肌电图的测定与分析.ppt

运动生理学实验理论肌电的测定与分析 运动生理学教研室周越博士副教授 2 第一节肌电图的测试分析原理第二节表面肌电图的应用第三节肌电图分析软件的使用 3 骨骼肌在兴奋时 会由于肌纤维动作电位的传导和扩布而发生电位变化 这种电位变化称为肌电 用适当的方法将骨骼肌兴奋时发生的电位变化引导 放大并记录所得到的图形 称为肌电图 一 肌电图定义 4 5 6 noraxontelemyo2400tg2遥测肌电图仪 7 引导肌电信号的电极分类 引导肌电信号的电极可分为两大类 一类是针电极 另一类是表面电极 1 针电极 2 表面电极 8 轻度用力时用针电极从20个不同部位记录到的正常人肱二头肌的运动单位电位 不同程度收缩时骨骼肌肌电图 表面电极引导 9 二 emg信号的特征与处理 幅度范围 放大前0 10mv 5to 5 有效频率范围 0 500hz主要频率范围 50 150hz 10 信号处理的一般概念 采集频率信噪比 signal to noiseratio emg信号的能量与噪音信号的比例 信号失真 distortionofthesignal emgsignalshouldbealteredasminimallyaspossibleforaccuraterepresentation 11 电信号噪音特征 电子设备固有噪音所有电器均有 使用高质量设备可减少 频率范围 0 几千hz 环境噪音电磁幅射源 无线电广播 电线 荧光灯 主要频率 50hz幅度 1 3倍emgsignal运动伪迹电极与皮肤 电极线缆可以合适的线路减少频率范围 0 20hz 12 通过电极和放大器减少信号干扰 差动 微分 放大减少电磁辐射噪音双电极输入电极的稳定性电极的化学稳定性电极的移动 排汗 湿度变化等随着电极品质的提高 对皮肤处理 剃除毛发的要求在下降 13 差动 微分 放大differentialamplification 14 emg电极的放置一般在肌腹中间 不要靠近肌腱 不要在肌肉边缘 要与肌肉平行 15 不同放置部位的emg结果 16 参考电极的放置 接地 尽可能远离记录电极电中性组织 多骨组织 良好的电极接触 大尺寸 良好的粘合接触 17 滤波器类型 便件滤波器模拟电路 放大器 电阻 电容软件滤波器数字滤波器 数学运算 18 滤波器的种类 lp filter 20hz 250hz 低通过滤波lowpassfilter lp 19 bp filter 20hz 250hz 带通滤波bandpassfilter bp filter 20 bs 20hz 250hz 带阻滤波器bandstopfilter bs example 50hzfilter 50hz 21 相位移动phaseshift 过滤器引起相位改变通过过滤器时 频率成份的时间延迟也可能会产生波形扭曲通过电路的改进 过滤窗口的选择去除 shift 22 肌电整流类型rectification rawemg full waverectifiedemg half waverectifiedemg delete 23 积分integration areaunderacurve units mv msec 24 emg幅度分析 均方根振幅rootmeansquare 25 过零率numberofzerocrossings 信号通过零值基线的次数 在进行fft运算前曾广泛应用 26 emg频谱分析frequencyspectrum 快速傅利叶转换fastfouriertransform fft 平均功率频率mpf是所有频率成份功率的平均值对应的频率 中位频率 medianfrequency 是把功率谱曲线分成功率或面积相同的两部分的频率 27 运动单位的同步化motorunitsynchronization 非同步化活动减少emg幅度 运动单位的同步化增加了emg幅度 28 运动单位同步化时emg幅度与力 29 标准化normalization 是否可以直接比较不同受试者的emg呢 影响因素不同的肌肉横断面不同的肌肉长度不同的快慢肌纤维比例不同的肌纤维募集方式不同的肌纤维激动频率 30 标准化方法 用最大用力值来标准化用最大用力值的百分比表示亚极量用力 如50 75 等 一般用最大随意收缩 isometricmvc 31 mvc时的股四头肌积分肌电值 5 76mv msec50 亚极量收缩时积分肌电值 2 13mv msec 2 13mv msec5 76mv msec 比例 37 32 电机械延迟electromechanicaldelay emd emd是指emg开始到产生力量之间的延迟 延迟的生产与电活动要沿t横管系统传入 肌浆网释放钙离子 actin myosincrossbridges的形成 一系列弹性成份的牵拉有关 33 猫行走时比目鱼肌的emg信号 force直接从跟腱 achillestendon 测得 在emg开始约70ms后产生力 