肌電信號的記錄和獲得

1、肌電信號的記錄和獲得肌電信號的記錄和獲得 1. 單單電極電極 單電極記錄時，一個電極放置在肌肉上面肌肉上面，另一個電極 放置在電中性位置電中性位置（諸如一個骨性突起）。單電極產生的頻 率反應比雙電極低、選擇性也少。 單電極常被使用在靜力性收縮和涉及到針電極的各種臨 床研究中，但是單電極在測量非等長收縮時穩(wěn)定性較小，且 很少被選擇。單電極適合于H反射、T反射和肌肉M波的評 估。 2. 雙雙電極電極 雙電極記錄使用非常普遍。一般兩個電極放在肌肉中肌肉中，或 者放在覆蓋肌肉表面的皮膚上皮膚上，第三個中性或接地電極被放置 在電中性位置電中性位置。 在兩個記錄電極間，利用一種差分放大器記錄電差異。通 過

2、差分放大器使得兩個共同輸入的信號被大大地減弱。容許放 大器減弱這些共同信號的特性被稱為共模抑制共模抑制，兩種共同輸入 信號的減弱程度被描述成共模抑制比共模抑制比（CMRR）。 肌電信號可使用單電極（a）或者雙電極（b）捕獲，一些 應用可能需要專門的雙差記錄技術的放大器（c）。 3. 干擾信號干擾信號 在一個標準實驗室或野外環(huán)境，可能還有值得 考慮的射頻（RF）和來源于電器插口、燈或者其他 線路信號的輸電線活動。這些信號是典型的50或 60Hz（取決于記錄的位置），因此它們正好在頻率 范圍上被EMG信號所代表，也可能有大氣中其它頻 率的環(huán)境射頻信號。因為差分放大器降低了兩個放 大器輸入信號出現的

3、同相位信號，導致它們的影響 大大地降低。 4 . 影響影響記錄信號的因素記錄信號的因素 在設置放大器增益時必須要謹慎使用。如果肌電 信號的振幅超過放大器增益，放大器被飽和并且以一 種限幅的形式失真出現。 而當輸出的振幅超出電源的界限時，限幅出現。 另一方面，如果被設置的太低，在模擬數字（A/D） 轉換后信號的分辨率將變低。 理論上說，增益應當被設置以便于信號的振幅 與模擬數字轉換的范圍相匹配。 原始肌電圖原始肌電圖 伴有心電圖的原始肌電圖伴有心電圖的原始肌電圖 沒有接地電極的原始肌電圖沒有接地電極的原始肌電圖 伴有運動偽差（非源自肌肉的電波）的原始肌電圖伴有運動偽差（非源自肌肉的電波）的原始肌

4、電圖 伴有直流偏置（交流信號中存在直流信號成分的現象）的伴有直流偏置（交流信號中存在直流信號成分的現象）的 原始肌電圖原始肌電圖 限幅限幅0.5V0.5V的原始肌電圖的原始肌電圖 EMG電極的選擇有很多種類，這取決于 開展的運動項目，研究問題的性質和所 要記錄的特定肌肉。這一部分旨在討論 在皮膚 及 （indwelling fine-wire）和 （needle electrode)的設計。另外其他一些目前研 究中所涉及的電極也會作一些介紹。 表面肌電電極的使用細線留置電極 針電極 2.12.1電極特點及幾何形態(tài)電極特點及幾何形態(tài) 銀 金金 不不 銹銹 鋼鋼 錫 這些類型的電極被廣泛應用于臨床

5、來評定感覺 和運動神經的傳導速度、F波、M波和H反射 但是，這些表面電極會有一些技術上的問題但是，這些表面電極會有一些技術上的問題 一般來說，在皮膚層的內外有一個一般來說，在皮膚層的內外有一個30mV30mV的電位。的電位。 當皮膚伸展的時候，這個電位會降至當皮膚伸展的時候，這個電位會降至25mV25mV，而，而 產生產生5mV5mV的的運動偽差（運動偽差（motion artifactmotion artifact）。顯。顯 然，然， 這個皮膚瞬時產生的運動偽差對于一個理想化這個皮膚瞬時產生的運動偽差對于一個理想化 的運動評估來說是一個缺陷。的運動評估來說是一個缺陷。 silver-silv

6、er chloride (氯化銀電極） 這些表面電極可用來探測肌肉的肌電活動，也 可以作為探測周圍射頻（RF）的天線。在應用電 極前，阻抗盡可能地減小，可通過皮膚的護理， 去除死皮和油脂，增加局部皮膚的血流。同時， 為減少無線電頻率，可通過使用屏蔽電纜來減小 電纜間的距離和編制出個性化的電極電纜。 在盡可能靠近電極的地方安置一個第一級放大器 （first stage amplifier）。 例如，摩擦或者在電纜絕緣體上運動都會產生偽差。這 些偽差可通過在每個電極上使用單位增益放大器（unity gain amplifier）來減小。通常我們稱之為“有源電極” （active electrode

