肌電圖（EMG）在運(yùn)動(dòng)中的實(shí)際應(yīng)用
肌電圖 (EMG) 并不新鮮，最近專(zhuān)項(xiàng)教練和運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)人士都對(duì)此產(chǎn)生了一些混淆。由于智能織物和可穿戴技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越多地使用肌電圖，團(tuán)隊(duì)和大學(xué)面臨來(lái)自上級(jí)的越來(lái)越多的數(shù)據(jù)壓力。
我寫(xiě)這篇文章的動(dòng)機(jī)是確保那些對(duì)在他們的環(huán)境中使用 EMG 感興趣的人做好功課，了解他們可以從這項(xiàng)技術(shù)中受益的方式，并誠(chéng)實(shí)地說(shuō)明他們需要做什么才能獲得好的數(shù)據(jù)。EMG 并不適合所有人，但如果你認(rèn)真對(duì)待它提供的信息并希望深入研究，你必須遵守協(xié)議并了解數(shù)據(jù)可以告訴你的內(nèi)容的限制。
EMG 讀數(shù) - 應(yīng)用設(shè)置中的局限性和有用性
我大部分時(shí)間都在 EMG 上閱讀大量研究，這些研究試圖解開(kāi)運(yùn)動(dòng)和訓(xùn)練中發(fā)生的大部分謎團(tuán)。我使用肌電圖評(píng)估并治療復(fù)雜的損傷，并自己對(duì)表現(xiàn)進(jìn)行了一些調(diào)查。在所有可用數(shù)據(jù)中，我發(fā)現(xiàn) EMG 最難解釋。雖然存在一些很棒的軟件，但如果沒(méi)有其他教練和運(yùn)動(dòng)科學(xué)家的幫助，我仍然無(wú)法使用肌電圖來(lái)解讀運(yùn)動(dòng)中的一些短暫的爆發(fā)性的事件。我并不是沒(méi)有科學(xué)和實(shí)踐來(lái)理解閱讀，只是對(duì)于生物力學(xué)與干預(yù)的選擇仍然未知。
如果教練和治療師能記住一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，那就是肌電圖是一項(xiàng)要求很高的投資，你必須付出努力和時(shí)間才能獲得任何收益。它不像基于速度的訓(xùn)練或電子計(jì)時(shí)，數(shù)據(jù)是即時(shí)和明顯的。它甚至不像力量分析，因?yàn)閿?shù)據(jù)不是一個(gè)直接的衡量標(biāo)準(zhǔn)，需要更多的興趣和知識(shí)，而不是與大多數(shù)體育工作人員的環(huán)境保持一致。盡管如此，如果你使用得當(dāng)，它會(huì)有所作為，但你必須致力于所需的過(guò)程和教育。
從生理學(xué)角度觀(guān)察肌電圖的更好方法
我們?cè)谶\(yùn)動(dòng)機(jī)能學(xué)和運(yùn)動(dòng)生理學(xué)中接觸過(guò)肌電圖，但我們沒(méi)有使用儀器，因?yàn)樗m合高水平學(xué)生。當(dāng)我在 MLB 實(shí)習(xí)時(shí)，Chattanooga EMG Retrainer 是我第一次接觸肌電圖。當(dāng)然，我在深蹲期間對(duì)自己進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，看看我的核心是否是讓我可以舉起的重量的限制因素。這是對(duì)原始運(yùn)動(dòng)科學(xué)的一次笨拙且無(wú)效的嘗試，但思考過(guò)程是正確的。今天，我們幾乎每天都會(huì)看到使用肌電圖作為假設(shè)證據(jù)的新研究。如果研究人員犯了解釋錯(cuò)誤，我們?nèi)绾纹谕叹氃诠芾砥渌问降臄?shù)據(jù)（如球員跟蹤信息和基于速度的訓(xùn)練）的同時(shí)處理相同的信息？
查看 EMG 數(shù)據(jù)的最簡(jiǎn)單方法是不理會(huì)它或崇拜它，因?yàn)樗鼉H僅符合敘述過(guò)程。觀(guān)察 EMG 的成熟方法是接受它，因?yàn)樽C據(jù)提供了在其活動(dòng)期間發(fā)生的事情的線(xiàn)索。肌電圖，特別是表面肌電圖 (sEMG)，是由兩個(gè)電極評(píng)估的淺表肌肉電壓的上升和下降。估計(jì)肌肉活動(dòng)中有很多其他“噪音”或其他挑戰(zhàn)因素。在淺表肌肉上放置導(dǎo)電貼紙會(huì)產(chǎn)生許多超出本文范圍。
