表面肌電圖在孕婦分娩預測研究中的應用進展

1、表面肌電圖在孕婦分娩預測研究中的應用進展【摘要】 明顯的宮縮是分娩開始的特征之一，是左右產(chǎn)程的重要因素。因此，臨床上常通過監(jiān)測產(chǎn)婦的宮縮來預測分娩和判斷是否存在早產(chǎn)風險。目前已有研究表明表面肌電圖可以直接反映真性分娩前的子宮肌層細胞的電興奮和耦合過程，不同的子宮肌電參數(shù)能夠反映孕期內不同時段的子宮肌層的電活動的性質，區(qū)分早產(chǎn)收縮和生理收縮，其對分娩及早產(chǎn)判斷的準確率高于當前的其他手段，且具備無創(chuàng)、實時監(jiān)測等優(yōu)點，未來表面肌電圖在早產(chǎn)預測方面將會有更多的應用。因此，本文對于表面肌電圖在臨床孕婦分娩和早產(chǎn)預測的相關研究進行綜述?！娟P鍵詞】 早產(chǎn) 分娩 表面肌電圖 預測早產(chǎn)是圍生醫(yī)學中的一個重要、復

2、雜而又常見的妊娠并發(fā)癥，根據(jù)1961年世界衛(wèi)生組織倡議凡妊娠滿28周（孕196天）至37周（259天）間分娩者定為早產(chǎn)（premature delivery，PTD）。目前應用較多的監(jiān)測分娩及預測早產(chǎn)的臨床手段大多都是間接的反應宮縮的情況和分娩的開始，對于有明顯宮縮癥狀的孕婦是真性分娩還是假性分娩的分辨率較差。 子宮肌層細胞產(chǎn)生的肌電活動，在真性分娩中更頻繁更持久，表面肌電圖記錄到的子宮原始肌電值經(jīng)過分析后得出的指標與分娩時間有著一定的關聯(lián)。因此本文從表面肌電圖的各項指標在不同孕期的特點進行綜述.1、表面肌電圖的概述表面肌電(surface electromyography, sEMG)信號是

3、神經(jīng)肌肉系統(tǒng)在進行隨意性和非隨意性活動時產(chǎn)生的生物電變化經(jīng)表面電極引導、放大、顯示和記錄所獲得的一維電壓時間序列信號 王健, 金德聞. 康復醫(yī)學領域的表面肌電應用研究J. 中國康復醫(yī)學雜志, 2006, 21(1): 6-7.，反映了神經(jīng)系統(tǒng)控制下的肌肉活動時產(chǎn)生的生物電活動形成于眾多外周運動單位電位在時間和空間上的總和。子宮表面肌電檢測的生理學基礎是在懷孕至分娩的過程中，子宮肌層會產(chǎn)生一系列的變化子宮表面肌電圖（uterine EMG），即利用表面肌電設備記錄子宮肌層細胞電活動的方法，對子宮肌層活動時產(chǎn)生的電信號進行分析從而反映子宮肌層的肌電活動情況 Verdenik I, Pajntar

4、M, Leskosek B. Uterine electrical activity as predictor of preterm birth in women with preterm contractions.J. European Journal of Obstetrics & Gynecology & Reproductive Biology, 2001, 95(2):149-53.，因此表面肌電圖應用于子宮活動的檢測屬于直接反應子宮肌層的生理學變化特征，而非間接的物理學指標變化。因此其對分娩及早產(chǎn)判斷的準確率較高。2、子宮表面肌電檢測生理學基礎無論是早產(chǎn)還是足月產(chǎn)，分娩的開始都始于

5、子宮肌層的收縮激活，而子宮肌層的電活動是產(chǎn)生肌層收縮的基礎。在懷孕至分娩的過程中，子宮肌層會產(chǎn)生一系列的變化。細胞外的Ca2+離子對于子宮肌層的收縮有著重要的作用，Ca2+離子進入到細胞內主要通過電壓依賴性鈣離子通道，這個電壓依賴性鈣離子通道在懷孕期間其興奮-收縮偶聯(lián)機制會產(chǎn)生一定的變化而允許更多的Ca2+離子進入細胞內 Tezuka N , Ali M , Chwalisz K , et al. Changes in transcripts encoding calcium channel subunits of rat myometrium during pregnancy.J. Amer

