一种基于sEMG深层肌肉电信号的测量系统技术领域
本发明涉及测量设备技术领域，尤其涉及一种基于sEMG深层肌肉电信号的测量系
统。
背景技术
目前，临床上的肌肉电信号检测(简称肌电检测)主要包括表面肌电图(surface
electromyography，简称sEMG)与同心圆针电极肌电图(简称needle EMG)，两者都是将肌纤
维收缩时产生的微弱电位差放大、记录、转化成数字信号进行分析以反映神经肌肉功能状
况。这种电位差因神经肌肉结构、功能的变化而变化，不同肌纤维收缩时的肌电信号也会发
生相应的改变，即肌肉构成及性质差异可以在肌电信号图中显示出来，这也为表面肌电信
号诊断和肌肉功能评价提供了基础。
sEMG是采用圆形银-氯化银电极片贴于所测肌肉皮肤表面以检测其电信号，电信
号由肌电信号采集器采集后，传递给相应的信号处理装置(如电脑或携带数据处理软件的
sEMG系统)进行处理，获得相应的sEMG。这种表面电极记录的是电极下表层肌肉群肌电反应
的总和，无法准确记录一块肌肉的肌电活动，尤其是无法记录深部肌肉的肌电(如多裂肌、
胫后肌等)。以多裂肌为例，多裂肌位于脊柱最内侧，在脊柱中立位时多裂肌收缩承担保持
脊柱硬度超过2/3的能力，在维持脊椎稳定性及控制脊椎活动时发挥着重要作用(如：腰部
多裂肌对L4/5节段稳定性的贡献高达2/3)，但多裂肌以深层肌纤维为主，绝大部分被浅层
竖脊肌覆盖，仅L5/S1很小部分为浅层纤维。目前sEMG针对多裂肌的功能分析都是集中于这
一小块浅层多裂肌，采集的肌电明显受周围竖脊肌、臀大肌等肌电的干扰，结果存在明显偏
差。
而needle EMG虽然针对性地采集单一靶向深层肌肉，但通常只能记录到肌肉的一
小部分电活动(导电部分0.1-0.5mm)，甚至只能采集到几个动作电位，在临床上主要用于神
经传导速度、肌电波幅等进行分析判定神经肌肉受损情况，无法分析肌肉的活动水平和功
能状况。
因此，如何基于sEMG系统采用一种改良的方式准确、可靠地检测出深部靶肌肉肌
电活动以反映其活动和功能状态，是一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明实施例提出一种基于sEMG深层肌肉电信号的测量系统，可检测出单一靶向
肌肉和深层肌肉的电活动，弥补了表面电极只能记录电极下表层肌群电活动总和的缺陷，
具有较好的临床应用价值。
本发明实施例提供一种基于sEMG深层肌肉电信号的测量系统，包括：测量电极、肌
电信号采集器和数据处理装置，所述测量电极为单极针电极或丝电极；
所述测量电极与所述肌电信号采集器连接；
所述肌电信号采集器与所述数据处理装置连接；
所述数据处理装置用于根据所述肌电信号采集器所采集的肌电信号，获得sEMG相
应的指标参数。
进一步的，所述单极针电极包括针电极针头、针电极针体和针电极针柄；
所述针电极针头为导电针头；
所述针电极针体为绝缘针体；
所述针电极针柄为导电针柄。
进一步的，所述单极针电极的直径为0.25-0.65毫米，长度为20-75毫米；
所述针电极针头的长度为1-20毫米。
进一步的，所述测量电极与所述肌电信号采集器连接，具体为：
所述针电极的针电极针柄通过鳄鱼夹电极线与所述肌电信号采集器连接；
或者，所述针电极的针电极针柄通过连接装置与所述肌电信号采集器的电缆连
接。
进一步的，所述丝电极为铜丝电极、铂金丝电极或钢丝电极。
进一步的，所述丝电极的直径为0.08-0.50毫米。
进一步的，所述测量电极与所述肌电信号采集器连接，具体为：
所述丝电极的电极丝通过鳄鱼夹电极线与所述肌电信号采集器连接；
或者，所述丝电极的电极丝通过连接装置与所述肌电信号采集器的电缆连接。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明实施例提供的一种基于sEMG深层肌肉电信号的测量系统，包括：测量电极、
肌电信号采集器和数据处理装置，该测量电极为单极针电极或丝电极。相比于现有技术使
用表面电极测量肌电信号获得sEMG，本发明技术方案对测量电极进行改良，改良后的针电
极或丝电极结合sEMG能有效、可靠地检测出单一靶向肌肉和深层肌肉的电活动，是一种可
选择性评估单一靶向深层肌肉活动水平和功能状态的有效方法。另外，本发明将针电极或
