表面肌电在脑卒中后运动功能障碍研究中的应用进展

丛 婧，李晶怡，霍 宏，张 莹，王若愚，位佳玮，王东岩

(1. 黑龙江中医药大学研究生院，黑龙江 哈尔滨 150040；2. 黑龙江中医药大学附属第二医院，黑龙江 哈尔滨 150000)

脑卒中是一种由于脑部血管突然破裂或因血管阻塞导致血液不能流入大脑而引起脑组织损伤进而影响人体功能状态的疾病，是成人残疾的主要原因之一[1]，每年约有1 700万人新发脑卒中，随着社会的发展和人民生活方式的改变，脑卒中致残率逐年上升，给各个国家造成了不同程度的经济和社会压力[2]。我国脑卒中是成人致死致残的首要病因。同时伴随的高发病率、高复发率及高经济负担这几大特点，使得卒中成为我国疾病所致寿命损失年的第一位病因。据最新全球疾病负担研究(Global Burden of Disease Study，GBD)显示，我国总体卒中发病风险位居第一位，为39.9%，表示每5个人中约有2个人罹患卒中[3]。

在过去的几十年中，基于仪器的量化方法逐渐拓宽了人们的视野，如用于心脏病学研究的心电图等，用于神经病学研究的脑电图等，以及用于生物力学研究的惯性传感器等[4]。在众多研究手段之中，针对于肌肉力量、活动度、平衡等的研究，表面肌电占据着不可撼动的地位。表面肌电作为电生理检查的另一种方法，因其无创测量方式且信噪比低于针式表面肌电技术，引起了广泛的研究兴趣[5-6]。而在这个过程中，应用不同的数据分析方式从表面肌电信号中提取运动单元的相关参数变得至关重要[6]。通过分析简单的振幅相关参数，如均方根、平均振幅值、峰值振幅分布可以用来说明肌肉强度的大小。分析频域参数如中位频率[7]和平均频率[8]可用于评估外周和中枢因素引起的神经肌肉变化。本文通过对近年来国内外应用表面肌电探究卒中后功能障碍的研究进行总结，试图阐明现阶段表面肌电的应用优势及弊端，为进一步分析卒中后功能障碍提供一定参考。

1 脑卒中疗效评估研究中表面肌电的应用

1.1偏瘫肩痛 脑卒中导致的功能缺损症状多样，其中偏瘫肩痛(hemiplegic shoulder pain，HSP)是最常见的并发症。上肢的疼痛和功能的缺失使得生活质量严重下降，因此选择一个有效方法治疗偏瘫肩痛是研究者关注的热点[9]。陈煜等[10]通过对比脑卒中后偏瘫肩痛患者与健康志愿者的肩胛肌肉表面肌电特征，发现偏瘫肩痛试验组上斜方肌激活水平大于健康组，中斜方肌及下斜方肌激活水平小于健康组，且上斜方肌与中斜方肌、下斜方肌的激活比率均大于对照组，得出表面肌电可以用于定量评估偏瘫肩痛患者肩胛骨的运动功能障碍的结论。Yang等[11]通过记录并分析偏瘫肩痛患者坐位肩外展时三角肌和冈上肌中部的平均肌电值，论证了肌内效贴可有效缓解中风后肩痛。

1.2吞咽困难 吞咽困难也是中风常见并发症，往往会引起营养不良、脱水和吸入性肺炎，甚至有进入重症监护病房(ICU)的风险[12]。有研究表明，如果存在吞咽困难，中风相关的死亡率会增加2倍[13]。在表面肌电的应用方面，王敏[14]通过观察患者表面肌电最大振幅值，证明了针刺联合神经肌肉电刺激相对于常规康复治疗，在改善患者的吞咽功能方面具有更好的临床疗效。还有研究通过对舌骨上肌的表面肌电值进行测量，发现呼气肌肉力量训练(EMST)可增加肌肉活动，证明了持续训练可增强舌骨上肌的作用[15]。Kim等[16]通过对大脑中动脉梗死患者吞咽过程中舌骨上肌肉的表面肌电信号进行测量，发现这些患者不仅表现出延迟的吞咽起病时间和预触发时间，而且表现出更短的表面肌电活动时间，从而说明脑卒中后吞咽困难可能因延迟的喉部反应而进一步减弱，特别是在舌骨上肌肉活动开始后更加明显，进一步验证了卒中后吞咽障碍患者常伴随喉部保护机制受损。

