表面肌電圖在腦卒中患者手神經(jīng)肌肉功能評定中的應用①

李芳，安丙辰，鄭潔皎

表面肌電圖在腦卒中患者手神經(jīng)肌肉功能評定中的應用①

李芳，安丙辰，鄭潔皎

表面肌電圖(sEMG)作為一種客觀定量的評估工具，近年來已逐漸應用于腦卒中后手神經(jīng)肌肉功能障礙的康復評定。本文綜述近10年的相關(guān)文獻，主要介紹sEMG分析手神經(jīng)肌肉功能的常用參數(shù)，以及sEMG在腦卒中患者手神經(jīng)肌肉功能障礙評定中的應用。

表面肌電圖；腦卒中；手；神經(jīng)肌肉；評定；綜述

[本文著錄格式]李芳，安丙辰，鄭潔皎.表面肌電圖在腦卒中患者手神經(jīng)肌肉功能評定中的應用[J].中國康復理論與實踐, 2015,21(3):280-283.

CITED AS:Li F,An BC,Zheng JJ.Evaluating hand neural-muscle function after stroke with surface electromyography(review)[J]. Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2015,21(3):280-283.

表面肌電圖(surface electromyography,sEMG)作為一種客觀準確評定神經(jīng)肌肉功能狀態(tài)的檢測技術(shù)，近幾年在腦卒中評定中的應用逐漸受到重視，尤其是將sEMG用于腦卒中后手神經(jīng)肌肉功能的康復評定已逐步成為近年來的研究熱點之一。

1 sEMG評定腦卒中后手神經(jīng)肌肉功能的可行性

腦卒中是嚴重危害人類健康和生命的常見病、多發(fā)病。隨著醫(yī)學的發(fā)展，腦卒中的死亡率大大降低，但致殘率逐年增高，目前已是成人殘疾的主要原因[1]。腦卒中患者的粗大運動功能較手的精細動作容易恢復[2]。文獻報道，腦卒中后6個月，大約2/3的患者會遺留嚴重手功能障礙，主要表現(xiàn)為手的協(xié)同屈曲痙攣畸形，嚴重影響腦卒中患者日常生活活動能力[3-4]。

康復評定是制定康復治療計劃和療效觀測的依據(jù)。目前臨床主要使用Fugl-Meyer評定、Chedoke-McMaster評分法等評定手功能，雖然操作簡單，但量化程度不高，且容易受到檢查者主觀因素影響。

sEMG又稱動態(tài)肌電圖，是指神經(jīng)肌肉系統(tǒng)在完成各種隨意和非隨意活動時產(chǎn)生的生物電變化，經(jīng)表面電極引導、放大、記錄和顯示所獲得的一維電壓時間序列信號。該信號源自大腦皮層運動區(qū)控制下的脊髓α運動神經(jīng)元的生物電活動，形成于眾多外周運動單位電位在時間和空間上的總和，信號的振幅和頻率等的特異性變化取決于關(guān)節(jié)肌肉活動水平、肌肉功能狀態(tài)等生理性因素以及探測電極的位置、大小和方向等測量性因素的共同作用[5]。有研究指出，應用sEMG信號可以定量和定性分析神經(jīng)肌肉功能，推測神經(jīng)肌肉的病變性質(zhì)[6-7]。Malone等和Watanabe等已對sEMG測試神經(jīng)肌肉功能的信度和效度予以肯定[8-9]。2013年，Hashemi等對sEMG用于手神經(jīng)肌肉功能評定的信度予以檢驗[10]。因此，可用sEMG評價腦卒中患者手神經(jīng)肌肉的功能狀態(tài)。

2 評定手神經(jīng)肌肉功能的常用sEMG參數(shù)及其意義

sEMG常用于評定手神經(jīng)肌肉功能的參數(shù)主要包括積分肌電值(integrated EMG,IEMG)、均方根值(root mean square, RMS)、平均肌電值(average EMG,AEMG)、協(xié)同收縮率(co-contraction rate,CR)、平均絕對值(mean absolute value, MAV)[11]、峰值振幅(peak amplitude,PA)[12]等時域分析參數(shù)，以及平均功率頻率(mean power frequency,MPF)、中位頻率(medi-

an frequency,MF)等頻域分析參數(shù)。

2.1 時域分析參數(shù)

