1、運(yùn)動生理學(xué)實(shí)驗(yàn)理論肌電的測定與分析運(yùn)動生理學(xué)教研室周越 博士 副教授1教書育人第一節(jié) 肌電圖的測試分析原理第二節(jié) 表面肌電圖的應(yīng)用第三節(jié) 肌電圖分析軟件的使用2教書育人骨骼肌在興奮時(shí)，會由于肌纖維動作電位的傳導(dǎo)和擴(kuò)布而發(fā)生電位變化，這種電位變化稱為肌電。用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒐趋兰∨d奮時(shí)發(fā)生的電位變化引導(dǎo)、放大并記錄所得到的圖形，稱為肌電圖。一、肌電圖定義3教書育人4教書育人5教書育人Noraxon Telemyo 2400T G2 遙測肌電圖儀6教書育人引導(dǎo)肌電信號的電極分類： 引導(dǎo)肌電信號的電極可分為兩大類，一類是針電極，另一類是表面電極。1.針電極2.表面電極7教書育人輕度用力時(shí)用針電極從20個(gè)

2、不同部位記錄到的正常人肱二頭肌的運(yùn)動單位電位 不同程度收縮時(shí)骨骼肌肌電圖（表面電極引導(dǎo)） 8教書育人 二、EMG信號的特征與處理幅度范圍：放大前 010 mV (+5 to -5) 有效頻率范圍：0 - 500 Hz 主要頻率范圍：50 150 Hz9教書育人信號處理的一般概念采集頻率信噪比（Signal-to-noise ratio）EMG信號的能量與噪音信號的比例。信號失真（Distortion of the signal）EMG signal should be altered as minimally as possible for accurate representation10教

3、書育人電信號噪音特征電子設(shè)備固有噪音所有電器均有，使用高質(zhì)量設(shè)備可減少。頻率范圍：0 幾千 Hz。環(huán)境噪音電磁幅射源（無線電廣播、電線、熒光燈）主要頻率：50 Hz幅度：1 3倍 EMG signal運(yùn)動偽跡電極與皮膚、電極線纜可以合適的線路減少頻率范圍：0 20 Hz11教書育人通過電極和放大器減少信號干擾差動（微分）放大減少電磁輻射噪音雙電極輸入電極的穩(wěn)定性電極的化學(xué)穩(wěn)定性電極的移動、排汗、濕度變化等隨著電極品質(zhì)的提高，對皮膚處理、剃除毛發(fā)的要求在下降。12教書育人差動（微分）放大Differential Amplification13教書育人EMG 電極的放置 一般在肌腹中間。不要靠近肌

4、腱、不要在肌肉邊緣、要與肌肉平行。14教書育人不同放置部位的EMG結(jié)果15教書育人參考電極的放置（接地）盡可能遠(yuǎn)離記錄電極電中性組織 （多骨組織）良好的電極接觸（大尺寸、良好的粘合接觸）16教書育人濾波器類型便件濾波器模擬電路：放大器、電阻、電容軟件濾波器數(shù)字濾波器（數(shù)學(xué)運(yùn)算）17教書育人濾波器的種類LPFilter20 Hz250 Hz低通過濾波Low pass filter (LP)18教書育人BPFilter20 Hz250 Hz帶通濾波Band pass filter (BP)Filter19教書育人BS20 Hz250 Hz帶阻濾波器Band stop filter (BS)Exam

5、ple: 50 Hz filter50 Hz20教書育人相位移動Phase Shift過濾器引起相位改變通過過濾器時(shí)，頻率成份的時(shí)間延遲也可能會產(chǎn)生波形扭曲通過電路的改進(jìn)、過濾窗口的選擇去除Shift21教書育人肌電整流類型Rectification Raw EMGFull-waveRectified EMGHalf-wave Rectified EMGDelete22教書育人積分IntegrationArea Under a CurveUnits = mV - msec23教書育人EMG 幅度分析均方根振幅Root Mean Square24教書育人過零率Number of Zero Cro

6、ssings信號通過零值基線的次數(shù)。在進(jìn)行FFT運(yùn)算前曾廣泛應(yīng)用。25教書育人EMG 頻譜分析Frequency Spectrum快速傅利葉轉(zhuǎn)換Fast Fourier Transform (FFT)平均功率頻率MPF是所有頻率成份功率的平均值對應(yīng)的頻率。中位頻率（ Median Frequency）是把功率譜曲線分成功率或面積相同的兩部分的頻率26教書育人運(yùn)動單位的同步化Motor Unit Synchronization非同步化活動減少EMG幅度。運(yùn)動單位的同步化增加了EMG幅度27教書育人運(yùn)動單位同步化時(shí)EMG幅度與力28教書育人標(biāo)準(zhǔn)化Normalization是否可以直接比較不同受試者