6、ican Journal of Physiology, 1995, 269(1):1008-17.，同時，隨著分娩的開始，細胞信號轉導機制的改變和離子通道及相關受體蛋白的合成 Fuchs A R, Fuchs F , Husslein P , et al. Oxytocin receptors in the human uterus during pregnancy and parturition.J. American Journal of Obstetrics & Gynecology, 1984, 150(6):734-41.，子宮肌層的興奮性逐漸升高，抑制子宮肌層活動的系統(tǒng)如一氧化氮系

7、統(tǒng)左右逐漸減弱 Garfield R E, Saade G, Buhimschi C, et al. Control and assessment of the uterus and cervix during pregnancy and labour.J. Human Reproduction Update, 1998, 4(5):673-695.，導致子宮肌層放松的能力下降，細胞之間的電偶聯(lián)活動增強，一個允許電活動在細胞之間傳播的電合胞體形成 Honest H, Bachmann L M, Gupta J K, et al. Accuracy of cervicovaginal fetal

8、 fibronectin test in predicting risk of spontaneous preterm birth: systematic review.J. Bmj, 2002, 325(7359):301-304.。上述這些子宮肌層的相應變化都是子宮興奮性增加，最后形成分娩的必要條件。表面肌電圖對子宮肌層活動時產(chǎn)生的電信號進行分析從而反映子宮肌層的肌電活動情況 Verdenik I, Pajntar M, Leskosek B. Uterine electrical activity as predictor of preterm birth in women with p

9、reterm contractions.J. European Journal of Obstetrics & Gynecology & Reproductive Biology, 2001, 95(2):149-53.，因此表面肌電圖應用于子宮活動的檢測屬于直接反應子宮肌層的生理學變化特征，而非間接的物理學指標變化。3、子宮表面肌電檢測指標分析3.1 時域指標 時域分析指標是將肌電信號看作時間的函數(shù)，用來刻畫時間序列信號的振幅特征，其數(shù)值變化通常與肌肉收縮力有關，可反映運動單位募集數(shù)量的變化及運動單位的放電大小，主要包括積分肌電值(integrated electromyogram，iEMG

10、)、平均肌電(average electromyogram，AEMG)以及均方根值（root mean square，RMS）等。ucovnik M, Maner WL等人發(fā)現(xiàn)，時域指標對真性早產(chǎn)的診斷價值最低，其研究分析了孕齡小于34周診斷為早產(chǎn)的孕婦，肌電持續(xù)時間和肌電爆發(fā)頻率兩個參數(shù)以及兩個參數(shù)的標準差，這些數(shù)值在7天內分娩組和7天后為分娩組之間并無差異（Lucovnik M, Maner WL, Chambliss LR, Blumrick R, Balducci J, Novak-Antolic Z, et al.Noninvasive uterine electromyograph

11、y for prediction of preterm delivery. Am J Obstet Gynecol.2010 in press.），這一研究與越接近分娩肌電爆發(fā)時間的標準差更小和肌電爆發(fā)的頻率更高的報導并不一致（Buhimschi C, Boyle MB, Garfield RE. Electrical activity of the human uterus during pregnancy as recorded from the abdominal surface. Obstet Gynecol. 1997; 90:10211.）（Maner WL, Garfield R

12、E. Identification of human term and preterm labor using artificial neural networks on uterine electromyography data. Ann Biomed Eng. 2007; 35:46573.）。然而，我們的研究結果卻和Leman et al. And Buhimschi et al.,等人發(fā)現(xiàn)的早產(chǎn)人群和有提早宮縮但并未早產(chǎn)的人群之間肌電爆發(fā)持續(xù)時間并無差別的研究結果相一致（Leman H, Marque C, Gondry J. Use of electrohysterogram sig

13、nal for characterization of contractions during pregnancy. IEEE Trans Biomed Eng. 1999; 46:12229.）（Buhimschi C, Boyle MB, Garfield RE. Electrical activity of the human uterus during pregnancy as recorded from the abdominal surface. Obstet Gynecol. 1997; 90:10211.）。肌電爆發(fā)持續(xù)時間和頻率事實上和宮縮持續(xù)的時間和頻率是等價的，而這些正是

14、 tocodynamometry監(jiān)測宮縮情況的性能，因此這個方法的預測率較低并不奇怪，因為已有研究發(fā)現(xiàn) tocodynamometry在辨別早產(chǎn)患者中并沒多大的幫助（Iams JD, Newman RB, Thom EA, Goldenberg RL, Mueller-Heubach E, Moawad A, et al.Frequency of uterine contractions and the risk of spontaneous preterm delivery. N Engl J Med.2002; 346:2505.）（Maul H, Maner WL, Olson G, S