與身體內(nèi)部的潮濕和咸味的環(huán)境相比，皮膚表面非常干燥和“死”。皮膚是身體最大的器官，而大部分抵抗力 (99%) 來(lái)自這一驚人的皮膚細(xì)胞層。EMG 是一種信號(hào)，而不是肌肉活動(dòng)的直接測(cè)量。無(wú)論如何，不能因?yàn)榧‰妶D不能解決世界上所有的問(wèn)題而說(shuō)它是沒(méi)用的，批評(píng)通常來(lái)自那些不喜歡將肌電圖用于營(yíng)銷(xiāo)目的的專(zhuān)家。Raez及其同事在他們的評(píng)論中表示，“EMG信號(hào)分析技術(shù)”：
“肌電圖有時(shí)被稱(chēng)為肌電活動(dòng)。肌肉組織傳導(dǎo)電位的方式類(lèi)似于神經(jīng)，這些電信號(hào)的名稱(chēng)是肌肉動(dòng)作電位。表面肌電圖是一種記錄這些肌肉動(dòng)作電位中存在的信息的方法。”
這個(gè)解釋詳細(xì)說(shuō)明了肌電活動(dòng)只是關(guān)于動(dòng)作電位的信息，而不是所有肌肉纖維的神經(jīng)力學(xué)中發(fā)生的事情。第一次接觸 EMG 的每個(gè)人都可能聽(tīng)過(guò)這樣的比喻：有人在玻璃隔著聽(tīng)，然后聽(tīng)到一群人的噪音。雖然很難確定誰(shuí)在說(shuō)話(huà)，但我們知道它是哪個(gè)鄰居（肌肉）、他們何時(shí)發(fā)出噪音（時(shí)間）以及他們的聲音有多大（可能的峰值和平均值）。表面肌電圖的局限性在于它是一種電生物信號(hào)的總結(jié)，而不是特定生理功能的直接測(cè)量。
研究設(shè)備隨著數(shù)據(jù)質(zhì)量、速度以及儀器小型化（尺寸）的改進(jìn)而發(fā)展。隨著技術(shù)的進(jìn)步和變化，記住身體基本上是一樣的，我們?nèi)匀灰c生物規(guī)律較量。即使產(chǎn)品更便宜或更易于使用。邏輯和推理是面向未來(lái)的，因?yàn)樯飳W(xué)有時(shí)會(huì)根據(jù)新信息發(fā)生變化，但教練必須時(shí)刻保持懷疑態(tài)度，即使在運(yùn)動(dòng)員、球隊(duì)主教練和管理人員施加壓力以使其看起來(lái)“前沿”的情況下。
設(shè)計(jì)建模
教練想要更精確地衡量訓(xùn)練，但使用肌電圖來(lái)衡量壓力負(fù)荷是一廂情愿的想法。建模，或者只是有一個(gè)可以跟蹤和評(píng)估的好的計(jì)劃，可以使用 EMG 研究來(lái)改進(jìn)計(jì)劃的過(guò)程。建模設(shè)計(jì)了我們的需求戰(zhàn)略大綱以及隨著時(shí)間的推移評(píng)估計(jì)劃的方法。沒(méi)有人期望模型在輸入和輸出方面是完美的。
在訓(xùn)練過(guò)程中低負(fù)荷訓(xùn)練可以實(shí)現(xiàn)肥大，因此強(qiáng)度和壓力與肌電圖沒(méi)有明確的聯(lián)系。加上血流限制(BFR) 訓(xùn)練，僅憑肌電圖無(wú)法解釋肌肉變大變強(qiáng)的原因。我錯(cuò)誤地閱讀了一些早期關(guān)于激素和肌電圖研究的研究，并假設(shè)力量訓(xùn)練和雄激素之間的關(guān)系通過(guò)肌電圖的解釋神奇地聯(lián)系在一起。我和研究人員一樣，過(guò)度簡(jiǎn)化了這種聯(lián)系。
重返賽場(chǎng)與監(jiān)控訓(xùn)練負(fù)荷
功能和疲勞是運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)和運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)教練在準(zhǔn)備、受傷風(fēng)險(xiǎn)和整體表現(xiàn)方面考慮的兩個(gè)主要變量。監(jiān)督訓(xùn)練有兩個(gè)目標(biāo)：了解如何讓運(yùn)動(dòng)員負(fù)重以?xún)?yōu)化比賽日的表現(xiàn)，以及減少因累積工作過(guò)于保守或過(guò)于魯莽而受傷的發(fā)生率。一些團(tuán)隊(duì)希望可穿戴式肌電圖是局部損傷的解決方案；然而，雖然擁有更多數(shù)據(jù)固然很好，但真正有能力處理此類(lèi)數(shù)據(jù)的團(tuán)隊(duì)有多少？
