肌电测量

肌电测量是指对肌肉生物电活动的检测。表示肌肉生物电活动随时间变化关系的图形称为肌电图。
肌电图(Nobelic,1842)最早用静电计记录了蛙的肌电图。直至1922年，由于电子技术的发展和阴极射线示波器的发明，Erlanger研制成了第一台肌电图机，才奠定了人体肌电测量方法的基础。此后，肌电测量技术迅速发展，并开展了对人体各种正常及异常肌电图的研究。四十年代后，肌电测量逐渐成为生理学研究和临床诊断的一种实用技术。
由于锥体和锥体外神经系统对人体骨胳肌起支配作用，它们的病变以及肌肉本身的病变，都可能引起肌电图的变化。因此，肌电图可用于评价肌肉及其控制系统的功能，对病变部位定位诊断，确定病变性质、损伤程度和再生恢复情况。
肌电检查需要根据病人的情况，确定被检查的肌肉、检查的项目和步骤。按肌肉检查方法，肌电图可分为以下两类：
(1) 自发肌电图： 一般的肌电检查需要测量肌静息状态、随意收缩时的肌电和被动牵张时的肌电。以上类型肌电称为自发肌电图。测量自发肌电时，需重视对肌电图的形态和脉冲幅度及频率的分析。病理性肌电，主要在肌电图形态上发生特异性变化，如下运动神经元损伤时，出现去神经电位；在慢性前角细胞病变时，出现束颤电位；肌强直症时，出现肌强直电位；重症肌无力时，出现肌电幅度进行性衰减等。对正常神经肌肉功能的研究，侧重于对肌电发放脉冲和频率的分析，如在肌紧张和疲劳时，肌电发放脉冲的幅度和频率将出现特异性的变化。
(2)诱发肌电图： 用刺激方法诱发产生的肌电称为诱发肌电图。用诱发肌电图研究各种神经反射，计算神经传导速度，可了解周围神经肌肉和中枢的功能。对诱发肌电图，除了重视图形形态的分析外，还应研究诱发电位的潜伏期、不应期以及刺激阈值等。病理性的诱发肌电图，在上述方面可能产生特异性变化。如周围神经脱髓屑病变，神经传导速度减慢；上运动神经元瘫痪时，前角细胞兴奋性亢进，诱发的H波潜伏期缩短，波幅增加。现已发展了测量肌纤维传导速度的新技术，用于肌疲劳和肌营养不良等的研究。
肌电图仪 从肌电检查的要求，肌电测量装置一般由电极、放大器、示波器、记录器、刺激器和信号处理几个部分组成。临床应用的肌电图仪至少应有两个导联，一般是2～4个导联，图1为两个导联的肌电测量装置的方框图。

图1 两导联肌电测量装置方框图

(1)肌电的放大： 用肌电电极从人体检测的信号为几μV到几十mV，在记录、显示前需要进行放大。肌电图仪几乎都采用温度稳定性好，对共模信号有较强抗干扰能力的差动放大器。增益一般分为12档，供对不同大小信号测量时选用。放大器输入阻抗为10～100MΩ。由于肌电信号的频谱为10Hz～10kHz，肌电放大器的频响应满足信号频谱的要求。为了检测微弱的肌电信号，放大器折算到输入端的噪声应<3μV(峰-峰值)。
(2) 示波显示： 较早的肌电图仪，是用阴极射线示波器显示肌电图，并在示波器上附加照相装置，可连续或单片地拍摄肌电图。一些新型的肌电图仪，在机内配备了计算机，使示波器具有记忆功能。对某一段感兴趣的信号，可随时“冻结”。也可储存信号，需要时重现出来。
(3)波形记录： 由于肌电信号频谱上限高，频响上限仅为100Hz/s的笔描记录器不适用于记录肌电图。肌电图的记录大多是采用频响较高的紫外线记录器或热阵列记录器。热阵列记录器在记录肌电图的同时，还可记录机内计算机对肌电信号一些参数的计算结果和多种字符。
(4) 刺激器： 刺激器主要用于测量诱发肌电图。肌电检查时需要有良好性能的刺激器。刺激器输出为0.1～1ms宽度可调的矩形脉冲、重复频率可调节的连续脉冲、重复频率及持续时间都可选择的序列脉冲三种形式。刺激器采用恒压输出时，由于人体组织阻抗变化，会引起刺激强度的改变。采用恒流输出有明显的优点，刺激强度不受人体组织阻抗的影响，操作比较方便。
肌电电极 肌电电极用于从人体拾取肌电信号。它应具备生物测量电极的一般性能，但在结构上有自己的特点。肌电测量时，应根据不同的目的，使用不同的电极。电极一般分为表面电极和针形电极两类。
(1) 表面电极： 表面电极用于从皮肤表面检测一个肌群的肌电信号，它用极化电压较小的银或不锈钢等材料制成，形状多为小圆形或方形。表面电极使用简便，适于记录诱发电位和运动时的肌电信号。
(2) 针形电极： 要记录深部肌肉的动作电位或选择性地研究单个运动单位的电活动，应使用针形电极。针形电极有以下几种。
❶单极针形电极：它有针形和同心针形两种〔见图2(a)〕。在不锈钢针上喷涂一层绝缘材料，针尖部分裸露，就成了单极针形电极。记录肌电时，可用类似针形电极或表面电极作为辅助电极，插入附近皮下组织或置于皮肤表面。它记录的是针形电极与辅助电极之间肌纤维的活动电位。铂金丝或不锈钢丝用环氧树脂绝缘处理后，插入钢制管内，末端磨成斜面，尖端裸露，便成为同心针形电极。芯电极为信号电极，针管接地，一般针管外径为0.3～1mm。用于记录骨胳肌动作电位的电极外径为0.5～0.6mm，芯极斜面面积约为0.07mm2。同心针形电极记录的是芯电极与针管之间小范围内肌纤维的活动电位。它比针形电极有较强的抗干扰能力，临床上最常采用；
❷双极针形电极：在钢制针管内插入两根经过绝缘处理的铂金丝或不锈钢丝，两丝间距约为100μm。末端磨成斜面，就成为双极针形电极。针管为地电极，两根金属丝为信号电极〔见图2(b)〕。这种电极记录的是两个芯极之间很小范围内肌纤

