肌音圖原理及應(yīng)用

1、 肌音圖原理及應(yīng)用從1665年一個(gè)意大利的科學(xué)家Grimaldi發(fā)表了一篇關(guān)于肌音的論文，我們開始知道肌肉的收縮可以產(chǎn)生振動(dòng)這一事實(shí)。肌肉自主收縮力的無創(chuàng)檢測(cè)在生理學(xué)研究，體育和康復(fù)醫(yī)學(xué)中均有廣泛的應(yīng)用。一般來說，表面肌電圖（sEMG）用于這樣的無創(chuàng)測(cè)量，但是表面肌電圖有局限性，表現(xiàn)在使用表面肌電圖測(cè)量肌肉力量需要從皮膚表面產(chǎn)生的電勢(shì)中獲取。所以，若要比較同一個(gè)人的不同肌肉力量，或者比較在不同時(shí)間測(cè)量同一塊肌肉，或者對(duì)不同人的同一塊肌肉力量進(jìn)行比較，都會(huì)帶來困難。另外，肌肉疲勞研究也很難采用表面肌電圖的方法，因?yàn)楫?dāng)肌肉纖維使用率增加時(shí)肌電圖活性是增加的，但是肌肉力量是減少的。為了克服使用表面肌

2、電圖記錄肌肉力量的局限，許多研究者開始將目光投到了肌音圖上（VMG）,嘗試使用肌音圖或記錄肌肉纖維的振動(dòng)來測(cè)量肌肉力量。微電機(jī)加速計(jì)的發(fā)展加速了這個(gè)趨勢(shì)。如今，低噪音傳感器的價(jià)格也不再那么昂貴。但是，將肌音圖值轉(zhuǎn)化為肌肉力量，由于肌肉運(yùn)動(dòng)單元使用過程的本性，仍然是個(gè)難題。為了增加肌肉力量，神經(jīng)系統(tǒng)需增加激活的肌肉運(yùn)動(dòng)單元， 和/或者增加每個(gè)運(yùn)動(dòng)單元的激活速率，一般來講，這兩方面是同時(shí)進(jìn)行的。同時(shí)，當(dāng)肌肉力量增加時(shí)，從肌肉測(cè)量到的振動(dòng)在幅度上減小，但是頻率會(huì)增加。這個(gè)現(xiàn)象在體外肌肉刺激反應(yīng)研究中已經(jīng)得到證明。圖 1 肌肉振動(dòng)的幅度降低，頻率增高可以使肌肉力量輸出增加圖二是將所有肌肉纖維抽動(dòng)加起來

3、所得到的肌肉力量。但是這些肌肉纖維抽動(dòng)在低頻率范圍內(nèi)經(jīng)常被肌肉微動(dòng)，生理抖動(dòng)和在試驗(yàn)中的身體運(yùn)動(dòng)所覆蓋。如果我們的肌音圖數(shù)據(jù)記錄中包括了這些低頻率的部分，我們就不能得到準(zhǔn)確的肌肉力量。圖2 肌音圖數(shù)據(jù)的頻譜顯示低頻噪音，在10hz下，噪音掩蓋了肌肉纖維抽動(dòng)信息現(xiàn)在，通過運(yùn)用特殊的生物傳感器，加上帶通過濾器和小波包分析技術(shù)，這一難題已經(jīng)被攻克了。小波包分析算法適宜地將肌肉纖維抽動(dòng)信息進(jìn)行加權(quán)，從而提供了肌音圖和肌肉力量直接的線性關(guān)系。圖三展示了，高敏感，低噪音的微電機(jī)傳感器結(jié)合過濾器及小波包分析技術(shù)可以使實(shí)驗(yàn)者的肌音圖數(shù)據(jù)和通過功率計(jì)研究測(cè)量出的自主肌肉力量相符。 圖3 肌音圖數(shù)據(jù)和肌肉力量間的

4、聯(lián)系表面肌電圖的一個(gè)局限在于可重復(fù)性差。其不可重復(fù)性源于肌電圖是測(cè)量電壓不同，所以兩個(gè)電極必須要貼在皮膚上。這就意味著傳感器所在位置一個(gè)小小的變化，或者皮膚處理的些許不同可以很大程度上影響數(shù)據(jù)的記錄。因此，對(duì)不同季節(jié)，相同個(gè)體的不同肌肉，或者不同個(gè)體的相同肌肉所測(cè)得的絕對(duì)肌肉力量水平的比較是充滿爭(zhēng)議的。肌音圖測(cè)量時(shí)僅需一個(gè)傳感器，并且對(duì)皮膚的狀況要求極小，受到其影響極小的特點(diǎn)很大的提供了肌音圖測(cè)量不同個(gè)體，不同肌肉力量時(shí)的可重復(fù)性和穩(wěn)定性?？梢赃M(jìn)行不同個(gè)體間及相同個(gè)體不同肌肉間的比較的優(yōu)勢(shì)是可以進(jìn)行肌肉力量平衡的評(píng)估。比如，前十字韌帶拉傷的風(fēng)險(xiǎn)主要源于在膝蓋延伸時(shí)四頭肌和腿筋之間力量的不平衡。

5、肌音圖分析可以在功能性活動(dòng)過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)肌肉力量測(cè)量。圖四顯示35位年輕女運(yùn)動(dòng)員側(cè)蹲時(shí)得到的Q/H的峰值。注意兩個(gè)人的Q/H值大于4，這表示前十字韌帶拉傷的風(fēng)險(xiǎn)很大。圖4 在側(cè)蹲運(yùn)動(dòng)過程中由肌音圖方法測(cè)得的膝蓋肌肉力量 （35位年輕女運(yùn)動(dòng)員，平均重復(fù)3次）。與體重呈顯 著的關(guān)系，并且兩個(gè)人的Q/H值偏高。應(yīng)用2： 在疲勞運(yùn)動(dòng)中使用肌音圖進(jìn)行肌肉力量測(cè)量表面肌電圖的另一個(gè)局限是無法檢測(cè)疲勞中的肌肉力量。這是由于表面肌電圖是測(cè)量肌肉的電活動(dòng)，所以當(dāng)之前激活的肌肉單元開始疲憊時(shí)，神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)激活更多的肌肉單元，所以表面肌電圖的信號(hào)會(huì)增加，雖然肌肉力量在減少或保持不變。因?yàn)榧∫魣D是記錄肌肉運(yùn)動(dòng)單元的物理運(yùn)動(dòng)，所以肌音圖可以準(zhǔn)確地在肌肉疲勞運(yùn)動(dòng)中記錄肌肉力量。圖5: 三頭肌持續(xù)靜態(tài)收縮的肌音圖數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)共持續(xù)4周，每周的數(shù)據(jù)用不同的顏色表示。加粗的黑線是四周數(shù)據(jù)的平均值。結(jié)論通過使用特殊的傳感器以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供了一個(gè)測(cè)量肌肉絕對(duì)力量值的簡(jiǎn)單且可重復(fù)性的方法。肌音圖分析的特點(diǎn)對(duì)希望進(jìn)行不同時(shí)間肌肉力量比較，不同人間力量比較和不同肌肉群肌肉力量比較的研究者有很大的