stringtranslate.com

Электромиография

Электромиография ( ЭМГ ) — это метод оценки и регистрации электрической активности, производимой скелетными мышцами . [1] [2] ЭМГ выполняется с использованием прибора , называемого электромиографом, для получения записи, называемой электромиограммой . Электромиограф обнаруживает электрический потенциал, генерируемый мышечными клетками [3] , когда эти клетки электрически или неврологически активируются. Сигналы можно анализировать для выявления аномалий, уровня активации или порядка рекрутирования, или для анализа биомеханики движения человека или животного. Игольчатая ЭМГ — это метод электродиагностической медицины, обычно используемый неврологами. Поверхностная ЭМГ — это немедицинская процедура, используемая для оценки активации мышц несколькими специалистами, включая физиотерапевтов, кинезиологов и биомедицинских инженеров. В компьютерной науке ЭМГ также используется в качестве промежуточного программного обеспечения для распознавания жестов , что позволяет вводить физические действия в компьютер как форму взаимодействия человека и компьютера . [4]

Клиническое применение

Тестирование ЭМГ имеет множество клинических и биомедицинских применений. Игольчатая ЭМГ используется как диагностический инструмент для выявления нервно- мышечных заболеваний [5] или как исследовательский инструмент для изучения кинезиологии и расстройств двигательного контроля. Сигналы ЭМГ иногда используются для направления инъекций ботулотоксина или фенола в мышцы. Поверхностная ЭМГ используется для функциональной диагностики и во время инструментального анализа движения. Сигналы ЭМГ также используются в качестве управляющего сигнала для протезных устройств, таких как протезы рук, кистей и нижних конечностей. [ необходима цитата ]

Акселеромиограф может использоваться для нейромышечного мониторинга при общей анестезии с использованием нейромышечно-блокирующих препаратов , чтобы избежать послеоперационной остаточной кураризации (PORC). [6] [7] [8] [9]

За исключением случаев некоторых чисто первичных миопатических состояний ЭМГ обычно выполняется с другим электродиагностическим медицинским тестом, который измеряет проводящую функцию нервов. Это называется исследованием нервной проводимости (NCS). Игольчатая ЭМГ и NCS обычно показаны при наличии боли в конечностях, слабости из-за сдавления спинномозгового нерва или беспокойстве по поводу какой-либо другой неврологической травмы или расстройства. [10] Повреждение спинномозгового нерва не вызывает боли в шее, средней части спины или пояснице , и по этой причине доказательства не показали, что ЭМГ или NCS полезны для диагностики причин аксиальной поясничной боли, грудной боли или боли в шейном отделе позвоночника . [10] Игольчатая ЭМГ может помочь в диагностике сдавления или травмы нерва (например, синдрома запястного канала ), повреждения нервного корешка (например, ишиаса) и других проблем с мышцами или нервами. Менее распространенные медицинские состояния включают боковой амиотрофический склероз , миастению и мышечную дистрофию . [ необходима ссылка ]

Техника

Подготовка кожи и риски

Первый шаг перед введением игольчатого электрода — подготовка кожи. Обычно это просто очистка кожи спиртовой салфеткой. [ необходима цитата ]

Фактическое размещение игольчатого электрода может быть сложным и зависит от ряда факторов, таких как выбор конкретной мышцы и размер этой мышцы. Правильное размещение игольчатой ​​ЭМГ очень важно для точного представления интересующей мышцы , хотя ЭМГ более эффективна для поверхностных мышц, поскольку она не может обойти потенциалы действия поверхностных мышц и обнаружить более глубокие мышцы. Кроме того, чем больше жира в организме человека, тем слабее сигнал ЭМГ. При размещении датчика ЭМГ идеальным местом является брюшко мышцы: продольная срединная линия. Брюшко мышцы также можно рассматривать как место между двигательной точкой (серединой) мышцы и точкой прикрепления сухожилия. [ необходима цитата ]

Кардиостимуляторы и имплантированные сердечные дефибрилляторы (ИКД) все чаще используются в клинической практике, и нет никаких доказательств, указывающих на то, что выполнение рутинных электродиагностических исследований у пациентов с этими устройствами представляет угрозу безопасности. Однако существуют теоретические опасения, что электрические импульсы исследований нервной проводимости (NCS) могут быть ошибочно восприняты устройствами и привести к непреднамеренному торможению или запуску выходного сигнала или перепрограммированию устройства. В целом, чем ближе место стимуляции к кардиостимулятору и электродам стимуляции, тем больше вероятность индуцирования напряжения достаточной амплитуды для торможения кардиостимулятора. Несмотря на такие опасения, не было зарегистрировано никаких немедленных или отсроченных побочных эффектов при рутинной NCS. [ необходима цитата ]

