动体位，看见肺静脉和左房的交界口，做房颤消融肺静脉的定口非常重要，图中是个头位，注意看肺静脉和心房的交界处这是建完模后的左房这是网格图这是导管建模和CT融合后的左房，图中是因为正在做房颤消融后的房速的激动顺序标测，看起来眼花，实际看以从颜色看出哪里最早，图中有个大头的影子，注意看，做完了比这个要好看得多这个费用比较高，一台AF下来要5-6万RMB五六万算便宜了，我们这用CARTO，得八万多详细的EPS检查是射频消融手术成功的重要保证，尤其是对于刚刚开展射频消融术的心内科医生来说就更重要子，一步一步做，不去抢时间，只有这样才能保证心律失常诊断的准确性，并且最好至少放三根标测电极。
肌电图的原理及应用
肌电图的原理及应用1. 什么是肌电图肌电图（Electromyogram，简称EMG）是记录肌肉电活动的一种检查方法。
它通过采集肌肉收缩产生的电信号，并将其转化成可视化的波形。
肌电图可以帮助医生判断肌肉功能异常以及相关的神经疾病。
2. 肌电图的原理肌电图的原理基于肌肉收缩时产生的电生理活动。
肌肉收缩时，肌纤维中的神经冲动会引发肌纤维的膜电位变化，即产生肌电信号。
这些肌电信号通过电极采集并放大，最后转换成肌电图。
2.1 肌电信号的采集肌电信号的采集需要使用肌电电极，通常分为表面电极和插入电极两种。
表面电极通过贴在皮肤上收集肌电信号，适用于浅表肌肉的检测；插入电极则需要插入到肌肉组织内部，适用于深层肌肉的检测。
2.2 肌电信号的放大采集到的肌电信号通常非常微弱，需要经过放大才能被准确地记录和分析。
放大器可以将微弱的电信号放大成适合于测量和分析的幅度。
2.3 肌电信号的转换放大后的肌电信号通过模数转换器（A/D转换器）转换成数字信号，并以数字形式存储在计算机或数据记录仪中。
这样，肌电图就可以通过软件进行进一步的处理和分析。
3. 肌电图的应用肌电图在医学和生理学研究中有着广泛的应用。
下面列举了几个常见的应用领域：3.1 临床医学肌电图在临床医学中用于评估肌肉功能和神经疾病的诊断。
例如，对于患有肌无力、多发性硬化症和帕金森病等疾病的患者，肌电图可以帮助医生判断病情和疾病的进展。
3.2 运动科学肌电图被广泛应用于运动科学领域。
通过对运动过程中肌肉活动的监测和分析，可以了解肌肉的疲劳程度、运动姿势的正确性以及改进运动技术的方法。
3.3 生物反馈治疗肌电图还可以应用于生物反馈治疗。
生物反馈治疗通过监测和反馈肌肉活动，帮助患者学会控制肌肉的紧张程度和放松技巧。
这种治疗方法常用于减缓焦虑、缓解头痛和治疗运动障碍等领域。
3.4 运动康复肌电图在运动康复中也扮演着重要的角色。
通过监测受伤运动员康复过程中的肌肉活动情况，可以评估康复进展并设计个体化的康复方案。
肌电信号的神经生理基础与应用
肌电信号的神经生理基础与应用主讲人：戴晨赟副研究员智慧医疗电子中心(CIME)，电子工程系信息科学与工程学院，复旦大学1目录•肌电信号的神经生理基础与工程模型•肌电信号的采集原理与技术•肌电信号的特征提取•肌电信号常用的处理及分析方法与应用实例2肌电信号的神经生理基础与工程模型•肌肉收缩的神经控制机理•肌电信号的产生过程•肌电信号的工程模型3肌肉收缩的神经控制机理l运动控制过程：图：肌肉收缩的神经控制机理1.大脑发出控制指令2.激活脊柱(spinal cord)里的阿尔法运动神经元(alpha motoneuron)3.阿尔法运动神经元激活其所支配的肌肉纤维4.肌肉纤维收缩5.产生运动或力矩l两种收缩模式：1.等张收缩(isotonic contraction)：张力恒定、长度变化产生运动2.等长收缩(isometric contraction)：长度恒定、张力变化的产生力矩4肌电信号的产生过程l基本控制单位：运动单位(motor unit)1.阿尔法运动神经元(alpha motoneuron)2.支配的肌纤维(muscle fibres)l肌电信号的产生过程1.运动神经元电化学放电2.激活肌纤维3.肌纤维去极化(depolarize)4.