表面肌电图检测技术在步态分析中的应用
表面肌电图是神经肌肉系统活动时的生物电变化经被检测肌肉皮肤表面电极引导、放大、显示和记录所获得的一维电压时间序列信号。
表面肌电图提供了一种安全、操作简便、无创、无疼痛、无不良反应的神经肌肉功能状况检测手段。表面肌电图与运动学、运动力学、临床体检结合，可以对受试者的步行功能作出全面、系统的评估，近年来已广泛用于基础科学和临床患者步态的研究。
人的步行是在神经系统的调节下，下肢肌群收缩，以关节为支点，牵拉骨，使骨位置或角度改变而产生。下肢肌是步行的能动部分，骨和关节是步行的被动部分。下肢肌群的活动在很大程度上决定了人的步行能力。
人的步行是在神经系统的调节下，下肢肌群收缩，以关节为支点，牵拉骨，使骨位置或角度改变而产生。下肢肌是步行的能动部分，骨和关节是步行的被动部分。下肢肌群的活动在很大程度上决定了人的步行能力。
表面肌电图信号的分析主要包括原始表面肌电图信号分析和处理后的数据分析。处理后的数据分析主要包括：时域分析、频域分析。时域分析的主要指标包括平均振幅、肌电积分等；频域分析常用指标为平均频率和中位频率等。
正常青年步行时的表面肌电图显示：步行过程中，双侧下肢的股直肌、胫前肌、股二头肌、腓肠肌内侧的肌纤维运动单位的动作电位开始、结束后出现一段时间的静息电位而呈现肌电的活动与静止周期性变化、右左侧同名肌肉肌电信号的密集程度和高度基本对称并交替活动。此外，人在自然步态中根据所测肌肉原始表面肌电图信号的特征性变化可较准确区分步态周期，步态周期是人行走时一侧足跟着地起到再次同侧足跟着地所经过的时间，步态周期分为站立相和摆动相，站立相又分着地反应、站立中期、站立末期、摆动前期，摆动相又分为最初摆动、最终摆动。
行走时，每一个动作的实现，都在神经系统的调节下，有关肌群协同活动才能完成正常的步态。正常青年人自然步态中，其股直肌、胫前肌、股二头肌、腓肠肌的肌电活动随步态周期呈活动与静止周期性、协调性变化，双侧下肢的同名肌肉交替活动。在步态周期中，股直肌、股二头肌、胫前肌在站立相前期(即着地反应期)和摆动相肌电活跃，腓肠肌内侧在站立相中绝大部分时期肌电活跃。
表面肌电图原始信号作为最直接的形式可显示肌电活动的发生和静息情况，在不考虑波幅的情况下可分析肌电活动的起始和结束关系；原始肌电信号的密集程度和高度在一定程度上可反映收缩的幅度或力量。密集程度和高度越高，表面肌电图信号越强，则收缩越强。
正常青年步行时的表面肌电图显示：步行过程中，双侧下肢的股直肌、胫前肌、股二头肌、腓肠肌内侧的肌纤维运动单位的动作电位开始、结束后出现一段时间的静息电位而呈现肌电的活动与静止周期性变化、右左侧同名肌肉肌电信号的密集程度和高度基本对称并交替活动。此外，人在自然步态中根据所测肌肉原始表面肌电图信号的特征性变化可较准确区分步态周期，步态周期是人行走时一侧足跟着地起到再次同侧足跟着地所经过的时间，步态周期分为站立相和摆动相，站立相又分着地反应、站立中期、站立末期、摆动前期，摆动相又分为最初摆动、最终摆动。
行走时，每一个动作的实现，都在神经系统的调节下，有关肌群协同活动才能完成正常的步态。正常青年人自然步态中，其股直肌、胫前肌、股二头肌、腓肠肌的肌电活动随步态周期呈活动与静止周期性、协调性变化，双侧下肢的同名肌肉交替活动。在步态周期中，股直肌、股二头肌、胫前肌在站立相前期(即着地反应期)和摆动相肌电活跃，腓肠肌内侧在站立相中绝大部分时期肌电活跃。
处理后的数据是原始表面肌电图信号利用Noraxon MR3软件自带的信号处理中的全波整流、平滑和分析功能进行处理得出。其中振幅变化主要反映肌肉活动时运动单位激活的数量、参与活动的运动单位类型以及其放电频率同步化程度，与不同肌肉负荷强度条件下的中枢控制功能有关。肌电积分值是对所测得表面肌电图信号进行整流平滑后单位时间内曲线下面积的总和，可以反映肌电信号随时间进行的强弱，其值的高低反映运动时参与肌肉收缩的肌纤维数目的多少和每个运动单位的放电大小。该指标主要体现肌肉在单位时间内的收缩特性。肌肉收缩时，肌电积分与肌力之间存在着线性关系。当肌肉收缩的力量增强时，参加工作的运动单位数量增多并且每个运动单位的放电增加，因此，肌电积分随之增加，反之亦然。平均频率表示的是过功率谱曲线重心的频率。其高低与外周运动单位动作电位的传导速度、参与活动的运动单位类型以及其同步化程度有关。
另外，人体骨骼肌纤维主要有2种成分，慢肌纤维(Ⅰ型纤维)和快肌纤维(Ⅱ型纤维)。其中，慢肌纤维以低频电位活动为主，快肌纤维兴奋主要表现高频放电。平均频率与骨骼肌中Ⅰ型纤维所占的比例成正相关，与Ⅱ型纤维所占的比例成负相关。中位频率是指骨骼肌收缩过程中肌纤维放电频率的中间值，在正常情况下人体不同部位骨骼肌之间的中位频率值高低差异较大，主要受肌肉组织中的慢肌纤维(Ⅰ型纤维)和快肌纤维(Ⅱ型纤维)的组成比例影响。
另外，人体骨骼肌纤维主要有2种成分，慢肌纤维(Ⅰ型纤维)和快肌纤维(Ⅱ型纤维)。其中，慢肌纤维以低频电位活动为主，快肌纤维兴奋主要表现高频放电。平均频率与骨骼肌中Ⅰ型纤维所占的比例成正相关，与Ⅱ型纤维所占的比例成负相关。中位频率是指骨骼肌收缩过程中肌纤维放电频率的中间值，在正常情况下人体不同部位骨骼肌之间的中位频率值高低差异较大，主要受肌肉组织中的慢肌纤维(Ⅰ型纤维)和快肌纤维(Ⅱ型纤维)的组成比例影响。
平地自然行走时，优势侧下肢肌群只要募集较少的运动单位就能完成几乎同样功耗的步行运动，运动单位数量少，则平均肌电振幅低；在自然步态中，优势侧腓肠肌募集的可能主要是慢肌纤维比例增多，快肌纤维比例减少，慢肌纤维活动时低频放电，则优势侧腓肠肌内侧平均频率和中位频率低。另外受试者平均肌电振幅、平均肌电积分、平均频率、中位频率最大的是腓肠肌内侧，其他的由大到小依次是胫前肌，股二头肌，股直肌，这与步态周期中，支撑期的肌群活动主要是依靠腓肠肌的收缩活动完成，腓肠肌在人步行与站立时起重要作用有关。