Не существует известных противопоказаний для проведения игольчатой ​​ЭМГ или NCS у беременных пациенток. Кроме того, в литературе не сообщалось об осложнениях от этих процедур. Аналогично, не сообщалось о том, что тестирование вызванных потенциалов вызывает какие-либо проблемы, если оно проводится во время беременности. [11]

Пациентов с лимфедемой или пациентов с риском лимфедемы обычно предупреждают о необходимости избегать чрескожных процедур на пораженной конечности, а именно венепункции, чтобы предотвратить развитие или ухудшение лимфедемы или целлюлита. Несмотря на потенциальный риск, доказательства таких осложнений после венепункции ограничены. Не существует опубликованных отчетов о целлюлите, инфекции или других осложнениях, связанных с ЭМГ, проведенной в условиях лимфедемы или предшествующей диссекции лимфатических узлов. Однако, учитывая неизвестный риск целлюлита у пациентов с лимфедемой, следует проявлять разумную осторожность при проведении игольных исследований в лимфедематозных областях, чтобы избежать осложнений. У пациентов с выраженным отеком и натянутой кожей прокол кожи игольчатыми электродами может привести к хроническому просачиванию серозной жидкости. Потенциальная бактериальная среда такой серозной жидкости и нарушение целостности кожи могут увеличить риск целлюлита. Перед продолжением врач должен взвесить потенциальные риски проведения исследования с необходимостью получения полученной информации. [11]

Электроды для регистрации поверхностной и внутримышечной ЭМГ

Существует два вида ЭМГ: поверхностная ЭМГ и внутримышечная ЭМГ. Поверхностная ЭМГ оценивает функцию мышц, регистрируя мышечную активность с поверхности над мышцей на коже. Поверхностная ЭМГ может быть зарегистрирована парой электродов или более сложным массивом из нескольких электродов. Требуется более одного электрода, поскольку записи ЭМГ отображают разность потенциалов (разность напряжений) между двумя отдельными электродами. Ограничениями этого подхода является тот факт, что записи поверхностных электродов ограничены поверхностными мышцами, зависят от глубины подкожной ткани в месте записи, которая может сильно варьироваться в зависимости от веса пациента, и не могут надежно различать разряды соседних мышц. Были разработаны специальные размещения электродов и функциональные тесты, чтобы минимизировать этот риск, тем самым обеспечивая надежные исследования. [ необходима цитата ]

Внутримышечная ЭМГ может быть выполнена с использованием различных типов регистрирующих электродов. Самый простой подход — монополярный игольчатый электрод. Это может быть тонкая проволока, вставленная в мышцу с поверхностным электродом в качестве опорного; или два тонких провода, вставленных в мышцу, сопоставленные друг с другом. Чаще всего записи с помощью тонких проводов используются для исследований или кинезиологических исследований. Диагностические монополярные электроды ЭМГ обычно изолированы и достаточно жесткие, чтобы проникать в кожу, при этом только кончик открыт, используя поверхностный электрод для опорного. Иглы для инъекций терапевтического ботулотоксина или фенола обычно являются монополярными электродами, которые используют поверхностный опорный электрод, однако в этом случае металлический стержень иглы для подкожных инъекций, изолированный так, что открыт только кончик, используется как для записи сигналов, так и для инъекции. Немного более сложным по конструкции является концентрический игольчатый электрод. Эти иглы имеют тонкую проволоку, встроенную в слой изоляции, который заполняет ствол иглы для подкожных инъекций, которая имеет открытый стержень, и стержень служит в качестве опорного электрода. Открытый кончик тонкой проволоки служит активным электродом. В результате этой конфигурации сигналы, как правило, меньше при записи с концентрического электрода, чем при записи с монополярного электрода, и они более устойчивы к электрическим артефактам от ткани, а измерения, как правило, несколько более надежны. Однако, поскольку стержень открыт по всей своей длине, поверхностная мышечная активность может загрязнять запись более глубоких мышц. Одноволоконные игольчатые электроды ЭМГ разработаны так, чтобы иметь очень маленькие области записи и позволяют различать разряды отдельных мышечных волокон. [ необходима цитата ]

