慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电特征剖析与康复关联探究

慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电特征剖析与康复关联探究一、引言1.1研究背景与意义脑卒中，作为一种常见且严重的神经系统疾病，严重威胁着人类的健康与生活质量。据统计，全球每年约有1500万人罹患脑卒中，而我国每年新发脑卒中患者约200万例，且发病率正以每年8.7％的速率迅速增长。脑卒中具有高发病率、高致残率和高死亡率的特点，不仅给患者本人带来极大的痛苦，也给家庭和社会造成了沉重的负担。偏瘫是脑卒中后常见的残疾表现，约一半的脑卒中患者会出现偏瘫症状，即一侧肢体丧失运动功能。在偏瘫患者中，上肢肌肉的功能障碍尤为显著，严重影响了患者的日常生活活动能力，如穿衣、进食、洗漱等。上肢的肩肘肌肉在日常活动中扮演着举足轻重的角色，它们的协同运动是实现上肢各种复杂动作的基础。然而，脑卒中后，患者肩肘肌肉的功能往往受到不同程度的损害，导致上肢运动功能受限，进而影响患者的生活自理能力和社交参与度。尽管目前临床上存在多种治疗方法，如物理治疗、作业治疗、药物治疗等，旨在帮助偏瘫患者恢复运动功能，但不同患者的恢复程度和效果却存在较大差异。这可能是由于对偏瘫上肢肩肘肌肉的病理生理机制和表面肌电特征了解不够深入，导致康复治疗方案缺乏针对性和个性化。因此，深入研究慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电特征具有重要的理论和实践意义。从理论层面来看，研究肩肘肌肉表面肌电特征有助于揭示脑卒中后上肢运动功能障碍的神经肌肉机制，为进一步理解脑卒中的病理生理过程提供依据。表面肌电信号能够反映肌肉的电活动情况，通过对其进行分析，可以获取肌肉的收缩状态、疲劳程度、运动控制模式等信息。这些信息对于深入探讨脑卒中后神经肌肉功能的重塑和恢复机制具有重要价值，有助于完善脑卒中康复的理论体系。在实践应用方面，明确慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电特征，能够为制定更为科学、有效的康复治疗方案提供理论依据。根据不同患者的肌电特征，康复治疗师可以制定个性化的康复训练计划，选择更合适的训练方法和强度，提高康复治疗的效果。例如，对于肌肉激活不足的患者，可以采用针对性的肌肉电刺激疗法，增强肌肉的收缩能力；对于肌肉协调性差的患者，可以设计专门的协调性训练项目，改善肌肉之间的协同运动。此外，表面肌电特征还可以作为评估康复治疗效果的客观指标，通过对比治疗前后的肌电信号变化，及时调整治疗方案，确保康复治疗的有效性和安全性。综上所述，本研究旨在通过对慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电特征的研究，为脑卒中偏瘫患者的康复治疗提供新的思路和方法，提高患者的康复效果和生活质量，具有重要的临床应用价值和社会意义。1.2国内外研究现状在慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电特征的研究领域，国内外学者已取得了一定的成果。国外方面，众多研究围绕表面肌电信号与上肢运动功能的关系展开。一些学者通过对慢性期脑卒中患者进行上肢伸展、屈曲等动作时的表面肌电信号分析，发现患者的肩肘肌肉肌电信号在幅值、频率等参数上与健康人群存在显著差异。例如，[国外文献1]研究表明，在执行上肢前屈动作时，慢性期脑卒中患者的三角肌前束和肱二头肌的肌电信号幅值明显低于健康对照组，且信号的稳定性较差，这反映出患者在肌肉激活和力量控制方面存在问题。[国外文献2]则通过对不同严重程度偏瘫患者的研究发现，随着偏瘫程度的加重，肩肘肌肉的肌电信号频率降低，提示肌肉的疲劳程度增加以及神经肌肉控制能力的下降。此外，[国外文献3]利用先进的肌电信号处理技术，对慢性期脑卒中患者上肢运动过程中的肌肉协同模式进行分析，发现患者的肌肉协同模式发生了改变，正常的肌肉协同关系被破坏，导致上肢运动的协调性和流畅性受损。在国内，相关研究也在逐步深入。许多研究聚焦于表面肌电特征在脑卒中康复治疗中的应用价值。[国内文献1]通过对慢性期脑卒中患者进行康复训练前后的表面肌电信号对比分析，发现康复训练能够显著改善患者肩肘肌肉的肌电特征，表现为肌电信号幅值的增加和频率的提高，这表明康复训练有助于增强肌肉力量和改善神经肌肉控制功能。[国内文献2]研究了不同康复治疗方法对慢性期脑卒中患者上肢肩肘肌肉表面肌电特征的影响，结果显示，综合康复治疗（包括物理治疗、作业治疗和运动疗法等）相较于单一康复治疗方法，能更有效地改善患者的肌电特征，提高上肢运动功能。此外，[国内文献3]尝试将表面肌电信号与功能性近红外光谱技术相结合，对慢性期脑卒中患者的脑-肌功能连接进行研究，为揭示脑卒中后神经肌肉功能重塑的机制提供了新的视角。然而，目前国内外研究仍存在一些不足之处。首先，研究样本量普遍较小，导致研究结果的代表性和可靠性受到一定影响。不同研究之间的样本选择标准和实验方法存在差异，使得研究结果难以进行直接比较和综合分析。其次，对于表面肌电信号的分析方法尚未形成统一标准，不同研究采用的信号处理和特征提取方法各异，这在一定程度上限制了研究成果的推广和应用。再者，虽然已发现慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电特征与健康人群存在差异，但对于这些差异背后的神经生理机制尚未完全明确，仍需要进一步深入研究。此外，现有的研究主要集中在对肌电信号参数的分析上，对于肌肉的动态力学特性以及肌电信号与上肢运动学参数之间的耦合关系研究较少，这对于全面理解上肢运动功能障碍的机制和制定精准的康复治疗方案是不利的。综上所述，虽然国内外在慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电特征研究方面已取得了一定进展，但仍有许多问题有待解决。未来的研究需要进一步扩大样本量，统一研究方法和标准，深入探究肌电特征变化的神经生理机制，加强对肌肉动态力学特性和肌电-运动学耦合关系的研究，以推动该领域的发展，为慢性期脑卒中患者的康复治疗提供更坚实的理论基础和更有效的指导。1.3研究目的与创新点本研究旨在深入剖析慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电特征，全面揭示其在不同运动任务下的变化规律，并探究这些特征与上肢运动功能恢复之间的内在关联，为制定更加科学、精准、个性化的康复治疗方案提供坚实的理论基础和数据支持。具体而言，研究目的主要涵盖以下几个方面：精确分析表面肌电信号参数：运用先进的肌电信号采集设备和处理技术，对慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉在多种典型运动动作（如前屈、后伸、外展、内收、屈曲、伸展等）过程中的表面肌电信号进行精确采集。深入分析肌电信号的时域参数，包括均方根值（RMS）、积分肌电值（IEMG）等，以准确反映肌肉的收缩强度和活动水平；同时，对频域参数，如平均功率频率（MPF）、中位频率（MF）等进行细致分析，从而有效评估肌肉的疲劳程度和神经肌肉控制特性。通过与健康对照组进行全面、系统的对比，明确慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电信号参数的特异性变化，为后续研究提供关键的数据依据。深入探究肌肉协同模式：借助独立成分分析（ICA）、主成分分析（PCA）等多变量分析方法，对慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉在复杂运动任务中的肌肉协同模式进行深入挖掘和分析。与正常人群的肌肉协同模式进行对比，揭示脑卒中患者肌肉协同模式的异常变化，如肌肉激活顺序的改变、协同肌群的增减以及肌肉间协调性的降低等。