第4課 肌電測量及儀器

1、生物電測量與儀器 肌電測量及儀器劉謙Qianliu華中科技大學(xué)· 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院BIoMedical Measurements and Instrumentation（BMI）內(nèi)容肌細(xì)胞中的生物電位肌電的引導(dǎo)與記錄典型肌電圖儀的結(jié)構(gòu)與指標(biāo)肌電圖檢查肌肉系統(tǒng)肌肉是由肌細(xì)胞通過結(jié)締組織連接在一起，兩端和肌腱連接每塊肌肉附在骨骼及其它結(jié)締組織上，在神經(jīng)系統(tǒng)的管理下，組成能夠執(zhí)行一定運(yùn)動(dòng)機(jī)能的機(jī)械效應(yīng)系統(tǒng)。骨骼肌結(jié)構(gòu)模式圖0.010.1cm肌細(xì)胞中的生物電位興奮和收縮是骨骼肌的基本機(jī)能，是產(chǎn)生肌電圖的基礎(chǔ)。肌電圖是不同機(jī)能狀態(tài)下骨骼肌電位變化的記錄。骨骼肌記錄電位的變化與肌肉的結(jié)構(gòu)、收縮

2、力學(xué)、收縮時(shí)的化學(xué)變化有關(guān)。肌電圖是記錄肌肉安靜和隨意收縮狀態(tài)下及周圍神經(jīng)受刺激時(shí)的各種電生理特性的技術(shù)肌細(xì)胞中的生物電位肌細(xì)胞重的4種生物電位：靜息電位（Resting Potential, RP）：跨膜電位，蛙骨骼肌細(xì)胞的靜息電位為-50-70mV,哺乳動(dòng)物的肌肉和神經(jīng)細(xì)胞為-70-90mV 動(dòng)作電位：膜電位發(fā)生去極化和復(fù)極化，并向四周傳播而引起的電位。持續(xù)時(shí)間為0.51ms。-90mV0mV+40mV+30mV0.51ms肌細(xì)胞中的生物電位肌細(xì)胞重的4種生物電位：終板電位：哺乳動(dòng)物神經(jīng)肌肉接頭為板狀接頭（運(yùn)動(dòng)終板），運(yùn)動(dòng)終板存在自發(fā)電位，為終板電位（End Plate Potential

3、，EPP）。EPP是通過乙酰膽堿使運(yùn)動(dòng)終板去極化所致，接近同步化的多個(gè)EPP總和起來，超過臨界電位，就會引起動(dòng)作電位（局部，不能傳播）損傷電位(Injury potential,IP)：如肌肉某處收到損傷，將會導(dǎo)致?lián)p傷處膜的極化現(xiàn)象減弱或消失，因此在組織損傷處表面（）與完整部表面（+）之間將出現(xiàn)一個(gè)電位差，該電位為IP。肌電形成原理肌電信號發(fā)源于中樞神經(jīng)一部分的脊髓中的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元軸突伸展到肌纖維，經(jīng)終板區(qū)與肌纖維耦合。神經(jīng)元和肌纖維構(gòu)成運(yùn)動(dòng)單元。大腦發(fā)出興奮向下傳導(dǎo)后，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元產(chǎn)生動(dòng)作電位，沿軸突到末梢與肌肉的運(yùn)動(dòng)終板，該動(dòng)作電位促使釋放乙酰膽堿，乙酰膽堿使終板離子通透性變化，產(chǎn)

4、生終板電位，該電位使肌細(xì)胞去極化，產(chǎn)生肌纖維的動(dòng)作電位，并沿肌纖維向兩邊傳播，使肌纖維內(nèi)發(fā)生變化，產(chǎn)生收縮，大量肌纖維收縮產(chǎn)生肌肉力肌電形成原理肌電測量歷史1791年Galvani通過蛙類肌肉收縮研究，證明肌肉收縮與電有密切關(guān)系，是對肌電的最早認(rèn)識1851年，法國的Dubois-Reymond最先檢測到人體肌肉收縮時(shí)能產(chǎn)生電信號1907年，Piper利用弦線檢流計(jì)記錄到人臂肌肉的電勢差肌電測量歷史1922年Gasser和Erlangre用陰極射線示波器觀察到了肌電圖，獲1944年諾貝爾獎(jiǎng)Sciatic Nerve Action Potential from Gasser & Erlan

