陣列式表面肌電信號(hào)（SEMG）的分析與應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

表面肌電信號(hào)（SEMG）是反映肌肉活動(dòng)的重要生物電信號(hào)，但它極其微弱、易受干擾且不穩(wěn)定。要從中提取有價(jià)值的肌肉活動(dòng)信息，精準(zhǔn)的分析處理至關(guān)重要。陣列式表面肌電技術(shù)（High-Density Surface EMG, HD-sEMG）作為SEMG技術(shù)的重大發(fā)展，不僅繼承了傳統(tǒng)單通道SEMG的所有分析方法（如線性和非線性分析），更憑借其獨(dú)特的多通道空間采樣能力，在揭示肌肉深層特性方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。

一、陣列式表面肌電的核心分析處理技術(shù)
陣列式表面肌電技術(shù)的強(qiáng)大之處在于其能同時(shí)捕捉肌肉表面多個(gè)位置的信號(hào)，從而構(gòu)建出肌肉活動(dòng)的“時(shí)空地圖”。其核心分析處理圍繞兩大方向展開：
1. 多通道信號(hào)處理：揭示肌肉結(jié)構(gòu)與功能細(xì)節(jié)

• 神經(jīng)支配區(qū)精確定位： 同步顯示多通道信號(hào)，能直觀展現(xiàn)運(yùn)動(dòng)單位動(dòng)作電位（MUAP）從神經(jīng)肌肉接頭（即神經(jīng)支配區(qū)）向肌腱兩端的雙向傳播軌跡（如圖5-13A&B所示）。這使研究人員能精準(zhǔn)定位肌肉中的神經(jīng)支配區(qū)，這是傳統(tǒng)單通道或針式肌電難以企及的。例如，研究已證明基于MUAP傳播特性的自動(dòng)檢測(cè)方法準(zhǔn)確率高達(dá)90%。
• 評(píng)估神經(jīng)支配區(qū)穩(wěn)定性與影響： 研究發(fā)現(xiàn)，即使在等長(zhǎng)收縮狀態(tài)下，神經(jīng)支配區(qū)的位置也可能隨收縮強(qiáng)度變化而發(fā)生位移（Pitulainen等研究）。這種位移會(huì)顯著影響鄰近通道的信號(hào)特征值（如RMS, MDF, CV）。因此，在測(cè)量前精確定位神經(jīng)支配區(qū)至關(guān)重要，這能有效排除干擾通道信號(hào)，確保后續(xù)分析的準(zhǔn)確性。
• 肌纖維傳導(dǎo)速度計(jì)算： 通過分析信號(hào)在相鄰電極間的傳播時(shí)間差，可以計(jì)算肌纖維傳導(dǎo)速度（CV），評(píng)估肌肉的生理狀態(tài)。
• 信息冗余與可靠性提升： 多通道特性提供了信息冗余，允許研究者排除受干擾通道的數(shù)據(jù)，選擇最優(yōu)信號(hào)通道，從而更可靠地評(píng)估神經(jīng)肌肉功能狀態(tài)。

2. 肌電圖像處理：可視化肌肉時(shí)空活動(dòng)特性
陣列式SEMG數(shù)據(jù)天然適合進(jìn)行圖像化處理，將復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)化為直觀的“肌肉活動(dòng)圖”。

• 構(gòu)建肌電圖像： 通過空間濾波和空間采樣技術(shù)，結(jié)合插值算法（如雙三次插值），可以將每個(gè)通道的肌電幅度（如RMS值）映射為圖像中的像素亮度，生成肌電振幅圖像（如圖5-14所示）。這些圖像清晰呈現(xiàn)神經(jīng)支配區(qū)位置和MUAP的傳播模式。
• 解剖特性分析： 應(yīng)用圖像處理技術(shù)（如多值濾波）可進(jìn)一步分析肌肉的解剖或幾何特性，使MUAP傳播和神經(jīng)支配區(qū)分布等信息更易于解讀。
• 時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)： 陣列式SEMG的核心優(yōu)勢(shì)之一是能實(shí)時(shí)可視化肌肉在不同任務(wù)中的時(shí)空活動(dòng)變化。例如：

運(yùn)動(dòng)單位活動(dòng)模式解析： 多通道信息為分解表面肌電信號(hào)、識(shí)別單個(gè)運(yùn)動(dòng)單位（MU）提供了可能。利用連續(xù)小波變換、盲源分離、模板匹配甚至卷積核補(bǔ)償算法（如Farina等在192通道系統(tǒng)上的嘗試），可以從復(fù)雜的疊加信號(hào)中提取MUAP波形、發(fā)放序列和頻率等信息，揭示不同力量輸出下運(yùn)動(dòng)單位的募集模式。這為理解神經(jīng)控制策略和開發(fā)更先進(jìn)的假肢控制方法（如直接利用中樞控制信息）開辟了新途徑。
克服傳統(tǒng)局限： 肌電特征圖像有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)SEMG對(duì)電極位置高度敏感的缺陷，基于不同特征值（振幅、頻率等）構(gòu)建的圖像能更全面地反映肌肉的活動(dòng)水平和功能狀態(tài)。