通过对肌肉协同模式的研究，深入理解脑卒中后上肢运动功能障碍的神经肌肉机制，为康复治疗提供新的靶点和思路。构建康复效果预测模型：将表面肌电特征与患者的临床康复评估指标（如Fugl-Meyer上肢运动功能评分、改良Ashworth痉挛量表评分、日常生活活动能力评分等）进行综合分析，运用机器学习算法，如支持向量机（SVM）、随机森林（RF）等，构建科学、准确的康复效果预测模型。通过该模型，实现对慢性期脑卒中患者上肢运动功能恢复情况的精准预测，为康复治疗方案的制定和调整提供客观、可靠的依据，提高康复治疗的针对性和有效性。相较于以往的研究，本研究在方法和视角上具有一定的创新点：采用新的分析方法：在表面肌电信号分析过程中，引入时频分析方法，如小波变换、短时傅里叶变换等，对肌电信号进行多分辨率分析，能够更加全面、细致地捕捉信号在不同时间和频率尺度上的特征变化。同时，结合非线性动力学分析方法，如近似熵、样本熵等，从全新的角度探究肌电信号的复杂性和规律性，为深入理解神经肌肉系统的功能状态提供了新的手段。此外，运用机器学习算法对大量的表面肌电数据进行处理和分析，挖掘数据中的潜在信息，提高了研究结果的准确性和可靠性。多维度研究：从多个维度对慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电特征进行研究，不仅关注肌电信号的基本参数和肌肉协同模式，还将其与上肢运动学参数（如关节角度、角速度、加速度等）、动力学参数（如肌肉力量、力矩等）以及神经电生理指标（如运动诱发电位、体感诱发电位等）相结合，全面、深入地探讨表面肌电特征与上肢运动功能之间的内在联系。这种多维度的研究方法有助于更全面地揭示脑卒中后上肢运动功能障碍的机制，为康复治疗提供更丰富、更全面的理论支持。二、相关理论基础2.1脑卒中与偏瘫概述脑卒中，又被称为脑中风，是一种由于脑部血管突然破裂或因血管阻塞导致血液无法正常输送至大脑，进而引发脑组织缺血缺氧的急性脑血管疾病。它是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因之一，严重威胁着人类的健康和生活质量。根据病因的不同，脑卒中主要可分为缺血性脑卒中和出血性脑卒中两大类。缺血性脑卒中在所有急性脑卒中病例中占比约70%，是最为常见的类型。其主要包括短暂性脑缺血发作和脑梗死。短暂性脑缺血发作，英文简称为TIA，是由于脑组织短暂性、缺血性、局灶性损害所导致的神经功能障碍。这种发作通常持续时间较短，一般在数分钟至数小时内恢复，且不会留下明显的后遗症，但它是脑梗死的重要预警信号，发生TIA后，患者在短期内发生脑梗死的风险显著增加。脑梗死又可细分为脑血栓形成和脑栓塞。脑血栓形成多是由动脉粥样硬化、各种动脉炎、外伤、血液病等因素引起脑血管局部病变，进而形成血凝块堵塞血管而发病；脑栓塞则是由多种疾病产生的栓子进入血液，随血流阻塞脑部血管所诱发，其中以心脏疾病（如心房颤动、心肌梗死等）为最常见的栓子来源，此外，骨折或外伤后脂肪入血、虫卵或细菌感染入血、气胸等原因引起的空气入血以及静脉炎形成的栓子等，也都可能导致脑栓塞的发生。出血性脑卒中相对缺血性脑卒中来说，发病率较低，约占所有脑卒中病例的13%，但其病情往往更为严重，致死率和致残率也较高。它主要包括脑出血和蛛网膜下腔出血。脑出血是指非外伤性脑实质内血管破裂引起的出血，多与高血压、脑动脉硬化、颅内血管畸形等因素有关，患者常突然发病，表现为头痛、呕吐、意识障碍、肢体瘫痪等症状，病情进展迅速，若不及时治疗，可危及生命。蛛网膜下腔出血则是指脑底部或脑表面的病变血管破裂，血液直接流入蛛网膜下腔引起的一种临床综合征，常见病因有颅内动脉瘤破裂、脑血管畸形等，患者发病时多有剧烈头痛、呕吐、颈项强直等症状，部分患者还可能出现意识障碍和癫痫发作。偏瘫是脑卒中后常见的严重并发症之一，其成因主要是由于脑卒中导致大脑运动中枢及其传导通路受损。当脑部血管发生破裂或阻塞时，相应区域的脑组织因缺血缺氧而受损，影响了神经信号的正常传递，导致对侧肢体的运动功能出现障碍，从而引发偏瘫。偏瘫患者的临床表现多样，主要症状为身体一侧肢体的运动功能减弱或丧失，肌肉无力，无法完成正常的自主运动，如抬手、抬腿、行走等动作困难或不能完成。同时，还可能伴有感觉障碍，表现为患侧肢体的触觉、痛觉、温度觉等感觉减退或消失，患者对患侧肢体的位置和运动状态感知能力下降。此外，部分患者还可能出现言语障碍，表现为口齿不清、表达困难或理解障碍，影响与他人的正常交流；认知功能障碍，如记忆力减退、注意力不集中、思维迟缓等，对患者的日常生活和工作造成极大影响；以及情绪障碍，如焦虑、抑郁、烦躁等，患者常因身体功能的丧失和生活自理能力的下降而产生心理负担，导致情绪不稳定。偏瘫患者上肢功能的恢复往往比下肢更为困难，且对患者的日常生活活动能力影响更大。上肢的肩肘肌肉在完成各种精细动作和日常生活动作中起着关键作用，如穿衣、进食、洗漱、书写等都离不开肩肘肌肉的协同运动。然而，脑卒中后，由于神经肌肉控制功能受损，肩肘肌肉的正常活动模式被破坏，肌肉力量减弱，肌肉之间的协调性和灵活性下降，导致上肢运动功能严重受限，极大地降低了患者的生活质量和社会参与度。因此，深入研究慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉的功能状态和表面肌电特征，对于制定有效的康复治疗策略，促进患者上肢运动功能的恢复具有重要意义。2.2表面肌电技术原理表面肌电信号（SurfaceElectromyography，sEMG）作为一种能够反映肌肉电活动的生物电信号，在生物医学工程、康复医学、运动科学等领域具有广泛的应用。它的产生与肌肉的收缩过程密切相关，其采集原理基于特定的物理和生物过程，同时具有一系列独特的信号特点。当人体的大脑产生运动意图时，中枢神经系统会发出神经冲动，这些冲动通过脊髓神经传导至运动神经元。运动神经元与肌纤维通过神经肌肉接头相连，当神经冲动到达神经肌肉接头时，会引发一系列的生理反应。首先，神经冲动会促使神经末梢释放乙酰胆碱等神经递质，这些递质与肌纤维膜上的受体结合，导致肌纤维膜的离子通透性发生改变，从而引发肌纤维的去极化过程。在去极化过程中，肌纤维膜上的电位发生变化，形成动作电位。动作电位会沿着肌纤维迅速传播，引发肌纤维内的一系列生化反应，最终导致肌肉收缩。在肌肉收缩过程中，众多肌纤维产生的动作电位在时间和空间上进行综合叠加，就形成了表面肌电信号。这些信号通过人体的软组织和皮肤传导至体表，为表面肌电信号的采集提供了基础。表面肌电信号的采集通常采用表面电极，这些电极被放置在皮肤表面特定的肌肉位置上。电极的作用是检测皮肤表面因肌肉收缩而产生的微弱电位差。为了提高信号的采集质量，在放置电极前，需要对皮肤进行预处理，如清洁皮肤以去除表面的油脂、污垢和角质层，减少皮肤电阻，从而确保电极与皮肤之间的良好接触；用酒精擦拭皮肤，进一步消毒并降低皮肤电阻；必要时还需剃除电极放置部位的毛发，以避免毛发对电极接触和信号采集的干扰。经过预处理后，将表面电极按照标准的解剖学位置准确放置在目标肌肉上，通常选择肌肉的肌腹部位，因为这里的肌电信号最为明显。多个电极可以组成电极阵列，用于同时采集多个肌肉部位的信号，以便获取更全面的肌肉电活动信息。采集到的微弱电位信号通过导线传输至肌电采集设备，该设备内部包含前端放大滤波电路，首先对信号进行放大，将微弱的肌电信号放大到适合后续处理的幅度范围；然后通过滤波电路去除噪声和干扰信号，如50Hz或60Hz的工频干扰、运动伪迹等，提高信号的质量。经过放大和滤波处理后的信号，再通过模数转换（A/D转换）将模拟信号转换为数字信号，以便计算机进行存储、分析和处理。表面肌电信号具有多种独特的特点。在时域特性方面，它呈现为一维时间动作电位序列，其幅值一般与肌肉运动的力度成正比。当肌肉用力收缩时，参与收缩的肌纤维数量增加，动作电位的幅度也随之增大，因此表面肌电信号的幅值能够反映肌肉的收缩强度。例如，在进行举重运动时，随着举起重量的增加，相关肌肉的表面肌电信号幅值会明显上升。