監(jiān)測(cè)訓(xùn)練負(fù)荷是 EMG 的一個(gè)理論概念，因?yàn)榭纱┐鞅砻嫦到y(tǒng)的工作計(jì)算是一項(xiàng)重大任務(wù)。從肌電圖創(chuàng)建有用的指標(biāo)來(lái)估計(jì)復(fù)雜練習(xí)和比賽中的工作量，對(duì)大多數(shù)環(huán)境來(lái)說(shuō)是一個(gè)白日夢(mèng)。
重返比賽或重返運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)是另一回事，因?yàn)楸砻婕‰妶D在某些情況下是有意義的，尤其是在基線(xiàn)對(duì)稱(chēng)數(shù)據(jù)有意義的情況下。無(wú)數(shù)次創(chuàng)建任意閾值，教練無(wú)法有效了解運(yùn)動(dòng)員身體的左右或前后不對(duì)稱(chēng)是如何存在的。例如，由于力學(xué)的改進(jìn)或其他肌肉群的貢獻(xiàn)更大，因此特定肌肉活動(dòng)度較低的運(yùn)動(dòng)員可能會(huì)更有效率，因此活動(dòng)量的減少可能是一件好事。大多數(shù)時(shí)候不對(duì)稱(chēng)是正常的，但是解釋不對(duì)稱(chēng)為什么以及如何影響運(yùn)動(dòng)員是非常沒(méi)有意義的。
運(yùn)動(dòng)選擇與運(yùn)動(dòng)適應(yīng)
肌電圖有助于選擇運(yùn)動(dòng)，包括特定于運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)，如練習(xí)。但僅僅只靠肌電圖不足以確定最佳運(yùn)動(dòng)或使用方式，但它是一個(gè)主要因素。在生物力學(xué)上，肌電圖非常適合力量訓(xùn)練、跳躍訓(xùn)練、短跑，甚至投擲。使用肌電圖來(lái)選擇正確的訓(xùn)練模式是有道理的，但除了肌肉群之外，使用肌電圖來(lái)研究適應(yīng)的效果要差得多。
EMG 的問(wèn)題不在于它不能很好地評(píng)估快速運(yùn)動(dòng)中神經(jīng)肌肉系統(tǒng)的所有生理活動(dòng)，而只是生物信號(hào)不能有效解釋中樞適應(yīng)，因?yàn)樗饕峭鈬鉀Q方案。其他生理適應(yīng)對(duì)肌肉和其他組織的細(xì)胞變化是適應(yīng)或改善方程的一部分，而 EMG 根本無(wú)法解釋這些。除了生化，神經(jīng)系統(tǒng)的變化是不可能通過(guò)表面電極甚至電流細(xì)線(xiàn)來(lái)檢測(cè)的。
關(guān)于肌電圖的最終想法
我希望我沒(méi)有嚇壞支持人員使用 EMG 或向任何人承諾該工具將挽救運(yùn)動(dòng)員的職業(yè)生涯。EMG 幫助我了解了更多我不知道的知識(shí)，并強(qiáng)化了我之前很多人已經(jīng)了解的人體知識(shí)。EMG 的大部分應(yīng)用應(yīng)該留給有才華和經(jīng)驗(yàn)的研究人員，但臨床醫(yī)生和聰明的運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)專(zhuān)家可以通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)員使用肌電圖來(lái)誠(chéng)實(shí)地受益。
如果你打算使用 EMG 進(jìn)行直接測(cè)量，你必須有一個(gè)現(xiàn)實(shí)可行的目標(biāo)，這樣你才能做出真正的決定，否則如果沒(méi)有它，你就無(wú)法做出這些決定。我對(duì) EMG 有足夠的經(jīng)驗(yàn)，可以警告那些新手，這不是你可以立即跳入并在訓(xùn)練或康復(fù)中產(chǎn)生影響的東西。但請(qǐng)記?。杭‰妶D會(huì)幫助一名運(yùn)動(dòng)員實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)夢(mèng)想，那是值得的。
01
便攜式多模態(tài)生物信號(hào)傳感器
一種把動(dòng)態(tài)PPG、血氧SPO、慣性傳感器、肌電傳感器、皮膚電傳感器、皮溫傳感器集成在一個(gè)可穿戴式手環(huán)設(shè)備中的生物信號(hào)采集設(shè)備，可用于數(shù)據(jù)研究、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、方案驗(yàn)證和試驗(yàn)分析。
使用此款產(chǎn)品可以做什么？