2.1.1 IEMG

IEMG是指所得sEMG信號經(jīng)整流濾波后，單位時間內(nèi)曲線下面積的總和，它可以反映肌電信號隨時間的強弱變化，其大小在一定程度上反映參與肌肉收縮的運動單位的數(shù)量多少和每個運動單位的放電大小，主要用于分析肌肉在單位時間內(nèi)的收縮特性[5]。多篇文獻報道，肌肉收縮時，用表面電極測定的IEMG值與肌力和肌張力之間存在線性正相關(guān)關(guān)系[13-14]。李雪萍等的研究指出，IEMG可用于動態(tài)觀察腦卒中患者手神經(jīng)肌肉的功能狀態(tài)[15]。

2.1.2 RMS

RMS是指一段時間內(nèi)瞬間肌電振幅平方平均后的平方根，代表放電有效值，其大小反映肌電幅值的變化狀況，一般認為與運動單位募集和興奮節(jié)律的同步化程度有關(guān)，其意義與IEMG相似，可在時間維度上實時反映肌肉的活動狀態(tài)[16-17]。RMS值是時域中最可靠的參數(shù)，較常用于sEMG的定量分析，很少造成假象和干擾[18]。Kim等的研究指出，RMS值可以作為評估肌力、肌張力的參數(shù)，其值越大，代表肌肉力量和張力越大[19]。檢測RMS和IEMG可用于評定腦卒中后手神經(jīng)肌肉功能以及康復訓練療效，并據(jù)此制定和調(diào)整康復治療方案，以及作為患者隨訪的評估指標。

2.1.3 AEMG

AEMG是指一定時間內(nèi)瞬時肌電振幅的平均值，主要反映肌電信號的強度與參與活動的運動單位數(shù)目、類型及其放電頻率同步化程度，其意義與RMS基本相同，兩者可相互參考[5]。

2.1.4 CR

公式CR=拮抗肌IEMG/(主動肌IEMG+拮抗肌IEMG)，反映的是拮抗肌在主動肌收縮過程中所占比例的多少。sEMG被認為是評定CR較為理想和可信的方法[20]。已有研究證實，CR增加是腦卒中患者普遍存在的現(xiàn)象[21]。Choi的研究指出，CR可以作為定量評定患者患側(cè)肢體肌張力變化狀況的參數(shù)[22]。

2.1.5 其他時域參數(shù)

MAV或平均絕對值比值(mean absolute value rate,MAVR)、PA主要用于腦卒中患者手神經(jīng)肌肉功能的康復評定。Fan等的一項研究表明，sEMG信號的MAVR可以反映肌肉單元與特定運動之間的相關(guān)性，并且指出掌長肌(palmaris longus, PL)、尺側(cè)腕屈肌(flexor carpi ulnaris,FCU)與腕關(guān)節(jié)屈曲運動有關(guān)；指伸肌(extensor digitorum,ED)、橈側(cè)腕伸肌(extensor carpi radialis,ECR)與腕關(guān)節(jié)伸展運動有關(guān)；ED、ECR、尺側(cè)腕伸肌(extensor carpi ulnaris,ECU)與腕關(guān)節(jié)尺偏運動有關(guān)；ED、ECR、PL與腕關(guān)節(jié)橈偏運動有關(guān)；ECR、FCU、ECU與握拳運動有關(guān)[11]。Li等利用第一背側(cè)骨間肌(first dorsal interosseous,FDI)研究腦卒中后sEMG峰值振幅分布的改變時提出的PA分布分析法，與傳統(tǒng)電生理方法相比，更有助于我們理解肌無力機制及卒中后的其他癥狀[12]。

2.2 頻域分析參數(shù)

2.2.1 MPF

MPF是反映sEMG信號頻率特征的參數(shù)，表示功率譜曲線重心的頻率，其大小與外周運動單位動作電位的傳導速度、參與活動的運動單位類型以及其同步化程度有關(guān)[5]。Kallenberg等的研究指出，腦卒中患者患側(cè)肌力在5%～50%最大自主收縮力(maximum voluntary contraction,MVC)范圍時，MPF減低，而健側(cè)肌力在此范圍時MPF增加[23]。但Li等在研究腦卒中患者FDI sEMG頻譜參數(shù)分析時發(fā)現(xiàn)，患者患側(cè)或健側(cè)肌肉收縮力與MPF之間沒有明確的相關(guān)性[24]。

2.2.2 MF

MF是指骨骼肌收縮過程中肌纖維放電頻率的中間值。正常情況下，人體不同部位骨骼肌MF值差異較大，這取決于肌肉組織興奮時主要表現(xiàn)高頻放電的快肌纖維和以低頻電活動為主的慢肌纖維的組成比例。Srivatsan等利用腦卒中患者FDI研究sEMG信號功率譜分析的有效性時發(fā)現(xiàn)，Chedoke-McMaster評定和Fugl-Meyer評定評分較低的患者，F(xiàn)DI的MF健側(cè)明顯高于患側(cè)，而Chedoke-McMaster和Fugl-Meyer評分較高的患者，健、患側(cè)FDI的MF接近，表明MF與腦卒中患者手的臨床評估之間具有相關(guān)性[25]。