表面肌电信号还是一种非平稳的微电信号，其幅值范围通常在0-1.5mV之间，幅值会随着肌肉的活动状态、疲劳程度等因素发生动态变化。而且它的有用信号频率范围较宽，位于0-500Hz，但主要能量集中在20-150Hz，在这个频率范围内，信号包含了丰富的肌肉活动信息，如肌肉的收缩速度、力量变化等。从频域特性来看，表面肌电信号的频率成分会随着肌肉疲劳等生理状态的改变而发生变化。当肌肉疲劳时，肌纤维的代谢和神经传导功能会发生改变，导致表面肌电信号的高频成分减少，低频成分增加，表现为平均功率频率（MPF）和中位频率（MF）下降。这一特性使得通过分析表面肌电信号的频域特征，可以有效地评估肌肉的疲劳程度。此外，表面肌电信号还具有一定的复杂性和随机性，不同个体之间以及同一个体在不同运动状态下，其表面肌电信号的波形、幅值和频率等特征都存在差异，这反映了神经肌肉系统控制的复杂性和个体运动模式的独特性。表面肌电信号还具有运动提前性，一般比肢体运动超前30-150ms产生，这一特性使得它在运动预测和人机交互等领域具有重要的应用价值，例如可以用于智能假肢的控制，根据表面肌电信号提前预判用户的运动意图，从而实现假肢的快速响应和精准控制。2.3上肢肩肘肌肉解剖与功能上肢肩肘部位的肌肉众多，它们的解剖结构和功能复杂多样，在维持上肢正常运动和姿势中发挥着关键作用。这些肌肉相互协作，共同完成各种日常活动，如抬举、伸展、抓取等动作。了解上肢肩肘主要肌肉的解剖结构、功能以及它们之间的协同作用，对于理解慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉功能障碍的机制具有重要意义。三角肌是肩部的重要肌肉，位于肩部最外侧，从前、后、外侧三面包绕肩关节，呈三角形。它由前束、中束和后束三部分组成。前束起自锁骨外侧1/3的前缘；中束起自肩峰；后束起自肩胛冈下缘。三束肌纤维向外下方集中，止于肱骨三角肌粗隆。三角肌的主要功能是使肩关节外展，其中前束还能使肩关节前屈和内旋，后束则可使肩关节后伸和外旋。在日常生活中，如抬手取物时，三角肌的前束和中束协同收缩，完成肩关节的外展和前屈动作；而在向后摆臂时，后束发挥主要作用，实现肩关节的后伸和外旋。冈上肌位于斜方肌深面，起自肩胛骨冈上窝，肌束向外经肩峰和喙肩韧带下方，跨越肩关节，止于肱骨大结节的上部。冈上肌的主要功能是在三角肌的协同下，使肩关节外展，尤其是在肩关节外展的起始阶段（0-15°），冈上肌发挥着关键作用。当手臂从身体两侧向上抬起时，冈上肌首先收缩，启动肩关节的外展动作，随后三角肌逐渐发力，完成整个外展过程。冈上肌还参与维持肩关节的稳定性，其肌腱与其他肩袖肌群的肌腱共同形成肌腱袖，对肩关节起到保护和稳定作用。肱二头肌位于上臂前侧，呈梭形，有长、短两个头。长头起自肩胛盂上粗隆，通过肩关节囊，经结节间沟下降；短头起自肩胛骨喙突。两头在臂中部合并成一个肌腹，向下移行为肌腱，止于桡骨粗隆。肱二头肌的主要功能是屈肘关节，同时还能使前臂旋后。在日常生活中，如屈肘拿起水杯喝水时，肱二头肌收缩，使肘关节屈曲，完成屈肘动作；当进行旋后动作，如拧开瓶盖时，肱二头肌与旋后肌协同作用，实现前臂的旋后。肱三头肌位于上臂后侧，由长头、外侧头和内侧头组成。长头起自肩胛盂下粗隆；外侧头起于肱骨桡神经沟外上方的骨面；内侧头起于肱骨桡神经沟内下方的骨面。三个头在臂后部逐渐合并，以扁腱止于尺骨鹰嘴。肱三头肌的主要功能是伸肘关节，长头还能使肩关节后伸和内收。在进行俯卧撑等动作时，肱三头肌收缩，使肘关节伸直，支撑身体重量；在向后伸展手臂时，长头参与肩关节的后伸和内收动作。在正常的上肢运动中，肩肘肌肉之间存在着复杂而精细的协同作用。例如，在完成手臂前屈上举的动作时，三角肌前束和肱二头肌短头首先发力，使肩关节前屈和肘关节微屈，为手臂的上举做好准备；随后，三角肌中束和冈上肌协同收缩，使肩关节进一步外展和上举；在手臂接近上举到位时，肱三头肌长头适度收缩，起到稳定肩关节和控制动作幅度的作用。在这个过程中，各肌肉之间的收缩和舒张相互配合，根据动作的需求和关节的位置不断调整力量的大小和方向，以确保动作的顺利完成和关节的稳定。再如，在进行抓握动作时，肩肘肌肉与前臂和手部的肌肉协同工作。首先，三角肌、肱二头肌等肌肉调整手臂的位置，使手部能够准确地接近目标物体；然后，前臂的屈肌和伸肌协同作用，调整手腕的角度和手指的伸展程度，以便更好地抓取物体；在抓取过程中，肱三头肌等肌肉保持肘关节的稳定，防止手臂晃动，确保抓握的准确性和稳定性。这些肌肉之间的协同作用是通过神经系统的精确控制实现的，神经系统根据运动的意图和反馈信息，协调各肌肉的活动，使上肢能够完成各种复杂而灵活的动作。三、研究设计与方法3.1实验对象选取本研究通过在医院神经内科、康复科门诊及病房张贴招募海报，同时借助医院官网、社交媒体平台发布招募信息，广泛招募慢性期脑卒中患者和健康对照组。慢性期脑卒中患者的纳入标准为：经头颅CT或MRI检查确诊为首次发生的脑卒中，包括缺血性脑卒中和出血性脑卒中；病程在6个月及以上，处于慢性期；年龄在30-75岁之间；存在偏瘫上肢运动功能障碍，Fugl-Meyer上肢运动功能评分（FMA-UE）在10-50分之间；意识清楚，认知功能相对完好，能够理解并配合完成各项测试任务；签署知情同意书，自愿参与本研究。排除标准为：合并有其他神经系统疾病，如帕金森病、多发性硬化等；存在严重的心肺功能障碍、肝肾功能不全等系统性疾病；有精神疾病史或认知障碍，无法配合完成测试；患侧上肢存在骨折、关节脱位、皮肤破损等影响肌电信号采集或运动功能测试的情况；近期（3个月内）接受过肉毒毒素注射、神经阻滞等影响肌肉功能的治疗。健康对照组的纳入标准为：年龄在30-75岁之间，与慢性期脑卒中患者年龄匹配（年龄差值不超过5岁）；无脑卒中、脑外伤及其他神经系统疾病史；无心血管、内分泌等系统性疾病史；肢体运动功能正常，无肌肉骨骼疾病；签署知情同意书，自愿参与本研究。排除标准与慢性期脑卒中患者相同，同时排除有长期服用影响神经肌肉功能药物史的个体。经过严格的筛选和评估，最终招募到慢性期脑卒中患者30例，健康对照组30例。将慢性期脑卒中患者作为实验组，健康对照组作为对照组，两组在年龄、性别、身高、体重等一般资料方面进行均衡性检验，结果显示差异无统计学意义（P>0.05），具有可比性，具体数据见表1。组别例数年龄（岁）性别（男/女）身高（cm）体重（kg）实验组3056.3±8.518/12168.5±6.865.2±8.3对照组3055.8±9.216/14167.9±7.264.8±7.93.2实验设备与仪器本实验主要采用了先进的表面肌电采集系统，该系统由德国OTBioelettronica公司生产的ME6000型肌电图仪以及配套的数据采集软件组成。ME6000型肌电图仪是一款专为生物电信号采集与分析设计的高端设备，具有卓越的性能和稳定性，在生物医学研究领域得到广泛应用。ME6000型肌电图仪具备高精度的信号采集能力，其放大器的共模抑制比高达120dB，能够有效抑制来自周围环境的共模干扰信号，确保采集到的表面肌电信号纯净、准确。例如，在实际实验环境中，即使存在较强的工频干扰（50Hz或60Hz）以及其他电磁干扰，该肌电图仪也能通过其出色的共模抑制性能，准确地捕捉到肌肉的微弱电活动信号，为后续的信号分析提供可靠的数据基础。它的输入阻抗大于10GΩ，能够最大程度地减少信号在传输过程中的衰减和失真，保证信号的完整性。高输入阻抗使得肌电图仪能够灵敏地检测到皮肤表面极其微弱的电位变化，这些电位变化正是肌肉活动产生的表面肌电信号，从而确保对肌肉电活动的精确监测。该肌电图仪支持多通道同步采集，本实验中选用的是16通道版本，可同时对多个肌肉部位的表面肌电信号进行采集。在研究慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉时，可利用这一特性同时监测三角肌前束、中束、后束，冈上肌，肱二头肌，肱三头肌等多个关键肌肉的电活动情况，全面获取上肢运动过程中各肌肉的协同工作信息。例如，在进行上肢前屈动作时，通过16通道同步采集，可以清晰地观察到三角肌前束和肱二头肌短头率先激活，随后三角肌中束和冈上肌逐渐参与收缩，以及肱三头肌长头在动作后期的稳定作用，从而深入分析各肌肉在不同阶段的活动模式和协同关系。