表面肌电图评估技术在脑卒中患者下肢肌肉领域的应用

廖志平，魏爽，李建华

表面肌电图(surface electromyography,SEMG)评估技术是通过在肌肉表面放置皮肤(表面)电极，采集肌肉活动时的肌电信号，从而对神经肌肉功能作定量和定性分析的技术。sEMG信号主要从人体生物特征角度研究肢体肌肉功能而进行康复评估，其特征的变化能够在一定程度上反映中枢控制因素和肌肉兴奋传导速度的特性[1]。sEMG信号评估技术常用于评估脑卒中步态[2]、吞咽[3]、平衡[4]、康复疗效评估[5]等领域。

脑卒中患者偏瘫侧下肢易出现足下垂、足内翻及其他运动障碍，严重影响患者行走功能的恢复[6]。因此，笔者对近年来sEMG技术在脑卒中偏瘫患者下肢运动中的一些应用加以综述，分析既往sEMG技术在此领域的应用及仍待进一步研究的问题，使sEMG技术在偏瘫患者下肢运动的研究中发挥更大作用。

1 SEMG的常用指标

SEMG的分析方法主要集中在时域、频域及时-频结合分析法以及非线性分析法几个方面。时域分析是将肌电信号看作时间的变化函数，通过计算信号均值、幅值直方图等统计指标来反映信号振幅在时间维度的变化，其在步态分析中为表面电极记录步行时的肌电信号的起止时间[2]，表明该肌肉参与活动的协同性，波幅及时程说明肌肉活动的合理性。常用指标包括积分肌电值(integrated electromyogram，iEMG)、标准化平均肌电值(average EMG,AEMG)和均方根值(root mean square，RMS)等[7]；iEMG是指在单位时间内肌肉中参与活动的运动单位放电总量，其值大小一定程度上反映参加工作的运动单位的数量及每个运动单位的放电大小；RMS是放电有效值，其大小取决于肌电幅值变化，其与运动单位募集跟兴奋节律的同步化有关。频域分析是通过对sEMG信号做快速傅立叶变换得出的关于表面肌电信号在各个频域范围内的分布情况的指标，主要分析指标包括平均功率频率(mean power fre quency，MPF)以及中位频率(median frequency，MF)，广泛应用于肌肉疾病评估和肌肉疲劳的分析。近年来对EMG的非线性分析获得了很大进展，一定程度上解决了SEMG的信号不精确的问题，但其研究尚处于初级阶段，因相关分析方法较为复杂等原因导致目前临床应用仍较少[8]。

2 sEMG评测技术的优势与局限性

目前对脑卒中后下肢功能的评估主要包括Fugl-meyer运动测定、平衡功能测定等量表测定以及徒手肌力测定，这些方法往往存在主观等人为因素，往往难以客观反映卒中下肢功能的真实情况。众所周知sEMG具有安全、无创、无痛、可靠、客观量化等多项优点[9]，对于神经肌肉疾病的评估以及指导治疗方面都具有重要的参考价值和意义。因而能够客观反映下肢肌群的肌肉功能，其较之针极肌电图而言缺乏对自发电位的检测、分辨率低，但其探测空间大、重复性好[10]。但是sEMG在实际运用上也发现尚缺乏可用于个体之间相互比较的参考值，而且仅能评估表浅肌肉的肌肉功能，不可避免的存在电干扰现象，不能准确区分目标肌肉及临近肌肉，难以对位置较深或体积较小的肌肉进行评测[11]。

3 sEMG技术在脑卒中偏瘫患者下肢领域中的应用

3.1 等长收缩研究 最大等长收缩(maximum isometric voluntary contraction，MIVC)被认为是定量评定肌肉功能的可靠指标[12]，姜丽[13]在脑卒中恢复期偏瘫患者膝屈伸MIVC时大腿肌肉的sEMG特征研究发现，伸膝时，患侧股内侧肌、股直肌及股外侧肌的iEMG明显小于正常对照及健侧；健侧股直肌的iEMG明显小于正常对照；屈膝时，患侧股二头肌、股外侧肌及骨直肌的iEMG明显小于正常对照；患侧协同收缩率(co-contraction ratio，CCR)在伸膝状态下显著大于健侧及正常对照，而在患侧屈膝是有大于健侧及正常对照的趋势。本研究表明恢复期脑卒中偏瘫患者双下肢肌肉收缩能力下降，大腿伸肌存在轻度痉挛。郭京伟等[14]为探讨脑卒中患者恢复期胫骨前肌(tibialis anterior muscle，TA)和腓肠肌(gastrocnemius,GS)的sEMG信号特点及规律进行了临床研究，得出恢复后期的偏瘫患者踝背伸主动肌的收缩功能及拮抗肌协同收缩的控制能力显著好于恢复前期的偏瘫患者。