3 腦卒中后手痙攣模式的sEMG評定

3.1 協(xié)同屈曲畸形

Miller等選擇8例中重度偏癱腦卒中患者和4名正常對照者作為研究對象，用sEMG記錄受試者在不同肩關(guān)節(jié)外展角度負荷下完成上肢上舉運動時，指淺屈肌(flexor digitorum superficialis,FDS)和指總伸肌(extensor digitorum communis,EDC)的活動，結(jié)果顯示，腦卒中患者FDS的肌電信號明顯強于EDC，而對照組FDS的肌電信號與EDC無顯著性差異。該項研究用肌電證據(jù)證實了腦卒中患者手部的協(xié)同屈曲畸形，同時指出卒中患者患肢在屈曲肩、肘關(guān)節(jié)時，通常會耦聯(lián)非隨意的腕和手部關(guān)節(jié)的屈曲運動，這與腦卒中患者患側(cè)上肢(肩、肘、腕、手)共同屈曲的臨床表現(xiàn)相符，對于針對性治療偏癱患者手指痙攣具有指導意義[26]。此外，Schieber等利用sEMG也驗證了腦卒中偏癱患者患側(cè)手指屈肌的共同收縮模式，即腦卒中偏癱患者患手無法完成單個手指的分離運動[27]。

3.2 痙攣肌肉共激活狀態(tài)

Towles等的一項隨機對照試驗，入選12例伴有重度手功能障礙的慢性腦卒中患者和8名年齡相匹配的正常對照者，利用sEMG記錄患者患手和對照者優(yōu)勢手的拇指和其余四指的屈肌活動，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，患者手指的屈肌運動神經(jīng)元呈高度興奮狀態(tài)，而患者和對照組拇指屈肌運動神經(jīng)元的活動相似[28]。Lee等選擇14例慢性腦卒中患者和4名正常對照者作為研究對象，同時將14例患者根據(jù)其臨床功能評分，分為重度手功能障礙組(8例)和中度手功能障礙組(6例)，利用sEMG記錄受試者完成腕關(guān)節(jié)屈曲、伸展，手指伸展、側(cè)捏，手抓握和手指尖捏6項等長收縮任務(wù)時魚際肌(thenar muscle group,THE)、FDI、小魚際肌(hypothenar muscle group,HTH)、FDS、EDC、橈側(cè)腕

屈肌(flexor carpi radialis,FCR)、FCU、ECR、ECU等9塊肌肉的激活模式，結(jié)果顯示，不同任務(wù)間，肌肉激活模式的差異在重度手功能障礙的患者明顯減低，也就是說重度手功能障礙的患者用相似的肌肉激活模式完成具有不同特點的任務(wù)，而中度手功能障礙患者完成不同任務(wù)的肌肉激活模式與對照組相似。該研究表明，腦卒中后手部多塊肌肉之間協(xié)調(diào)收縮的自由度明顯減低，減低程度與臨床損傷程度密切相關(guān)[29]。Conrad等利用sEMG發(fā)現(xiàn)，慢性腦卒中患者掌指關(guān)節(jié)在做等速屈曲和伸展運動時，F(xiàn)DS和EDC的共激活率癱瘓側(cè)低于非癱瘓側(cè)[30]，這與1996年Davies等報道腦卒中患者患側(cè)下肢膝、踝關(guān)節(jié)在等速運動時，相應拮抗肌肉對的共激活率微小或缺如一致[31]。

4 腦卒中后手功能其他方面的sEMG評定

4.1 雙手鏡像運動

腦卒中后雙手鏡像運動多指在患手做自主運動時，健側(cè)手同源性肌肉同時出現(xiàn)非自主控制的動作[32-33]。Seo選擇7例手功能Chedoke-McMaster評分2～3分的慢性腦卒中患者，研究他們在用一側(cè)拇指和食指完成夾捏物體動作時，另側(cè)手的鏡像運動特點。實驗用sEMG記錄患者雙側(cè)FDS、EDC、FDI和THE的活動，結(jié)果顯示，當患側(cè)手做夾捏動作時，非患側(cè)手THE和FDI的鏡像肌肉活動水平接近患側(cè)手肌肉活動程度，但FDS和EDC的鏡像肌肉活動水平只有患側(cè)手肌肉活動程度的一半；當健側(cè)手做夾捏動作時，患側(cè)手的THE和FDI，以及FDS和EDC的鏡像肌肉活動水平明顯減弱，分別相當于健側(cè)的16%和69%。表明患者在用一側(cè)手完成夾捏動作時，對側(cè)手多塊肌肉存在不同程度鏡像肌肉活動，治療師在對腦卒中患者進行手功能康復訓練時，應該注意手的鏡像運動，并采取相應措施避免其對患者手功能康復的干擾[34]。