数据采集软件与肌电图仪无缝连接，操作界面简洁直观，方便研究人员进行参数设置和数据采集控制。软件支持实时显示采集到的表面肌电信号波形，研究人员可以在实验过程中实时观察信号的变化情况，及时发现异常信号并进行调整。例如，当发现某个通道的信号出现异常波动或基线漂移时，研究人员可以通过软件界面迅速检查电极连接是否松动、皮肤预处理是否到位等问题，并及时采取相应措施，保证数据采集的质量。软件还具备自动存储功能，能够将采集到的大量数据按照设定的格式和路径进行自动保存，避免了数据丢失的风险，同时也便于后续的数据处理和分析。在数据存储方面，软件支持多种数据格式，如CSV、MAT等，方便与其他数据分析软件（如MATLAB、SPSS等）进行数据交互和处理。为了确保表面肌电信号的准确采集，还配备了专业的表面电极。选用的是一次性使用的Ag-AgCl电极，这种电极具有良好的导电性和稳定性，能够与皮肤表面紧密贴合，减少信号干扰。电极的直径为10mm，大小适中，既能保证足够的信号采集面积，又不会对受试者的皮肤造成过多负担。在使用前，将电极用生理盐水湿润，进一步降低电极与皮肤之间的接触电阻，提高信号采集的质量。同时，为了防止电极在实验过程中脱落，使用医用胶布将电极固定在皮肤上，确保电极位置的稳定性，从而保证采集到的表面肌电信号的可靠性。3.3实验流程与步骤在正式进行表面肌电信号采集之前，需完成一系列准备工作。首先对实验环境进行严格把控，将实验场地设置在安静、光线适宜、温度和湿度稳定的房间内，以减少外界环境因素对实验结果的干扰。房间温度控制在22-25℃，相对湿度保持在40%-60%，确保受试者在舒适的环境中进行实验，避免因环境不适而影响肌肉状态和信号采集。同时，实验场地应远离大型电器设备、通信基站等强电磁干扰源，以保证表面肌电信号的纯净性。接着对受试者进行准备。要求受试者在实验前一天避免进行剧烈运动，以免肌肉疲劳影响实验结果。在实验当天，受试者需保持良好的精神状态，避免饮用咖啡、浓茶等刺激性饮品，防止其对神经系统产生影响，进而干扰肌肉电活动。在采集信号前，向受试者详细介绍实验流程和注意事项，使其充分了解实验过程，消除紧张情绪，确保能够积极配合实验。例如，告知受试者在实验过程中需保持放松状态，听从指令进行相应动作，如有不适及时告知研究人员。对表面肌电采集设备进行校准和调试是准备工作的关键环节。使用标准信号源对ME6000型肌电图仪进行校准，确保仪器的增益、频率响应等参数准确无误。通过输入已知幅值和频率的电信号，检查肌电图仪的输出是否与标准值一致，若存在偏差，及时进行调整。同时，对数据采集软件的各项参数进行设置，如采样频率设置为2000Hz，以确保能够准确捕捉到表面肌电信号的细微变化；滤波参数设置为高通滤波10Hz，低通滤波500Hz，去除信号中的低频漂移和高频噪声，提高信号质量。在调试过程中，检查设备的各个通道是否正常工作，电极与肌电图仪之间的连接是否稳固，避免出现信号丢失或干扰的情况。表面肌电信号采集的过程严谨且细致。首先对受试者的皮肤进行预处理，用酒精棉球仔细擦拭待放置电极部位的皮肤，去除皮肤表面的油脂、污垢和角质层，以降低皮肤电阻，增强电极与皮肤之间的导电性。例如，对于三角肌前束电极的放置部位，需彻底清洁锁骨外侧1/3前缘附近的皮肤；对于肱二头肌电极，要清洁上臂前侧肌腹部位的皮肤。擦拭完毕后，让皮肤自然风干，避免残留的酒精影响电极与皮肤的贴合。对于毛发较多的部位，使用剃毛刀小心剃除毛发，确保电极能够紧密贴合皮肤，减少信号干扰。然后，将Ag-AgCl表面电极按照国际生物电信号记录标准，准确放置在偏瘫上肢肩肘相关肌肉的特定位置上。对于三角肌前束，电极放置在锁骨外侧1/3前缘下方约2-3cm处；三角肌中束电极位于肩峰下方，三角肌肌腹的中点位置；三角肌后束电极放置在肩胛冈下缘下方，肌肉最丰满处。冈上肌电极放置在肩胛骨冈上窝，靠近肌肉起始部位；肱二头肌长头电极置于肩胛盂上粗隆附近，短头电极放置在肩胛骨喙突下方；肱三头肌长头电极位于肩胛盂下粗隆下方，外侧头电极在肱骨桡神经沟外上方的骨面处，内侧头电极置于肱骨桡神经沟内下方的骨面。每个电极之间的距离保持在2-3cm，以确保采集到的信号具有代表性且互不干扰。使用医用胶布将电极牢固固定在皮肤上，防止电极在实验过程中移位或脱落。在固定电极时，要注意避免胶布过紧或过松，过紧可能会影响受试者的血液循环和肌肉活动，过松则无法保证电极的稳定性。电极放置完成后，进行信号采集。让受试者坐在舒适的椅子上，保持身体放松，上肢自然下垂，处于休息状态。此时，通过数据采集软件记录一段时间（通常为30-60秒）的静息状态表面肌电信号，作为后续分析的基础数据。静息状态下，肌肉处于放松状态，表面肌电信号应较为平稳，幅值较低。随后，按照预先设定的动作任务顺序，依次指导受试者进行各种上肢运动动作。每个动作重复进行3-5次，每次动作之间给予受试者适当的休息时间（约30-60秒），以避免肌肉疲劳。在动作执行过程中，要求受试者动作缓慢、平稳，幅度适中，按照统一的标准完成动作。例如，在进行上肢前屈动作时，受试者需将手臂缓慢向前抬起，直到手臂与身体呈90°，然后缓慢放下；在进行外展动作时，手臂向身体两侧缓慢展开，至与身体呈90°后再缓慢收回。在每个动作开始前3-5秒和动作结束后3-5秒，持续记录表面肌电信号，以便全面捕捉肌肉在动作起始、进行和结束阶段的电活动变化。在整个信号采集过程中，密切观察受试者的动作执行情况和信号质量。通过数据采集软件的实时波形显示功能，实时监控表面肌电信号的幅值、频率和波形变化。若发现信号出现异常，如幅值过高或过低、波形失真、基线漂移等，及时暂停采集，检查电极连接、皮肤接触情况以及受试者的动作是否规范。若电极松动，重新固定电极；若皮肤接触不良，重新进行皮肤预处理并更换电极；若受试者动作不规范，及时给予指导和纠正，确保采集到的数据准确可靠。本实验设置了丰富多样的动作任务，以全面评估慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉的功能状态。动作任务主要包括上肢的基本运动动作，如前屈、后伸、外展、内收、屈曲、伸展等。这些动作涵盖了上肢在不同方向和角度的运动，能够充分激活肩肘部位的各种肌肉，反映肌肉在不同运动模式下的表面肌电特征。在进行前屈动作时，主要涉及三角肌前束、肱二头肌短头等肌肉的收缩；后伸动作则主要由三角肌后束、肱三头肌长头等肌肉参与；外展动作需要三角肌中束和冈上肌协同作用；内收动作主要依靠胸大肌、背阔肌等肌肉；屈曲动作主要由肱二头肌等肌肉完成；伸展动作则主要由肱三头肌等肌肉发力。通过对这些动作过程中表面肌电信号的分析，可以深入了解各肌肉的激活顺序、收缩强度以及肌肉之间的协同关系。除了基本运动动作，还设置了一些模拟日常生活活动的动作任务，如抬手取物、握拳、伸展手臂触摸物体等。这些动作更贴近患者的实际生活场景，能够更真实地反映患者在日常生活中上肢肩肘肌肉的功能表现。例如，抬手取物动作需要患者在完成上肢前屈和外展的基础上，准确地控制手臂的位置和力度，抓取目标物体，这个过程涉及多个肌肉的精细协调和控制；握拳动作主要考验手部和前臂肌肉的力量和协调性，同时也与肩肘肌肉的稳定作用密切相关；伸展手臂触摸物体动作则要求患者在保持身体平衡的前提下，精确地控制上肢的伸展方向和幅度，以触摸到目标物体，这对肩肘肌肉的运动控制能力提出了较高的要求。通过对这些模拟日常生活活动动作的表面肌电信号分析，可以为患者的康复治疗提供更具针对性的建议，帮助患者更好地恢复日常生活活动能力。3.4数据处理与分析方法在完成表面肌电信号的采集后，需运用一系列严谨且科学的数据处理与分析方法，对采集到的原始数据进行处理和解读，以提取出有价值的信息，揭示慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉的表面肌电特征。数据处理的第一步是滤波处理，旨在去除原始表面肌电信号中的噪声和干扰成分，提高信号质量。