1.3肌肉痉挛 大多数卒中患者都会出现不同程度的肌肉痉挛[17]，而肌肉痉挛可以导致如关节活动障碍、肿痛不适、行走困难等一系列影响患者日常生活功能的不适症状[18]。刘莉等[19]通过对卒中后患者小腿三头肌的均方根振幅值进行比较，发现被动牵伸状态下，屈膝位时，各块肌肉均方根振幅值比较无统计学意义，然而伸膝位时，内侧腓肠肌均方根值远高于比目鱼肌及外侧腓肠肌。进而得出腓肠肌是偏瘫患者小腿三头肌痉挛的主要因素。陶然等[20]对脑卒中后痉挛期膝过伸患者患侧下肢膝关节屈伸肌群表面肌电信号的平均肌电值、均方根值为指标进行采集，证明恢刺股四头肌起止点治疗有利于缓解脑卒中患者下肢肌张力和肌肉痉挛程度,可有效改善下肢运动功能和日常生活活动能力。余兆安等[21]通过对卒中后患者患侧上肢肱二头肌、下肢股四头肌的表面肌电均方根值进行测量，得出张力平衡针法和常规针刺法均能有效改善卒中后肢体痉挛，且张力平衡针法临床疗效优于常规针刺法的结论。

1.4平衡障碍 脑卒中患者多伴有脑网络系统的损害，往往会出现姿势摆动不当、质心分布不对称、质心转移困难和站立稳定性降低等一系列平衡功能障碍[22]。随着当代学者对卒中后平衡障碍的关注，表面肌电的应用范围也从四肢肌逐渐扩展到了躯干肌。江迪锦[23]发现脑卒中患者在坐站起立过程中，健侧同患侧的肌肉协同收缩率比较无统计学差异，但均低于健康人，由此揭示脑卒中患者肢体存在不对称的肌肉收缩，从而影响到患者对于自身力量的协调控制。王惠娟等[24]通过对竖脊肌和腹直肌的表面肌电值进行处理，计算出其对称指数(SI)，证明脑卒中健侧竖脊肌和腹直肌激活程度均高于患侧，证实了脑卒中后躯干肌受损，两侧肌肉存在失衡，与之前的研究[25]一致。

2 表面肌电技术对于卒中后患者临床治疗的指导

2.1表面肌电指导针刺治疗 陈清云等[26]通过回顾性分析80例缺血性脑卒中后下肢痉挛患者的临床资料，发现相比于常规督脉电针治疗，应用表面肌电技术指导的治疗方法对于患者的腓肠肌与比目鱼肌肌电图均方根振幅协同收缩率均有所提高，可有效降低下肢肌张力，提高卒中患者运动协调能力。邓雅丹等[27]通过分析痉挛瘫痪患者肱二头肌的均方根值验证了在肢体痉挛的治疗当中张力平衡针法的临床疗效优于普通针刺。

2.2肌电生物反馈疗法 肌电生物反馈疗法(EMG-BFT)是指通过肌电信号反馈进行治疗的方法。该疗法将放大的肌肉生物电活动信号转换成视觉与听觉信号, 人体接收信号后主动控制肌肉活动，进而起到增强肌肉力量或缓解肌肉疲劳的作用[28]。王维等[29]通过研究表明表面肌电生物反馈疗法及功能贴布均可使脑卒中后吞咽功能障碍患者反复唾液吞咽试验吞咽次数增多，会厌移动时间缩短，临床有效率提高，且二者联合疗效更优。还有研究表明，吞咽训练可提高舌骨上肌肉的表面肌电值，有效改善吞咽困难，同时结合肌电生物反馈疗法疗效更优[30]。