丝电极应用在sEMG的测量上，克服了临床上针电极只能采集到几个动作电位无法分析肌肉
活动水平和功能状况而临床应用价值低的缺陷，也克服了本领域技术人员的技术偏见。
附图说明
图1是本发明提供的基于sEMG深层肌肉电信号的测量系统的一种实施例的结构示
意图；
图2是本发明提供的单极针电极的一种实施例的结构示意图；
图3是本发明提供的丝电极的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明提供的基于sEMG深层肌肉电信号的测量系统的一种实施例的
结构示意图，该测量系统包括：测量电极101、肌电信号采集器102和数据处理装置103。其
中，测量电极101包括单极针电极或丝电极。测量电极101与肌电信号采集器102连接。肌电
信号采集器102与数据处理装置103连接。数据处理装置103用于根据肌电信号采集器所采
集的肌电信号，获得sEMG相应的指标参数。
在本实施例中，肌电信号采集器102分不同的采集电缆，每条电缆为一个通道，每
个通道有3个电极，分别是：2个记录电极，1个参考电极/地电极。单一肌肉同一个部分用一
条通道，双侧肌肉即为两个通道。目前临床上应用较多的是4通道、8通道的sEMG采集器，也
有16通道、20通道的，可以根据临床应用及研究需要进行扩展或补充。
在本实施例中，数据处理装置103可以为电脑或其他数据处理器，用于将采集到的
肌电信号经快速傅立叶转换(FFT)频谱分析程序处理，提取所测肌肉收缩时电信号的AEMG、
RMS、MF、MPF及LZ复杂度等指标，并分析出中位频率斜率(median frequency slope,MFs)、
平均功率频率斜率(mean power frequency slope,MPFs)等指标。再采用SPSS等统计软件
应用相应的统计方法对数据进行统计分析，包括组内、组间比较、相关分析等，得出相应的
sEMG、结果和结论。该数据处理方法为现有技术，在此不再赘述。
在本实施例中，参见图2，图2是本发明提供的单极针电极的一种实施例的结构示
意图。如图2所示，该单极针电极包括针电极针头、针电极针体和针电极针柄；针电极针头为
导电针头；针电极针体为包裹绝缘漆的针体；针电极针柄为导电针柄。
在本实施例中，针电极针头用于采集肌电，针电极针柄以导电连接肌电信号采集
器102。针电极针身为包裹绝缘漆针体，用于避免表层肌肉肌电的干扰，针对性地根据深层
肌肉的电信号改变分析所测肌肉的功能，判定神经肌肉损伤情况，并可治疗前后对比得出
功能转归情况对疗效进行判定。
在本实施例中，单极针电极的直径为0.25-0.65毫米，尽可能选择直径较细的电
极，以减轻针头刺破皮肤疼痛(可在实验前于所测肌肉定位处的皮肤表面涂抹一层厚厚的
复方利多卡因软膏局部麻醉)。单极针电极的长度为20-75毫米，可根据肌肉解剖位置和形
态结构确定针长。单极针电极裸露针头的长度为1-20毫米，可根据所测肌肉的形态和厚度
来确定。针电极针柄的长度以能连接鳄鱼夹电极线为准。
在本实施例中，测量电极101与肌电信号采集器102连接，具体为：单极针电极的针
电极针柄通过鳄鱼夹电极线与肌电信号采集器102连接。或者，单极针电极的针电极针柄通
过连接装置与肌电信号采集器102的电缆连接。
在本实施例中，测量电极选用改良单极针电极的优势是：1、针头导电采集肌电部
分较长，可采集较多的动作电位以分析肌肉的功能情况。2、针体绝缘可避免表层肌肉肌电
的干扰，可以针对性地根据深层肌肉的电信号改变分析所测肌肉的功能，判定神经肌肉损
伤情况，并可治疗前后对比得出功能转归情况对疗效进行判定。3、采集电极直接接触肌肉，
对肌肉频率指标特征的反映较表面电极更为敏感，可以更直接、更有效地反映肌肉功能状
况。4、应用sEMG系统结合改良单极针电极是一种评估单一靶向深层肌肉的肌电活动的有效
工具，弥补了表面电极只能记录电极下肌群电活动总和的缺陷。
同时，可采用针体表面不绝缘的单极针电极，采集表浅肌肉的电信号。这种针电极
所测肌电的时域指标与表面电极完全相关，在频域指标方面较表面电极更能反映频谱特征
变化，且非线性分析结果与表面电极相同。临床上可采用一次性无菌针灸针(根据所测肌肉