Для проведения внутримышечной ЭМГ обычно через кожу в мышечную ткань вводится либо монополярный, либо концентрический игольчатый электрод. Затем игла перемещается в несколько точек в пределах расслабленной мышцы, чтобы оценить как инсерционную активность, так и активность покоя в мышце. Нормальные мышцы демонстрируют кратковременный всплеск активации мышечных волокон при стимуляции движением иглы, но это редко длится более 100 мс. Два наиболее распространенных патологических типа активности покоя в мышце — это потенциалы фасцикуляции и фибрилляции. Потенциал фасцикуляции — это непроизвольная активация двигательной единицы в мышце, иногда видимая невооруженным глазом как подергивание мышцы или поверхностными электродами. Фибрилляции, однако, обнаруживаются только с помощью игольчатой ​​ЭМГ и представляют собой изолированную активацию отдельных мышечных волокон, обычно в результате заболевания нерва или мышцы. Часто фибрилляции вызываются движением иглы (инсерционная активность) и сохраняются в течение нескольких секунд или более после прекращения движения. [ необходима цитата ]

После оценки покоящейся и вставочной активности электромиограф оценивает активность мышцы во время произвольного сокращения. Оцениваются форма, размер и частота результирующих электрических сигналов. Затем электрод отводится на несколько миллиметров, и активность снова анализируется. Это повторяется, иногда до тех пор, пока не будут собраны данные по 10–20 двигательным единицам, чтобы сделать выводы о функции двигательной единицы. Каждый электродный след дает только очень локальную картину активности всей мышцы. Поскольку скелетные мышцы различаются по внутренней структуре, электрод необходимо размещать в разных местах, чтобы получить точное исследование. Для интерпретации исследования ЭМГ важно оценить параметры тестируемых двигательных единиц мышц. Этот процесс вполне может быть частично автоматизирован с использованием соответствующего программного обеспечения. [12]

Электромиография отдельных волокон оценивает задержку между сокращениями отдельных мышечных волокон в двигательной единице и является чувствительным тестом на дисфункцию нервно-мышечного соединения, вызванную наркотиками, ядами или такими заболеваниями, как миастения. Методика сложна и обычно выполняется только лицами, прошедшими специальную подготовку.

Поверхностная ЭМГ используется в ряде случаев; например, в физиотерапевтической клинике активация мышц контролируется с помощью поверхностной ЭМГ, и у пациентов есть слуховой или визуальный стимул, чтобы помочь им узнать, когда они активируют мышцу (биологическая обратная связь). Обзор литературы по поверхностной ЭМГ, опубликованный в 2008 году, пришел к выводу, что поверхностная ЭМГ может быть полезна для обнаружения наличия нервно-мышечного заболевания (рейтинг уровня C, данные класса III), но недостаточно данных, подтверждающих ее полезность для различения невропатических и миопатических состояний или для диагностики конкретных нервно-мышечных заболеваний. ЭМГ может быть полезна для дополнительного изучения усталости, связанной с постполиомиелитным синдромом, и электромеханической функции при миотонической дистрофии (рейтинг уровня C, данные класса III). [11] В последнее время, с ростом технологий в спорте, пЭМГ стала областью внимания тренеров для снижения частоты травм мягких тканей и улучшения производительности игроков.

Некоторые штаты США ограничивают выполнение игольчатой ​​ЭМГ неврачами. Нью-Джерси заявил, что это не может быть делегировано помощнику врача. [13] [14] Мичиган принял закон, согласно которому игольчатая ЭМГ является медицинской практикой. [15] Специальная подготовка по диагностике заболеваний с помощью ЭМГ требуется только в программах ординатуры и стипендий по неврологии, клинической нейрофизиологии, нейромышечной медицине, физической медицине и реабилитации. Существуют определенные специалисты по отоларингологии, которые прошли выборочную подготовку по выполнению ЭМГ мышц гортани, и специалисты по урологии, акушерству и гинекологии, которые прошли выборочную подготовку по выполнению ЭМГ мышц, контролирующих функцию кишечника и мочевого пузыря. [ необходима ссылка ]