7、的EMG呢？影響因素不同的肌肉橫斷面不同的肌肉長度不同的快慢肌纖維比例不同的肌纖維募集方式不同的肌纖維激動頻率29教書育人標(biāo)準(zhǔn)化方法用最大用力值來標(biāo)準(zhǔn)化用最大用力值的百分比表示亞極量用力，如 50%、75%等。一般用最大隨意收縮（isometric MVC）。30教書育人MVC 時(shí)的股四頭肌積分肌電值= 5.76 mV - msec50% 亞極量收縮時(shí)積分肌電值 = 2.13 mV - msec2.13 mV - msec5.76 mV - msec=比例:.3731教書育人電機(jī)械延遲Electromechanical Delay (EMD)EMD是指EMG開始到產(chǎn)生力量之間的延遲。延遲的生產(chǎn)

8、與電活動要沿T橫管系統(tǒng)傳入、肌漿網(wǎng)釋放鈣離子、Actin-Myosin crossbridges的形成、一系列彈性成份的牽拉有關(guān)。32教書育人貓行走時(shí)比目魚肌的EMG信號。Force直接從跟腱 (achilles tendon)測得。在EMG開始約70 ms后產(chǎn)生力，EMG結(jié)束后約70時(shí)力終止。33教書育人第一節(jié) 肌電圖的測試分析原理第二節(jié) 表面肌電圖的應(yīng)用第三節(jié) 肌電圖分析軟件的使用34教書育人一、利用肌電測定神經(jīng)的傳導(dǎo)速度 如果在神經(jīng)通路的兩個(gè)或兩個(gè)以上的點(diǎn)上給予電流刺激，從該神經(jīng)所支配的肌肉上記錄誘發(fā)電位，然后根據(jù)下列公式可計(jì)算出神經(jīng)的傳導(dǎo)速度。 V=S/t式中:V為神經(jīng)傳導(dǎo)速度，單位為

9、米/秒；t為兩刺激點(diǎn)從刺激開始到肌肉開始收縮的時(shí)間差，單位為秒；S為兩刺激點(diǎn)之間的距離，單位為米。 35教書育人尺神經(jīng)運(yùn)動神經(jīng)傳導(dǎo)速度的測定S1：肘部的刺激電極 S2：腕部的刺激電極 R：記錄電極 36教書育人二、利用肌電圖研究肌肉疲勞肌肉疲勞時(shí)其肌電活動也會發(fā)生變化，因此可以用肌電來研究肌肉疲勞的發(fā)生及機(jī)制。(1)肌肉工作過程中肌電幅值的變化 肌電幅值是指肌電信號的振幅大小。在肌電研究過程中，反應(yīng)肌電幅值的指標(biāo)有積分肌電(EMG)和均方根振幅(RMS)。37教書育人38教書育人 在肌肉等長收縮至疲勞的研究過程中發(fā)現(xiàn)，在一定的范圍內(nèi)，肌電幅值隨著肌肉疲勞程度的加深而增加。 不同持續(xù)時(shí)間股直肌、

10、股外肌IEMG的增長情況39教書育人(2)肌肉工作過程中肌電信號的頻譜變化 在肌肉工作過程中，肌電信號的頻率特性可隨著肌肉的機(jī)能狀態(tài)的改變而發(fā)生變化。反應(yīng)肌電信號的頻率特性的指標(biāo)有平均功率頻率(MPF)和中心頻率(FC)。肌肉疲勞前后肌電頻率譜變化 40教書育人 隨著疲勞程度的加深，肌電信號的頻譜左移，即平均功率頻率降低。 不同持續(xù)時(shí)間股直肌、股外肌肌電圖MPF的下降情況 41教書育人三、利用肌電圖評價(jià)肌力一般情況下，當(dāng)肌肉以不同的負(fù)荷進(jìn)行收縮時(shí)，其肌電信號IEMG同肌力成正比關(guān)系，即肌肉產(chǎn)生的張力越大IEMG越大。42教書育人Lippold (1952), Close (1972) & Bi