7、s），這些設備使得放大器盡可能地安 放在靠近表面?zhèn)鞲衅鞯牡胤健?（圖8.5）來自于第一級放大器的信號會得到一個比較高 的信噪比（SNR），這樣就是被“清除（cleaner）”過 的信號。 降低偽差的方法降低偽差的方法 深層深層 有效區(qū)域僅是皮膚表層下有效區(qū)域僅是皮膚表層下10-20mm10-20mm處處 小小 難以識別小肌肉的信號是來自于該肌肉還是難以識別小肌肉的信號是來自于該肌肉還是 周邊的肌肉周邊的肌肉 串擾串擾 Crosstalk 我們一般使用細線電極來記錄深層或小肌肉群。我們一般使用細線電極來記錄深層或小肌肉群。 這個設備通常由兩個直徑為75m的細絲組成，這些細絲 穿過一個空心針插管。

8、導線的頂端構成一個記錄面，這些 導線頂端被切齊或除去最后毫米左右的絕緣部分。絕緣部 分除去的越多越好，越有利于記錄。這些導線遠端的幾個 厘米要向后彎曲，從而使線和針能順利插入肌肉中。當針 插入后，要小心翼翼地移動，留下的導線作為 記錄電極用。 在實驗中可以移動套管，也可以置于一旁，末端的導線與 放大器相連接。 用來探測單個或多個個別運動單位的活 動，而不是探測對側肌肉的肌電活動。 將一個小的導線放置在一個中空的插管 中央構成同心電極,導線與環(huán)氧基樹脂放 在一起。將套管分割成一個銳角（大約 15），留下有光澤的金屬絲表面，然 后將雙極記錄到套管中。 電極放置在肌肉表面的正確與否無需過 分強調。但

9、是，電極的部位必須是可以測 得肌纖維運動單位的地方。 一般要遠離肌腱活動劇烈的區(qū)域。一般要遠離肌腱活動劇烈的區(qū)域。 關于肌纖維的電極方向也同樣很重要。如 果電極放置不是平行于肌纖維走行，那么 信號的振幅可能會減少50%，同時其頻域 部分也會受到影響。 有證據表明EMG信號的振幅可能會受到 電極間距離的影響，即電極對之間的距 離。 但EMG的頻域會受電極間隔的影響，電 極間距越靠近，光譜頻率越高。在放置 EMG電極時，最好保持條件一致并且減 少會影響受試者的任何因素。 我們處理和分析信號的方式來源于模擬 和數字電子技術及信號分析技術，也同 樣取決于我們對于EMG信號的理解。 這個部分重點講述最常

10、見的捕捉和過濾 信號的技術及其固有的一些技術問題。 模擬和數字濾波的應用模擬和數字濾波的應用 固有頻率特性及任何生物信號的無線電噪聲和 干擾源決定了使用何種濾波技術。肌電信號的 頻譜分析是指頻率低于10HZ或者高于1KHZ的信 號。事實上，表面肌電的頻率上限甚至能超過 帶寬上限，最高可達400HZ。而留置信號（記 錄在肌肉內）一般可獲得比較高的頻率。因此， 通常會在采集表面肌電信號的時候使用一種設 置為10HZ左右的高通濾波器高通濾波器，同時使用一種設 置為1KHZ左右的抗混疊低通濾波器抗混疊低通濾波器。但實際運 用中會隨帶通的不同特性而改變。在運用數字 信號處理后一般再使用微軟系統(tǒng)來分析結果

11、。 在我們選擇采樣率的時候，肌電信號的固有頻率特性固有頻率特性 也是至關重要的。當然，也必須考慮奈奎斯特極限 (Niquist limit)，采樣率要在信號的最高頻部分的至少采樣率要在信號的最高頻部分的至少 兩倍以上。兩倍以上。對于表面肌電信號來說，一般采樣率至少 1000樣/秒，有時會更高。在使用低通濾波器和抗混 疊濾波器的時候應當防止信號高于奈奎斯特極限，從 而扭曲了真實的信號。 許多廠家生產50-60HZ的陷波濾波器陷波濾波器，用于削減來 自燈光或者其他設備的無線電干擾。但是，在這些線 頻率中有大量的肌電活動。因此，即使信號看上去被 過濾過，一些重要的肌電信號卻被這些陷波濾波器所 清除。

12、如果必要的話，需要運用技術，而不是陷波濾 波器來消除那些線頻率的干擾。這可能需要改變桌邊 的設備環(huán)境，使用可選擇的電極，提高接地配置或者 改善電極與皮膚的接觸。 電極電極 血流和組織影響血流和組織影響 肌肉長度肌肉長度 肌肉深度 電極的特性可以影響肌電信號的頻率和振幅，電極的特性可以影響肌電信號的頻率和振幅， 包括電極的種類（表面，金屬，氯化銀，留置包括電極的種類（表面，金屬，氯化銀，留置 等等），電極的大小和電極間的距離。電極的等等），電極的大小和電極間的距離。電極的 配置同樣也是一個關鍵因素。配置同樣也是一個關鍵因素。 疲勞，脫水或肌肉血流而改變疲勞，脫水或肌肉血流而改變 肌纖維動作電位的傳播速度也隨著肌肉肌纖維動作電位的傳播速度也隨著肌肉 長度的改變而變化。長度越