Максимальное произвольное сокращение

Одна из основных функций ЭМГ — увидеть, насколько хорошо может быть активирована мышца. Наиболее распространенный способ, который можно определить, — это выполнение максимального произвольного сокращения (MVC) тестируемой мышцы. [16] Каждый тип группы мышц имеет разные характеристики, и положения MVC различаются для разных типов групп мышц. Поэтому исследователь должен быть очень осторожен при выборе типа положения MVC, чтобы вызвать больший уровень мышечной активности у испытуемых. [17]

Типы положений MVC могут различаться в зависимости от типа мышц, в зависимости от конкретной рассматриваемой группы мышц, включая мышцы туловища, мышцы нижних конечностей и другие. [18] [19]

Мышечная сила, которая измеряется механически, обычно сильно коррелирует с показателями ЭМГ-активации мышц. Чаще всего это оценивается с помощью поверхностных электродов, но следует признать, что они обычно регистрируют только мышечные волокна, находящиеся в непосредственной близости от поверхности.

Обычно используются несколько аналитических методов определения активации мышц в зависимости от приложения. Использование средней активации ЭМГ или пикового значения сокращения является предметом споров. В большинстве исследований обычно используется максимальное произвольное сокращение в качестве средства анализа пиковой силы и силы, генерируемой целевыми мышцами. Согласно статье «Пиковые и средние выпрямленные показатели ЭМГ: какой метод обработки данных следует использовать для оценки упражнений на кор?» [20] , был сделан вывод, что «средние выпрямленные данные ЭМГ (АРВ) значительно менее изменчивы при измерении мышечной активности основной мускулатуры по сравнению с пиковой переменной ЭМГ». Поэтому эти исследователи предполагают, что «данные АРВ ЭМГ следует регистрировать вместе с пиковым измерением ЭМГ при оценке упражнений на кор». Предоставление читателю обоих наборов данных приведет к повышению достоверности исследования и потенциально устранит противоречия в исследовании. [21] [22]

Другие измерения

ЭМГ также может использоваться для определения степени усталости мышцы. Следующие изменения сигнала ЭМГ могут указывать на усталость мышцы : увеличение среднего абсолютного значения сигнала, увеличение амплитуды и продолжительности потенциала действия мышцы и общий сдвиг к более низким частотам. Мониторинг изменений различных частотных изменений является наиболее распространенным способом использования ЭМГ для определения уровня усталости. Более низкие скорости проводимости позволяют более медленным двигательным нейронам оставаться активными. [23]

Двигательная единица определяется как один двигательный нейрон и все мышечные волокна, которые он иннервирует. Когда двигательная единица активируется, импульс (называемый потенциалом действия ) передается вниз по двигательному нейрону к мышце. Область, где нерв контактирует с мышцей, называется нервно-мышечным соединением или двигательной концевой пластинкой . После того, как потенциал действия передается через нервно-мышечное соединение, потенциал действия вызывается во всех иннервируемых мышечных волокнах этой конкретной двигательной единицы. Сумма всей этой электрической активности известна как потенциал действия двигательной единицы (ПДЕ). Эта электрофизиологическая активность от нескольких двигательных единиц является сигналом, который обычно оценивается во время ЭМГ. Состав двигательной единицы, количество мышечных волокон на двигательную единицу, метаболический тип мышечных волокон и многие другие факторы влияют на форму потенциалов двигательной единицы в миограмме. [ необходима цитата ]

Тестирование нервной проводимости также часто проводится одновременно с ЭМГ для диагностики неврологических заболеваний. [24]

Некоторые пациенты могут посчитать процедуру несколько болезненной, в то время как другие испытывают лишь небольшой дискомфорт при введении иглы. Мышца или мышцы, подвергающиеся тестированию, могут слегка болеть в течение дня или двух после процедуры. [25]

Разложение сигнала ЭМГ

Сигналы ЭМГ по сути состоят из наложенных потенциалов действия двигательных единиц (ПДЕ) от нескольких двигательных единиц. Для тщательного анализа измеренные сигналы ЭМГ можно разложить на составляющие их ПДЕ. ПДЕ от разных двигательных единиц, как правило, имеют разные характерные формы, в то время как ПДЕ, записанные одним и тем же электродом от одной и той же двигательной единицы, обычно похожи. В частности, размер и форма ПДЕ зависят от того, где расположен электрод по отношению к волокнам, и поэтому могут казаться разными, если электрод меняет положение. Разложение ЭМГ нетривиально, хотя было предложено много методов. [26]