2.3表面肌电指导康复治疗 康复水平评估是自主康复训练系统的重要组成部分。一般来说，这个过程是由康复医生基于量表进行测量，测量结果往往是主观和低效的。因此有一项研究针对于此，创新性地使用了表面肌电设备对24例卒中后患者的表面肌电的平均值绝对值、斜率符号变化、零交叉、波长、均方根、偏度进行测量记录，进行算法分析后，可以将brunnstrom六个分期的准确率提高至94.36%，不但确保了测量的准确性、客观性，而且提高了检测效率[31]。

表面肌电可分析出肌肉的激活能力，而激活能力的测量不仅提供了运动单元招募能力、取消招募能力、疲劳、协同作用、共收缩等信息，还为康复计划的有效性提供了证据[4]。张立峰等[32]通过对卒中后患者躯干肌表面肌电的最大振幅值和均方根值进行记录，分析后得出中频电刺激结合综合康复治疗可有效改善患者卒中后躯干肌无力导致的便秘问题，可缩短康复周期，提高康复疗效。蒋玉燕等[33]运用表面肌电测定卒中后患者治疗前后股四头肌、胫骨前肌与腓肠肌的积分肌电值和均方根值，证明了运动想象疗法结合西药、常规康复治疗可有效改善患者平衡障碍、运动障碍，且具有一定的安全性，值得进一步推广。高崇等[34]通过对60例脑卒中患者踝背屈时胫前肌、踝跖屈时腓肠肌、伸膝时股直肌积分肌电值(iEMG)和协同收缩率进行分析，证明四肢联动训练可激活偏瘫患者膝部及踝部肌肉并提高该部位动作的协调性。Ma等[35]选取均方根、方差、表面肌电信号绝对值的平均值、波长和四阶自回归模型系数这五个时域特征参数用来证明基于表面肌电的躯干代偿康复法的可行性：不仅可以帮助患者改善不正常的姿态，还可以提高患者机体的运动功能。同时建议在康复治疗中，不仅可以联合表面肌电，还可以采用结合重力感受器、视频摄像等多种技术融合的检测手段。

2.4表面肌电与康复器械 郭川等[36]通过观察动态校正衣对脑卒中患者患侧肢体表面肌电的即刻变化，证明动态矫正衣可以辅助偏瘫患者姿势稳定，提高患者对肢体的控制能力。朱琳等[37]通过对脑卒中患者肱二头肌、肱三头肌的积分肌电及协同收缩率进行比较，论证了机器人辅助训练可有效缓解上肢痉挛，协调患者张力平衡。董晓琼等[38]通过对57例脑卒中后偏瘫患者行常规康复治疗后，分别对比联合使用步行支持带、踝足矫形器及不予联合治疗的三组患者的康复情况，发现治疗后联合步行支持带的患者胫骨前肌平均肌电值高于另外两组，证明该治疗方法优于踝足矫形器治疗且可有效改善脑卒中患者下肢运动功能。

2.5表面肌电指导下的神经肌肉电刺激 有研究表明肌电图指导下的神经肌肉电刺激(NMES)联合双侧手臂训练在减轻偏瘫肩关节运动时疼痛，减轻最严重的肩关节疼痛，改善脑卒中偏瘫肩关节疼痛患者无痛性肩外展和内旋方面具有一定优势，且优于经皮神经电刺激(TENS)联合双侧手臂训练[39]。与此同时，也有研究表明，肌电图指导下的神经肌肉电刺激联合镜像治疗(MT)对于亚急性期脑梗死患者上肢和手的康复具有明显优势，优于单独使用NMES[40]。经验丰富的治疗师经过培训后应用NMES- MT的联合治疗是一种有用、安全和实用的治疗选择，可以根据适应证纳入康复中心的标准治疗当中。然而通过观察周期性NMES、肌电图指导下的神经肌肉电刺激(EMG)和感觉刺激对上肢偏瘫患者运动障碍和活动受限的影响，发现三种神经肌肉刺激方法并没有产生明显不同的结局[41]。