肌纤收缩5.产生电信号6.电信号沿着肌纤维传输图：运动单位生理结构图：肌电信号的产生与传导肌电信号(Electromyography, EMG)l运动单位募集(motor unit recruitment) 1.需要大量运动单位同时放电引起肌纤维收缩Ø根据肌肉不同及力的大小不同通常需要数十到数百个运动单位2. 持续发力时需要同一运动单位不断放电收缩Ø放电频率通常为5-35 HzØ放电频率与力的关系成近似正比例关系3.小的运动单位先被募集，提供较小的力；大的运动单位后被募集，提供较大的力4.不同运动单位在肌肉放电位置不同l肌电信号：成百上千个运动单位电势在时间与空间上的叠加图：神经元放电与力的关系图：被激活程度与放电频率的关系肌电信号的工程模型l工程模型Ø肌电信号：成百上千个运动单位电势在时间与空间上的叠加控制脉冲运动单位系统冲击响应序列噪音肌电l数学模型Ø宏观上肌电信号是高斯过程7肌电信号采集原理l侵入式电极l传统表面电极l阵列式高密度电极8侵入式电极l侵入式电极图：单通道针电极图：四通道针电极1.采集的信号肌肉范围很小2.通常只能观测到10个左右运动单位3.非常接近运动单位放电区4.能显著观测到运动单位电势波形5.临床肌电图，广泛应用在临床诊断中9侵入式电极l侵入式肌电信号图例10传统表面电极l传统表面电极图：单通道表面电极(monopolar)图：差分电极(bipolar)1.采集的信号肌肉范围较大，可采集一小块肌肉肌电的总和2.在体表采集，非侵入，采集方便3.很难观测到运动单位电势波形4.通常只能观测到大量运动单位的叠加活动，这些运动单位通常分布在体表5.应用最广泛，目前几乎所有肌电相关应用都使用传统表面电极11传统表面电极l传统表面肌电信号图例12高密度肌电电极l高密度肌电电极图：8*20高密度肌电阵列电极1.采集的信号肌肉范围很大2.在体表采集，非侵入，采集方便3.可观测到肌肉空间放电信息4.能通过如盲源分离等信号处理的方法提取单个运动单位放电的信息5.肌电领域未来发展的新方向13高密度肌电电极l高密度肌电信号图例14肌电信号的特征提取l宏观特征(传统或高密度表面肌电)l微观特征(侵入式肌电或高密度表面肌电)l空间特征(高密度表面肌电)15宏观特征l宏观肌电特征Ø包括信号的均方根值(RMS)，平均绝对值(MAV)，积分(IEMG)，平均绝对值斜率(MAVS)，波长(WL)，方差(VAR)，过零点(ZC)，坡度符号变化(SSC)，频谱中位数(FMD)，频谱中值(FMN)等等图：宏观肌电图例图：肌电信号概率密度函数图：信号频谱16宏观特征l数学模型(类似于调制过程)Ø即肌电幅值(EMG Amplitude)在零均值、单位方差的稳态(WSS)高斯/拉普拉斯过程上调制Ø宏观肌电最重要的特征即为肌电幅值，它直接反应了大脑对肌肉的控制图：肌电信号数学模型17肌电幅值特征的最优数学估计l假定为高斯分布Ø概率密度函数的数学表达Ø对此概率密度函数s 求最大似然估计，得到s 的最优估计即为肌电信号的均方根值(root mean square value)RMS特征18肌电幅值特征的最优数学估计l假定为拉普拉斯分布Ø概率密度函数的数学表达Ø对此概率密度函数s 求最大似然估计，得到s 的最优估计即为肌电信号的平均绝对值(mean absolute value)MAV特征RMS值以及MAV值为最佳以及最常用的肌电信号特征19实例举例l若EMG信号较长，通常取窗分割为数个小段(segment)Ø窗口长度：越长越平滑，但缺失瞬时信息，一般根据具体应用取10ms-400ms，步长为5-50ms15-s肌电信号10ms窗口, 5ms步长RMS400ms窗口, 50ms步长RMS10ms窗口, 5ms步长MAV400ms窗口, 50ms步长MAV20其他常用宏观特征1l 宏观肌电特征Ø积分(integrated EMG)类似于平均绝对值，只是不取平均，表征每个小窗内的肌电信号面积Ø波长(wave