4.2 康復療效評定

Hu等選擇10例伴有手指屈曲痙攣的慢性腦卒中患者作為研究對象，讓患者的患側(cè)手戴上EMG驅(qū)動的機械手完成每周3～5次，共20次抓握、釋放和移動海綿任務(wù)，并利用sEMG信號評價EMG驅(qū)動的機械手對腦卒中后患者上肢訓練的效應，結(jié)果顯示，經(jīng)EMG驅(qū)動的機械手訓練后，患側(cè)指屈肌和肱二頭肌肌電信號明顯減弱，可以明顯改善指屈肌和指伸肌之間的協(xié)調(diào)性、減弱患手的CR，明顯減低肱二頭肌過高的張力。同時該研究亦表明，在上肢訓練期間，可用肌電參數(shù)監(jiān)視肌肉的協(xié)同收縮模式變化，以量化訓練的進程[2]。de Araujo等將12例腦卒中偏癱患者隨機分為肌電手套訓練組(6例)和傳統(tǒng)物理治療組(6例)，利用sEMG對其康復療效進行評定，結(jié)果顯示，肌電手套訓練組患者手部所檢肌肉的sEMG波幅均增加，而傳統(tǒng)物理治療組只有EDC的肌電活動增加，指出肌電手套是一種有效的手功能訓練輔助裝置[35]。

Jeon等利用sEMG研究慢性腦卒中患者雙側(cè)FDI運動單位結(jié)構(gòu)的變化時發(fā)現(xiàn)，與健側(cè)相比，患側(cè)FDI運動單位動作電位波幅減低、持續(xù)時間延長，表明運動單位減小以及肌纖維傳導速度下降是造成腦卒中后肌無力的部分原因[36]。

5 小結(jié)

sEMG以其無創(chuàng)、客觀和便捷性的優(yōu)勢，已被廣泛應用于康復醫(yī)學、運動醫(yī)學等多個領(lǐng)域。sEMG在腦卒中患者手神經(jīng)肌肉功能康復評定中的應用，國外已有少量文獻報道，國內(nèi)相關(guān)文獻極少。分析原因，一方面可能與人們對卒中后手功能障礙的關(guān)注度不夠以及sEMG在國內(nèi)的應用尚處于起步階段有關(guān)；另一方面可能與sEMG目前在神經(jīng)肌肉功能評定方面的應用還不成熟，比如缺乏統(tǒng)一的參考評價標準、只能間接量化肌肉收縮力的大小等有關(guān)。

隨著遺留有手功能障礙的腦卒中患者人數(shù)的逐漸增多，以及人們對腦卒中所致手功能障礙的逐步重視，可以預見，sEMG在手神經(jīng)肌肉功能障礙康復評定方面的應用將會日益增多。今后我們還需要對sEMG進行深入細致大規(guī)模的臨床研究，以解決臨床應用sEMG過程中所遇到的各種問題，為sEMG更好地應用于手神經(jīng)肌肉功能的評定提供科學依據(jù)。

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Evaluating Hand Neural-muscle Function after Stroke with Surface Electromyography(review)

LI Fang,AN Bing-chen,ZHENG Jie-jiao
Rehabilitation Department of Huadong HospitalAffiliated to Fudan University,Shanghai 200040,China

Surface electromyography(sEMG),as an objective and quantitive assessment tool,has been used to evaluate the hand neural-muscle dysfunction after stroke in recent years.This paper reviews related literatures in nearly 10 years,which mainly introduced the common parameters of sEMG for the hand neural-muscle function,focused on the application of sEMG to estimate hand neural-muscle dysfunction after stroke.

surface electromyography;stroke;hand；neural-muscle;assessment;review

10.3969/j.issn.1006-9771.2015.03.009

R743.3

A

1006-9771(2015)03-0280-04

2014-11-10

2014-12-31)

1.上海市衛(wèi)生計生委重大推廣類項目(No.2013SY002)；2.上海市科委重大項目-2013年度“科技創(chuàng)新行動計劃”(No.13411951101)。

復旦大學附屬華東醫(yī)院，上海市200040。作者簡介：李芳(1990-)，女，漢族，山東蒼山縣人，碩士研究生，主要研究方向：腦卒中、表面肌電圖。通訊作者：鄭潔皎，女，教授。E-mail:zjjcss@163.com。