表面肌電圖在體育領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展

　　表面肌電圖，也稱(chēng)動(dòng)態(tài)肌電圖，是肌肉興奮時(shí)所產(chǎn)生的電變化，利用表面電加以引導(dǎo)、放大、記錄后所得到的圖形，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理為具有對(duì)肌肉能狀態(tài)特異和敏感的標(biāo)，用于評(píng)價(jià)神經(jīng)肌肉能。表面電可直接置于皮膚表面，使用方便，可用于測(cè)試較大范圍的肌電信號(hào)，并且提供了安、簡(jiǎn)便、無(wú)創(chuàng)、無(wú)痛的客觀標(biāo)。表面肌電不僅是一種對(duì)運(yùn)動(dòng)能有用的診斷方法，同時(shí)也是一種較好的生物反饋治療術(shù)。近年來(lái)，表面肌電得到了廣泛的應(yīng)用，如肌肉力量評(píng)定、假肢的控制、能電刺激信號(hào)和判斷肌肉疲勞程度。如今，表面肌電術(shù)作為重要的科研手段應(yīng)用于體育領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究。

　　表面肌電及肌電測(cè)量

　　表面肌電圖是將單個(gè)或多個(gè)骨骼肌細(xì)胞活動(dòng)時(shí)的生物電變化，以表面電從運(yùn)動(dòng)肌相對(duì)應(yīng)的皮膚表面加以引導(dǎo)、放大、顯示和記錄所獲得的一維時(shí)間序列圖形，反映了眾多運(yùn)動(dòng)單位的生物電活動(dòng)的時(shí)間和空間的總和，主要是淺層肌肉的肌電信號(hào)和神經(jīng)干上電活動(dòng)的綜合效應(yīng)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理用來(lái)定量分析。

　　表面肌電儀由表面電、傳輸導(dǎo)線(xiàn)、放大器、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存卡、信號(hào)處理器及采集分析軟件等組成肌電測(cè)量包括聯(lián)機(jī)即時(shí)測(cè)量和采用記憶卡的脫機(jī)無(wú)線(xiàn)遙控測(cè)量。即使測(cè)量，肌電信號(hào)采集與信號(hào)處理及屏幕顯示同步進(jìn)行，便于調(diào)節(jié)肌肉收縮強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)方式；無(wú)線(xiàn)遙控測(cè)量可在各種姿勢(shì)、體位及運(yùn)動(dòng)中測(cè)量，不受環(huán)境限制，先將采集的信號(hào)儲(chǔ)存在記憶卡里，再轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理分析。

　　影響表面肌電信號(hào)的因素多，主要體現(xiàn)在：肌電測(cè)試術(shù)水平，其包括測(cè)試環(huán)境條件和使用設(shè)備的術(shù)規(guī)范；在試驗(yàn)測(cè)試程序中，皮膚準(zhǔn)備，電配置、定位和方向及肌肉收縮方式；在信號(hào)描述方面，影響因素重要是信號(hào)處理；同時(shí)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的生理學(xué)特性應(yīng)將影響表面肌電測(cè)量。

　　表面肌電圖的處理

　　原始表面肌電圖信號(hào)是未經(jīng)處理的和疊加的運(yùn)動(dòng)單位動(dòng)作電位被放大后的視覺(jué)顯示形式，包含有基本的肌電活動(dòng)信息。利用它可以直接評(píng)定肌肉是否被激活參與活動(dòng)，肌肉活動(dòng)的時(shí)程長(zhǎng)短，肌電活動(dòng)的強(qiáng)度，以及肌肉間的協(xié)調(diào)模式。利用原始肌電圖定性分析肌電活動(dòng)時(shí)程和振幅，用于判定某個(gè)動(dòng)作的主動(dòng)肌和協(xié)同肌、肌肉激活的時(shí)序特征和計(jì)算肌肉活動(dòng)反應(yīng)時(shí)等。原始肌電圖通過(guò)整流和平滑后，是定量分析和計(jì)算的基礎(chǔ)。

　　原始肌電圖經(jīng)過(guò)波整流后得到波整流肌電圖，它把原始肌電圖中負(fù)電位振幅轉(zhuǎn)變?yōu)檎�的電位振幅包括了與原始肌電圖一樣多的信息。波整流肌電圖可以非常直觀地評(píng)價(jià)一塊肌肉的肌電活動(dòng)強(qiáng)度和波形變化情況，對(duì)肌電活動(dòng)進(jìn)行更深一步的定量分析計(jì)算，也都是基于波整流肌電圖，如積分肌電和幅值計(jì)算。