length)肌电信号的一阶差分，表征每个肌电信号样本之间的变化率IEMG %='()*+|x (|WL %='()*+0*|x (1*−x (|21其他常用宏观特征2l 宏观肌电特征Ø平均绝对值斜率(mean absolute value slope)平均绝对值的一阶差分，表征平均绝对值的变化率Ø方差(variance)肌电信号的方差，表征信号幅值的变化程度MAVS %=MAV %1*−MAV %VAR %=1N '()*+(x (−x);22其他常用宏观特征3l 宏观肌电特征Ø过零点(zero crossing)表征肌电信号过零点的频率Ø坡度符号变化(slope sign change)表征肌电信号峰值出现的频率x (>0and x(1*<0or x (<0and x(1*>0and |x (−x (1*|≥εx (>x (0*and x (>x (1*or x (<x (0*and x (<x(1*and |x (−x (1*|≥εor |x (−x (0*|≥ε23其他常用宏观特征4l 宏观肌电特征Ø频谱中位数(frequency median)表征肌电频谱能量的中位数Ø频谱中值(frequency mean)表征肌电频谱能量的频率中值F EF =12'()*EPSD (F E+=∑()*E f (PSD (∑()*E PSD (24微观特征l主要为运动单位的特征Ø包括运动单位电势波形、放电频率等Ø需要利用聚类或盲源分离等手段分解出单个运动单位的放电信号25微观特征l运动单位电势波形Ø得到每个运动单位放电时刻Ø取窗得到电势波形(侵入式肌电约取3ms，表面肌电约取30ms)Ø将所有窗内的波形平均26微观特征l放电频率27高密度肌电特征l高密度肌电特征Ø包括所有传统宏观特征及微观特征，以及空间特征、运动单位传导速度、神经支配区等28常用高密度肌电特征1l 空间特征Ø能量中心点位置C MN =∑()*O ∑P)*Q(RMS (P R i)∑()*O ∑P)*Q(RMS (P )C TF =∑()*O ∑P)*Q(RMS (P R j)∑()*O ∑P)*Q(RMS (P )29常用高密度肌电特征2l 运动单位神经支配区(innervation zone)Ø行间差分Ø求相邻波形相关系数Ø相关系数的最小值即为神经支配区R k,τ=1/N ∑()*+(x %,(−x %)(x %1*,(1Z −x %1*)1/N ∑()*+(x %,(−x %);∑()*+(x %1*,(−x %1*);30常用高密度肌电特征3 l电势传导速度Ø空间长度除以波形延时31三种肌电信号的优缺点比较l宏观特征Ø优点：提取方法简便，普适性高，应用最广泛Ø缺点：受信号串扰(crosstalk)、肌电幅值抵消(amplitude cancellation)、电极摆放位置影响l微观特征Ø优点：解决了信号串扰(crosstalk)、肌电幅值抵消(amplitude cancellation)、电极摆放位置的影响Ø缺点：采集不便，计算复杂，目前尚无法应用于需要实时分析的系统中l空间特征Ø优点：分辨率高、信息多Ø缺点：采集不便，计算复杂，冗余信息多32肌电信号的处理及分析方法与应用实例l常用滤波器l主成分分析(principle component analysis)l独立成分分析(independent component analysis)l最小二乘法(least-squares)l人机系统控制Ø模式识别(pattern recognition control)Ø比例控制(proportional control)Ø神经驱动控制(neural drive control)33常用滤波器l带通滤波器Ø通常为10-900Hz (采样频率>1800Hz)或10-500Hz (采样频率>1000Hz)Ø去除高频环境噪音及低频运动伪迹Ø若运动伪迹严重可适当提高低频的截止频率滤波后l陷波滤波器Ø通常为50或60Hz电源噪音34主成分分析(PCA)l最简单2维数据的启发–找到一个新的正交基，使得其在某一方向差异最大，而另一方向正交35主成分分析l方法步骤(不做详细数学推导)Ø对数据进行奇异值分解(singular