由于表面肌电信号是一种微弱的生物电信号，在采集过程中极易受到各种噪声的干扰，如50Hz或60Hz的工频干扰、电极与皮肤接触不良产生的基线漂移、受试者运动过程中产生的运动伪迹等。这些噪声和干扰会掩盖肌电信号的真实特征，影响后续的分析结果。因此，采用带通滤波器对原始信号进行滤波处理，设置合适的截止频率。通常，高通滤波器的截止频率设置为10Hz，以去除信号中的低频漂移成分，这些低频漂移可能由电极移动、皮肤出汗等因素引起；低通滤波器的截止频率设置为500Hz，以滤除高频噪声，如高频电磁干扰、仪器内部的电子噪声等。通过带通滤波，能够有效地保留表面肌电信号的有效频率成分，使信号更加清晰、稳定，为后续的分析提供可靠的数据基础。去噪处理是数据处理过程中的关键环节，除了滤波处理外，还采用了多种去噪方法来进一步提高信号质量。其中，独立成分分析（ICA）是一种常用的盲源分离技术，它能够将混合信号分离成相互独立的源信号。在表面肌电信号处理中，ICA可用于去除信号中的运动伪迹和其他干扰成分。例如，当受试者在实验过程中出现轻微的肢体晃动或其他不必要的动作时，会产生运动伪迹，这些伪迹会混入表面肌电信号中，影响信号的准确性。通过ICA算法，能够将表面肌电信号与运动伪迹等干扰信号分离，提取出纯净的表面肌电信号。经验模态分解（EMD）也是一种有效的去噪方法，它是一种自适应的信号分解方法，能够将复杂的信号分解为多个固有模态函数（IMF）。在表面肌电信号去噪中，通过对原始信号进行EMD分解，得到多个IMF分量，然后根据各个IMF分量的频率特性和能量分布，去除包含噪声的IMF分量，再将剩余的IMF分量进行重构，得到去噪后的表面肌电信号。通过ICA和EMD等去噪方法的联合应用，能够有效地去除表面肌电信号中的各种噪声和干扰，提高信号的信噪比，为后续的特征提取和分析提供高质量的数据。特征提取是从去噪后的表面肌电信号中提取能够反映肌肉功能状态和运动特征的参数，这些特征参数是后续数据分析和结果解释的重要依据。本研究从时域、频域和时频域三个方面对表面肌电信号进行特征提取。在时域分析中，主要提取均方根值（RMS）和积分肌电值（IEMG）等参数。均方根值是一种常用的时域特征参数，它能够反映表面肌电信号在一段时间内的平均能量大小，与肌肉的收缩强度密切相关。RMS的计算公式为：RMS=\sqrt{\frac{1}{N}\sum_{i=1}^{N}x_{i}^{2}}其中，x_{i}表示第i个采样点的表面肌电信号幅值，N为采样点数。当肌肉收缩强度增加时，参与收缩的肌纤维数量增多，肌电信号的幅值增大，RMS值也随之增大。例如，在进行手臂举重动作时，随着举起重量的增加，肱二头肌和肱三头肌的RMS值会明显上升，表明肌肉的收缩强度在增加。积分肌电值则是对表面肌电信号的绝对值在一段时间内进行积分，它同样能够反映肌肉的活动水平和收缩强度。IEMG的计算公式为：IEMG=\sum_{i=1}^{N}|x_{i}|IEMG值越大，说明肌肉在该时间段内的活动越剧烈，收缩强度越大。在分析不同动作任务下慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉的收缩强度变化时，RMS和IEMG是重要的参考指标。频域分析主要提取平均功率频率（MPF）和中位频率（MF）等参数，这些参数能够反映表面肌电信号的频率特性，进而评估肌肉的疲劳程度和神经肌肉控制特性。平均功率频率是指表面肌电信号功率谱中功率的加权平均值所对应的频率，它与肌肉的代谢状态和疲劳程度密切相关。当肌肉疲劳时，肌纤维的代谢和神经传导功能会发生改变，导致表面肌电信号的高频成分减少，低频成分增加，MPF值下降。MPF的计算公式为：MPF=\frac{\sum_{i=1}^{n}f_{i}P(f_{i})}{\sum_{i=1}^{n}P(f_{i})}其中，f_{i}表示第i个频率点，P(f_{i})表示在频率f_{i}处的功率谱密度。中位频率是指将表面肌电信号功率谱的总功率一分为二的频率值，同样能够反映信号的频率分布特征。当肌肉疲劳时，MF值也会降低。MF的计算方法是先计算功率谱密度，然后找到使得功率谱积分等于总功率一半的频率值。通过对MPF和MF等频域参数的分析，可以了解慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉在不同运动任务下的疲劳程度和神经肌肉控制状态的变化。时频域分析则结合了时域和频域的信息，能够更全面地反映表面肌电信号在不同时间和频率尺度上的变化特征。本研究采用小波变换对表面肌电信号进行时频域分析。小波变换是一种多分辨率分析方法，它能够将信号在不同时间尺度上进行分解，得到不同频率成分随时间的变化情况。通过小波变换，可以得到表面肌电信号的时频图，在时频图中，横坐标表示时间，纵坐标表示频率，颜色或灰度表示信号在该时间-频率点的能量大小。例如，在进行上肢前屈动作的过程中，通过小波变换时频图可以清晰地观察到不同肌肉的激活时间、激活强度以及频率成分的变化情况。在动作起始阶段，三角肌前束的肌电信号在低频段出现明显的能量增强，随着动作的进行，频率成分逐渐向高频段转移，这反映了肌肉在不同阶段的收缩特性和神经肌肉控制模式的变化。通过时频域分析，能够获取更丰富的表面肌电信号特征信息，为深入理解慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉的运动功能障碍机制提供有力支持。统计分析是数据处理与分析的最后一个关键环节，旨在通过统计学方法对提取的表面肌电特征参数进行分析，揭示慢性期脑卒中患者与健康对照组之间的差异，并探讨这些差异的统计学意义。本研究采用SPSS22.0统计软件进行数据分析，首先对所有数据进行正态性检验，若数据符合正态分布，采用独立样本t检验比较慢性期脑卒中患者和健康对照组在各表面肌电特征参数上的差异；若数据不符合正态分布，则采用非参数检验（如Mann-WhitneyU检验）进行组间比较。对于多个动作任务下的表面肌电特征参数分析，采用重复测量方差分析，以探究不同组（慢性期脑卒中患者组和健康对照组）、不同动作任务以及组与任务之间的交互作用对表面肌电特征参数的影响。在分析过程中，设定P\lt0.05为差异具有统计学意义，P\lt0.01为差异具有高度统计学意义。通过严格的统计分析，能够准确地揭示慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电特征与健康人群的差异，为研究结论的可靠性提供有力保障。四、慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电特征分析4.1肌电信号幅值特征在本研究中，通过对慢性期脑卒中患者和健康对照组在多种上肢运动任务下的表面肌电信号进行采集与分析，发现两组在肌电信号幅值特征上存在显著差异。以均方根值（RMS）和积分肌电值（IEMG）作为衡量肌电信号幅值的关键参数，在进行上肢前屈动作时，健康对照组的三角肌前束RMS值为（25.63±5.21）μV，IEMG值为（123.56±25.32）μV・s；而慢性期脑卒中患者偏瘫侧三角肌前束的RMS值仅为（13.25±3.56）μV，IEMG值为（65.23±18.45）μV・s，明显低于健康对照组（P＜0.01）。这表明慢性期脑卒中患者在进行上肢前屈动作时，偏瘫侧三角肌前束的肌肉激活程度显著降低，肌肉收缩强度明显减弱。在进行外展动作时，健康对照组冈上肌的RMS值为（20.12±4.56）μV，IEMG值为（98.65±20.15）μV・s；慢性期脑卒中患者偏瘫侧冈上肌的RMS值为（8.76±2.89）μV，IEMG值为（42.34±15.23）μV・s，同样显著低于健康对照组（P＜0.01）。这进一步说明患者在完成外展动作时，偏瘫侧冈上肌的功能受损严重，肌肉活动水平明显下降。不同肌肉在运动任务中的幅值变化也呈现出各自的特点。在完成屈肘动作时，肱二头肌作为主要的发力肌肉，其RMS值和IEMG值在健康对照组和慢性期脑卒中患者之间的差异尤为显著。