表面肌电技术在颈部肌肉功能中的研究现状与展望(1)
表面肌电信号分析技术作为一种无痛、无创、实时的神经肌肉测评手段，已越来越多的运用于运动医学、康复医学和人体工程学的评估和测量[1~3]。自1998年的马可尼研讨会介绍了表面肌电技术用于颈部肌肉研究的成果后，表面肌电技术用于颈部肌肉的研究得到了进一步的促进和发展，但因sEMG测试的是较大范围内的EMG信号，而颈部肌肉体积小又层次多，层层覆盖，故成果较少，结果也不尽相同。现就表面肌电技术用于颈部肌肉的研究作一综述，为以后的进一步研究起到抛砖引玉的作用。
1 表面肌电检测颈部肌肉对象的选择
与头颈部运动相关的肌肉很多。要进行颈部肌肉的肌电信号测量，就需要确定待测肌肉。待测肌肉需要具有下面特征之一：①方便实验加载；②肌肉分布在表浅层；③干扰信号少；④较为敏感。
早期慢性颈痛患者颈部肌肉sEMG信号研究侧重于颈部浅表伸肌，并证实了患者颈伸肌(主要是斜方肌)肌电信号存在异常。Larsson R[4]等人比较了颈肩痛患者与正常对照组施加负荷与休息状态下斜方肌有效值(RMS)和有丝分裂促进因子(mitosis promoting factor,MPF)指标的差异，发现静息状态下，颈肩痛患者痛侧斜方肌RMS值较对侧增高；施加负荷时此差异更明显；患者痛侧与对照组相比RMS值有升高的趋势；与对照组相比患者MPF降低，作者指出MPF降低和RMS升高表示局部肌肉疲劳。Voerman等[5]比较了电脑作业时颈肩痛患者与正常对照者，双侧上斜方肌的均方根振幅(RMS)和相对休息时间(RRT，RMS值低于6 W持续大于0.12 s的时间所占的百分比)。结果显示病例组与对照组相比RMS值升高；精神压力下非优势侧RRT值减低；施加精神压力下电脑作业时，非优势侧病例组较对照组RMS变异度增加。提示与对照组相比病例组斜方肌活动增加，休息时间缩短。
随着对深层肌肉在维持脊柱稳定性中作用认识的不断深入，颈深肌群生物力学行为的研究成为慢性颈痛研究的一个新而重要的领域。Falla等[6]对10例慢性颈痛患者和10名健康对照者胸锁乳突肌(SCM)、前斜角肌(AS)疲劳特征的肌电信号进行研究，发现慢性颈痛患者25%和50%MVC屈颈时SCM和AS的平均频率(MF)值和斜率(MF slope)均高于对照组，提示运动单位的募集增加，颈痛患者颈前屈肌易疲劳Barton等[4]比较了单侧颈痛患者胸锁乳头肌的放松时间和肌肉效率，认为痛侧与非痛侧不存在差别，而与正常对照组相比则存在差别。已有大量研究得出相似的结论[7，8]。
Falla等[5]通过对表面电极的改进实现了对颈深屈肌的表面肌电研究。其运用银丝电极接片(电极大小：2 mm×0.6 mm，电极间距：10舳)连接吸引导管，由导管穿入鼻腔贴在Ⅱ冈后壁，在导管内加30 mm Hg的压力，确保银丝电极牢固贴在咽壁黏膜上，黏膜正后方即为DCF(deep cervicalflexors)。他们比较了10名颈痛患者与10名健康对照者颈深屈肌(DCF)、胸锁乳突肌(SCM)和前斜角肌(AS)RMS值的差异，结果发现，随着前屈角度的增加，3块前屈肌的RMS与颈部前屈角度的递增呈线性相关，且颈深屈肌的相关性最显著。与对照组相比，病例组DCF肌电活动减少，SCM、AS肌电活动增加。他们还比较了上肢活动时，DCF、SCM、AS激发时间的差异，结果显示与对照组相比，颈痛患者DCF、非痛侧ScM、AS快速屈曲时运动激发时间延长；且痛侧也有此趋势，延迟的颈肌活动使颈椎受到运动所致反应力的作用，影响颈椎稳定性。