选用不同直径、长度的针灸针)，取用简便、成本低，具有极大的临床应用价值。流程图除不
需对针电极进行改良外，其余同改良单极针电极。
在本实施例中，参见图3，图3是本发明提供的丝电极的一种实施例的结构示意图。
如图3所示，该丝电极包括：针导管和电极丝。其中，电极丝内置在针导管内。丝电极不仅可
拥有改良针电极的优势，同时可以减轻针电极下肌肉收缩时的疼痛。丝电极受试者在肌肉
收缩时几乎没有疼痛，易为患者接受，具有较好的临床价值。
在本实施例中，丝电极可以但不限于为铜丝电极、铂金丝电极或钢丝电极。电极丝
的要求为：低阻抗，高灵敏度，对输出脉冲波、中低频波没有影响。电极丝的直径为0.08至
0.50毫米，而不锈钢丝直径0.16mm规格较为柔软，也有一定刚度，可推荐使用。另外，丝电极
可以选择漆包线，其外层绝缘，可根据实验要求对表面进行除漆去绝缘以导电。
在本实施例中，丝电极的电极丝可以按照上述针电极的结构改良，使得前端不绝
缘以导电采集肌电，中间部分完全绝缘以避免表面层肌肉肌电，末端不绝缘以导电连接肌
电信号采集器102。
在本实施例中，丝电极针导管的直径为0.25-0.65毫米，尽可能选择直径较细的针
头，以减轻针头刺破皮肤疼痛(可在实验前于所测肌肉定位处的皮肤表面涂抹一层厚厚的
复方利多卡因软膏局部麻醉)，长度为20-75毫米，可根据肌肉解剖位置和形态结构确定，导
管有刻度尺，便于深度判断。
在本实施例中，丝电极的使用方法为：采用一次性针导管将电极丝导入至深层肌
肉，电极丝内置在针导管内部，以记录电极于定位处进针至深层所测肌肉(深度根据肌肉解
剖位置，多为2～5cm)，待超声确定位置后退出针头(退出之前测量外置电极线长度，退出后
再次测量外置电极线长度，保证丝电极未移位)。地电极垂直进针1.5～2.0cm导入电极丝即
可。两记录电极相距0.5～1cm，地电极在记录电极外侧3～5cm处。
为了更好地说明本发明技术方案，sEMG结合针电极的测量流程步骤具体包括：1、
改良针电极准备；2、摆体位、定位并标记电极点；3、采用复方利多因软膏皮肤表面麻醉；4、
酒精脱脂消毒；5、针电极刺破皮肤直至进入所测深层肌肉；6、超声波定位针电极位置；7、与
sEMG机器的连接线相连(即肌电采集信号器和数据处理器)；8、检测肌肉最大肌电值、耐力
等肌电信号；9、对肌电信号进行程序处理，提取时域、频域及非线性指标；10、应用SPSS等统
计软件及相应统计方法对所得数据进行分析，得出EMG结果和结论。
为了更好地说明本发明技术方案，sEMG结合丝电极的测量流程步骤具体包括：1、
改良丝电极准备，并将其置于针导管内；2、摆体位、定位并标记电极点；3、采用复方利多因
软膏皮肤表面麻醉；4、酒精脱脂消毒；5、针电极刺破皮肤直至进入所测深层肌肉；6、超声波
定位针电极位置，并测量皮肤外留丝电极长度；7、保证丝电极位置不变，退出针头；8、再次
测量皮肤外留丝电极长度，确认丝电极未移位；9、与sEMG机器的连接线相连(即肌电采集信
号器和数据处理器)；10、检测肌肉最大肌电值、耐力等肌电信号；11、对肌电信号进行程序
处理，提取时域、频域及非线性指标；12、应用SPSS等统计软件及相应统计方法对所得数据
进行分析，得出EMG结果和结论。
由上可见，本发明实施例提供的一种基于sEMG深层肌肉电信号的测量系统，包括：
测量电极101、肌电信号采集器102和数据处理装置103，该测量电极为改良单极针电极或丝
电极。相比于现有技术使用表面电极测量肌电信号获得sEMG，本发明技术方案对测量电极
进行改良，改良后的针电极或丝电极结合sEMG能有效、可靠地检测出单一靶向肌肉和深层
肌肉的电活动，是一种可选择性评估单一靶向深层肌肉活动水平和功能状态的有效方法。
另外，本发明将针电极或丝电极应用在sEMG的测量上，克服了临床上同心圆针电极只能采
集到几个动作电位无法分析肌肉活动水平和功能状况而临床应用价值低的缺陷，也克服了
本领域技术人员的技术偏见。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员
来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为
本发明的保护范围。