軀干伸肌動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度與高密度肌電圖的頻譜參數(shù)之間的關(guān)系
引言
軀干伸肌（Trunk extensor muscles）是支撐和穩(wěn)定脊柱的重要肌肉群，當(dāng)人們進(jìn)行長時(shí)間或高強(qiáng)度活動(dòng)時(shí)，這些肌肉易疲勞。
了解軀干伸肌耐力及其肌肉電活動(dòng)之間的關(guān)系，對(duì)于預(yù)防和治療與背部相關(guān)的疾病，如下背痛（Low back pain），具有重要意義。
研究背景和目的
傳統(tǒng)評(píng)估肌肉疲勞的方法是分析表面肌電圖（Surface Electromyography, EMG）。當(dāng)肌肉疲勞時(shí)，電信號(hào)的頻譜內(nèi)容通常會(huì)表現(xiàn)為頻譜向低頻段移動(dòng)，中值頻率或平均頻率的下降。頻譜內(nèi)容下降與平均運(yùn)動(dòng)單位（MU）動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度的降低有關(guān)。盡管以前的研究嘗試將頻譜內(nèi)容的下降與軀干伸肌的耐力時(shí)間聯(lián)系起來，但結(jié)果并不一致。
為了更深入地理解軀干伸肌的疲勞機(jī)制，研究者開始關(guān)注另一個(gè)指標(biāo)——運(yùn)動(dòng)單位動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度（MU Action Potential Conduction Velocity, CV）。隨著肌肉疲勞的發(fā)展，平均CV會(huì)下降，這反映了肌肉纖維傳導(dǎo)速度的減慢。因此，CV可能提供了一個(gè)新的視角來評(píng)估軀干伸肌的疲勞狀況。
本研究的主要目的是評(píng)估在非嚴(yán)格控制條件下，進(jìn)行長時(shí)間靜態(tài)軀干前屈時(shí)，動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度（CV）的變化率是否與軀干伸肌耐力（堅(jiān)持時(shí)間）相關(guān)。同時(shí)，比較基于HDsEMG的頻譜分析方法和傳統(tǒng)單通道EMG頻譜分析方法在評(píng)估軀干伸肌耐力時(shí)的差異。
研究方法
1. 受試者招募與篩選
招募14名無下背疼痛損傷史的健康男性，實(shí)驗(yàn)開始前進(jìn)行評(píng)估，確保其身體狀況符合實(shí)驗(yàn)要求。
2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
靜態(tài)軀干前屈試驗(yàn)：參與者被要求在一個(gè)固定的高度下，雙手持握一個(gè)把手，并盡可能長時(shí)間地保持軀干前屈的姿勢，直到無法再維持該姿勢為止。這種設(shè)計(jì)模擬日常生活中長時(shí)間靜態(tài)工作負(fù)荷，評(píng)估軀干伸肌的耐力。
3. 數(shù)據(jù)采集
高密度表面肌電圖（HDsEMG）采集：使用高密度表面肌電圖系統(tǒng)，在參與者的背部脊柱節(jié)段（從T6到L5）的雙側(cè)肌肉上放置電極，電極以網(wǎng)格狀排列，在受試者進(jìn)行靜態(tài)軀干前屈試驗(yàn)的過程中，HDsEMG系統(tǒng)會(huì)持續(xù)記錄肌肉的電活動(dòng)數(shù)據(jù)。
4. 數(shù)據(jù)分析
①動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度（CV）估計(jì)：使用HDsEMG數(shù)據(jù)，通過相關(guān)的算法估計(jì)運(yùn)動(dòng)單位動(dòng)作電位的傳導(dǎo)速度（CV）。
②頻譜參數(shù)分析：分析HDsEMG數(shù)據(jù)的頻譜參數(shù)，如中值頻率或平均頻率等。這些參數(shù)反映了肌電信號(hào)的頻率分布特性，并與肌肉疲勞狀態(tài)相關(guān)。
③相關(guān)性分析：使用統(tǒng)計(jì)方法（如線性回歸分析）評(píng)估CV變化率、頻譜內(nèi)容變化率與軀干伸肌耐力時(shí)間之間的相關(guān)性。通過計(jì)算相關(guān)系數(shù)（如R²值）量化變量之間的關(guān)系強(qiáng)度和方向。
研究結(jié)果