Обработка сигнала ЭМГ

Выпрямление — это преобразование необработанного сигнала ЭМГ в сигнал с одной полярностью , обычно положительной. Цель выпрямления сигнала — гарантировать, что сигнал не усредняется до нуля, поскольку необработанный сигнал ЭМГ имеет положительные и отрицательные компоненты. Используются два типа выпрямления: двухполупериодное и однополупериодное выпрямление. [27] Двухполупериодное выпрямление добавляет сигнал ЭМГ ниже базовой линии к сигналу выше базовой линии, чтобы создать условный сигнал, который полностью положительный. Если базовая линия равна нулю, это эквивалентно взятию абсолютного значения сигнала. [28] [29] Это предпочтительный метод выпрямления, поскольку он сохраняет всю энергию сигнала для анализа. Однополупериодное выпрямление отбрасывает часть сигнала ЭМГ, которая находится ниже базовой линии. При этом среднее значение данных больше не равно нулю, поэтому его можно использовать в статистическом анализе.

Ограничения

Игольчатая ЭМГ, используемая в клинических условиях, имеет практическое применение, например, помогает обнаружить заболевание. Однако игольчатая ЭМГ имеет ограничения, поскольку она включает произвольную активацию мышц и, как таковая, менее информативна у пациентов, не желающих или неспособных сотрудничать, детей и младенцев, а также у лиц с параличом. Поверхностная ЭМГ может иметь ограниченное применение из-за присущих ей проблем. Жировая ткань (жир) может влиять на записи ЭМГ. Исследования показывают, что по мере увеличения жировой ткани активная мышца непосредственно под поверхностью уменьшалась. По мере увеличения жировой ткани амплитуда сигнала поверхностной ЭМГ непосредственно над центром активной мышцы уменьшалась. Записи сигнала ЭМГ, как правило, более точны у людей с меньшим количеством жира в организме и более податливой кожей, например, у молодых людей по сравнению со старыми. Перекрестные помехи мышц возникают, когда сигнал ЭМГ от одной мышцы мешает сигналу другой, ограничивая надежность сигнала тестируемой мышцы. Поверхностная ЭМГ ограничена из-за недостаточной надежности глубоких мышц. Для получения сигнала ЭМГ для глубоких мышц требуются внутримышечные провода, которые являются навязчивыми и болезненными. Поверхностная ЭМГ может измерять только поверхностные мышцы, и даже в этом случае трудно сузить сигнал до одной мышцы. [30]

Электрические характеристики

Источником электричества является потенциал мышечной мембраны около –90 мВ. [31] Измеренные потенциалы ЭМГ варьируются от менее 50 мкВ до 30 мВ в зависимости от наблюдаемой мышцы. [ необходима цитата ]

Типичная частота повторения импульсов двигательных единиц мышц составляет около 7–20 Гц, в зависимости от размера мышцы (глазные мышцы против ягодичных мышц), предыдущего повреждения аксонов и других факторов. Повреждение двигательных единиц можно ожидать в диапазоне от 450 до 780 мВ. [32]

Результаты процедуры

Нормальные результаты

Мышечная ткань в состоянии покоя обычно электрически неактивна. После того, как электрическая активность, вызванная раздражением от введения иглы, стихает, электромиограф не должен обнаруживать аномальной спонтанной активности (т. е. мышца в состоянии покоя должна быть электрически молчащей, за исключением области нервно -мышечного соединения , которая в нормальных условиях очень спонтанно активна). Когда мышца произвольно сокращается, начинают появляться потенциалы действия . По мере увеличения силы сокращения мышцы все больше и больше мышечных волокон производят потенциалы действия. Когда мышца полностью сокращена, должна появляться беспорядочная группа потенциалов действия различной скорости и амплитуды (полное рекрутирование); это можно описать как интерференционную картину . [33] [34]

Аномальные результаты

Результаты ЭМГ различаются в зависимости от типа расстройства, продолжительности проблемы, возраста пациента, степени, в которой пациент может быть кооперативным, типа игольчатого электрода, используемого для исследования пациента, и ошибки выборки с точки зрения количества областей, исследованных в пределах одной мышцы, и количества исследованных мышц в целом. Интерпретация результатов ЭМГ обычно лучше всего выполняется человеком, информированным о целенаправленной истории и физическом осмотре пациента, и в сочетании с результатами других соответствующих диагностических исследований, выполненных, в том числе, что наиболее важно, исследования нервной проводимости, но также, при необходимости, исследования визуализации, такие как МРТ и УЗИ, биопсия мышц и нервов, мышечные ферменты и серологические исследования. [ необходима цитата ]