value decomposition)Ø得到特征值以及每个特征值对应的特征向量Ø保留较大的特征值的维度，去除较小的特征值对应的维度，例如一般将大于最大特征值1/10可保留，去除小于最大特征值1/10的所有维度Ø将数据向新的低维度特征向量映射Ø降低数据维度36主成分分析应用实例l15通道1秒肌电信号Ø保留最大的5个特征值，并映射至新特征向量37主成分分析应用实例l使用PCA降维后的五个信道结合特征向量重构原始15个信道的肌电信号38主成分分析应用实例l肌电信号数据维度过高Ø例如采样频率为2KHz，20秒，160通道的高密度肌电有2000*20*160个数据点，若对每个通道提取10个特征，即得到2000*20*160*10的特征数据Ø大量的冗余信息Ø通常将大于最大特征值1/10的维度保留后，后续数据处理结果与不降维处理无明显区别39独立成分分析（ICA）l独立成分分析ICAØ假设观察到的随机信号x服从模型x=As，其中s为未知源信号，其分量相互独立，A为未知混合矩阵。
生物医学信号处理 (2)
1992年，比利时女数学家I.Daubechies撰写的 《小波十讲（Ten Lectures on Wavelets）》对 小波的普及起了重要的推动作用。
1994年, AT&T公司Bell实验室的Wim Swelden
提出的提升方案Lifting Scheme，即第二代小
波。
34
Who’s who in Wavelet!
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
0.2 0.4 0.6 0.8
1
数学模型
N 1
y[n] 1/ N x[n k] k 0
26
滤除噪声—低通滤波法
Signal 1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
0.2 0.4 0.6 0.8
1
Wn=0.8 1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
0.2 0.4 0.6 0.8
（Gauss）等人把这一成果带入电
学中去。
10
傅立叶变换 Fourier Transform
傅里叶变换的基本思想是将信号分解成 一系列不同频率的连续正弦波的叠加，或 者从另外一个角度来说是将信号从时间域 转换到频率域。
f (t) Ak coskt k 0
11
傅立叶变换的定义
待处理的信号
1
Signal+Noise 1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
0
0.2 0.4 0.6 0.8
1
Wn=0.3 1.5
1
EMG
提取分析方法
2.频域法 EMG 功率谱的平均功率(MPF)和中值频率(MF)。实验表明肌电信号的 频谱通常在 0～1000Hz 之间，功率谱最大频率随肌肉而定，通常在 30～300Hz 之间。 利用傅里叶变换对表面肌电信号作了功率谱分析，通过高频/低频的 幅值比了解到正常个体的自发用力、控制用力及神经肌肉疾病患者之 间的功率谱的差异。进行倒频谱分析，可以提取倒频谱系数作为特征 矢量。R.Merletti 1995 年总结并比较基于 FFT 变换和基于 AR 模型的 两种频谱估计方法，并讨论了它们的实用性和局限性。 MartinBilodean 等人通过分析 EMG 功率谱曲线随力程度的增加而变 化，发现皮层厚度起决定性作用。
肌电简介
目录
生理基础 肌电特征 病理表现 临床应用 提取分析方法
分工
生理基础:梅嵩民(20116859);
肌电特征:杨勇(20116890); 病理表现:罗春林(); 临床应用:李亚楠(20116865)、黄文攀(20116891); 提取分析方法:张哲思(DZ201203)、刘洋(20116866).