結(jié)論：陣列式表面肌電的價(jià)值所在
陣列式表面肌電技術(shù)，通過結(jié)合先進(jìn)的多通道信號(hào)處理和肌電圖像可視化技術(shù)，為神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的功能評(píng)價(jià)提供了一種強(qiáng)大、無(wú)創(chuàng)且信息豐富的全新手段。它不僅能提供傳統(tǒng)SEMG無(wú)法獲取的關(guān)鍵信息（如精確的神經(jīng)支配區(qū)定位、肌纖維傳導(dǎo)速度、肌肉活動(dòng)的精細(xì)時(shí)空特性），還能更深入地解析運(yùn)動(dòng)單位的活動(dòng)模式。這使得陣列式SEMG在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)、康復(fù)工程、人機(jī)交互（如假肢控制）、肌肉功能研究和生物力學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，代表著肌電信號(hào)分析技術(shù)發(fā)展的前沿方向。

二、高密度表面肌電設(shè)備推薦——國(guó)產(chǎn)512通道無(wú)線高密度表面肌電測(cè)試系統(tǒng)
高密度表面肌電（high-density surface electromyography, HD-sEMG）作為一種先進(jìn)的神經(jīng)肌肉電活動(dòng)評(píng)估技術(shù)，其核心價(jià)值在于采用高精度二維矩陣電極陣列，形成高密度肌電采集網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)肌肉電生理活動(dòng)的精細(xì)化捕捉與全面解析。
相比傳統(tǒng)表面肌電技術(shù)僅能記錄肌肉激活狀態(tài)、程度及順序的局限性，HD-sEMG憑借其卓越的空間分辨率，能夠繪制出肌肉活動(dòng)的詳細(xì)空間分布圖，為實(shí)時(shí)觀察肌肉動(dòng)態(tài)提供了全新的視角。
此外，HD-sEMG還可用于研究肌纖維動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度、神經(jīng)支配區(qū)域判定以及運(yùn)動(dòng)單元?jiǎng)幼麟娢唬╩otor unit action potential, MUAP）解碼等功能，從而深入探索神經(jīng)肌肉電生理活動(dòng)，揭示傳統(tǒng)肌電技術(shù)難以捕捉的復(fù)雜且細(xì)微的肌肉活動(dòng)信息。
HD-sEMG技術(shù)在肌肉功能研究、運(yùn)動(dòng)控制分析以及神經(jīng)肌肉疾病機(jī)制探索中具有重要意義，并在運(yùn)動(dòng)科學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、人機(jī)交互、假肢控制等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，為相關(guān)領(lǐng)域的研究與發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。



1、產(chǎn)品概述
Oct-HD是一款分布式可穿戴無(wú)線高密度肌電采集分析系統(tǒng)。每個(gè)模塊可同時(shí)采集64通道肌電信號(hào)及九軸運(yùn)動(dòng)姿態(tài)數(shù)據(jù)，能夠便捷地固定在肢體和軀干各部位�；�于專利同步技術(shù)，系統(tǒng)最高支持512通道同步工作，實(shí)現(xiàn)在線和離線狀態(tài)下的多模塊同步采樣。內(nèi)置全通道阻抗檢測(cè)功能，可精準(zhǔn)評(píng)估電極接觸質(zhì)量。配套軟件提供神經(jīng)元分解、肌電地形圖、肌纖維傳導(dǎo)速率等高級(jí)分析功能，支持一鍵操作，助力多學(xué)科研究。電控自鎖基站可安全固定和存儲(chǔ)采樣模塊，同時(shí)支持8通道輔助輸入和外部同步輸入輸出功能，滿足復(fù)雜實(shí)驗(yàn)需求。

2、軟件優(yōu)勢(shì)

• 肌肉激活模式解讀、肌肉放電空間維度解析、運(yùn)動(dòng)單元解碼-神經(jīng)肌肉放電深層解讀；
• 肌電地形圖、神經(jīng)-肌肉傳導(dǎo)速度、神經(jīng)肌肉支配區(qū)識(shí)別、肌肉疲勞特征計(jì)算；
• 智能分析、簡(jiǎn)單易用、無(wú)需編程、出具報(bào)告、作圖可直接用于論文中；
• 一鍵管理、一鍵配置模塊，告別繁瑣操作；

3、應(yīng)用場(chǎng)景

• 康復(fù)診斷與評(píng)定、運(yùn)動(dòng)科學(xué)、人機(jī)工效、手勢(shì)交互、機(jī)器人、假肢控制等領(lǐng)域。
• 多模態(tài)聯(lián)用：可與腦電、近紅外腦成像、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、運(yùn)動(dòng)技能監(jiān)測(cè)、康復(fù)評(píng)定等設(shè)備聯(lián)合使用。

參考文獻(xiàn)：《表面肌電圖診斷技術(shù)臨床應(yīng)用》——李建華、王健主編
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