3.2 步态分析研究 Marks等[15]发现，偏瘫患者患肢摆动相延长而下肢肌电活动减少，而健侧肢体则为摆动相缩短但下肢肌电活动增多。Buurk[16]研究首次发病的13例脑卒中患者在无辅助步行、扶单脚手杖步行和扶四脚手杖步行3种条件下,测定患侧臀大肌、臀中肌、股外侧肌、半腱肌、GS和TA等肌肉的sEMG，发现扶单脚手杖步行时患侧TA肌电活动的持续时间比独立步行时明显缩短；患者扶单脚手杖以及扶四脚手杖步行时，患侧股外侧肌和TA的肌电振幅下降，表明进行康复训练时为达到肌肉的正常激活模式，扶单脚手杖是需要考虑的。赵军[17]指出同正常人步态相比，偏瘫患者腓骨长短肌、腓肠肌内外侧头支撑期的RMS值较正常人明显减小，健侧腓肠肌外侧头摆动相时的RMS值较正常人明显增加，步行速度与支撑期胫前肌、腓伸肌群的RMS值呈正相关，与支撑期股直肌、股四头肌内侧头的MF值呈正相关，证明偏瘫患者步速慢、步态不对称与下肢关节活动受限，支撑力差，肌力弱特别是小腿肌肉力量弱有明显关系。

3.3 平衡领域的研究 Jiang[18]在研究中发现恢复期脑卒中患者两侧大腿前后肌群收缩功能及肌力均下降，大腿伸肌痉挛模式依然存在。康复训练除了抑制偏瘫肢体伸肌的痉挛外，还应注重两侧大腿肌群特别是股直肌和股二头肌的肌力训练来提高关节稳定性及改善平衡能力。Wen[4]在研究脑卒中患者静态和动态平衡中大腿肌肉的活动，发现在所有静态平衡测试中患侧的股内侧肌、股直肌、股二头肌的AEMG高于对照组，而健侧股直肌的EMG在4种静态试验中也高于对照组。而在动态试验中，实验组的平衡测试时间长于对照组，患侧股二头肌的活动对比对照组也明显不同。这个研究表明偏瘫侧股直肌、股内侧肌和股二头肌以及健侧股直肌参与了患者的静态平衡，导致患者站立不稳,而患侧股二头肌在动态平衡中也影响了患者的平衡控制。

3.4 痉挛领域的研究 既往研究认为痉挛发生的原因在于是γ、α运动神经元及肌梭的敏感性增高引起[19]，而sEMG信号源于大脑运动皮层控制下的a运动神经元的生物电活动，因此在理论上sEMG能够对脑卒中患者的痉挛进行评估。目前应用sEMG关于脑卒中后下肢肌肉痉挛领域的研究较少，Onishi等[20]对iEMG与肌力和肌张力的关系研究指出：肌肉随意静力收缩时表面电极测定iEMG与肌力及肌张力在一定程度上呈正相关。徐嘉[21]在运用sEMG定量分析脑卒中患者患侧下肢肌张力的研究中，通过记录17例脑卒中患者偏瘫侧下肢股直肌的sEMG信号，并比较MMT(徒手肌力检查等级)、Ashworth量表和它们的相关性。发现Ashworth评分与静息状态下的股直肌RMS平均值呈正相关，说明sEMG可以定量分析脑卒中病人痉挛的程度。

3.5 脑卒中患者下肢肌肉功能的康复训练方法的疗效评价 Sabut等[22]在研究功能性电刺激结合传统康复训练对脑卒中足下垂患者步行速度，表面肌电活动及代谢反应的研究时发现，试验后，胫骨前肌的AEMG、RMS和MF都有明显提高，提示胫骨前肌肌力增加。提示功能性电刺激结合传统康复训练能够提高中风后足下垂患者的肌力。Zhu[23]在应用芍药甘草汤结合康复训练治疗脑卒中偏瘫患者痉挛的疗效中，于治疗前后评估患者在等速测试仪上被动牵伸下肱二头肌、TA、GS的RMS发现观察组比对照组均有显著改善，表明芍药甘草汤能显著改善患者的痉挛状态，降低患者的肌张力。Andersen[24]在研究高强度的物理康复训练对脑卒中后轻度偏瘫患者的神经肌肉功能的影响，在患者参与12周高强度的门诊物理康复训练后，运用等速肌肉力量测定，sEMG以及步态分析等测试发现，患者膝关节伸肌和屈肌的力量增加，步行能力提高52%～68%,表明高强度的物理康复治疗能够改善脑卒中患者的神经肌肉功能和步行能力，在现有康复训练中增加高强度的肌肉力量训练是安全高效的。

4 研究展望

以上是近年来对sEMG技术在脑卒中下肢领域的应用情况所进行的一些总结。总体来说，sEMG技术已应用于脑卒中患者下肢肌肉等长收缩、步态分析、平衡功能、痉挛分析、康复疗效等各个方面，但仍存在许多问题尚待解决，比如在测试过程中，测试动作标准不一，测试肌肉及电极贴片贴法位置存在差异。另外测试人员所使用的表面肌电图测试仪器也不尽相同，因而限制了相邻成果之间的比较。另外许多量化指标也尚待改进，譬如痉挛状态、异常激活模式和异常肌电相位，以及徒手肌力，这些指标需要将sEMG数据进行峰值标准化，今后可以在这些方面进行大规模的的临床研究，得出较为可靠的sEMG测量及分析方法。

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