生理基础
生理基础
肌肉的结构和功能
生理基础
肌电信号产生原理
生理基础
肌电信号图
生理基础
表面肌电信号图
由于在神经轴突上的电发放是脉冲序列， 所以在检测点间引起的电位波动是动作 电位序列，记为MUAPT，肌肉中各独立 的运动单位产生的MUAPT的总和即构成 了生理肌电EMG。
肌电特征
肌电特征
1、肌电信号是一种交流电压，其在幅值上与肌肉产生的力大致成正 比[1]； 2、肌电信号的频域通常在0~1000Hz之间，功率谱最大频率由肌肉 决定，一般在30~300Hz之间[1]； 3、对于健康人来说，肌电幅值的峰峰值在1~3mV之间；而对于残疾 人，情况会有很大差异，实验表明，截肢者在感觉、运动和神经反射 等功能方面是正常的，但是信号的幅值峰峰值一般情况是小于350uV， 有的甚至小于1uV，比正常人少很多倍，有的甚至检测不到肌电信号 [1]。
《医学肌电图学》课件
个性化治疗
普及推广
基于肌电图的个体化特征，未来将有望开 展个性化治疗和康复方案，提高治疗效果 。
随着人们对肌肉疾病的认知不断提高，肌 电图技术将得到更广泛的普及和应用。
06
案例分析
神经源性疾病的肌电图表现
神经根病变
肌电图可显示神经传导速度减慢 ，波幅降低，肌肉无收缩反应等
异常表现。
脊髓病变
肌电图可显示神经传导速度减慢或 消失，肌肉无收缩反应等异常表现 。
肌肉源性疾病的诊断
01
肌无力综合征
肌电图检查可以检测肌肉的电生 理活动，有助于诊断肌无力综合 征。
肌萎缩症
02
03
先天性肌肉疾病
通过肌电图检查，可以观察肌肉 的电生理特征，有助于诊断各种 肌萎缩症。
肌电图可以检测先天性肌肉疾病 的肌肉电生理特征，如先天性肌 营养不良症等。
周围神经损伤的诊断与预后评估
初步发展
进入20世纪后，随着电子技术和计算机技术的进步，肌电图学得 到了初步的发展和应用。
现代应用
随着科技的不断进步和应用领域的拓展，肌电图学在医学、运动科 学、康复医学等领域得到了广泛的应用和发展。
02
肌电图的原理与技术
肌电图的原理
肌电图是通过记录肌肉活动的电信号 来反映神经肌肉功能的一种检测方法 。
采集到的肌电图信号需要进行预处理和后处理，以提取有用的信息并进行准确的解 读。
肌电图的解读与报告
解读肌电图时，需要分析肌电图的波 形、幅度、频率等特征，并与正常值 进行比较，以判断肌肉或神经的功能 状态。
报告肌电图结果时，需要详细描述检 测过程、结果解释、临床意义和建议 等信息，以便医生根据报告结果进行 诊断和治疗。
特点
医学电生理的基本原理和技术
数据分析：对实验数据进行分析，如信号处理、统计分析等
添加标题
实验结果：得出实验结论，如电生理现象的机制、电刺激的效果等
添加标题
实验改进：根据实验结果进行实验改进，如优化实验设计、改进实验操作等
添加标题
医学电生理的应用实例
心电图和心律失常诊断
心电图：记录心脏电活动的波形图，用于诊断心律失常
深部脑刺激（DBS）：通过植入电极刺激大脑深部核团，治疗帕金森病等疾病
经颅磁刺激（TMS）：通过磁场刺激大脑皮层，治疗抑郁症等疾病
脑机接口（BCI）：通过采集大脑信号控制外部设备，实现人机交互
电刺激在疼痛治疗和康复医学中的应用
电刺激原理：通过电流刺激神经，缓解疼痛
电刺激方法：经皮电刺激、深部脑刺激等
生物电的传播：神经纤维上的动作电位传导
生物电的产生：细胞膜内外电位差的形成
生物电的测量和记录
生物电的产生：细胞膜内外电位差的形成
生物电的记录和分析：对生物电进行量化和分析，了解生理功能和病理变化
生物电的记录设备：心电图仪、脑电图仪等
生物电的测量方法：电生理学、心电图、脑电图等
生物电的干扰和抑制
生物电的产生和传播：介绍生物电的产生机制和传播途径。
干扰因素：列举可能干扰生物电的因素，如药物、疾病、环境等。
抑制方法：介绍各种抑制生物电的方法，如药物治疗、物理治疗等。
临床应用：举例说明生物电的干扰和抑制在临床医学中的应用。
医学电生理的技术和方法
电生理信号的采集和处理
电生理信号的采集：使用电极、导线等设备，获取生物体内的电活动信号