11、gland-Ritchie (1981)認(rèn)為IEMG與張力是線性關(guān)系。Zuniga and Simmon (1969) & Vrendenbregt and Rau (1973) 認(rèn)為IEMG與張力是非線性關(guān)系。等長收縮isometric時(shí)EMG與力量是線性的，在等張收縮isotonic時(shí)是非線性的(Weir et al., 1992) 。43教書育人Isometric 與 Isotonic Contractions44教書育人肌肉力量與肌電的線性關(guān)系柯菲因(Chaffin)等人發(fā)現(xiàn)當(dāng)肌肉用40%MVC以下強(qiáng)度收縮時(shí)，肌力與肌電呈線性關(guān)系。60%MVC以上強(qiáng)度時(shí)，肌力與肌電也呈線性關(guān)系，但此時(shí)

12、的直線斜率較大。而肌力在40%-60%MVC時(shí)，肌力與肌電之間的線性關(guān)系往往就不存在了。45教書育人離心(eccentric)收縮時(shí)EMG幅度小于向心(concentric)收縮 (Komi, 1973; Komi et al., 1987)46教書育人在勻速屈肘運(yùn)動中肌張力與IEMG的關(guān)系 A 的心收縮 B 離心收縮47教書育人四、利用肌電圖分析肌纖維類型不同類型的肌纖維在疲勞時(shí)的肌電圖特征也不同。慢肌纖維百分?jǐn)?shù)較高的受試者（ST%59）,在各種負(fù)荷(30%MVC、50%MVC及79%MVC)至疲勞的工作中,MPF下降斜率比慢肌纖百分?jǐn)?shù)較低的受試者(ST0.05)。還發(fā)現(xiàn)817歲兒童少年的M

13、VC、RMVC及C均隨年齡增長而增大。肌力(MVC及RMVC)與股外肌FT%間只有低度相關(guān)(r=0.23,r=0.30;P0.05),而肌力(MVC)與肌圍間卻有密切相關(guān)(r=0.69,P0.01)。53教書育人五、利用肌電進(jìn)行動作分析 在運(yùn)動過程中可用多導(dǎo)肌電記錄儀將肌電記錄下來。然后，根據(jù)運(yùn)動中每塊肌肉的放電順序和肌電幅度，結(jié)合高速攝像等技術(shù)，對運(yùn)動員的動作進(jìn)行分析診斷。 分析某項(xiàng)運(yùn)動技術(shù)，找出在完成該項(xiàng)動作時(shí)有哪些肌肉參加；各個(gè)肌肉用力程度怎樣；順序如何；直接為科學(xué)地安排教學(xué)與訓(xùn)練提供依據(jù)。54教書育人繞螺時(shí)的肌電變化55教書育人56教書育人57教書育人 某受試者40cm下落跳時(shí)股外肌(

14、EMG1)、股二頭肌(EMG2)肌電圖和測力臺同步記錄到的對地面垂直作用力(Fz)示意圖58教書育人上體豎直作主動起蹲時(shí)股四頭肌的肌電圖（2毫伏、400毫秒）1.股外??；2.股直肌；3.股內(nèi)肌 59教書育人國家隊(duì)射箭運(yùn)動員動作技術(shù)的肌電特性中國體育科技 2007年6期張秀麗 劉卉 劉學(xué)貞運(yùn)用美國產(chǎn)Noraxon表面肌電遙測系統(tǒng)對國家射箭隊(duì)男、女各12名運(yùn)動員進(jìn)行測試。國家射箭隊(duì)運(yùn)動員在射箭動作的不同階段尚存在部分不合理的肌肉用力特點(diǎn)。相對來說,無論是舉弓時(shí)的肌肉激活順序、主要肌肉用力特點(diǎn),還是動作的一致性,均是女子運(yùn)動員較男子運(yùn)動員合理。以肌電RMS幅值的“標(biāo)準(zhǔn)差與平均數(shù)的比值”這個(gè)派生指標(biāo)對

15、運(yùn)動員進(jìn)行多支箭肌肉用力的一致性評價(jià)較合理。60教書育人振動與非振動力量練習(xí)時(shí)肌電圖變化的比較研究西安體育學(xué)院學(xué)報(bào) 200421(4)許以誠 高炳宏 劉文海 米衛(wèi)國（上海體育科學(xué)研究所） 受試者在振動和非振動條件下,分別以動力性和靜力性兩種不同方式的進(jìn)行屈肘練習(xí),練習(xí)時(shí)施加不同的負(fù)荷,測試肱二頭肌、屈腕肌和肱三頭肌、伸腕肌的肌電圖.負(fù)荷與肌肉收縮的方式相同時(shí),振動條件下主動肌的肌電IEMG/s值都比非振動時(shí)大；動力性收縮時(shí),振動輕負(fù)荷與非振動重負(fù)荷時(shí)IEMG/s值相差不大。這說明,在振動條件下進(jìn)行力量訓(xùn)練,能夠募集更多的運(yùn)動單位參與收縮,提高肌肉的興奮水平。61教書育人62教書育人六、其他應(yīng)用