Bernhard等[9]与Nolan和Sherk[10]在所研究的10块肌肉中发现有4块可以作为sEMG检测，分别是半棘肌、头夹肌、胸锁乳头肌和斜方肌。然而Queisser等人[8]的研究发现半棘肌的检测比较困难。
上述研究表明对于颈部运动和稳定性有重要作用的颈部肌肉可用表面电极检测，这些肌肉包括头半棘肌(头伸)、夹肌(伸、侧屈、旋转)、肩胛提肌(侧屈、旋转)、胸锁乳头肌(屈、旋转、侧屈)、斜方肌(伸、侧屈)等，其中又以头夹肌、胸锁乳头肌和斜方肌研究较多。
2 颈部肌肉检测手段的选择
肌电图被许多人认为是可以显示肌肉功能的一种手段，通过使用肌电图，研究者可了解颈部肌肉系统功能状况。在诸多颈肌功能评定方法中，表面肌电图技术凭借其无创、实时、客观、量化等优势越来越受到重视。
Mayoux Benhamou等[11]用表面和金属丝电极来研究夹肌的活动发现：在一些运动中夹肌表面电极可测得活动而金属丝电极则未测得信号，这些运动分别是：从伸展位至中立位的屈曲运动，从中立位至伸展位的伸展运动，对侧旋转运动和等长屈曲运动。与 Mayoux Benhamous等[12]相一致的是，经使用MRI，夹肌显示在伸展和同侧旋转中活跃，而在屈曲和对侧选择与屈曲中不活跃。
关于信号的采集方面，刘宗亮[13]建议采用生理载荷模式下进行 颈部sEMG 信号的测量与采集更具研究意义，因为随着年龄增加，颈肌疲劳亦增加，并用表面肌电技术检测了胸锁乳突肌、斜方肌、头夹肌MVC的最大值，分别为1.412、1.097、0.686 mV。张芳等[14]观察颈部不同屈伸姿势侧卧位时颈部肌肉表面肌电信号的变化，结论：侧卧位头颈部后伸时颈背部肌肉紧张度较小,提示侧卧位睡眠时头颈部容易放松。
李琳[15]在“慢性颈痛患者胸锁乳突肌与上斜方肌表面肌电特征的研究”中发现正常对照组双侧颈肌肌力存在差异，右侧大于左侧；屈伸负荷增加不易引起SCM收缩力下降。提示颈肌功能锻炼的方法中胸锁乳头肌适合大强度训练，斜方肌则适合低强度训练。
3 表面肌电技术用于颈部肌肉疼痛的研究现状
生物力学研究显示，颈肌功能状况在颈痛的发生发展过程中起非常重要的作用。颈肌功能状况的研究在慢性颈痛诊断、鉴别诊断、疗效评估方面具有重要应用价值。表面肌电信号能清楚地记录和反映肌肉持续自主收缩时的电信号变化。反映疲劳的肌电信号常被作为肌肉发生生理改变的重要信息。因此，一些学者采用sEMG技术对颈部肌肉疼痛开展相应的研究。Falla D等人[16]检测了慢性颈痛患者胸锁乳头肌和斜方肌的平均频率(MF)、平均校正值(ARV)、传导速率(CV)等指标，与健康者对比，发现MF最初值大于正常人，且在25%MVC(肌肉最大主动收缩)/50%MVC的疲劳实验中也表现出同样的显著性。他们比较了10名颈痛患者与lO名健康对照者颈深屈肌(DCF)、胸锁乳突肌(SCM)和前斜角肌(AS)RMS值的差异，结果发现，随着前屈角度的增加，3块前屈肌的RMS与颈部前屈角度的递增呈线性相关，且颈深屈肌的相关性最显著。与对照组相比，病例组DCF肌电活动减少，SCM、AS肌电活动增加。他们还比较了上肢活动时，DCF、SCM、AS激发时间的差异，结果显示与对照组相比，颈痛患者DCF、非痛侧ScM、AS快速屈曲时运动激发时间延长；且痛侧也有此趋势，延迟的颈肌活动使颈椎受到运动所致反应力的作用，影响颈椎稳定性。虽然慢性颈痛与颈肌疲劳产生机制的相互关系仍未完全阐明，但大量研究显示，慢性颈痛与肌肉活动模式存在密切联系。
