表面肌電圖評估技術(shù)在腦卒中患者下肢肌肉領(lǐng)域的應(yīng)用

廖志平，魏爽，李建華

表面肌電圖(surface electromyography,SEMG)評估技術(shù)是通過在肌肉表面放置皮膚(表面)電極，采集肌肉活動(dòng)時(shí)的肌電信號，從而對神經(jīng)肌肉功能作定量和定性分析的技術(shù)。sEMG信號主要從人體生物特征角度研究肢體肌肉功能而進(jìn)行康復(fù)評估，其特征的變化能夠在一定程度上反映中樞控制因素和肌肉興奮傳導(dǎo)速度的特性[1]。sEMG信號評估技術(shù)常用于評估腦卒中步態(tài)[2]、吞咽[3]、平衡[4]、康復(fù)療效評估[5]等領(lǐng)域。

腦卒中患者偏癱側(cè)下肢易出現(xiàn)足下垂、足內(nèi)翻及其他運(yùn)動(dòng)障礙，嚴(yán)重影響患者行走功能的恢復(fù)[6]。因此，筆者對近年來sEMG技術(shù)在腦卒中偏癱患者下肢運(yùn)動(dòng)中的一些應(yīng)用加以綜述，分析既往sEMG技術(shù)在此領(lǐng)域的應(yīng)用及仍待進(jìn)一步研究的問題，使sEMG技術(shù)在偏癱患者下肢運(yùn)動(dòng)的研究中發(fā)揮更大作用。

1 SEMG的常用指標(biāo)

SEMG的分析方法主要集中在時(shí)域、頻域及時(shí)-頻結(jié)合分析法以及非線性分析法幾個(gè)方面。時(shí)域分析是將肌電信號看作時(shí)間的變化函數(shù)，通過計(jì)算信號均值、幅值直方圖等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)來反映信號振幅在時(shí)間維度的變化，其在步態(tài)分析中為表面電極記錄步行時(shí)的肌電信號的起止時(shí)間[2]，表明該肌肉參與活動(dòng)的協(xié)同性，波幅及時(shí)程說明肌肉活動(dòng)的合理性。常用指標(biāo)包括積分肌電值(integrated electromyogram，iEMG)、標(biāo)準(zhǔn)化平均肌電值(average EMG,AEMG)和均方根值(root mean square，RMS)等[7]；iEMG是指在單位時(shí)間內(nèi)肌肉中參與活動(dòng)的運(yùn)動(dòng)單位放電總量，其值大小一定程度上反映參加工作的運(yùn)動(dòng)單位的數(shù)量及每個(gè)運(yùn)動(dòng)單位的放電大小；RMS是放電有效值，其大小取決于肌電幅值變化，其與運(yùn)動(dòng)單位募集跟興奮節(jié)律的同步化有關(guān)。頻域分析是通過對sEMG信號做快速傅立葉變換得出的關(guān)于表面肌電信號在各個(gè)頻域范圍內(nèi)的分布情況的指標(biāo)，主要分析指標(biāo)包括平均功率頻率(mean power fre quency，MPF)以及中位頻率(median frequency，MF)，廣泛應(yīng)用于肌肉疾病評估和肌肉疲勞的分析。近年來對EMG的非線性分析獲得了很大進(jìn)展，一定程度上解決了SEMG的信號不精確的問題，但其研究尚處于初級階段，因相關(guān)分析方法較為復(fù)雜等原因?qū)е履壳芭R床應(yīng)用仍較少[8]。

2 sEMG評測技術(shù)的優(yōu)勢與局限性

目前對腦卒中后下肢功能的評估主要包括Fugl-meyer運(yùn)動(dòng)測定、平衡功能測定等量表測定以及徒手肌力測定，這些方法往往存在主觀等人為因素，往往難以客觀反映卒中下肢功能的真實(shí)情況。眾所周知sEMG具有安全、無創(chuàng)、無痛、可靠、客觀量化等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)[9]，對于神經(jīng)肌肉疾病的評估以及指導(dǎo)治療方面都具有重要的參考價(jià)值和意義。因而能夠客觀反映下肢肌群的肌肉功能，其較之針極肌電圖而言缺乏對自發(fā)電位的檢測、分辨率低，但其探測空間大、重復(fù)性好[10]。但是sEMG在實(shí)際運(yùn)用上也發(fā)現(xiàn)尚缺乏可用于個(gè)體之間相互比較的參考值，而且僅能評估表淺肌肉的肌肉功能，不可避免的存在電干擾現(xiàn)象，不能準(zhǔn)確區(qū)分目標(biāo)肌肉及臨近肌肉，難以對位置較深或體積較小的肌肉進(jìn)行評測[11]。