信号的显示和存储：将处理后的信号显示在屏幕上，并存储在计算机中
主要研究领域包括心电图、脑电图、肌电图等
肌肉电生理
肌肉电生理
肌肉电生理是研究肌肉在电刺激下的生理反应的学科。
它主要涉及肌肉的电活动、肌肉收缩的产生机制、肌肉疾病的电生理特征等方面。
肌肉是由肌纤维组成的，而肌纤维内含有与肌肉收缩相关的肌纤维蛋白质和肌膜。
在肌纤维中，存在一种叫做动作电位的电信号。
当肌肉受到神经冲动时，神经末梢释放的乙酰胆碱能够刺激肌纤维上的乙酰胆碱受体，引起细胞膜内外的电位差发生变化，从而产生动作电位。
肌肉收缩的产生也与肌肉电生理密切相关。
当动作电位通过肌纤维传导时，会触发肌肉收缩的毛细管系统，释放钙离子，进而引发肌纤维蛋白质的结构变化和功率放大效应，最终导致肌肉收缩。
肌肉疾病的电生理特征也是肌肉电生理研究的重要内容。
例如，肌肉萎缩性侧索硬化症（ALS）是一种神经系统疾病，患者的肌肉电活动常常呈现异常。
通过对患者肌肉电信号的记录和分析，可以帮助诊断和监测疾病的进展。
总而言之，肌肉电生理研究涉及肌肉电活动、肌肉收缩机制以及肌肉疾病的电生理特征等方面，对于理解肌肉生理学和疾病的发生机制具有重要意义。
神经电生理检查和肌电图表现
1、概 述— 总述
电生理检查具体作用：
1、补充临床的定位诊断 2、为临床定性诊断提供线索 3、评价治疗效果、判断预后
问题： 神经电生理检查的基本原理是什么呢？
生物体 的功能
活动
伴随 反映
生物 电信号
1、概 述— 总述
感受 器
传入 神经
效应 器
传出 神经
检测 仪器
神经 中枢
1、概 述— 总述
1、概 述— 总述 神经电生理信号的三个层面
1、脑血管疾病 2、神经系统变性疾病 3、脊髓病变 4、癫痫 ····等等
1、神经肌肉接头和肌肉疾病 2、周围神经疾病 3、自主神经系统疾病 ·····等等
1、概 述— 总述
问题： 常见的神经系统疾病辅助检查有哪些？
神
1、影像检查（X线、CT、核磁共振等）
经
系
2、头颈部血管超声检查
统
常 用
3、神经电生理检查
2、临床肌电图——概 述
二、根据不同目的，可以做以下不同检查： 收集单根肌纤维的电位——单纤维肌电图 研究整块肌肉运动电活动——巨肌电图 观察一个肌群的电活动——表面肌电图
针电极的类型
2、临床肌电图——概 述
三、检查的目的与意义
1、区别神经源性和肌源性损害 2、神经源性损害的具体部位
（前角、根、从、干、末梢） 3、病变是活动还是静息的 4、神经的再生能力 5、提供肌强直及分类的诊断和鉴别依据
4、检查室的室温最好保持在28℃～30℃，而患者 的肢体温度最好保持在32℃以上，这是检查结 果准确的一个首要前提。
1、概 述— 总述
神经电生理检查的一般步骤
1、询问病史及神经系统查体。 2、根据病史、查体和临床需要确定检查项目。 3、向患者解释所要检查项目的操作和意义。 4、检查操作。 5、出具检查报告和结论。
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双极电极的模型
表面肌电信号示意图 图形显示的是一块肌 肉的许多肌纤维的电 压值叠加后的效果。
表面肌电图:肌肉在运动或收缩过程中会产生生物电， 在皮肤表面通过两个测量电极测量生物电的电压值， 经过放大器放大、记录后所得到的图形 ，称为表面 肌电图。
产品 特点
定义
表面肌电图
表面肌电信图是从皮肤表面通过电极 引导、放大、显示和记录下来的神经肌肉 系统活动时的生物电信号。主要是运动功 能障碍的评估。 多为10通道，最多可达到40通道。 医院神经科、康复科：肌力、肌张力、 协调性、步 态分析评定、脑瘫评定、斜 颈、下背痛 体育：运动员动作分析及运动员损伤评 定 人机工程学：人体工程学设计及科研、 工伤（职业病）判定 神经科：中风病人急性期的运动功能 障碍的康复评估，包括病人的肌力，肌张 力的定量评估，运动协调能力的评估等。
检查项目
时域指标：原始表面肌电图、均方根 分析、积分肌电图 频域指标：中位频率、平均功率频率.