马超，燕铁斌[17]采用表面肌电图(sEMG)评估患者颈肩部最大用力和持续打字时肌肉的功能状况，探讨了颈肩部疼痛及功能障碍与表面肌电图之间的关系。结果颈肩各部位的VAS评分与相应的50%MVC-APDF存在相关性，VAS评分的高低与颈肩部50%MVC-APDF大小变化一致，呈相关关系；而NDI评分与颈肩部50%MVC.APDF大小变化无相关关系；VAS评分和NDI评分之间亦存在相关性。, 百拇医药(梁维松 黄文柱 王志军 廖祥洲 廖方容)
1 表面肌电检测颈部肌肉对象的选择
与头颈部运动相关的肌肉很多。要进行颈部肌肉的肌电信号测量，就需要确定待测肌肉。待测肌肉需要具有下面特征之一：①方便实验加载；②肌肉分布在表浅层；③干扰信号少；④较为敏感。
早期慢性颈痛患者颈部肌肉sEMG信号研究侧重于颈部浅表伸肌，并证实了患者颈伸肌(主要是斜方肌)肌电信号存在异常。Larsson R[4]等人比较了颈肩痛患者与正常对照组施加负荷与休息状态下斜方肌有效值(RMS)和有丝分裂促进因子(mitosis promoting factor,MPF)指标的差异，发现静息状态下，颈肩痛患者痛侧斜方肌RMS值较对侧增高；施加负荷时此差异更明显；患者痛侧与对照组相比RMS值有升高的趋势；与对照组相比患者MPF降低，作者指出MPF降低和RMS升高表示局部肌肉疲劳。Voerman等[5]比较了电脑作业时颈肩痛患者与正常对照者，双侧上斜方肌的均方根振幅(RMS)和相对休息时间(RRT，RMS值低于6 W持续大于0.12 s的时间所占的百分比)。结果显示病例组与对照组相比RMS值升高；精神压力下非优势侧RRT值减低；施加精神压力下电脑作业时，非优势侧病例组较对照组RMS变异度增加。提示与对照组相比病例组斜方肌活动增加，休息时间缩短。
随着对深层肌肉在维持脊柱稳定性中作用认识的不断深入，颈深肌群生物力学行为的研究成为慢性颈痛研究的一个新而重要的领域。Falla等[6]对10例慢性颈痛患者和10名健康对照者胸锁乳突肌(SCM)、前斜角肌(AS)疲劳特征的肌电信号进行研究，发现慢性颈痛患者25%和50%MVC屈颈时SCM和AS的平均频率(MF)值和斜率(MF slope)均高于对照组，提示运动单位的募集增加，颈痛患者颈前屈肌易疲劳Barton等[4]比较了单侧颈痛患者胸锁乳头肌的放松时间和肌肉效率，认为痛侧与非痛侧不存在差别，而与正常对照组相比则存在差别。已有大量研究得出相似的结论[7，8]。
Falla等[5]通过对表面电极的改进实现了对颈深屈肌的表面肌电研究。其运用银丝电极接片(电极大小：2 mm×0.6 mm，电极间距：10舳)连接吸引导管，由导管穿入鼻腔贴在Ⅱ冈后壁，在导管内加30 mm Hg的压力，确保银丝电极牢固贴在咽壁黏膜上，黏膜正后方即为DCF(deep cervicalflexors)。他们比较了10名颈痛患者与10名健康对照者颈深屈肌(DCF)、胸锁乳突肌(SCM)和前斜角肌(AS)RMS值的差异，结果发现，随着前屈角度的增加，3块前屈肌的RMS与颈部前屈角度的递增呈线性相关，且颈深屈肌的相关性最显著。与对照组相比，病例组DCF肌电活动减少，SCM、AS肌电活动增加。他们还比较了上肢活动时，DCF、SCM、AS激发时间的差异，结果显示与对照组相比，颈痛患者DCF、非痛侧ScM、AS快速屈曲时运动激发时间延长；且痛侧也有此趋势，延迟的颈肌活动使颈椎受到运动所致反应力的作用，影响颈椎稳定性。
Bernhard等[9]与Nolan和Sherk[10]在所研究的10块肌肉中发现有4块可以作为sEMG检测，分别是半棘肌、头夹肌、胸锁乳头肌和斜方肌。然而Queisser等人[8]的研究发现半棘肌的检测比较困难。
