表面肌電圖評估技術在腦卒中患者下肢肌肉領域的應用

廖志平，魏爽，李建華

表面肌電圖(surface electromyography,SEMG)評估技術是通過在肌肉表面放置皮膚(表面)電極，采集肌肉活動時的肌電信號，從而對神經肌肉功能作定量和定性分析的技術。sEMG信號主要從人體生物特征角度研究肢體肌肉功能而進行康復評估，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速度的特性[1]。sEMG信號評估技術常用于評估腦卒中步態[2]、吞咽[3]、平衡[4]、康復療效評估[5]等領域。

腦卒中患者偏癱側下肢易出現足下垂、足內翻及其他運動障礙，嚴重影響患者行走功能的恢復[6]。因此，筆者對近年來sEMG技術在腦卒中偏癱患者下肢運動中的一些應用加以綜述，分析既往sEMG技術在此領域的應用及仍待進一步研究的問題，使sEMG技術在偏癱患者下肢運動的研究中發揮更大作用。

1 SEMG的常用指標

SEMG的分析方法主要集中在時域、頻域及時-頻結合分析法以及非線性分析法幾個方面。時域分析是將肌電信號看作時間的變化函數，通過計算信號均值、幅值直方圖等統計指標來反映信號振幅在時間維度的變化，其在步態分析中為表面電極記錄步行時的肌電信號的起止時間[2]，表明該肌肉參與活動的協同性，波幅及時程說明肌肉活動的合理性。常用指標包括積分肌電值(integrated electromyogram，iEMG)、標準化平均肌電值(average EMG,AEMG)和均方根值(root mean square，RMS)等[7]；iEMG是指在單位時間內肌肉中參與活動的運動單位放電總量，其值大小一定程度上反映參加工作的運動單位的數量及每個運動單位的放電大小；RMS是放電有效值，其大小取決于肌電幅值變化，其與運動單位募集跟興奮節律的同步化有關。頻域分析是通過對sEMG信號做快速傅立葉變換得出的關于表面肌電信號在各個頻域范圍內的分布情況的指標，主要分析指標包括平均功率頻率(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，因相關分析方法較為復雜等原因導致目前臨床應用仍較少[8]。

2 sEMG評測技術的優勢與局限性

目前對腦卒中后下肢功能的評估主要包括Fugl-meyer運動測定、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情況。眾所周知sEMG具有安全、無創、無痛、可靠、客觀量化等多項優點[9]，對于神經肌肉疾病的評估以及指導治療方面都具有重要的參考價值和意義。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電位的檢測、分辨率低，但其探測空間大、重復性好[10]。但是sEMG在實際運用上也發現尚缺乏可用于個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象，不能準確區分目標肌肉及臨近肌肉，難以對位置較深或體積較小的肌肉進行評測[11]。

3 sEMG技術在腦卒中偏癱患者下肢領域中的應用

3.1 等長收縮研究 最大等長收縮(maximum isometric voluntary contraction，MIVC)被認為是定量評定肌肉功能的可靠指標[12]，姜麗[13]在腦卒中恢復期偏癱患者膝屈伸MIVC時大腿肌肉的sEMG特征研究發現，伸膝時，患側股內側肌、股直肌及股外側肌的iEMG明顯小于正常對照及健側；健側股直肌的iEMG明顯小于正常對照；屈膝時，患側股二頭肌、股外側肌及骨直肌的iEMG明顯小于正常對照；患側協同收縮率(co-contraction ratio，CCR)在伸膝狀態下顯著大于健側及正常對照，而在患側屈膝是有大于健側及正常對照的趨勢。本研究表明恢復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期脛骨前肌(tibialis anterior muscle，TA)和腓腸肌(gastrocnemius,GS)的sEMG信號特點及規律進行了臨床研究，得出恢復后期的偏癱患者踝背伸主動肌的收縮功能及拮抗肌協同收縮的控制能力顯著好于恢復前期的偏癱患者。

