表面肌電圖檢測技術在步態(tài)分析中的應用
表面肌電圖是神經肌肉系統(tǒng)活動時的生物電變化經被檢測肌肉皮膚表面電極引導、放大、顯示和記錄所獲得的一維電壓時間序列信號。
表面肌電圖提供了一種安全、操作簡便、無創(chuàng)、無疼痛、無不良反應的神經肌肉功能狀況檢測手段。表面肌電圖與運動學、運動力學、臨床體檢結合，可以對受試者的步行功能作出全面、系統(tǒng)的評估，近年來已廣泛用于基礎科學和臨床患者步態(tài)的研究。
人的步行是在神經系統(tǒng)的調節(jié)下，下肢肌群收縮，以關節(jié)為支點，牽拉骨，使骨位置或角度改變而產生。下肢肌是步行的能動部分，骨和關節(jié)是步行的被動部分。下肢肌群的活動在很大程度上決定了人的步行能力。
人的步行是在神經系統(tǒng)的調節(jié)下，下肢肌群收縮，以關節(jié)為支點，牽拉骨，使骨位置或角度改變而產生。下肢肌是步行的能動部分，骨和關節(jié)是步行的被動部分。下肢肌群的活動在很大程度上決定了人的步行能力。
表面肌電圖信號的分析主要包括原始表面肌電圖信號分析和處理后的數據分析。處理后的數據分析主要包括：時域分析、頻域分析。時域分析的主要指標包括平均振幅、肌電積分等；頻域分析常用指標為平均頻率和中位頻率等。
正常青年步行時的表面肌電圖顯示：步行過程中，雙側下肢的股直肌、脛前肌、股二頭肌、腓腸肌內側的肌纖維運動單位的動作電位開始、結束后出現一段時間的靜息電位而呈現肌電的活動與靜止周期性變化、右左側同名肌肉肌電信號的密集程度和高度基本對稱并交替活動。此外，人在自然步態(tài)中根據所測肌肉原始表面肌電圖信號的特征性變化可較準確區(qū)分步態(tài)周期，步態(tài)周期是人行走時一側足跟著地起到再次同側足跟著地所經過的時間，步態(tài)周期分為站立相和擺動相，站立相又分著地反應、站立中期、站立末期、擺動前期，擺動相又分為最初擺動、最終擺動。
行走時，每一個動作的實現，都在神經系統(tǒng)的調節(jié)下，有關肌群協(xié)同活動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、腓腸肌的肌電活動隨步態(tài)周期呈活動與靜止周期性、協(xié)調性變化，雙側下肢的同名肌肉交替活動。在步態(tài)周期中，股直肌、股二頭肌、脛前肌在站立相前期(即著地反應期)和擺動相肌電活躍，腓腸肌內側在站立相中絕大部分時期肌電活躍。
表面肌電圖原始信號作為最直接的形式可顯示肌電活動的發(fā)生和靜息情況，在不考慮波幅的情況下可分析肌電活動的起始和結束關系；原始肌電信號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，表面肌電圖信號越強，則收縮越強。
正常青年步行時的表面肌電圖顯示：步行過程中，雙側下肢的股直肌、脛前肌、股二頭肌、腓腸肌內側的肌纖維運動單位的動作電位開始、結束后出現一段時間的靜息電位而呈現肌電的活動與靜止周期性變化、右左側同名肌肉肌電信號的密集程度和高度基本對稱并交替活動。此外，人在自然步態(tài)中根據所測肌肉原始表面肌電圖信號的特征性變化可較準確區(qū)分步態(tài)周期，步態(tài)周期是人行走時一側足跟著地起到再次同側足跟著地所經過的時間，步態(tài)周期分為站立相和擺動相，站立相又分著地反應、站立中期、站立末期、擺動前期，擺動相又分為最初擺動、最終擺動。
行走時，每一個動作的實現，都在神經系統(tǒng)的調節(jié)下，有關肌群協(xié)同活動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、腓腸肌的肌電活動隨步態(tài)周期呈活動與靜止周期性、協(xié)調性變化，雙側下肢的同名肌肉交替活動。在步態(tài)周期中，股直肌、股二頭肌、脛前肌在站立相前期(即著地反應期)和擺動相肌電活躍，腓腸肌內側在站立相中絕大部分時期肌電活躍。
處理后的數據是原始表面肌電圖信號利用Noraxon MR3軟件自帶的信號處理中的全波整流、平滑和分析功能進行處理得出。其中振幅變化主要反映肌肉活動時運動單位激活的數量、參與活動的運動單位類型以及其放電頻率同步化程度，與不同肌肉負荷強度條件下的中樞控制功能有關。肌電積分值是對所測得表面肌電圖信號進行整流平滑后單位時間內曲線下面積的總和，可以反映肌電信號隨時間進行的強弱，其值的高低反映運動時參與肌肉收縮的肌纖維數目的多少和每個運動單位的放電大小。該指標主要體現肌肉在單位時間內的收縮特性。肌肉收縮時，肌電積分與肌力之間存在著線性關系。當肌肉收縮的力量增強時，參加工作的運動單位數量增多并且每個運動單位的放電增加，因此，肌電積分隨之增加，反之亦然。平均頻率表示的是過功率譜曲線重心的頻率。其高低與外周運動單位動作電位的傳導速度、參與活動的運動單位類型以及其同步化程度有關。
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為主，快肌纖維興奮主要表現高頻放電。平均頻率與骨骼肌中Ⅰ型纖維所占的比例成正相關，與Ⅱ型纖維所占的比例成負相關。中位頻率是指骨骼肌收縮過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。
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為主，快肌纖維興奮主要表現高頻放電。平均頻率與骨骼肌中Ⅰ型纖維所占的比例成正相關，與Ⅱ型纖維所占的比例成負相關。中位頻率是指骨骼肌收縮過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，優(yōu)勢側下肢肌群只要募集較少的運動單位就能完成幾乎同樣功耗的步行運動，運動單位數量少，則平均肌電振幅低；在自然步態(tài)中，優(yōu)勢側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，慢肌纖維活動時低頻放電，則優(yōu)勢側腓腸肌內側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側，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，支撐期的肌群活動主要是依靠腓腸肌的收縮活動完成，腓腸肌在人步行與站立時起重要作用有關。