16、Myomo e100：修復(fù)身體運(yùn)動機(jī)能戴起來像一個(gè)手臂護(hù)套一樣，myomo e100 神經(jīng)機(jī)器人系統(tǒng)用EMG 傳感器探測電子肌肉活動并觸發(fā)刺激器幫助中風(fēng)患者手臂重新恢復(fù)運(yùn)動。 63教書育人64教書育人假肢手的控制球型抓握柱狀抓握精確抓握側(cè)向抓握65教書育人A指淺屈肌、指深屈肌B屈拇長肌A指伸肌B拇長伸肌、拇短伸肌C食指伸肌 D.小指伸肌66教書育人EMG Signal Processing:System Flowchart67教書育人計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)的生理學(xué)控制EOG 眼電圖：在視網(wǎng)膜色素上皮和光感受器細(xì)胞之間存在的視網(wǎng)膜靜電位。于暗、明適應(yīng)條件下在被檢者內(nèi)、外眥角各置一電極所檢測到的電流隨眼球的轉(zhuǎn)

17、動而變化，記錄下來的電位就是眼電圖。 68教書育人微軟研究院打算申請的專利-將EMG連結(jié)手臂肌肉，感應(yīng)手指的動作，解讀復(fù)雜的手勢，進(jìn)而遙控打開車門或是控制隨身聽。 人機(jī)輸入界面-游戲(空氣吉他) 應(yīng)用。69教書育人高跟鞋對步態(tài)、姿態(tài)及下肢的影響高跟鞋在給予穿著者美感的同時(shí),會引發(fā)拇外翻、小趾內(nèi)翻、胼胝、跟腱炎等足部疾病。通過步態(tài)分析、足底壓力分析、下肢肌電信號測量分析,了解不同高度的鞋跟對人體步態(tài)、姿態(tài)和對足、踝、膝、髖和脊柱的影響及作用機(jī)制。穿著高跟鞋改變足底壓力水平及其分布，膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)彎曲角度有明顯不同，且步幅、步長、最大膝曲屈角、踝關(guān)節(jié)彎曲角度等都有顯著變化。70教書育人71教書育人

18、肌肉疲勞時(shí)肌氧與EMG參數(shù)的變化及其內(nèi)在聯(lián)系玉林師范學(xué)院學(xué)報(bào) 2006年 第27卷 第03期 作者: 李秀榮, 陸世添探討運(yùn)動肌肉疲勞是否是由缺氧引起。發(fā)現(xiàn)肌氧含量與IEMG呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.852-0.986)。說明肌肉活動取決于局部氧代謝狀況,缺氧可能是導(dǎo)致肌肉疲勞的主要因素。72教書育人第一節(jié) 肌電圖的測試分析原理第二節(jié) 表面肌電圖的應(yīng)用第三節(jié) 肌電圖分析軟件的使用73教書育人74教書育人75教書育人76教書育人77教書育人Data AnalysisGraphical and numerical display of Basic results Cumulative amplitu

19、de distributions Work / loading - bilateral differences Onset slope with activation times Activation order Onset times Peak values Physiologic gaps - level, density, duration Marker events Cursor analysisZoom in, zoom out Selectable areas of interest Spectrum Analysis, Fast Fourier Transform (FFT) s

20、howing median frequency, mean power frequency and zero crossing rate Single spectrum Average spectrumFatigue test Normative database of fatigue tests Follow-up analysis with trend reports 78教書育人79教書育人利用BL-420S測試分析肌力與肌電圖關(guān)系成都泰盟科技有限公司BL-420S生物信號處理儀連接好儀器，1通道接尺側(cè)腕屈肌，2通過接橈側(cè)腕屈肌，3通道接張力傳感器。參數(shù)設(shè)置：1、2通道靈敏度（G）1mv,時(shí)間常數(shù)（T）0.02,高通濾波（F）1000hz，掃描速度250ms/div。3通道靈敏度（G）20mv,時(shí)間常數(shù)（T）DC,高通濾波（F）20hz，掃描速度250ms/div。80教書育人最大力量測試：盡力握握力傳感器，記錄3通道曲線的格數(shù)，此時(shí)為最大負(fù)荷，然后，以此格數(shù)的80%，60%，40%，20%，握握力傳感器，測試完畢保存實(shí)驗(yàn)結(jié)果。注意：兩個(gè)負(fù)荷間間隔時(shí)間不要太短，防止肌肉疲勞；每個(gè)負(fù)