3 小 结

表面肌电是神经肌肉功能障碍检测及评价的重要方法[42]，有研究表明，相比于频域特征，时域特征简单、耗时少[43]。因此，在既往的临床及研究中，常采用积分肌电值、均方根值、平均振幅值、方差、波长等时域特征参数进行评价。现已有研究表明，均方根值可反映肌肉活动时运动单元激活的数量、运动单元放电大小及参与活动程度，其具有客观定量反应肌张力变化的能力[42]。在国内的研究中发现，均方根值与改良的Ashworth评价量表具有显著的正相关性，相比改良的Ashworth评价量表，表面肌电由于其客观性、灵敏性可以更加敏感地捕捉到肌张力的改变[44]。还有研究表明，在康复治疗过程中，脑卒中的发病时间可能会引起表面肌电均方根振幅值和中频值的微弱变化[45]，这一发现可在今后的研究中进一步验证。在其他特征参数的研究中，有一些研究者利用时频参数(如小波变换)和非线性参数(如熵)从表面肌电信号中提取与运动单元变化相关的信息。在机制的有关文献报道中，论述了表面肌电信号频谱结构的改变可能与运动单元的结构和类型改变有关，即同步发射运动单元动作电位(MUAP)、发射速率和募集模式的改变[46]。还有研究发现，在Piper频带协同肌肉之间增强的肌电同步与皮质运动对肌电的贡献增强有关，中风相关的脑运动通路损伤可能会降低肌电图Piper同步性[47]。该研究还证明了肌电同步性对皮质运动功能的差异敏感，肌电同步性的降低和步态性能的减弱与肌肉力量差及较短的步长有关，从而说明肌电可能是皮质运动功能完整性的生物标志[47]。

近年来，表面肌电用于卒中后疗效评估主要集中于偏瘫肩痛、吞咽困难、肌肉痉挛、平衡障碍四个方面。除了作为评估工具，表面肌电还常常联合生物反馈技术、针刺治疗、康复治疗、康复器械及神经肌肉电刺激等各种方式用以改善卒中后患者功能障碍。然而表面肌电的真正优势并未很好的应用于临床。就目前使用的临床评估工具来说，大部分是基于自我测定或是由观察者进行评估。自我报告方法虽然容易获得，但由于患者记忆力差、对表现的不合理感知或对实际能力的错误判断，可能会模糊或不准确[48]。由护理人员进行量表评定通常是耗时的，因为在一天之中患者处于波动的功能状态变化，护理人员重复观察的机会有限，因此很少也很难捕捉到。而与此相反的是，表面肌电传感器在区分主动与被动运动或负载程度方面具有固有的优势，因为表面肌电信号的振幅与肌肉扭矩单调相关[49]。这些传感器已被用于根据肌肉活动的时间、频率和幅度推导运动学信息[50]。然而，基于表面肌电的活动监测仪并不常见，大多数此类设备仅限于步态障碍或运动障碍(如震颤)的分类。还有报告表示，因为现在大部分临床研究主要集中于表面肌电指标(积分肌电值、协同收缩率、平均振幅、峰值、均方根振幅)的运用[4]，而很少有人分析肌电图测量结果是否准确，并且由于缺乏合格的操作人员，大量的科学论文集中在肌肉电生理学和表面肌电信号技术上，而对表面肌电信号的临床应用和这项技术的可用性和有效性的临床测试的研究则相对缺乏。

综上，表面肌电具有客观性、敏感性、定量性，可以更加灵敏地捕捉到机体变化，具有广泛的临床应用前景，但接下来还需对表面肌电技术的应用进行进一步的开拓，其临床可用性及有效性的检测值得进一步分析探讨。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。