定量肌电图（MUP分析），神经电图（运动神经 和感觉神经传导），H反射，F波等
二、电极片的贴放及波形的采集
1 关于所使用的表面电极 两表面电极片与电极线要固定好。 2 主要骨骼肌的电极摆放点的参 考位置 电极片要放在要测量骨骼肌的肌腹 中央部位。 3 参考电极的摆放 参考电极一般放置于没有肌肉的骨 性标志上。
时域波形分析
频域波形分析
3.1时域分析
峰值
波型平均值
波型面积 正波信号
（肌电信号只有 正波后才可做平 均值、峰值和面 原始信号 积计算）
峰值：肌电信图振幅的平均，其变化主要反映肌肉活动时 运动单位激活的数量、参与活动的运动单位类型以及其同步化程度，与不同肌肉 负荷强度条件下的中枢控制功能有关。 ） 波形面积：肌电信号下面振幅的积分面积；反映的是一定时间内肌肉中参与活动 的运动单位的放电总量，即在时间不变的前提下其值的大小在一定程度上反映了 参加工作的运动单位的数量多少和每个运动单位的放电大小，体现肌肉在单位时 间内的收缩特性 ）
sEMG为体育科学的研究提供了重要的依据与评价方 法，它可以在运动过程中间接测定肌肉力量，也可以 进行运动技术分析。其应用机理是肌肉收缩强度越大， 肌电图的幅度增加。
4.7肌电图的运动学
手法肌肉测试 步态分析 跳跃
单用EMG
足底开关和量角仪
测力板
等速锻炼
强度测量
2和3维运动分析
力矩－角度－速度
立－角度
4.4疲劳研究（康复科、各体育学校、竞技运动队、 体科所、综合院校体育系、综合院校的人体工效学方 向 ）
肌肉疲劳的测定无论在康复医学还是 体育科研都有重要意义 有研究表明，中位频率在肌肉疲劳时 向低频转移，并与肌肉疲劳有较好的 相关性。
病人是否容易疲劳和疲劳太快 ? 治疗后是否耐受疲劳？多长？ 什么样的训练能提高对疲劳的 耐受？
3.2频域分析
高峰 中位频率 平均频率 总功率 频率（Hz） 时域的肌电原始信号进行快速傅立叶转换(FFT)，转换为横坐标为频率， 纵坐标为波幅或功率的图形；获得表面肌电信号的频谱或功率谱，反映表面肌 电信号在不同频率分量的变化，较好地在频率维度上反映表面肌电的变化。目 前，在频域分析方面常用以下两种指标进行分析，即平均功率频率和中位频率。 中位频率：将功率谱面积等分的那点对应的频率。 平均频率：频率的平均值。 过零率 ：是信号在单位时间内的穿过基线的次数。
评价肌肉功能水平及 状态，为腰痛病人寻 找临床指标
腰痛病人腰部的易疲劳测试或术后肌肉耐疲劳效果测试； 辅助诊断腰背部疾患评估椎旁肌功能； 在手术、外伤、颈肩腰腿痛及其他肌肉功能障碍情况下， 通过潜在的肌电信号改变确定肌肉的功能障碍、疼痛等严 重程度。
4.3脊柱侧弯、斜颈评估（儿科、康复科）
临床研究： 记录患者凸、凹侧椎旁肌表面肌电信号频域指标中位频率、平 均功率频率、过零点率。 结果： 1.患者顶椎区凸、凹侧中位频率、平均功率频率、过零点率波形 曲线波幅较其他测试部位低平、数值降低； 2.中位频率斜率、平均功率频率斜率、过零点率斜率随运动负荷时 间的延长均呈线性递减。 结论：患者脊柱旁顶椎区椎旁肌耐力较差,容易疲劳,表面肌电图可用 作评定脊柱旁凸、凹侧肌电活动差别的客观指标之一,具有较好的 临床应用价值。
仪器通道 应用领域
神经科应用
神经科：神经源性疾病和肌源性疾病的鉴别诊断，
创伤情况
扩展功能
无创，可反复多次检查，