emg结束后约70时力终止 34 第一节肌电图的测试分析原理第二节表面肌电图的应用第三节肌电图分析软件的使用 35 一 利用肌电测定神经的传导速度 如果在神经通路的两个或两个以上的点上给予电流刺激 从该神经所支配的肌肉上记录诱发电位 然后根据下列公式可计算出神经的传导速度 v s t式中 v为神经传导速度 单位为米 秒 t为两刺激点从刺激开始到肌肉开始收缩的时间差 单位为秒 s为两刺激点之间的距离 单位为米 36 尺神经运动神经传导速度的测定s1 肘部的刺激电极s2 腕部的刺激电极r 记录电极 37 二 利用肌电图研究肌肉疲劳 肌肉疲劳时其肌电活动也会发生变化 因此可以用肌电来研究肌肉疲劳的发生及机制 1 肌肉工作过程中肌电幅值的变化肌电幅值是指肌电信号的振幅大小 在肌电研究过程中 反应肌电幅值的指标有积分肌电 emg 和均方根振幅 rms 38 39 在肌肉等长收缩至疲劳的研究过程中发现 在一定的范围内 肌电幅值随着肌肉疲劳程度的加深而增加 不同持续时间股直肌 股外肌iemg的增长情况 40 2 肌肉工作过程中肌电信号的频谱变化 在肌肉工作过程中 肌电信号的频率特性可随着肌肉的机能状态的改变而发生变化 反应肌电信号的频率特性的指标有平均功率频率 mpf 和中心频率 fc 肌肉疲劳前后肌电频率谱变化 41 随着疲劳程度的加深 肌电信号的频谱左移 即平均功率频率降低 不同持续时间股直肌 股外肌肌电图mpf的下降情况 42 三 利用肌电图评价肌力 一般情况下 当肌肉以不同的负荷进行收缩时 其肌电信号iemg同肌力成正比关系 即肌肉产生的张力越大iemg越大 43 lippold 1952 close 1972 bigland ritchie 1981 认为iemg与张力是线性关系 zunigaandsimmon 1969 vrendenbregtandrau 1973 认为iemg与张力是非线性关系 等长收缩isometric时emg与力量是线性的 在等张收缩isotonic时是非线性的 weiretal 1992 44 isometric与isotoniccontractions 45 肌肉力量与肌电的线性关系 柯菲因 chaffin 等人发现当肌肉用40 mvc以下强度收缩时 肌力与肌电呈线性关系 60 mvc以上强度时 肌力与肌电也呈线性关系 但此时的直线斜率较大 而肌力在40 60 mvc时 肌力与肌电之间的线性关系往往就不存在了 46 离心 eccentric 收缩时emg幅度小于向心 concentric 收缩 komi 1973 komietal 1987 47 在匀速屈肘运动中肌张力与iemg的关系a的心收缩b离心收缩 48 四 利用肌电图分析肌纤维类型 不同类型的肌纤维在疲劳时的肌电图特征也不同 慢肌纤维百分数较高的受试者 st 59 在各种负荷 30 mvc 50 mvc及79 mvc 至疲劳的工作中 mpf下降斜率比慢肌纤百分数较低的受试者 st 49 要低 当负荷增加时更明显 49 st运动单位产生的emg信号幅度低 持续时间长 ft运动单位产生的emg信号幅度高 持续时间短 50 51 体育科学 1990年02期 肌纤维组成的无损测定法和仪器高强 尹吟青 王楠 秦光侠 马磐研究的目的是探索一种无损测定男青年股外肌肌纤维组成的方法及研制肌纤维组成无损测定仪 由43名受试者取得等长肌力及肌电图等12项指标 用逐步回归的方法从上述指标中筛选出与股外肌快肌纤维 ft 密切相关的3项指标 从而建立推测肌纤维组成的三元回归方程 以该方程为模型 开发了肌纤维组成测定仪 该仪器所得测试结果与活检结果对比 平均误差为2 84 sd 2 48 有较高的精确性 本研究可取代活检方法 用于运动选才 作者单位 北京体育学院 北京体育学院 北京体育学院 天津大学 天津大学 52 53 中国运动医学杂志 1990年03期 8 17岁儿童少年股外肌肌纤维组成最大等长伸膝力量 相对肌力及肌围的研究尹吟青 王立山 王玮 田野 刘沙 高强本文用活检 组化方法对153名8 17岁儿童少年 男80人 女73人 做了股外肌快肌纤维 ft 的研究 并同时测定了最大等长伸膝力量 mvc 相对肌力 rmvc 及肌围 活检处腿围 c 实验发现男 女儿童及全体ft 均呈近似常态分布 且性别间也无显著差异 p 0 05 还发现8 17岁儿童少年的mvc rmvc及c均随年龄增长而增大 肌力 mvc及rmvc 与股外肌ft 间只有低度相关 r 0 23 r 0 30 p 0 05 而肌力 mvc 与肌围间却有密切相关 r 0 69 p 0 01 54 五 利用肌电进行动作分析 在运动过程中可用多导肌电记录仪将肌电记录下来 然后 根据运动中每块肌肉的放电顺序和肌电幅度 结合高速摄像等技术 对运动员的动作进行分析诊断 分析某项运动技术 找出在完成该项动作时有哪些肌肉参加 各个肌肉用力程度怎样 顺序如何 直接为科学地安排教学与训练提供依据 