1. 動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度（CV）與耐力時(shí)間的關(guān)系
在L1和L2之間的外側(cè)電極位置，動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度（CV）的變化率與軀干伸肌的耐力時(shí)間之間存在顯著的線性相關(guān)性。隨著耐力時(shí)間的延長，CV值逐漸降低，且降低趨勢與耐力時(shí)間呈高度相關(guān)（R²=0.79）。這表明，在軀干伸肌疲勞過程中，CV的變化可以作為評(píng)估肌肉耐力水平的一個(gè)重要指標(biāo)。
2. 頻譜參數(shù)與耐力時(shí)間的關(guān)系
與CV相比，使用頻譜參數(shù)評(píng)估軀干伸肌耐力相關(guān)性較低。高密度表面肌電圖（HDsEMG）和單通道EMG兩者的頻譜參數(shù)的線性變化率與耐力時(shí)間之間的相關(guān)性均較低或無顯著相關(guān)性。
3. HDsEMG與單差分EMG的比較
兩種方法在評(píng)估頻譜參數(shù)時(shí)均表現(xiàn)出較低的相關(guān)性，但HDsEMG技術(shù)比單通道EMG在捕捉肌肉電活動(dòng)方面具有優(yōu)勢。HDsEMG通過增加電極數(shù)量和密度，提高了肌電信號(hào)的采集質(zhì)量和空間分辨率，能更準(zhǔn)確定位肌肉活動(dòng)區(qū)域、分析肌肉纖維類型分布以及評(píng)估肌肉間的協(xié)同作用等。單通道EMG電極數(shù)量有限，只能記錄到局部區(qū)域的肌肉電活動(dòng)，難以全面反映肌肉的整體狀態(tài)。
研究結(jié)論和意義
本研究通過HDsEMG技術(shù)深入探討了軀干伸肌耐力與電生理特性之間的關(guān)系，并得出了CV可以作為評(píng)估軀干伸肌耐力的有效指標(biāo)的結(jié)論。
這不僅豐富了我們對(duì)肌肉疲勞機(jī)制的認(rèn)識(shí)，也為未來的康復(fù)訓(xùn)練和運(yùn)動(dòng)員體能評(píng)估提供了新的思路和方法。這為未來的康復(fù)干預(yù)和訓(xùn)練計(jì)劃提供了科學(xué)依據(jù)，有助于更好地理解和改善軀干伸肌的功能和耐力。
引用文獻(xiàn)：
Brouwer NP, Tabasi A, Kingma I etc.
Trunk extensor muscle endurance and its relationship to action potential conduction velocity and spectral parameters estimated using high-density electromyography.
J Electromyogr Kinesiol. 2023 Dec;73:102830.
doi: 10.1016/j.jelekin.2023.102830.
Epub 2023 Oct 12.
PMID: 37862925.
關(guān)于我們
維拓啟創(chuàng)(北京)信息技術(shù)有限公司成立于2006年，是一家專注于腦科學(xué)、康復(fù)工程、人因工程、心理學(xué)、體育科學(xué)等領(lǐng)域的科研解決方案供應(yīng)商。
自2013年起便開始與荷蘭TMSi公司攜手合作，為中國用戶提供了高效、精準(zhǔn)的EEG和EMG解決方案，贏得了眾多用戶的信賴和好評(píng)。未來，我們將不斷提升自身的服務(wù)能力和專業(yè)水平，致力于將優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、先進(jìn)的技術(shù)和服務(wù)帶給各個(gè)領(lǐng)域的科研工作者，持續(xù)提升使用體驗(yàn)。
相關(guān)設(shè)備
SAGA高密度肌電測量系統(tǒng)
▲單模塊重量僅700g,便攜可穿戴
▲可定制多通道，兩臺(tái)設(shè)備可并聯(lián)使用
▲集成肌電、腦電等多種生理信號(hào)
▲主動(dòng)屏蔽抗干擾，可移動(dòng)實(shí)時(shí)測量
▲硬件不做濾波，數(shù)據(jù)質(zhì)量高
▲電池供電，24小時(shí)不間斷測試
新款HD-EMG柔性織物電極
▲標(biāo)配32、64通道，可增益為128及更高通道排布
▲織物電極可重復(fù)使用
▲高精度矩陣式排布
▲易于使用的預(yù)涂膠層