3 sEMG技術(shù)在腦卒中偏癱患者下肢領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1 等長收縮研究 最大等長收縮(maximum isometric voluntary contraction，MIVC)被認(rèn)為是定量評定肌肉功能的可靠指標(biāo)[12]，姜麗[13]在腦卒中恢復(fù)期偏癱患者膝屈伸MIVC時(shí)大腿肌肉的sEMG特征研究發(fā)現(xiàn)，伸膝時(shí)，患側(cè)股內(nèi)側(cè)肌、股直肌及股外側(cè)肌的iEMG明顯小于正常對照及健側(cè)；健側(cè)股直肌的iEMG明顯小于正常對照；屈膝時(shí)，患側(cè)股二頭肌、股外側(cè)肌及骨直肌的iEMG明顯小于正常對照；患側(cè)協(xié)同收縮率(co-contraction ratio，CCR)在伸膝狀態(tài)下顯著大于健側(cè)及正常對照，而在患側(cè)屈膝是有大于健側(cè)及正常對照的趨勢。本研究表明恢復(fù)期腦卒中偏癱患者雙下肢肌肉收縮能力下降，大腿伸肌存在輕度痙攣。郭京偉等[14]為探討腦卒中患者恢復(fù)期脛骨前肌(tibialis anterior muscle，TA)和腓腸肌(gastrocnemius,GS)的sEMG信號特點(diǎn)及規(guī)律進(jìn)行了臨床研究，得出恢復(fù)后期的偏癱患者踝背伸主動(dòng)肌的收縮功能及拮抗肌協(xié)同收縮的控制能力顯著好于恢復(fù)前期的偏癱患者。

3.2 步態(tài)分析研究 Marks等[15]發(fā)現(xiàn)，偏癱患者患肢擺動(dòng)相延長而下肢肌電活動(dòng)減少，而健側(cè)肢體則為擺動(dòng)相縮短但下肢肌電活動(dòng)增多。Buurk[16]研究首次發(fā)病的13例腦卒中患者在無輔助步行、扶單腳手杖步行和扶四腳手杖步行3種條件下,測定患側(cè)臀大肌、臀中肌、股外側(cè)肌、半腱肌、GS和TA等肌肉的sEMG，發(fā)現(xiàn)扶單腳手杖步行時(shí)患側(cè)TA肌電活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間比獨(dú)立步行時(shí)明顯縮短；患者扶單腳手杖以及扶四腳手杖步行時(shí)，患側(cè)股外側(cè)肌和TA的肌電振幅下降，表明進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練時(shí)為達(dá)到肌肉的正常激活模式，扶單腳手杖是需要考慮的。趙軍[17]指出同正常人步態(tài)相比，偏癱患者腓骨長短肌、腓腸肌內(nèi)外側(cè)頭支撐期的RMS值較正常人明顯減小，健側(cè)腓腸肌外側(cè)頭擺動(dòng)相時(shí)的RMS值較正常人明顯增加，步行速度與支撐期脛前肌、腓伸肌群的RMS值呈正相關(guān)，與支撐期股直肌、股四頭肌內(nèi)側(cè)頭的MF值呈正相關(guān)，證明偏癱患者步速慢、步態(tài)不對稱與下肢關(guān)節(jié)活動(dòng)受限，支撐力差，肌力弱特別是小腿肌肉力量弱有明顯關(guān)系。

3.3 平衡領(lǐng)域的研究 Jiang[18]在研究中發(fā)現(xiàn)恢復(fù)期腦卒中患者兩側(cè)大腿前后肌群收縮功能及肌力均下降，大腿伸肌痙攣模式依然存在?？祻?fù)訓(xùn)練除了抑制偏癱肢體伸肌的痙攣外，還應(yīng)注重兩側(cè)大腿肌群特別是股直肌和股二頭肌的肌力訓(xùn)練來提高關(guān)節(jié)穩(wěn)定性及改善平衡能力。Wen[4]在研究腦卒中患者靜態(tài)和動(dòng)態(tài)平衡中大腿肌肉的活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)在所有靜態(tài)平衡測試中患側(cè)的股內(nèi)側(cè)肌、股直肌、股二頭肌的AEMG高于對照組，而健側(cè)股直肌的EMG在4種靜態(tài)試驗(yàn)中也高于對照組。而在動(dòng)態(tài)試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組的平衡測試時(shí)間長于對照組，患側(cè)股二頭肌的活動(dòng)對比對照組也明顯不同。這個(gè)研究表明偏癱側(cè)股直肌、股內(nèi)側(cè)肌和股二頭肌以及健側(cè)股直肌參與了患者的靜態(tài)平衡，導(dǎo)致患者站立不穩(wěn),而患側(cè)股二頭肌在動(dòng)態(tài)平衡中也影響了患者的平衡控制。