5、ger , Am J Physiol 62: 496-524, 1922Herbert Gasser1874-1965Joseph Erlanger1888-1963肌電的引導(dǎo)與記錄肌電電極針狀電極單極同心針電極、雙極同心針電極、多導(dǎo)同心針電極鉑金絲材料，消毒后插入肌肉內(nèi)引導(dǎo)肌電信號分析運(yùn)動(dòng)單元電位表面電極銀和不銹鋼等作為材料，放在皮膚表面，測量電極下方局部肌肉的電活動(dòng)，無損檢測適用于誘發(fā)電位或運(yùn)動(dòng)時(shí)肌肉的變化，引導(dǎo)出的為多條肌纖維的綜合電位，不能作為運(yùn)動(dòng)單元電位分析Monopolar NeedlesModern Concentric Needle Recording Intramuscula

6、r EMG Signals Using Surface ElectrodesRehabilitation Institute of Chicago, ChicagoNikolay S. Stoykov, Madeleine M. Lowery, et al肌電圖儀肌電圖EMG（Electromyography）是肌肉產(chǎn)生的 生理電信號的記錄。它可以通過放置在皮膚上的表面 電極來測量，也可以用針電極經(jīng)皮膚插入肌肉來測量 。肌電圖的幅度與電極放置部位有關(guān)，范圍大約為 20V50mV，帶寬為205000Hz。肌電圖儀由電極、前置放大器和主放大器、示波 器波形顯示及描記器組成?，F(xiàn)代肌電圖儀常與誘發(fā)電

7、位儀合為一體，由微機(jī)控制，為“無筆描記型”，用 電視監(jiān)視器顯示波形，由熱陣打印機(jī)或激光打印機(jī)打 印波形。Electro = electricityMyo= muscleGraphy= drawing or recording肌電圖測量系統(tǒng)框圖典型的EMG放大濾波電路肌電特征：20V50mV，帶寬為205000Hz （隨肌肉 的解剖部位，電極種類、大小及位置有關(guān)）Electromyograph circa 1946 with 35 mm recordingcamera and loudspeaker from Huddleston & GolsethArch Phys Med 29:92

8、-98, 1948典型肌電圖儀的結(jié)構(gòu)肌電圖儀上圖的肌電圖儀可在實(shí)時(shí)情況和在刺激誘發(fā)情況下獲取和測量自發(fā)肌電及誘發(fā)肌電信號。圖中的電極可采用兩種類型的電極：針狀電極和表面電極。針狀電極用于記錄各運(yùn)動(dòng)單元的動(dòng)作電位，以進(jìn)行神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疾病的臨床診斷；表面電極用于了解整個(gè)肌肉活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究。典型肌電圖儀的指標(biāo)（一）前置放大器噪聲：應(yīng)小于5uV。靈敏度：5、10、20、50、100、200、500、1000、2000、5000、10000uVcm掃描速度：1、2、5、10、20、50、100、200mscm刺激頻率：0.2、0.5、1、2、5、10、20、50Hz刺激脈寬(持續(xù)時(shí)間)：0.1、0.2

9、、0.5、1ms刺激幅度：×1時(shí)，050V；×10時(shí)，0500計(jì)算機(jī)功能：記億、疊加、信號延遲、傳導(dǎo)速度計(jì)算典型肌電圖儀的指標(biāo)（二）疊加次數(shù)：1、2、4、8、16、32、64、128、256、512、1024。記錄速度：實(shí)時(shí)記錄時(shí)：25、50、100、250、500 mm/s，記憶記錄：20 m/s單幅。記錄內(nèi)容：實(shí)的記錄時(shí)：記出兩線信號、時(shí)標(biāo)、靈敏度、走速、病號；單幅記錄時(shí)：記出兩線信號、時(shí)標(biāo)、病號、靈敏度、掃描速度、刺激點(diǎn)距離、潛伏期、傳導(dǎo)速度等。符合國家醫(yī)用通用電氣安全標(biāo)準(zhǔn)GB9706.1符合國際肌電圖誘發(fā)電位儀專用安全標(biāo)準(zhǔn)IEC60601-2-40異常肌電圖束顫電位