▲Ag/AgCl電極信號(hào)質(zhì)量穩(wěn)定
▲能完美貼合皮膚的柔性織物材料
HD-EMG柔性織物電極可用于人體各部位
軀干伸肌（Trunk extensor muscles）是支撐和穩(wěn)定脊柱的重要肌肉群，當(dāng)人們進(jìn)行長時(shí)間或高強(qiáng)度活動(dòng)時(shí)，這些肌肉易疲勞。
了解軀干伸肌耐力及其肌肉電活動(dòng)之間的關(guān)系，對(duì)于預(yù)防和治療與背部相關(guān)的疾病，如下背痛（Low back pain），具有重要意義。
研究背景和目的
傳統(tǒng)評(píng)估肌肉疲勞的方法是分析表面肌電圖（Surface Electromyography, EMG）。當(dāng)肌肉疲勞時(shí)，電信號(hào)的頻譜內(nèi)容通常會(huì)表現(xiàn)為頻譜向低頻段移動(dòng)，中值頻率或平均頻率的下降。頻譜內(nèi)容下降與平均運(yùn)動(dòng)單位（MU）動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度的降低有關(guān)。盡管以前的研究嘗試將頻譜內(nèi)容的下降與軀干伸肌的耐力時(shí)間聯(lián)系起來，但結(jié)果并不一致。
為了更深入地理解軀干伸肌的疲勞機(jī)制，研究者開始關(guān)注另一個(gè)指標(biāo)——運(yùn)動(dòng)單位動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度（MU Action Potential Conduction Velocity, CV）。隨著肌肉疲勞的發(fā)展，平均CV會(huì)下降，這反映了肌肉纖維傳導(dǎo)速度的減慢。因此，CV可能提供了一個(gè)新的視角來評(píng)估軀干伸肌的疲勞狀況。
本研究的主要目的是評(píng)估在非嚴(yán)格控制條件下，進(jìn)行長時(shí)間靜態(tài)軀干前屈時(shí)，動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度（CV）的變化率是否與軀干伸肌耐力（堅(jiān)持時(shí)間）相關(guān)。同時(shí)，比較基于HDsEMG的頻譜分析方法和傳統(tǒng)單通道EMG頻譜分析方法在評(píng)估軀干伸肌耐力時(shí)的差異。
研究方法
1. 受試者招募與篩選
招募14名無下背疼痛損傷史的健康男性，實(shí)驗(yàn)開始前進(jìn)行評(píng)估，確保其身體狀況符合實(shí)驗(yàn)要求。
2. 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
靜態(tài)軀干前屈試驗(yàn)：參與者被要求在一個(gè)固定的高度下，雙手持握一個(gè)把手，并盡可能長時(shí)間地保持軀干前屈的姿勢，直到無法再維持該姿勢為止。這種設(shè)計(jì)模擬日常生活中長時(shí)間靜態(tài)工作負(fù)荷，評(píng)估軀干伸肌的耐力。
3. 數(shù)據(jù)采集
高密度表面肌電圖（HDsEMG）采集：使用高密度表面肌電圖系統(tǒng)，在參與者的背部脊柱節(jié)段（從T6到L5）的雙側(cè)肌肉上放置電極，電極以網(wǎng)格狀排列，在受試者進(jìn)行靜態(tài)軀干前屈試驗(yàn)的過程中，HDsEMG系統(tǒng)會(huì)持續(xù)記錄肌肉的電活動(dòng)數(shù)據(jù)。
4. 數(shù)據(jù)分析
①動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度（CV）估計(jì)：使用HDsEMG數(shù)據(jù)，通過相關(guān)的算法估計(jì)運(yùn)動(dòng)單位動(dòng)作電位的傳導(dǎo)速度（CV）。
②頻譜參數(shù)分析：分析HDsEMG數(shù)據(jù)的頻譜參數(shù)，如中值頻率或平均頻率等。這些參數(shù)反映了肌電信號(hào)的頻率分布特性，并與肌肉疲勞狀態(tài)相關(guān)。
③相關(guān)性分析：使用統(tǒng)計(jì)方法（如線性回歸分析）評(píng)估CV變化率、頻譜內(nèi)容變化率與軀干伸肌耐力時(shí)間之間的相關(guān)性。通過計(jì)算相關(guān)系數(shù)（如R²值）量化變量之間的關(guān)系強(qiáng)度和方向。
研究結(jié)果
