什么是表面肌电信号

表面肌电信号（surface electromyography signal，sEMG）是通过电极从肌肉表面引导并记录神经肌肉系统活动而获得的一维时间序列信号。这种信号的变化与参与活动的运动单位数量、运动单位的活动模式和代谢状态等因素密切相关，能够实时、准确地反映肌肉的活动状态和功能状态，并且不造成任何损伤。

原始的表面肌电图信号需要经过滤波、漂移校正和伪迹去除等预处理步骤，才能进行进一步分析：

预处理步骤

1. **滤波**

• 高通滤波（5-10Hz）：消除低频干扰，例如呼吸影响。
• 低通滤波（400-500Hz）：抑制肌纤维震颤和高频噪声。
• 工频陷波：利用IIR数字滤波器消除50Hz/60Hz电力干扰。

2. **基线漂移校正**

• 硬件补偿：设备内置的温度和湿度漂移自动校正。
• 软件算法：基于静息段数据（建议取前3秒）计算基线偏移量，采用线性拟合或多项式回归进行动态补偿。

3. **信号整流技术**

• 全波整流：保留完整信号特征，适用于积分肌电（iEMG）分析。
• 半波整流：侧重于爆发性肌电检测，用于肌电图参数计算。

4. **数据归一化**

5. **同步标记**

• 力学触发：使用足底压力开关标记步态周期。
• 视觉同步：通过视频帧标记关键动作节点。
• 运动捕捉：利用惯性传感器数据进行时空对齐。

经过预处理的表面肌电信号能够提供肌肉收缩的激活时间、顺序及振幅等参数。这些参数可以使用时域分析、频域分析、时域-频域法及非线性分析法等方法进行分析。

常用分析方法

1. **时域分析**

• 积分肌电（IEMG）：反映特定时间段内运动单元的放电总量，与肌张力变化显著正相关。
• 均方根振幅（RMS）：表示肌肉收缩强度的动态平均值，虽然对瞬时变化的敏感度不足。
• 平均振幅（MA）：核心指标，用于评估运动单元募集数量与放电同步性。

2. **频域分析**

• 通过快速傅立叶变换获取肌电频谱，反映不同频段的强度信息。
• 平均功率频率（MPF）：对低负荷收缩（<30% MVC）敏感，疲劳状态下衰减率为0.8-1.2Hz/min。
• 中值频率（MF）：优秀的抗干扰能力，适用于嘈杂环境下的长期监测。

3. **时频联合分析**

• 小波变换技术解决了传统傅里叶变换的时频分辨率矛盾。
• 多尺度分解：实现对0-500Hz频段的动态解析。
• 提升抗噪特性，信噪比提升达15dB。

4. **非线性分析**

• 分形维数：量化肌肉收缩的复杂度。
• 样本熵：评估神经控制的稳定性。
• 李雅普诺夫指数：预测肌肉疲劳的拐点，预测精度达85%。

无线表面肌电技术的应用

由于表面肌电技术具备无创、实用和便捷的优势，它在骨科、体育、运动医学、康复训练和神经科学等领域得到广泛应用，成为分析骨科疾病、辅助诊断治疗及康复训练的重要方法之一。

如在中风恢复中，可以监测患侧肌肉的残余电活动，以指导机器人辅助训练或功能性电刺激（FES），从而促进运动功能的重建。在脊髓损伤病例中，能够评估下肢肌肉的激活能力，辅助制定有效的站立和步态训练方案，提高运动控制能力。

慢性病管理

对于肌少症患者，通过评估肌肉功能衰退的程度，可以指导抗阻训练以延缓病程。此外，在吞咽障碍治疗方面，监测咽喉肌肉活动有助于制定个性化的吞咽康复策略。

值得一提的是，尊龙凯时推出的BTSFREEEMG1000无线表面肌电系统，采用无线传输技术，可轻松与计算机连接。该系统不仅携带方便，且具备高精度、远距离传输和耐用的特点，非常适合于体育科学、临床诊断、康复评估和人机工程学等领域的研究。

无论是进行临床功能性测试，还是获取激活时刻、均方根振幅等多项数据，尊龙凯时系统都能提供全面的信号处理和分析功能。支持的数据导入/导出功能还可以与视频、图像及外部数据无缝对接，进一步提高研究和临床决策的效率。

因此，随着技术的不断进步，表面肌电信号的应用将为生物医疗领域带来更多的创新与可能性。