我們提供數(shù)據(jù)記錄服務(wù)，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自定義處理，可用于POC、原型或研究中的輔助證據(jù)。
使用我們的大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，可以輕松的訪(fǎng)問(wèn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析與研究。
基于我們的項(xiàng)目進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，快速實(shí)現(xiàn)自己的應(yīng)用程序。
應(yīng)用領(lǐng)域
癲癇、抑郁癥、睡眠障礙、帕金森氏病、運(yùn)動(dòng)康復(fù)、情緒監(jiān)測(cè)、肌肉萎縮、手勢(shì)識(shí)別、動(dòng)作行為預(yù)測(cè)、運(yùn)動(dòng)捕捉、機(jī)械手臂、焦慮癥
02
分布式多通道無(wú)線(xiàn)表面肌電采集系統(tǒng)
分布式無(wú)線(xiàn)肌電測(cè)試系統(tǒng)是一款簡(jiǎn)單實(shí)用的肌電、慣性信號(hào)同步采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)每個(gè)采集器包括兩個(gè)EMG通道、三軸加速度、角速度和三軸磁力計(jì)；可實(shí)現(xiàn)多個(gè)采集器同步采集、波形實(shí)時(shí)顯示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、多條采集記錄集成于單個(gè)文件、可導(dǎo)出多種數(shù)據(jù)格式文件。
該系統(tǒng)可以在有限的通道數(shù)內(nèi)，最大限度地獲取人體肌肉在運(yùn)動(dòng)中的信息。結(jié)合九軸數(shù)據(jù)，可以適用于更多的應(yīng)用場(chǎng)景，尤其是在混合控制方面提高了系統(tǒng)對(duì)于動(dòng)作跟蹤捕捉的準(zhǔn)確性，兼顧肌電與慣性傳感器兩種獲取動(dòng)作信息的方法，提高了分布式系統(tǒng)動(dòng)作識(shí)別的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，減少了實(shí)現(xiàn)動(dòng)作跟隨的代價(jià)。
肌電信號(hào)采集方法主要有針電極和表面電極兩類(lèi)。針電極作為有創(chuàng)方法發(fā)展最早，也是目前臨床肌肉相關(guān)疾病診斷的標(biāo)準(zhǔn)。但針電極刺入人體肌肉會(huì)帶來(lái)疼痛，為了減輕患者的痛苦，隨后又開(kāi)發(fā)出了表面電極，但該方法難以取代針電極作為診斷措施。
03
便攜式高密度腦肌電采集系統(tǒng)
肌電信號(hào)采集方法主要有針電極和表面電極兩類(lèi)。針電極作為有創(chuàng)方法發(fā)展最早，也是目前臨床肌肉相關(guān)疾病診斷的標(biāo)準(zhǔn)。但針電極刺入人體肌肉會(huì)帶來(lái)疼痛，為了減輕患者的痛苦，隨后又開(kāi)發(fā)出了表面電極，但該方法難以取代針電極作為診斷措施。
針電極因?yàn)榍秩胧?，可以直接獲得運(yùn)動(dòng)單元信息作為肌肉疾病診斷的依據(jù)；表面肌肉電極雖然可以獲取運(yùn)動(dòng)意圖信息，但難以還原出運(yùn)動(dòng)單元信號(hào)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，人們開(kāi)發(fā)了高密度表面肌電電極，高密度表面肌電信號(hào)可以通過(guò)信號(hào)分解算法還原出運(yùn)動(dòng)單元信息。
本產(chǎn)品由32/64通道無(wú)線(xiàn)高密度腦/肌電信號(hào)采集系統(tǒng)（最大可擴(kuò)展256通道），以及專(zhuān)用軟件分析系統(tǒng)組成。能同時(shí)兼顧腦電和肌電的采集需要，具備獨(dú)有的在運(yùn)動(dòng)條件下測(cè)量數(shù)據(jù)的能力，良好的兼容性與擴(kuò)展性，在連接不穩(wěn)定或者設(shè)備離線(xiàn)情況下均能保證數(shù)據(jù)不丟失。
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