15、aade GR, Garfield RE. Non-invasive transabdominal uterine electromyography correlates with the strength of intrauterine pressure and is predictive of labor and delivery. J Matern Fetal Neonatal Med. 2004; 15:297301.）。3.2頻域指標 頻域分析指標是通過對自相關函數(shù)做快速傅立葉變換（Fast Fourier transform，F(xiàn)FT），據(jù)功率譜密度（power spectrum d

16、ensity，PSD）確定表面肌電中不同頻段信號分布情況，能夠較好地在頻率維度上反映表面肌電值的變化，其高低和參與活動的運動單位類型以及其同步化程度有關27，但不易受被測對象個體差異和實驗記錄條件的影響26，主要包括中位頻率(median frequency，MF)、平均功率頻率(mean power frequency，MPF)，峰值頻率（peak frequency）。3.3波幅相關指標3.4傳導速度相關指標 在表面肌電圖應用于子宮肌層肌電活動記錄的子宮肌電圖中，分析的指標主要包括了子宮收縮持續(xù)時間相關指標、波幅相關指標、頻率相關指標和傳導速度相關指標。在所有的表面肌電指標中，收縮持續(xù)時間

17、相關指標對于診斷真性分娩的價值較低。收縮持續(xù)時間相關指標是利用表面肌電原始數(shù)據(jù)圖像進行分析，得出每次肌電活動爆發(fā)的持續(xù)時間和兩次宮縮之間的相隔時間等相關指標，這與宮縮的持續(xù)時間和頻率是一致的。有學者對宮縮明顯的孕婦研究發(fā)現(xiàn)在即將分娩的孕婦組其宮縮持續(xù)時間的標準差和宮縮頻率相對于尚未分娩的孕婦組有著顯著的差別 Buhimschi C, Boyle MBGarfield R E. Electrical activity of the human uterus during pregnancy as recorded from the abdominal surface.J. Obstetrics

18、& Gynecology, 1997, 90(1):102-111.。但近年來的研究發(fā)現(xiàn)宮縮明顯來門診就診的孕期小于34周的孕婦中，測量至分娩時間在7天以內的孕婦和7天以外的孕婦其子宮收縮持續(xù)時間和收縮間隔等指標并沒有顯著的差別 Lucovnik M, Maner W L, Chambliss L R, et al. Noninvasive uterine electromyography for prediction of preterm deliveryJ. American Journal of Obstetrics & Gynecology, 2011, 204(3):192-200.

19、。TOCO檢測就是根據(jù)子宮形狀等的變化推測宮縮的情況，因此這個指標和TOCO檢測的宮縮指標類似，故對于分娩的預測價值較低。有一種肌電指標叫做波幅相關指標，代表子宮肌電圖的肌電信號的能量。Buhimschi et al.發(fā)現(xiàn)功率譜中肌電峰值優(yōu)先于分娩開始（Buhimschi C, Boyle MB, Garfield RE. Electrical activity of the human uterus during pregnancy as recorded from the abdominal surface. Obstet Gynecol. 1997; 90:10211.）。其他研究并未證

20、實這一點，之前研究中發(fā)現(xiàn)肌電峰值或是平均值在7天內分娩的患者中并不高于7天后分娩的患者。對于波幅相關指標的一大限制是子宮基層的信號衰減在多數(shù)人中發(fā)生，而在少數(shù)人中不發(fā)生，根據(jù)皮下組織的不同和皮膚導電性的不同。這導致肌電波幅很有有價值預測真性分娩。第三種肌電指標叫做頻率相關指標，包括中位頻率和峰值頻率，中位頻率在橫紋肌評估中應用較多，在子宮肌電圖的應用中實用價值較少（Verdenik I, Pajntar M, Leskosek B. Uterine electrical activity as a predictor of preterm birth in women with preterm

21、 contractions. Eur J Obstst Gynecol Reprod Biol. 2001; 95:14953.），這可能與子宮肌纖維和橫紋肌纖維不同有關。橫紋肌纖維頻率譜在20400 Hz之間，成正態(tài)分布。相比之下，子宮肌電圖在排除運動、呼吸、心電干擾的情況下其特征頻率譜局限于0.341.00 Hz之間，頻率譜峰值之間的差異較小，由此使得中位頻率的用處大大減少。Verdenik et al聲稱妊娠接近期限的時候，頻率譜變低（Verdenik I, Pajntar M, Leskosek B. Uterine electrical activity as a predictor