3.4 痙攣領(lǐng)域的研究 既往研究認(rèn)為痙攣發(fā)生的原因在于是γ、α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元及肌梭的敏感性增高引起[19]，而sEMG信號源于大腦運(yùn)動(dòng)皮層控制下的a運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的生物電活動(dòng)，因此在理論上sEMG能夠?qū)δX卒中患者的痙攣進(jìn)行評估。目前應(yīng)用sEMG關(guān)于腦卒中后下肢肌肉痙攣領(lǐng)域的研究較少，Onishi等[20]對iEMG與肌力和肌張力的關(guān)系研究指出：肌肉隨意靜力收縮時(shí)表面電極測定iEMG與肌力及肌張力在一定程度上呈正相關(guān)。徐嘉[21]在運(yùn)用sEMG定量分析腦卒中患者患側(cè)下肢肌張力的研究中，通過記錄17例腦卒中患者偏癱側(cè)下肢股直肌的sEMG信號，并比較MMT(徒手肌力檢查等級)、Ashworth量表和它們的相關(guān)性。發(fā)現(xiàn)Ashworth評分與靜息狀態(tài)下的股直肌RMS平均值呈正相關(guān)，說明sEMG可以定量分析腦卒中病人痙攣的程度。

3.5 腦卒中患者下肢肌肉功能的康復(fù)訓(xùn)練方法的療效評價(jià) Sabut等[22]在研究功能性電刺激結(jié)合傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練對腦卒中足下垂患者步行速度，表面肌電活動(dòng)及代謝反應(yīng)的研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)后，脛骨前肌的AEMG、RMS和MF都有明顯提高，提示脛骨前肌肌力增加。提示功能性電刺激結(jié)合傳統(tǒng)康復(fù)訓(xùn)練能夠提高中風(fēng)后足下垂患者的肌力。Zhu[23]在應(yīng)用芍藥甘草湯結(jié)合康復(fù)訓(xùn)練治療腦卒中偏癱患者痙攣的療效中，于治療前后評估患者在等速測試儀上被動(dòng)牽伸下肱二頭肌、TA、GS的RMS發(fā)現(xiàn)觀察組比對照組均有顯著改善，表明芍藥甘草湯能顯著改善患者的痙攣狀態(tài)，降低患者的肌張力。Andersen[24]在研究高強(qiáng)度的物理康復(fù)訓(xùn)練對腦卒中后輕度偏癱患者的神經(jīng)肌肉功能的影響，在患者參與12周高強(qiáng)度的門診物理康復(fù)訓(xùn)練后，運(yùn)用等速肌肉力量測定，sEMG以及步態(tài)分析等測試發(fā)現(xiàn)，患者膝關(guān)節(jié)伸肌和屈肌的力量增加，步行能力提高52%～68%,表明高強(qiáng)度的物理康復(fù)治療能夠改善腦卒中患者的神經(jīng)肌肉功能和步行能力，在現(xiàn)有康復(fù)訓(xùn)練中增加高強(qiáng)度的肌肉力量訓(xùn)練是安全高效的。

4 研究展望

以上是近年來對sEMG技術(shù)在腦卒中下肢領(lǐng)域的應(yīng)用情況所進(jìn)行的一些總結(jié)?？傮w來說，sEMG技術(shù)已應(yīng)用于腦卒中患者下肢肌肉等長收縮、步態(tài)分析、平衡功能、痙攣分析、康復(fù)療效等各個(gè)方面，但仍存在許多問題尚待解決，比如在測試過程中，測試動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)不一，測試肌肉及電極貼片貼法位置存在差異。另外測試人員所使用的表面肌電圖測試儀器也不盡相同，因而限制了相鄰成果之間的比較。另外許多量化指標(biāo)也尚待改進(jìn)，譬如痙攣狀態(tài)、異常激活模式和異常肌電相位，以及徒手肌力，這些指標(biāo)需要將sEMG數(shù)據(jù)進(jìn)行峰值標(biāo)準(zhǔn)化，今后可以在這些方面進(jìn)行大規(guī)模的的臨床研究，得出較為可靠的sEMG測量及分析方法。

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