1. 動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度（CV）與耐力時(shí)間的關(guān)系
在L1和L2之間的外側(cè)電極位置，動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度（CV）的變化率與軀干伸肌的耐力時(shí)間之間存在顯著的線性相關(guān)性。隨著耐力時(shí)間的延長，CV值逐漸降低，且降低趨勢與耐力時(shí)間呈高度相關(guān)（R²=0.79）。這表明，在軀干伸肌疲勞過程中，CV的變化可以作為評(píng)估肌肉耐力水平的一個(gè)重要指標(biāo)。
2. 頻譜參數(shù)與耐力時(shí)間的關(guān)系
與CV相比，使用頻譜參數(shù)評(píng)估軀干伸肌耐力相關(guān)性較低。高密度表面肌電圖（HDsEMG）和單通道EMG兩者的頻譜參數(shù)的線性變化率與耐力時(shí)間之間的相關(guān)性均較低或無顯著相關(guān)性。
3. HDsEMG與單差分EMG的比較
兩種方法在評(píng)估頻譜參數(shù)時(shí)均表現(xiàn)出較低的相關(guān)性，但HDsEMG技術(shù)比單通道EMG在捕捉肌肉電活動(dòng)方面具有優(yōu)勢。HDsEMG通過增加電極數(shù)量和密度，提高了肌電信號(hào)的采集質(zhì)量和空間分辨率，能更準(zhǔn)確定位肌肉活動(dòng)區(qū)域、分析肌肉纖維類型分布以及評(píng)估肌肉間的協(xié)同作用等。單通道EMG電極數(shù)量有限，只能記錄到局部區(qū)域的肌肉電活動(dòng)，難以全面反映肌肉的整體狀態(tài)。
研究結(jié)論和意義
本研究通過HDsEMG技術(shù)深入探討了軀干伸肌耐力與電生理特性之間的關(guān)系，并得出了CV可以作為評(píng)估軀干伸肌耐力的有效指標(biāo)的結(jié)論。
這不僅豐富了我們對(duì)肌肉疲勞機(jī)制的認(rèn)識(shí)，也為未來的康復(fù)訓(xùn)練和運(yùn)動(dòng)員體能評(píng)估提供了新的思路和方法。這為未來的康復(fù)干預(yù)和訓(xùn)練計(jì)劃提供了科學(xué)依據(jù)，有助于更好地理解和改善軀干伸肌的功能和耐力。
引用文獻(xiàn)：
Brouwer NP, Tabasi A, Kingma I etc.
Trunk extensor muscle endurance and its relationship to action potential conduction velocity and spectral parameters estimated using high-density electromyography.
J Electromyogr Kinesiol. 2023 Dec;73:102830.
doi: 10.1016/j.jelekin.2023.102830.
Epub 2023 Oct 12.
PMID: 37862925.
關(guān)于我們
維拓啟創(chuàng)(北京)信息技術(shù)有限公司成立于2006年，是一家專注于腦科學(xué)、康復(fù)工程、人因工程、心理學(xué)、體育科學(xué)等領(lǐng)域的科研解決方案供應(yīng)商。
自2013年起便開始與荷蘭TMSi公司攜手合作，為中國用戶提供了高效、精準(zhǔn)的EEG和EMG解決方案，贏得了眾多用戶的信賴和好評(píng)。未來，我們將不斷提升自身的服務(wù)能力和專業(yè)水平，致力于將優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、先進(jìn)的技術(shù)和服務(wù)帶給各個(gè)領(lǐng)域的科研工作者，持續(xù)提升使用體驗(yàn)。
相關(guān)設(shè)備
SAGA高密度肌電測量系統(tǒng)
▲單模塊重量僅700g,便攜可穿戴
▲可定制多通道，兩臺(tái)設(shè)備可并聯(lián)使用
▲集成肌電、腦電等多種生理信號(hào)
▲主動(dòng)屏蔽抗干擾，可移動(dòng)實(shí)時(shí)測量
▲硬件不做濾波，數(shù)據(jù)質(zhì)量高
▲電池供電，24小時(shí)不間斷測試
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▲高精度矩陣式排布
▲易于使用的預(yù)涂膠層
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