22、 of preterm birth in women with preterm contractions. Eur J Obstst Gynecol Reprod Biol. 2001; 95:14953.），目前還不知道為何會這樣，因為其他研究均表示隨著懷孕接近后期，頻率譜會增高，作為分娩的動力?？赡茴l率譜降低是由于肌肉的疲勞（Yassierli, Nussbaum MA. Utility of traditional and alternative EMG-based measures of fatigue during low-moderate level isometric effor

23、ts. J Electromyogr Kinesiol. 2008; 18:4453. ）。也有可能他將30分鐘的頻率譜進行總體分析，而不是單個的肌電爆發(fā)進行分析，因此無收縮之間的間隙導致了頻率譜的下降。然而頻率譜峰值時在人和動物實驗中預測均較為準確（Buhimschi C, Garfield RE. Uterine contractility as assessed by abdominal surface recording of electromyographic activity in rats during pregnancy. Am J Obstet Gynecol. 1996;

24、174:74453.）（Maner WL, Garfield RE, Maul H, Olson G, Saade G. Predicting term and preterm delivery with transabdominal uterine electromyography. Obstet Gynecol. 2003; 101:125460.）（Maner WL, Garfield RE. Identification of human term and preterm labor using artificial neural networks on uterine electro

25、myography data. Ann Biomed Eng. 2007; 35:46573. ）。從無生產(chǎn)到預產(chǎn)期內或早產(chǎn)時期內頻率譜峰值向高頻轉移，且能準確的被子宮肌電圖記錄到，且峰值隨著測量時間至生產(chǎn)時間的間距的縮短明顯升高（Maner WL, Garfield RE, Maul H, Olson G, Saade G. Predicting term and preterm delivery with transabdominal uterine electromyography. Obstet Gynecol. 2003; 101:125460. ）。一般來講，頻率譜峰值的增高在接近

26、預產(chǎn)期的24小時內和早產(chǎn)的前幾天內（Lucovnik M, Maner WL, Chambliss LR, Blumrick R, Balducci J, Novak-Antolic Z, et al.Noninvasive uterine electromyography for prediction of preterm delivery. Am J Obstet Gynecol.2010 in press.）。新的一個指標是肌電傳播速度。體外實驗證明在分娩時子宮肌層肌電速度隨著間隙連接的增加而增加。（Miller SM, Garfield RE, Daniel EE. Improved

27、propagation in myometrium associated with gap junctions during parturition. Am J Physiol. 1989; 256:C13041.）（Miyoshi H, Boyle MB, MacKay LB, et al. Gap junction currents in cultured muscle cells fromhuman myometrium. Am J Obstet Gynecol. 1997; 178:58893.）體外實驗證明PV可以通過相鄰的兩個電極之間的時間來測得，同時發(fā)現(xiàn)在接近分娩時PV增加，這也

28、是目前區(qū)分早產(chǎn)和非早產(chǎn)的一個重要指標；5、 子宮表面肌電特征許多前期研究發(fā)現(xiàn)子宮肌層細胞在分娩之前會出現(xiàn)一定的變化：細胞興奮性增加、子宮肌層活動的抑制系統(tǒng)功能下降、激活系統(tǒng)活動加強 Honest H, bachmann LM, Gupta Jk et al. accuracy of cervicovaginal fetal fibronectin test in predicting risk of spontaneous preterm birth: systematic review. bMJ. 2002;325:301.，子宮肌層各個細胞之間的電偶聯(lián)活動增加，子宮肌層細胞共同放電引起子宮收縮的模式逐漸形成 Balducci J, Risek b, Gilula nb et al. Gap junction formation in human myometrium: a key to preterm labor. am J Obstet Gynecol. 1993;168:1609-15. 表面肌電圖技術在吞咽障礙診療中的應用進展 SEMG 的檢查方法2. 1 檢查儀器 2. 2 電極位置 2. 3 數(shù)據(jù)采集與分析 2. 4 影響因素 系統(tǒng)因素 個體因素 入選條件子宮SEMG 的發(fā)展背景 ；子宮肌電活動的基本概念在 年代末