图2 三种针形电极
维的电活动。由于两芯极间距小，有较强的抗干扰能力；
❸多极针形电极： 多极针形电极是为确定运动单位的范围和测量单个峰形电位的空间范围而设计的。在一个空心针管内装入16～24根绝缘的铂金丝，各铂金丝的末端以相同的间距，顺针管轴向排列于空心针管侧部，即成了多极针形电极。针管或其中某一电极接地，其余电极为信号电极〔见图2(c)〕。
肌电信号处理 肌电测量时，常需要对图形特征进行定量描述。用人工肉眼的方法对肌电图分析费时费力，而且不精确，因此，信号处理技术日渐增多地应用于肌电的定量分析。常用方法如下：
(1)肌电积分： 为了观察肌紧张水平随时间的变化，或了解肌收缩时参与收缩的运动单位数量，可用肌电积分法。它采用积分电路对肌电信号积分，获得肌电信号的平均电压，并用笔描记录器记录其随时间的变化，以观察肌电变化的趋势。经研究证明，在肌等长收缩时，积分电压与肌收缩强度成线性关系，可以绘出二者的关系曲线，用它能方便地研究肌肉的自主收缩。由于在肌等长收缩时，积分电压与参加收缩的运动单位数量有关，就可以用该曲线测定在一定的肌收缩水平上参加收缩的运动单位的数量。在肌疲劳、肌营养不良等情况下，由于要维持一定的肌收缩水平，需要更多的运动单位参加收缩，曲线的斜率就会改变。
(2)信号平均： 检测到的肌电信号经常是很微弱的，例如在诱发肌电测量时，信号甚至淹没在噪声之中。为了把微弱的肌电信号检测出来，可用信号平均技术。因为肌电信号有一定的规律性，而噪声却是随机的，将肌电信号叠加N次后，肌电信号幅度将增加N倍，噪声幅度仅增加倍，提高了信-噪比，就可以把淹没在噪声中的信号提取出来。叠加次数应根据信号与噪声的相对值而定。信号平均技术除用于检测微弱的肌电信号外，还可以用于从干扰型肌电图中分离单个运动单位的活动电位。
(3)谱分析： 谱分析是从频域上揭示肌电信号的特征。模拟方法是用多个中心频率不同的带通滤波器，覆盖肌电的频谱范围，测量各滤波器的输出，获得肌电能量在频域上的分布特性。目前已广泛地采用计算机来实现谱分析。肌电信号经过模-数变换转换为数字信号，然后用计算机处理，就可以获得肌电信号的频域特性，它反应了肌电信号的幅频特性。可用于正常肌肉及肌疲劳、肌营养不良等情况下对肌电信号特征进行分析。
(4)相关分析： 为了识别同一运动单位的活动电位或测定肌电图主运动单位的平均时限，可采用相关分析。相关分析是用计算机分析肌电信号与参照肌电信号的相关性，利用电子计算机，可绘出随时间变化的相关曲线。相关性好，曲线呈周期性重复。
(5)肌电图参数的自动分离： 这种方法是从时域上来揭示肌电图的变化特征。在临床上，对孤立型肌电图，习惯从它的首相极性、相数、时限、幅度来分析波形特征；对于干扰型肌电图则主要从发放脉冲的最大幅度和频率等来分析。采用自动分析方法时，可用特殊设计的电路或用电路与计算机结合的方法，自动分离并计算这些参数，这是目前比较倾向的一种自动分析方法。分离各种参数的方法很多，但大多数都不尽完善。如用电路分离并计算肌电波的过零点数和峰点数； 用一定幅度的阶梯电压，测定肌电的峰值和频率；用多个阈值不同的甄别器分析肌电脉冲的最大幅度和幅度谱。目前已有特殊设计的电路，能同时把肌电波的首相极性、相数、峰幅度、频率分离出来，还可输出肌电信号的积分电压与平均电压。