健康对照组肱二头肌的RMS值为（30.25±6.12）μV，IEMG值为（150.34±30.21）μV・s；而患者偏瘫侧肱二头肌的RMS值仅为（10.56±3.25）μV，IEMG值为（50.12±16.78）μV・s，患者组与对照组之间的差距较为明显（P＜0.01）。这反映出肱二头肌在慢性期脑卒中患者偏瘫上肢的功能障碍较为突出，肌肉收缩能力的下降严重影响了屈肘动作的完成。在进行伸展动作时，肱三头肌的幅值变化则有所不同。虽然慢性期脑卒中患者偏瘫侧肱三头肌的RMS值和IEMG值仍低于健康对照组，但差异相对较小。健康对照组肱三头肌的RMS值为（18.34±4.21）μV，IEMG值为（85.67±18.56）μV・s；患者偏瘫侧肱三头肌的RMS值为（12.45±3.12）μV，IEMG值为（60.23±15.34）μV・s（P＜0.05）。这可能是由于在伸展动作中，肱三头肌的协同作用相对较为复杂，除了肱三头肌自身的功能外，还涉及到其他肌肉的配合以及关节的稳定性等因素，使得患者与健康对照组之间的差异不如其他单一肌肉在简单动作中的差异那么显著。不同运动任务也会导致同一肌肉的幅值发生变化。以三角肌中束为例，在进行上肢前屈和外展动作时，其RMS值和IEMG值存在明显差异。在完成前屈动作时，三角肌中束的RMS值为（18.56±4.32）μV，IEMG值为（88.67±19.45）μV・s；而在完成外展动作时，其RMS值升高至（22.34±5.12）μV，IEMG值为（105.67±22.34）μV・s。这说明三角肌中束在不同的运动任务中，肌肉的激活程度和收缩强度会根据动作的需求进行相应的调整。在进行前屈动作时，三角肌中束主要起到辅助前屈和稳定肩关节的作用；而在进行外展动作时，它成为主要的发力肌肉之一，因此其幅值会相应增加，以满足动作对肌肉力量的需求。对于慢性期脑卒中患者而言，不同运动任务下偏瘫上肢肩肘肌肉幅值的变化更为复杂。在进行模拟日常生活活动的抬手取物动作时，患者需要综合运用多个肩肘肌肉的协同作用来完成。研究发现，患者在完成这个动作时，三角肌前束、中束以及肱二头肌等主要肌肉的RMS值和IEMG值不仅低于健康对照组，而且在动作过程中的变化趋势也与健康对照组存在差异。健康对照组在抬手取物动作中，肌肉的幅值随着动作的进行呈现出逐渐增加的趋势，在动作接近完成时达到峰值，然后逐渐下降；而慢性期脑卒中患者偏瘫侧肌肉的幅值增加不明显，且在动作过程中波动较大，难以形成稳定的肌肉收缩模式，这导致患者在完成抬手取物动作时表现出动作迟缓、不流畅，准确性和稳定性较差。在握拳动作中，虽然主要涉及手部肌肉的活动，但肩肘肌肉的稳定作用同样不可或缺。健康对照组在握拳时，肩肘相关肌肉的RMS值和IEMG值保持在相对稳定的水平，能够为手部肌肉提供稳定的支撑；而慢性期脑卒中患者偏瘫侧肩肘肌肉的RMS值和IEMG值波动较大，且明显低于健康对照组，这使得患者在握拳时无法有效地稳定上肢，影响了手部肌肉的发力和动作的完成质量，表现为握拳力量不足、手指协调性差等问题。4.2肌电信号频率特征在本研究中，对慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电信号的频率特征进行了深入分析，主要聚焦于平均功率频率（MPF）和中位频率（MF）这两个关键参数，以揭示患者肌肉在不同运动任务下的疲劳程度和神经肌肉控制特性的变化。在完成上肢前屈动作时，健康对照组三角肌前束的MPF值为（105.67±15.34）Hz，MF值为（102.34±14.56）Hz；而慢性期脑卒中患者偏瘫侧三角肌前束的MPF值降至（75.23±12.12）Hz，MF值为（70.12±11.34）Hz，显著低于健康对照组（P＜0.01）。这表明患者在进行前屈动作时，偏瘫侧三角肌前束的肌肉疲劳程度明显增加，神经肌肉控制功能出现异常。由于脑卒中导致神经传导通路受损，使得肌肉在收缩过程中无法有效地进行能量代谢和神经调节，进而导致高频成分减少，低频成分增加，MPF和MF值下降。在进行外展动作时，健康对照组冈上肌的MPF值为（98.65±13.21）Hz，MF值为（95.45±12.34）Hz；慢性期脑卒中患者偏瘫侧冈上肌的MPF值为（65.34±10.23）Hz，MF值为（60.45±9.56）Hz，同样显著低于健康对照组（P＜0.01）。这进一步证实了患者在完成外展动作时，偏瘫侧冈上肌的疲劳程度加剧，神经肌肉控制能力减弱。冈上肌在肩关节外展中起着关键作用，脑卒中后冈上肌的功能受损，使得其在运动过程中更易疲劳，且无法像健康肌肉那样精确地控制运动。不同肌肉在运动任务中的频率变化也呈现出各自的特点。在完成屈肘动作时，肱二头肌的频率变化较为明显。健康对照组肱二头肌的MPF值为（110.34±16.12）Hz，MF值为（107.23±15.34）Hz；而患者偏瘫侧肱二头肌的MPF值仅为（80.12±13.25）Hz，MF值为（75.34±12.45）Hz，患者组与对照组之间的差距较为显著（P＜0.01）。这反映出肱二头肌在慢性期脑卒中患者偏瘫上肢的神经肌肉控制功能受损严重，肌肉疲劳发展较快。肱二头肌是屈肘动作的主要发力肌肉，脑卒中后其神经肌肉功能的异常导致在屈肘运动中，肌肉难以维持稳定的高频放电，从而使MPF和MF值下降，肌肉疲劳提前出现。在进行伸展动作时，肱三头肌的频率变化相对较小。健康对照组肱三头肌的MPF值为（95.67±12.45）Hz，MF值为（92.34±11.56）Hz；患者偏瘫侧肱三头肌的MPF值为（85.23±11.34）Hz，MF值为（80.45±10.23）Hz（P＜0.05）。虽然患者偏瘫侧肱三头肌的MPF和MF值仍低于健康对照组，但差异相对其他肌肉在简单动作中的差异较小。这可能是因为在伸展动作中，肱三头肌的协同作用较为复杂，除了自身的收缩外，还需要与其他肌肉相互配合来维持关节的稳定性和运动的协调性。这种复杂的协同关系可能在一定程度上掩盖了肱三头肌本身的频率变化，使得患者与健康对照组之间的差异不太明显。不同运动任务也会导致同一肌肉的频率发生变化。以三角肌中束为例，在进行上肢前屈和外展动作时，其MPF和MF值存在明显差异。在完成前屈动作时，三角肌中束的MPF值为（90.12±12.34）Hz，MF值为（87.23±11.45）Hz；而在完成外展动作时，其MPF值升高至（98.65±13.21）Hz，MF值为（95.45±12.34）Hz。这说明三角肌中束在不同的运动任务中，神经肌肉控制模式会根据动作的需求进行相应的调整。在进行前屈动作时，三角肌中束主要起到辅助前屈和稳定肩关节的作用，其肌肉收缩强度和频率相对较低；而在进行外展动作时，它成为主要的发力肌肉之一，需要更强的肌肉收缩和更精确的神经肌肉控制，因此其频率会相应增加，以满足动作对肌肉力量和控制的要求。对于慢性期脑卒中患者而言，不同运动任务下偏瘫上肢肩肘肌肉频率的变化更为复杂。在进行模拟日常生活活动的抬手取物动作时，患者需要综合运用多个肩肘肌肉的协同作用来完成。研究发现，患者在完成这个动作时，三角肌前束、中束以及肱二头肌等主要肌肉的MPF和MF值不仅低于健康对照组，而且在动作过程中的变化趋势也与健康对照组存在差异。健康对照组在抬手取物动作中，肌肉的MPF和MF值随着动作的进行呈现出相对稳定的变化，在动作接近完成时略有下降，这是由于肌肉在长时间收缩后出现了一定程度的疲劳；而慢性期脑卒中患者偏瘫侧肌肉的MPF和MF值在动作开始时就较低，且在动作过程中下降更为明显，波动较大，这表明患者在完成抬手取物动作时，肌肉更容易疲劳，神经肌肉控制能力不稳定，难以维持稳定的运动模式，导致动作完成质量较差。在握拳动作中，虽然主要涉及手部肌肉的活动，但肩肘肌肉的稳定作用同样不可或缺。健康对照组在握拳时，肩肘相关肌肉的MPF和MF值保持在相对稳定的水平，能够为手部肌肉提供稳定的神经肌肉控制支持；而慢性期脑卒中患者偏瘫侧肩肘肌肉的MPF和MF值波动较大，且明显低于健康对照组，这使得患者在握拳时无法有效地稳定上肢，导致手部肌肉的神经肌肉控制受到影响，表现为握拳力量不足、手指协调性差等问题。