上述研究表明对于颈部运动和稳定性有重要作用的颈部肌肉可用表面电极检测，这些肌肉包括头半棘肌(头伸)、夹肌(伸、侧屈、旋转)、肩胛提肌(侧屈、旋转)、胸锁乳头肌(屈、旋转、侧屈)、斜方肌(伸、侧屈)等，其中又以头夹肌、胸锁乳头肌和斜方肌研究较多。
2 颈部肌肉检测手段的选择
肌电图被许多人认为是可以显示肌肉功能的一种手段，通过使用肌电图，研究者可了解颈部肌肉系统功能状况。在诸多颈肌功能评定方法中，表面肌电图技术凭借其无创、实时、客观、量化等优势越来越受到重视。
Mayoux Benhamou等[11]用表面和金属丝电极来研究夹肌的活动发现：在一些运动中夹肌表面电极可测得活动而金属丝电极则未测得信号，这些运动分别是：从伸展位至中立位的屈曲运动，从中立位至伸展位的伸展运动，对侧旋转运动和等长屈曲运动。与 Mayoux Benhamous等[12]相一致的是，经使用MRI，夹肌显示在伸展和同侧旋转中活跃，而在屈曲和对侧选择与屈曲中不活跃。
关于信号的采集方面，刘宗亮[13]建议采用生理载荷模式下进行 颈部sEMG 信号的测量与采集更具研究意义，因为随着年龄增加，颈肌疲劳亦增加，并用表面肌电技术检测了胸锁乳突肌、斜方肌、头夹肌MVC的最大值，分别为1.412、1.097、0.686 mV。张芳等[14]观察颈部不同屈伸姿势侧卧位时颈部肌肉表面肌电信号的变化，结论：侧卧位头颈部后伸时颈背部肌肉紧张度较小,提示侧卧位睡眠时头颈部容易放松。
李琳[15]在“慢性颈痛患者胸锁乳突肌与上斜方肌表面肌电特征的研究”中发现正常对照组双侧颈肌肌力存在差异，右侧大于左侧；屈伸负荷增加不易引起SCM收缩力下降。提示颈肌功能锻炼的方法中胸锁乳头肌适合大强度训练，斜方肌则适合低强度训练。
3 表面肌电技术用于颈部肌肉疼痛的研究现状
生物力学研究显示，颈肌功能状况在颈痛的发生发展过程中起非常重要的作用。颈肌功能状况的研究在慢性颈痛诊断、鉴别诊断、疗效评估方面具有重要应用价值。表面肌电信号能清楚地记录和反映肌肉持续自主收缩时的电信号变化。反映疲劳的肌电信号常被作为肌肉发生生理改变的重要信息。因此，一些学者采用sEMG技术对颈部肌肉疼痛开展相应的研究。Falla D等人[16]检测了慢性颈痛患者胸锁乳头肌和斜方肌的平均频率(MF)、平均校正值(ARV)、传导速率(CV)等指标，与健康者对比，发现MF最初值大于正常人，且在25%MVC(肌肉最大主动收缩)/50%MVC的疲劳实验中也表现出同样的显著性。他们比较了10名颈痛患者与lO名健康对照者颈深屈肌(DCF)、胸锁乳突肌(SCM)和前斜角肌(AS)RMS值的差异，结果发现，随着前屈角度的增加，3块前屈肌的RMS与颈部前屈角度的递增呈线性相关，且颈深屈肌的相关性最显著。与对照组相比，病例组DCF肌电活动减少，SCM、AS肌电活动增加。他们还比较了上肢活动时，DCF、SCM、AS激发时间的差异，结果显示与对照组相比，颈痛患者DCF、非痛侧ScM、AS快速屈曲时运动激发时间延长；且痛侧也有此趋势，延迟的颈肌活动使颈椎受到运动所致反应力的作用，影响颈椎稳定性。虽然慢性颈痛与颈肌疲劳产生机制的相互关系仍未完全阐明，但大量研究显示，慢性颈痛与肌肉活动模式存在密切联系。
马超，燕铁斌[17]采用表面肌电图(sEMG)评估患者颈肩部最大用力和持续打字时肌肉的功能状况，探讨了颈肩部疼痛及功能障碍与表面肌电图之间的关系。结果颈肩各部位的VAS评分与相应的50%MVC-APDF存在相关性，VAS评分的高低与颈肩部50%MVC-APDF大小变化一致，呈相关关系；而NDI评分与颈肩部50%MVC.APDF大小变化无相关关系；VAS评分和NDI评分之间亦存在相关性。, 百拇医药(梁维松 黄文柱 王志军 廖祥洲 廖方容)