肌電電極技術原理

肌電電極技術是一種用于檢測和記錄肌肉電活動的關鍵工具，其原理基于肌肉收縮時產生的電信號。以下是肌電電極技術的核心原理及技術細節(jié)：

1. 肌電信號的產生

生理基礎：當運動神經元激活時，動作電位沿神經傳導至神經肌肉接頭（突觸），引起肌纖維去極化，產生動作電位（即肌纖維動作電位，MFAP）。多根肌纖維的電位總和形成運動單元動作電位（MUAP）。

信號特征：

幅度：表面肌電（sEMG）通常為微伏級（50μV–5mV），針電極肌電（iEMG）可達毫伏級。

頻率：主要能量集中在20–500Hz范圍內，受肌肉類型、疲勞狀態(tài)等因素影響。

2. 電極類型與工作原理

(1) 表面肌電電極（sEMG）

原理：通過皮膚表面電極（通常為Ag/AgCl）檢測肌肉群的整體電活動，反映多個運動單元的疊加信號。

技術要點：

雙極配置：兩個檢測電極加一個參考電極，差分放大以抑制共模噪聲。

電極間距：通常10–20mm，影響信號的空間分辨率。

頻率響應：需匹配肌電信號帶寬（如10–1000Hz）。

(2) 針電極（iEMG）

原理：插入肌肉內的細針電極（如同心針、單極針）直接記錄單個運動單元的電活動，空間分辨率高。

技術要點：

檢測范圍：約0.5–1mm半徑內的肌纖維活動。

臨床應用：用于神經肌肉疾病診斷（如肌萎縮側索硬化癥）。

(3) 細絲電極（Wire EMG）

原理：將極細金屬絲植入肌肉，適合長期或動態(tài)監(jiān)測，兼顧侵入性與信號質量。

3. 信號采集與處理

放大與濾波：

放大倍數(shù)：通常1000–10000倍（因信號微弱）。

濾波：

高通濾波（>10Hz）去除運動偽跡。

低通濾波（<500Hz）抑制高頻噪聲。

噪聲抑制：

共模抑制比（CMRR）：>80dB以消除工頻干擾（如50/60Hz）。

屏蔽導線：減少電磁干擾。

4. 應用領域

臨床診斷：神經傳導異常、肌病、脊髓損傷評估。

康復工程：假肢控制（通過sEMG模式識別用戶意圖）。

運動科學：肌肉疲勞分析、運動生物力學研究。

人機交互：腦機接口（BCI）的輔助輸入信號。

5. 技術挑戰(zhàn)

信號衰減：sEMG易受皮下脂肪層厚度影響（脂肪為電的不良導體）。

交叉干擾：相鄰肌肉信號串擾（需通過電極布局優(yōu)化解決）。

動態(tài)噪聲：運動時電極-皮膚界面阻抗變化（采用凝膠或干電極改進）。

6. 新興技術

高密度sEMG（HD-sEMG）：多電極陣列（如64通道）實現(xiàn)肌肉活動成像。

干電極：無需導電凝膠，適合可穿戴設備（但阻抗較高）。

無線傳輸：藍牙/Wi-Fi實時傳輸，提升移動監(jiān)測能力。

肌電電極技術的核心在于將微弱的生理電信號轉化為可分析的電子信號，其性能取決于電極設計、信號處理算法及抗干擾能力。隨著柔性電子和AI技術的發(fā)展，肌電檢測正朝著更高精度、更低侵入性的方向演進。