3.2 步態分析研究 Marks等[15]發現，偏癱患者患肢擺動相延長而下肢肌電活動減少，而健側肢體則為擺動相縮短但下肢肌電活動增多。Buurk[16]研究首次發病的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,測定患側臀大肌、臀中肌、股外側肌、半腱肌、GS和TA等肌肉的sEMG，發現扶單腳手杖步行時患側TA肌電活動的持續時間比獨立步行時明顯縮短；患者扶單腳手杖以及扶四腳手杖步行時，患側股外側肌和TA的肌電振幅下降，表明進行康復訓練時為達到肌肉的正常激活模式，扶單腳手杖是需要考慮的。趙軍[17]指出同正常人步態相比，偏癱患者腓骨長短肌、腓腸肌內外側頭支撐期的RMS值較正常人明顯減小，健側腓腸肌外側頭擺動相時的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，與支撐期股直肌、股四頭肌內側頭的MF值呈正相關，證明偏癱患者步速慢、步態不對稱與下肢關節活動受限，支撐力差，肌力弱特別是小腿肌肉力量弱有明顯關系。

3.3 平衡領域的研究 Jiang[18]在研究中發現恢復期腦卒中患者兩側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。康復訓練除了抑制偏癱肢體伸肌的痙攣外，還應注重兩側大腿肌群特別是股直肌和股二頭肌的肌力訓練來提高關節穩定性及改善平衡能力。Wen[4]在研究腦卒中患者靜態和動態平衡中大腿肌肉的活動，發現在所有靜態平衡測試中患側的股內側肌、股直肌、股二頭肌的AEMG高于對照組，而健側股直肌的EMG在4種靜態試驗中也高于對照組。而在動態試驗中，實驗組的平衡測試時間長于對照組，患側股二頭肌的活動對比對照組也明顯不同。這個研究表明偏癱側股直肌、股內側肌和股二頭肌以及健側股直肌參與了患者的靜態平衡，導致患者站立不穩,而患側股二頭肌在動態平衡中也影響了患者的平衡控制。

3.4 痙攣領域的研究 既往研究認為痙攣發生的原因在于是γ、α運動神經元及肌梭的敏感性增高引起[19]，而sEMG信號源于大腦運動皮層控制下的a運動神經元的生物電活動，因此在理論上sEMG能夠對腦卒中患者的痙攣進行評估。目前應用sEMG關于腦卒中后下肢肌肉痙攣領域的研究較少，Onishi等[20]對iEMG與肌力和肌張力的關系研究指出：肌肉隨意靜力收縮時表面電極測定iEMG與肌力及肌張力在一定程度上呈正相關。徐嘉[21]在運用sEMG定量分析腦卒中患者患側下肢肌張力的研究中，通過記錄17例腦卒中患者偏癱側下肢股直肌的sEMG信號，并比較MMT(徒手肌力檢查等級)、Ashworth量表和它們的相關性。發現Ashworth評分與靜息狀態下的股直肌RMS平均值呈正相關，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訓練方法的療效評價 Sabut等[22]在研究功能性電刺激結合傳統康復訓練對腦卒中足下垂患者步行速度，表面肌電活動及代謝反應的研究時發現，試驗后，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合傳統康復訓練能夠提高中風后足下垂患者的肌力。Zhu[23]在應用芍藥甘草湯結合康復訓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牽伸下肱二頭肌、TA、GS的RMS發現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，降低患者的肌張力。Andersen[24]在研究高強度的物理康復訓練對腦卒中后輕度偏癱患者的神經肌肉功能的影響，在患者參與12周高強度的門診物理康復訓練后，運用等速肌肉力量測定，sEMG以及步態分析等測試發現，患者膝關節伸肌和屈肌的力量增加，步行能力提高52%～68%,表明高強度的物理康復治療能夠改善腦卒中患者的神經肌肉功能和步行能力，在現有康復訓練中增加高強度的肌肉力量訓練是安全高效的。

4 研究展望

以上是近年來對sEMG技術在腦卒中下肢領域的應用情況所進行的一些總結。總體來說，sEMG技術已應用于腦卒中患者下肢肌肉等長收縮、步態分析、平衡功能、痙攣分析、康復療效等各個方面，但仍存在許多問題尚待解決，比如在測試過程中，測試動作標準不一，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。另外許多量化指標也尚待改進，譬如痙攣狀態、異常激活模式和異常肌電相位，以及徒手肌力，這些指標需要將sEMG數據進行峰值標準化，今后可以在這些方面進行大規模的的臨床研究，得出較為可靠的sEMG測量及分析方法。

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