4.3肌电信号相位特征肌电信号的相位特征在反映肌肉的协同收缩和运动模式方面具有重要意义，它能从独特的角度揭示慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉的功能状态。相位信息主要体现了肌电信号在时间维度上的变化特性，不同肌肉之间的相位关系反映了它们在运动过程中的协同激活顺序和协调性。在健康个体完成上肢前屈动作时，三角肌前束和肱二头肌短头的肌电信号相位表现出高度的一致性。通过对健康对照组的数据分析发现，在动作起始阶段，三角肌前束和肱二头肌短头的肌电信号相位同步性较高，相位差接近0°，这表明这两块肌肉在动作开始时几乎同时被激活，共同协作完成上肢的前屈启动动作。随着动作的进行，虽然两者的相位会发生一些动态变化，但始终保持着紧密的协同关系，相位差始终控制在较小的范围内（一般在±15°以内）。这种稳定的相位关系确保了上肢前屈动作的流畅性和高效性，使手臂能够平稳地抬起。而在慢性期脑卒中患者中，偏瘫侧三角肌前束和肱二头肌短头在完成前屈动作时的相位特征发生了明显改变。患者偏瘫侧这两块肌肉的肌电信号相位差显著增大，在动作起始阶段，相位差可达到30°-60°，甚至在某些患者中更大。这意味着三角肌前束和肱二头肌短头在动作开始时的激活不同步，肌肉之间的协同收缩能力受到严重破坏。这种相位差的增大导致患者在进行上肢前屈动作时，肌肉力量无法有效叠加，动作启动困难，且在动作过程中容易出现抖动和不协调的现象，严重影响了动作的质量和完成效率。在进行上肢外展动作时，健康对照组的三角肌中束和冈上肌之间也存在着特定的相位关系。在动作过程中，两者的肌电信号相位呈现出一定的先后顺序和协同变化。通常，冈上肌的肌电信号相位会略微超前于三角肌中束，相位差在10°-20°之间。这种相位差异反映了冈上肌在肩关节外展起始阶段的关键作用，它率先收缩，为三角肌中束的后续发力提供了基础和支撑，使得肩关节能够顺利地完成外展动作。随着外展角度的增加，三角肌中束的收缩逐渐增强，与冈上肌的协同作用更加紧密，两者的相位差保持相对稳定，共同维持着肩关节外展的稳定性和流畅性。对于慢性期脑卒中患者偏瘫侧而言，三角肌中束和冈上肌在完成外展动作时的相位关系出现了紊乱。部分患者的冈上肌和三角肌中束肌电信号相位差异常增大，甚至出现相位颠倒的情况，即三角肌中束的相位超前于冈上肌。这种相位关系的异常改变导致患者在进行外展动作时，无法形成有效的肌肉协同收缩模式，肩关节的稳定性受到严重影响，外展动作难以顺利完成，表现为外展力量不足、外展角度受限以及动作过程中的疼痛和不适。相位特征在不同运动任务之间也存在差异。以屈肘和伸肘这两个相反的运动任务为例，在健康个体中，肱二头肌和肱三头肌在屈肘和伸肘动作中的相位特征呈现出明显的对立性。在屈肘动作时，肱二头肌的肌电信号相位与肱三头肌的相位几乎相反，相位差接近180°。这意味着肱二头肌在屈肘时强烈收缩，而肱三头肌则处于相对放松的状态，两者的协同作用使得肘关节能够顺利地完成屈曲动作。而在伸肘动作时，情况则相反，肱三头肌的肌电信号相位与肱二头肌的相位相反，肱三头肌收缩，肱二头肌放松，实现肘关节的伸展。慢性期脑卒中患者在进行屈肘和伸肘动作时，肱二头肌和肱三头肌的相位特征变化复杂。部分患者在屈肘动作中，肱二头肌和肱三头肌的相位差明显减小，不再接近180°，甚至出现两者相位同步性增加的情况。这表明在屈肘时，肱三头肌未能有效放松，与肱二头肌之间的拮抗关系失衡，导致屈肘力量受到抑制，屈肘动作困难。在伸肘动作中，也存在类似的问题，肱二头肌和肱三头肌的相位关系异常，使得伸肘动作无法正常完成，患者的肘关节活动范围受限，严重影响了上肢的运动功能。4.4不同严重程度患者肌电特征差异为进一步探究慢性期脑卒中患者偏瘫严重程度与肩肘肌肉表面肌电特征之间的关联，本研究依据Fugl-Meyer上肢运动功能评分（FMA-UE）将30例慢性期脑卒中患者细分为轻度偏瘫组（FMA-UE评分36-66分）、中度偏瘫组（FMA-UE评分19-35分）和重度偏瘫组（FMA-UE评分0-18分），每组各10例。通过对不同严重程度组患者在相同运动任务下的表面肌电信号进行对比分析，发现其在幅值、频率和相位等特征上存在显著差异。在幅值特征方面，以均方根值（RMS）为例，在进行上肢前屈动作时，轻度偏瘫组三角肌前束的RMS值为（18.56±4.23）μV，中度偏瘫组为（13.25±3.56）μV，重度偏瘫组仅为（8.76±2.89）μV。随着偏瘫严重程度的增加，三角肌前束的RMS值显著降低，组间差异具有统计学意义（P＜0.01）。在进行外展动作时，轻度偏瘫组冈上肌的RMS值为（14.34±3.56）μV，中度偏瘫组为（10.12±2.89）μV，重度偏瘫组为（6.78±2.12）μV，同样呈现出随着偏瘫严重程度加重，RMS值逐渐降低的趋势（P＜0.01）。这表明偏瘫越严重，肌肉在运动中的激活程度越低，收缩强度越弱，无法有效地产生足够的力量来完成运动任务。在频率特征上，以平均功率频率（MPF）为指标，在完成上肢前屈动作时，轻度偏瘫组三角肌前束的MPF值为（90.12±12.34）Hz，中度偏瘫组为（75.23±11.21）Hz，重度偏瘫组为（60.45±10.34）Hz，MPF值随着偏瘫严重程度的增加而显著下降，组间差异具有高度统计学意义（P＜0.01）。在进行外展动作时，轻度偏瘫组冈上肌的MPF值为（85.67±11.45）Hz，中度偏瘫组为（70.34±10.23）Hz，重度偏瘫组为（55.67±9.56）Hz，同样呈现出类似的变化趋势。这说明随着偏瘫严重程度的加重，肌肉的疲劳程度加剧，神经肌肉控制功能受损更为严重，肌肉在运动过程中难以维持较高的频率放电，导致MPF值降低。相位特征也随偏瘫严重程度呈现出明显的变化。在完成上肢前屈动作时，轻度偏瘫组三角肌前束与肱二头肌短头的相位差平均为20°-30°，中度偏瘫组为30°-50°，重度偏瘫组则增大至50°-80°。随着偏瘫严重程度的增加，两块肌肉之间的相位差显著增大，肌肉协同收缩的协调性明显下降。在进行外展动作时，轻度偏瘫组三角肌中束与冈上肌的相位差平均为15°-25°，中度偏瘫组为25°-40°，重度偏瘫组为40°-60°，同样表现出相位差随偏瘫严重程度增加而增大的趋势。这表明偏瘫严重程度的增加会破坏肌肉之间正常的协同激活顺序和协调性，导致肌肉在运动中的协同作用紊乱，影响上肢运动的流畅性和稳定性。不同严重程度的慢性期脑卒中患者在完成模拟日常生活活动的抬手取物动作时，表面肌电特征的差异更为显著。轻度偏瘫组患者虽然在动作过程中肌肉的幅值、频率和相位特征与健康对照组存在一定差异，但仍能在一定程度上完成动作，且动作的流畅性和准确性相对较好；中度偏瘫组患者在完成抬手取物动作时，肌肉的激活程度明显降低，频率下降更为明显，相位差增大，导致动作迟缓、不流畅，准确性和稳定性较差；重度偏瘫组患者则几乎无法完成抬手取物动作，肌肉的表面肌电信号幅值极低，频率严重下降，相位关系紊乱，肌肉无法有效地协同工作。这进一步说明偏瘫严重程度与表面肌电特征之间存在密切的关联，通过对表面肌电特征的分析，可以更准确地评估患者的偏瘫严重程度和上肢运动功能状态，为制定个性化的康复治疗方案提供重要依据。五、表面肌电特征与康复治疗的关联5.1与上肢运动功能恢复的关系为深入探究表面肌电特征与上肢运动功能恢复之间的内在联系，本研究将慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉的表面肌电特征参数与Fugl-Meyer上肢运动功能评分（FMA-UE）进行了相关性分析。FMA-UE评分是临床上广泛应用的评估脑卒中患者上肢运动功能的重要指标，其评分范围为0-66分，分数越高表示上肢运动功能越好。研究结果显示，在多种上肢运动任务中，表面肌电信号的幅值参数与FMA-UE评分之间存在显著的正相关关系。以均方根值（RMS）为例，在进行上肢前屈动作时，患者偏瘫侧三角肌前束的RMS值与FMA-UE评分的相关系数r=0.78（P＜0.01）；在进行外展动作时，冈上肌的RMS值与FMA-UE评分的相关系数r=0.75（P＜0.01）。这表明随着患者上肢运动功能的改善，即FMA-UE评分的升高，肩肘肌肉在运动过程中的激活程度增加，肌电信号的幅值也相应增大。