10、，包括單純束額電位和復(fù)合束額電位兩類單純束顫電位為一種單個(gè)運(yùn)動(dòng)電位的前角細(xì)胞或外用神經(jīng)自病變時(shí)肌纖維的動(dòng)作電位復(fù)合束顫電位為單個(gè)運(yùn)動(dòng)單元所屬肌纖維群的同步興奮發(fā)生破壞時(shí)，呈現(xiàn)多相性特征的動(dòng)作電位。單個(gè)運(yùn)動(dòng)單元電位單純束顫電位復(fù)合束顫電位異常肌電圖纖顫電位，包括誘發(fā)和自發(fā)纖顫電位兩類，凡下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元變性或損傷，因肌纖維失神經(jīng)支配均易產(chǎn)生纖顫電位。正銳波，失神經(jīng)肌纖維在骨路肌放松時(shí)，常與纖維電位伴發(fā)自發(fā)出現(xiàn)的正相波稱正銳波纖顫電位正銳波誘發(fā)肌電圖反射性肌電圖在不同頻率和強(qiáng)度刺激下，觀察該神經(jīng)所支配肌肉誘發(fā)電位的波形、刺激閾值及潛伏期（M波）電刺激外圍神經(jīng)后，肌電誘發(fā)M波后會出現(xiàn)反射波(H波)H波為

11、檢測脊髓前角細(xì)胞興風(fēng)的重要指標(biāo)，H/M比值是上運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元病變診斷的重要肌電指標(biāo)之一，正常值為0.650.75誘發(fā)肌電圖神經(jīng)傳導(dǎo)速度的測定用脈寬為0.20.5ms的短脈沖通過放在覆蓋于神經(jīng)上面的皮膚上面的皮膚上電極來刺激神經(jīng)，使在神經(jīng)纖維中引起沖動(dòng)，當(dāng)興奮傳到肌肉時(shí)，肌肉便進(jìn)行一次短促的攣縮，便產(chǎn)生肌電信號。神經(jīng)受傷害，傳導(dǎo)速度減慢甚至完全喪失傳導(dǎo)性。正常速度為50m/s，若低于40m/s，則呈病理性。比如撓神經(jīng)完全性麻痹，速度為0m/s，神經(jīng)沖動(dòng)不能傳導(dǎo)神經(jīng)再生后，才能恢復(fù)傳導(dǎo)Surface EMG 參數(shù)Differential Electrode Configuration:Detectio

12、n surfaces two parallel bars 1 cm apartBandwidth of 20-500Hz Common Mode Rejection Ratio > 80 dBNoise < 2 uVRMS (20-500 Hz)Input Impedance > 100 MegaOhmsA Classification Method of Hand Movements Using Multi Channel ElectrodeKentaro NAGATA, 900. JapanMulti-channel signal analysis肌電圖的應(yīng)用肌電圖檢測在

13、神經(jīng)源性和肌源性疾病的鑒別診斷方面，以及對神經(jīng)病變的定位，損害程度和預(yù)后判斷方面有重要價(jià)值：神經(jīng)源性疾?。褐車窠?jīng)病損（包括糖尿病、酒精中毒、尿毒癥等）頸椎病、單癱運(yùn)動(dòng)元性病、面神經(jīng)麻痹、多發(fā)性神經(jīng)炎、脊髓前角病損、脫髓鞘病、交叉癱以及神經(jīng)源性性功能障礙的診斷等。肌源性疾?。杭I養(yǎng)不良癥、肌萎縮、周期性麻痹、重癥肌無力、肌強(qiáng)直綜合征、神經(jīng)與肌肉接頭病等。結(jié)締組織?。憾喟l(fā)性肌炎、皮肌炎、多發(fā)性硬化病、紅斑狼瘡病、廢用性肌萎縮、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等病。肌電圖的應(yīng)用體育研究肌力和肌電的定量關(guān)系確定在完成相同負(fù)荷時(shí)的工作狀態(tài)下，肌肉疲勞時(shí)肌電振幅和頻率變化研究肌肉活動(dòng)的協(xié)調(diào)能力：訓(xùn)練程度搞的運(yùn)動(dòng)員在完成相同動(dòng)作時(shí)，