　　在肌電測(cè)試過(guò)程中，如果測(cè)試的動(dòng)作能夠重復(fù)完成時(shí)，經(jīng)常采用多次重復(fù)測(cè)試來(lái)獲取某一變量的平均變化，也即平均模式。平均模式能更好地反映運(yùn)動(dòng)時(shí)的各個(gè)變量的真實(shí)情況。通過(guò)重復(fù)采集同一動(dòng)作獲得的肌電圖，再進(jìn)行肌電信號(hào)的平均疊加，使不能重復(fù)出現(xiàn)的肌電信號(hào)在疊加中削弱了影響，現(xiàn)頻率高的肌電信號(hào)又能得到加強(qiáng)。這樣使采集到的肌電信號(hào)能更加接近真實(shí)肌電活動(dòng)情況，減小了干擾或噪聲的影。經(jīng)過(guò)波整流后的肌電圖信號(hào)，用低通濾波器進(jìn)行濾波平滑處理后，便可得到線(xiàn)性包絡(luò)肌電圖。肌電信號(hào)的線(xiàn)性包絡(luò)線(xiàn)與整流后肌電圖的變化趨向一致，可以很好地表示整流肌電圖的變化，是進(jìn)行肌電幅值參數(shù)的定量分析和平均計(jì)算的依據(jù)。

　　表面肌電圖有關(guān)標(biāo)及其分析

　　對(duì)表面肌電信號(hào)的分析主要集中在時(shí)域和頻域兩個(gè)領(lǐng)域，信號(hào)分析的目的在于通過(guò)研究表面肌電信號(hào)的時(shí)、頻特征與肌肉結(jié)構(gòu)以及肌肉活動(dòng)狀態(tài)和能狀態(tài)之間的關(guān)聯(lián)性，探討表面肌電信號(hào)變化的可能原因及應(yīng)用表面肌電信號(hào)的變化有效反映肌肉的活動(dòng)和能。隨著人們對(duì)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)非線(xiàn)性性質(zhì)認(rèn)識(shí)的深入，人們開(kāi)始采用非線(xiàn)性數(shù)學(xué)方法分析肌電信號(hào)。

　　時(shí)域分析是將肌電信號(hào)看作時(shí)間的函數(shù)，通過(guò)分析得到肌電信號(hào)的某些統(tǒng)計(jì)特征，其主要標(biāo)有：肌電圖積分值、肌電圖波幅平均值、肌電圖波幅均方根值等。利用時(shí)域分析可間接推斷肌肉力量。但考慮到肌肉的長(zhǎng)度、收縮的形式等因素。時(shí)域分析的變異較大，可信度較低。

　　頻譜分析方法是通過(guò)傅立葉變換將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜或率譜分析，常用快速傅立葉變換（FFT）。其主要標(biāo)是中值頻率、均值頻率、頻率范圍、高波峰頻率、高波峰幅值。表面肌電信號(hào)的率譜分析運(yùn)動(dòng)單位的募集和肌肉疲勞的研究。使用傅立葉變換研究信號(hào)時(shí)，要求獲得信號(hào)信息很難滿(mǎn)足，因此采用傳統(tǒng)的傅立葉變換實(shí)時(shí)分析肌電信號(hào)受到了限制。

　　小波分析是一種把時(shí)域和頻域結(jié)合起來(lái)的分析方法，具有可變的時(shí)域和頻域分析窗口，是肌電信號(hào)的實(shí)時(shí)處理的一條可靠的途徑，被稱(chēng)為數(shù)學(xué)顯微鏡。小波變換對(duì)于不同能狀態(tài)下的肌電信號(hào)，可以在不同尺度下觀察其頻率的變化和時(shí)間的特性。可以利用小波分析研究了大自主等動(dòng)收縮到疲勞時(shí)的肌電特征。

　　肌電的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)分析是從一維肌電圖時(shí)間序列中提取出多維動(dòng)力系統(tǒng)的信息，如：關(guān)聯(lián)維數(shù)、肌電復(fù)雜度等。

　　世紀(jì)天鴻際集團(tuán)為美Delsys表面肌電測(cè)試系統(tǒng)大中華區(qū)總代理。