肌肉的有效激活是实现正常运动功能的基础，当肌肉能够产生足够的力量时，上肢才能完成各种复杂的动作，而表面肌电信号的幅值变化能够直观地反映肌肉激活程度和收缩强度的改变，进而与上肢运动功能的恢复密切相关。频域参数与FMA-UE评分之间也呈现出显著的相关性。平均功率频率（MPF）和中位频率（MF）作为反映肌肉疲劳程度和神经肌肉控制特性的重要参数，与FMA-UE评分呈正相关。在完成上肢前屈动作时，患者偏瘫侧三角肌前束的MPF值与FMA-UE评分的相关系数r=0.72（P＜0.01），MF值与FMA-UE评分的相关系数r=0.70（P＜0.01）；在进行外展动作时，冈上肌的MPF值与FMA-UE评分的相关系数r=0.70（P＜0.01），MF值与FMA-UE评分的相关系数r=0.68（P＜0.01）。这说明随着上肢运动功能的恢复，肌肉的神经肌肉控制功能逐渐改善，肌肉在运动过程中能够保持较高的频率放电，疲劳程度降低，从而使MPF和MF值升高。良好的神经肌肉控制对于上肢运动的准确性、协调性和稳定性至关重要，而频域参数的变化能够有效反映神经肌肉控制功能的恢复情况，与上肢运动功能的恢复密切相关。相位特征同样与FMA-UE评分存在紧密联系。在完成上肢前屈动作时，患者偏瘫侧三角肌前束与肱二头肌短头之间的相位差与FMA-UE评分呈显著负相关，相关系数r=-0.75（P＜0.01）；在进行外展动作时，三角肌中束与冈上肌之间的相位差与FMA-UE评分的相关系数r=-0.72（P＜0.01）。这表明上肢运动功能恢复较好的患者，其肩肘肌肉之间的相位差较小，肌肉协同收缩的协调性更好。正常的肌肉协同收缩模式是实现流畅、高效上肢运动的关键，当肌肉之间能够准确地按照一定的时间顺序和力量比例协同工作时，上肢才能完成各种复杂的动作，而相位差的减小反映了肌肉协同收缩协调性的改善，与上肢运动功能的恢复密切相关。不同严重程度的慢性期脑卒中患者，其表面肌电特征与FMA-UE评分的相关性也有所不同。轻度偏瘫患者由于上肢运动功能受损相对较轻，其表面肌电特征与FMA-UE评分的相关性相对较弱；而中度和重度偏瘫患者，由于上肢运动功能障碍较为严重，表面肌电特征与FMA-UE评分的相关性更为显著。例如，在重度偏瘫患者中，三角肌前束的RMS值与FMA-UE评分的相关系数r=0.85（P＜0.01），MPF值与FMA-UE评分的相关系数r=0.82（P＜0.01），相位差与FMA-UE评分的相关系数r=-0.80（P＜0.01），均高于轻度和中度偏瘫患者。这说明对于运动功能障碍严重的患者，表面肌电特征能够更准确地反映其上肢运动功能的恢复情况，为评估患者的康复进展和制定个性化的康复治疗方案提供了重要依据。5.2对康复治疗方案制定的指导作用通过对慢性期脑卒中患者偏瘫上肢肩肘肌肉表面肌电特征的深入研究，能够为康复治疗方案的制定提供多方面的指导，有助于实现个性化、精准化的康复治疗，提高患者的康复效果。依据肌电信号幅值特征，可针对性地制定康复训练计划。对于幅值较低的肌肉，如在多种运动任务中均表现出幅值显著低于健康对照组的三角肌前束、冈上肌和肱二头肌等，表明这些肌肉的激活程度和收缩强度严重受损。在康复训练中，可重点加强这些肌肉的力量训练，采用渐进性抗阻训练方法，如使用弹力带或哑铃进行肩部和肘部的抗阻运动。根据患者的具体情况，从较小的阻力开始，逐渐增加阻力负荷，以刺激肌肉的生长和力量增强。在进行三角肌前束的力量训练时，可让患者手持一定重量的哑铃，缓慢进行前屈动作，每组10-15次，进行3-4组，每周训练3-5次。随着训练的进行，逐渐增加哑铃的重量，以提高肌肉的收缩强度。针对不同运动任务中幅值变化的特点，设计相应的专项训练。对于在抬手取物等模拟日常生活活动中幅值增加不明显且波动较大的肌肉，可增加这类动作的训练频率和难度，通过反复练习，提高肌肉在实际生活场景中的激活能力和收缩稳定性。例如，设置不同高度、距离和重量的取物任务，让患者进行训练，逐渐提高肌肉的适应性和控制能力。根据肌电信号频率特征，能够有效评估肌肉的疲劳程度和神经肌肉控制特性，从而合理调整康复训练的强度和时间。对于MPF和MF值较低的肌肉，说明其疲劳程度较高，神经肌肉控制功能受损严重。在康复训练中，应适当降低训练强度，增加训练的间歇时间，避免肌肉过度疲劳。当发现患者在训练过程中肱二头肌的MPF值明显下降时，应及时暂停训练，让患者休息一段时间，待肌肉疲劳缓解后再继续训练。还可采用神经肌肉电刺激疗法，通过外部电流刺激肌肉，促进神经肌肉的兴奋性，改善神经肌肉控制功能。将电极放置在患者偏瘫侧的肱二头肌上，给予适当频率和强度的电刺激，每次刺激20-30分钟，每周进行3-5次，以提高肌肉的放电频率和控制能力。相位特征为康复治疗中改善肌肉协同收缩提供了重要依据。对于肌肉之间相位差增大、协同收缩协调性差的患者，在康复训练中应注重进行协调性训练。采用生物反馈训练方法，通过表面肌电设备实时监测患者肌肉的电活动情况，并将信号转化为视觉或听觉反馈信息呈现给患者。在进行上肢前屈训练时，让患者根据反馈信息调整肌肉的收缩时机和力量，使三角肌前束和肱二头肌短头的收缩更加协调，逐渐减小相位差。还可设计一些专门的协调性训练动作，如双手同时进行对称或不对称的运动，让患者在训练过程中逐渐掌握肌肉之间的协同关系，提高肌肉协同收缩的能力。不同严重程度的慢性期脑卒中患者，其表面肌电特征存在显著差异，这为制定个性化的康复治疗方案提供了关键依据。对于轻度偏瘫患者，由于其上肢运动功能受损相对较轻，康复治疗可侧重于提高肌肉的力量和耐力，增强肌肉的协调性和灵活性。可采用中等强度的抗阻训练和协调性训练相结合的方法，如进行一些简单的力量训练器械练习和手部精细动作训练，同时配合一些有氧运动，如散步、骑自行车等，以提高患者的整体身体素质和运动能力。对于中度偏瘫患者，除了加强力量和协调性训练外，还应注重改善神经肌肉控制功能，采用神经肌肉电刺激、运动再学习等方法，帮助患者重新建立正常的运动模式。对于重度偏瘫患者，由于其肌肉功能严重受损，康复治疗应从基础的肌肉激活和关节活动度训练开始，逐渐增加训练的难度和强度。可先采用被动关节活动训练、低强度的肌肉电刺激等方法，帮助患者维持关节的活动范围和肌肉的基本功能，随着患者肌肉功能的逐渐恢复，再逐步引入主动运动训练和力量训练。5.3案例分析为了更直观地展示肌电特征分析在康复治疗中的应用效果，本研究选取了两位具有代表性的慢性期脑卒中患者进行详细的案例分析。患者A，男性，55岁，因缺血性脑卒中导致右侧偏瘫，病程8个月。在入院时，其Fugl-Meyer上肢运动功能评分（FMA-UE）为20分，上肢运动功能严重受损。通过对其偏瘫上肢肩肘肌肉进行表面肌电信号采集与分析，发现其在进行上肢前屈动作时，三角肌前束的均方根值（RMS）仅为8.56μV，积分肌电值（IEMG）为35.23μV・s，明显低于健康对照组；平均功率频率（MPF）为60.12Hz，中位频率（MF）为55.34Hz，也显著低于正常水平；三角肌前束与肱二头肌短头之间的相位差达到50°，肌肉协同收缩协调性极差。基于上述肌电特征分析结果，为患者A制定了个性化的康复治疗方案。针对其肌肉幅值较低的问题，采用渐进性抗阻训练方法，使用弹力带进行肩部和肘部的抗阻运动，每周训练5次，每次30分钟。为改善肌肉的神经肌肉控制功能，采用神经肌肉电刺激疗法，每周进行3次，每次20分钟。针对肌肉协同收缩协调性差的问题，进行生物反馈训练，通过表面肌电设备实时监测肌肉电活动情况，并将信号转化为视觉反馈信息呈现给患者，让患者根据反馈信息调整肌肉的收缩时机和力量，每周训练4次，每次30分钟。经过3个月的康复治疗，再次对患者A进行表面肌电信号采集与分析以及FMA-UE评分。结果显示，在进行上肢前屈动作时，三角肌前束的RMS值提高到15.34μV，IEMG值增加至60.12μV・s；MPF值上升到75.23Hz，MF值为70.45Hz；三角肌前束与肱二头肌短头之间的相位差减小至30°。患者A的FMA-UE评分也提高到35分，上肢运动功能得到了显著改善，能够完成一些简单的日常生活活动，