55 绕螺时的肌电变化 56 57 58 某受试者40cm下落跳时股外肌 emg1 股二头肌 emg2 肌电图和测力台同步记录到的对地面垂直作用力 fz 示意图 59 上体竖直作主动起蹲时股四头肌的肌电图 2毫伏 400毫秒 1 股外肌 2 股直肌 3 股内肌 60 国家队射箭运动员动作技术的肌电特性 中国体育科技2007年6期张秀丽刘卉刘学贞运用美国产noraxon表面肌电遥测系统对国家射箭队男 女各12名运动员进行测试 国家射箭队运动员在射箭动作的不同阶段尚存在部分不合理的肌肉用力特点 相对来说 无论是举弓时的肌肉激活顺序 主要肌肉用力特点 还是动作的一致性 均是女子运动员较男子运动员合理 以肌电rms幅值的 标准差与平均数的比值 这个派生指标对运动员进行多支箭肌肉用力的一致性评价较合理 61 振动与非振动力量练习时肌电图变化的比较研究 西安体育学院学报200421 4 许以诚高炳宏刘文海米卫国 上海体育科学研究所 受试者在振动和非振动条件下 分别以动力性和静力性两种不同方式的进行屈肘练习 练习时施加不同的负荷 测试肱二头肌 屈腕肌和肱三头肌 伸腕肌的肌电图 负荷与肌肉收缩的方式相同时 振动条件下主动肌的肌电iemg s值都比非振动时大 动力性收缩时 振动轻负荷与非振动重负荷时iemg s值相差不大 这说明 在振动条件下进行力量训练 能够募集更多的运动单位参与收缩 提高肌肉的兴奋水平 62 63 六 其他应用myomoe100 修复身体运动机能 戴起来像一个手臂护套一样 myomoe100神经机器人系统用emg传感器探测电子肌肉活动并触发刺激器帮助中风患者手臂重新恢复运动 64 65 假肢手的控制 66 a指浅屈肌 指深屈肌b屈拇长肌 a指伸肌b拇长伸肌 拇短伸肌c食指伸肌d 小指伸肌 67 emgsignalprocessing systemflowchart 68 计算机鼠标的生理学控制eog眼电图 在视网膜色素上皮和光感受器细胞之间存在的视网膜静电位 于暗 明适应条件下在被检者内 外眦角各置一电极所检测到的电流随眼球的转动而变化 记录下来的电位就是眼电图 69 微软研究院打算申请的专利 将emg连结手臂肌肉 感应手指的动作 解读复杂的手势 进而遥控打开车门或是控制随身听 人机输入界面 游戏 空气吉他 应用 70 高跟鞋对步态 姿态及下肢的影响 高跟鞋在给予穿着者美感的同时 会引发拇外翻 小趾内翻 胼胝 跟腱炎等足部疾病 通过步态分析 足底压力分析 下肢肌电信号测量分析 了解不同高度的鞋跟对人体步态 姿态和对足 踝 膝 髋和脊柱的影响及作用机制 穿着高跟鞋改变足底压力水平及其分布 膝关节和踝关节弯曲角度有明显不同 且步幅 步长 最大膝曲屈角 踝关节弯曲角度等都有显著变化 71 72 肌肉疲劳时肌氧与emg参数的变化及其内在联系 玉林师范学院学报2006年第27卷第03期作者 李秀荣 陆世添探讨运动肌肉疲劳是否是由缺氧引起 发现肌氧含量与iemg呈显著负相关 r 0 852 0 986 说明肌肉活动取决于局部氧代谢状况 缺氧可能是导致肌肉疲劳的主要因素 73 第一节肌电图的测试分析原理第二节表面肌电图的应用第三节肌电图分析软件的使用 74 75 76 77 78 dataanalysis graphicalandnumericaldisplayofbasicresults cumulativeamplitudedistributions work loading bilateraldifferences onsetslopewithactivationtimes activationorder onsettimes peakvalues physiologicgaps level density duration markerevents cursoranalysis zoomin zoomoutselectableareasofinterestspectrumanalysis fastfouriertransform fft showingmedianfrequency meanpowerfrequencyandzerocrossingrate singlespectrum averagespectrum fatiguetestnormativedatabaseoffatiguetestsfollow upanalysiswithtrendreports 79 80 利用bl 420s测试分析肌力与肌电图关系 成都泰盟科技有限公司bl 420s生物信号处理仪连接好仪器 1通道接尺侧腕屈肌 2通过接桡侧腕屈肌 3通道接张力传感器 参数设置 1 2通道灵敏度 g 1mv 时间常数 t 0 02 高通滤波 f 1000hz 扫描速度250ms div 3通道灵敏度 g 20mv 时间常数 t dc 高通滤波 f 20hz 扫描速度250ms div 81 最大力量测试 尽力