表面肌电传感器结合关节角度、压力 等进行全方位的检查分析，对临床的步态 分析给出综合的指导
肌电图检查多用针电极及应用电刺激（神经传导） 技术，检查过程中有一定的痛苦及损伤 。
以探测感觉运动神经静息、动作电位为主，还可 做诱发电位
平均功率频率和中位频率则是临床判别肌肉活动时的疲劳 度的最常用指标 。
四、表面肌电临床应用
表面肌电图的信号检测是一种无创电生理检 测方法，其信号的检测分析在临床诊断、康复 医学及运动医学中具有重要意义。
4.1脑瘫、卒中后偏瘫评估（神经内科、康复科）
病例解析:（8岁脑瘫患儿采集某块肌肉的肌电信号）
4.5步态分析（康复科、神经科、骨科、各体育学校、 竞技运动队、体科所、综合院校体育系、综合院校的 人体工效学方向 ）
揭示肢体有无残疾、确 定步态异常的性质和程度，为 进行行走功能评定和矫治异常 步态提供必要的依据。(例如： 某患者根据其他康复评定结果 认为股四头肌的肌张力正常且 无肌痉挛，但是通过步态分析 却可能发现股四头肌的异常运 动。) 通过对康复训练前后的步态 检查和手术、安装支具前后步 态的对比，可以定量地、客观 的反映患者治疗前后的功能状 态，为确立有效的康复训练方 案提供依据，尤其在偏瘫康复 中应用广泛。
术后被动收缩：术 后基本正常
术 前
术前被动收缩：术 前肌张力高，平均 值20µ v 术前自主收缩：术 前肌力差，最大值 150µ v
术 后
术后自主收缩： 术 后肌力好转，最大 值360µ v
结论： 术前：被动活动有异常增高的峰；自主收缩仅在150µ v左右 术后：被动活动，未见异常增高波形；自主收缩峰值高达360µ v
针肌电图
针肌电图是应用电子学仪器记录肌肉静止或收缩 时的电活动，及应用电刺激检查神经、肌肉兴奋及传 导功能的方法。通过此检查可以确定周围神经、神经 元、神经肌肉接头及肌肉本身的功能状态。 多为2-4通道。 医院神经科：运动神经元疾病：神经根与神经丛 疾病;周围神经病;单神经病和嵌压性神经病及颅神经 疾病;神经肌肉接头传递障碍性疾病 肌肉疾病：以肌肉异常活动为特征的神经肌肉疾 病
干扰因素 劣质电极 皮肤不够清洁 毛发 射频干扰（短波，微波等电磁干扰） 更换电极 用酒精清洁皮肤 必要时可刮去毛发
解决方法
关闭射频干扰源或远离射频发射源
三、表面肌电信号分析
表面肌电图的分析包括时域分析和频域分析： 时域分析以时间为函数的图形，横坐标为时间，纵坐标为 幅值；
频域分析以频率为函数的图形，横坐标为频率，纵坐标为 波幅或功率。
膝关节的角度 (屈曲度) 股中间肌 股内侧肌 股外侧肌 股直肌 股二头肌短头 股薄肌 缝匠肌 股二头肌长头 半膜肌 半腱肌 步态循环 %
IC 6 0 4 ° 0 2 ° 0 °
L R
MS T
TS T
PSW IS W
MS W
TS W
0 1 2
3 1
5 0
6 2
7 5
8 7
10 0
4.6运动学研究（各体育学校、竞技运动队、体 科所、综合院校体育系、综合院校的人体工效学 方向 ）
力－位置
sEMG进行肌力、肌张力评估可以尽量减少测试者主观评价的误 差，采集的数据即反映肌肉收缩力。 评估治疗患者受损神经肌肉功能的变化状况及与健侧的差异
观察治疗前后患侧神经肌肉功能的进步情况并据此制定和调整下一 步的治疗方案。
4.2疼痛评估（康复科、疼痛诊疗研究中心、疼痛科、 骨科）
腰部肌肉收缩协调性 肌肉疲劳程度 肌肉收缩力量