Аномальные результаты могут быть вызваны следующими медицинскими состояниями (обратите внимание, что это не исчерпывающий список состояний, которые могут привести к аномальным результатам ЭМГ-исследований): [ необходима ссылка ]

История

Первые задокументированные эксперименты, связанные с ЭМГ, начались с работ Франческо Реди в 1666 году. Реди обнаружил, что высокоспециализированная мышца рыбы-электрического ската ( Electric Eel ) генерирует электричество. К 1773 году Уолш смог продемонстрировать, что мышечная ткань рыбы-угря может генерировать искру электричества. В 1792 году появилась публикация под названием De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius , написанная Луиджи Гальвани , в которой автор продемонстрировал, что электричество может инициировать сокращение мышц. Шесть десятилетий спустя, в 1849 году, Эмиль дю Буа-Реймонд обнаружил, что также можно записывать электрическую активность во время произвольного сокращения мышц. [35] Первая фактическая запись этой активности была сделана Мареем в 1890 году, который также ввел термин электромиография. [36] В 1922 году Гассер и Эрлангер использовали осциллограф, чтобы показать электрические сигналы от мышц. Из-за стохастической природы миоэлектрического сигнала из его наблюдения можно было получить только грубую информацию. Способность обнаруживать электромиографические сигналы неуклонно улучшалась с 1930-х по 1950-е годы, и исследователи начали более широко использовать усовершенствованные электроды для изучения мышц. AANEM было образовано в 1953 году как одно из нескольких в настоящее время активных медицинских обществ с особым интересом к развитию науки и клиническому использованию этой техники. Клиническое использование поверхностной ЭМГ (sEMG) для лечения более специфических расстройств началось в 1960-х годах. Хардик и его исследователи были первыми (1966) практикующими врачами, которые использовали sEMG. В начале 1980-х годов Крам и Стегер представили клинический метод сканирования различных мышц с использованием устройства для измерения ЭМГ. [37]

12 июля 1954 г. Медицинская лаборатория ЭМГ клиники Майо. Эрвин Л. Шмидт в кресле, рука Милдред Виндесхайм держит электрод.

Исследования начались в клинике Майо в Рочестере, штат Миннесота, под руководством Эдварда Х. Ламберта , доктора медицины, доктора философии (1915–2003) в начале 1950-х годов. Ламберт, известный как «отец ЭМГ», [38] при содействии своего научного техника Эрвина Л. Шмидта, инженера-электрика-самоучки, разработал машину, которую можно было перемещать из лаборатории ЭМГ, и которая была относительно проста в использовании. Поскольку в то время осциллографы не имели функций «хранения» или «печати», камера Polaroid была прикреплена спереди на шарнире. Она была синхронизирована для фотографирования сканирования. Стипендиаты, обучающиеся в Майо, вскоре поняли, что это был инструмент, который им тоже нужен. Поскольку Майо не был заинтересован в маркетинге своих изобретений, Шмидт продолжал разрабатывать их в своем подвале в течение десятилетий, продавая их под названием ErMel Inc.

Только к середине 1980-х годов методы интеграции в электроды достаточно продвинулись, чтобы обеспечить серийное производство требуемых небольших и легких приборов и усилителей. В настоящее время в продаже имеется ряд подходящих усилителей. В начале 1980-х годов стали доступны кабели, которые производили сигналы в желаемом диапазоне микровольт. Недавние исследования привели к лучшему пониманию свойств поверхностной записи ЭМГ. Поверхностная электромиография все чаще используется для записи с поверхностных мышц в клинических или кинезиологических протоколах, где внутримышечные электроды используются для исследования глубоких мышц или локальной мышечной активности.

Существует множество приложений для использования ЭМГ. ЭМГ используется в клинике для диагностики неврологических и нервно-мышечных проблем. Она используется в диагностических целях лабораториями походки и врачами, обученными использованию биологической обратной связи или эргономической оценки. ЭМГ также используется во многих типах исследовательских лабораторий, включая те, которые занимаются биомеханикой , управлением движениями, нервно-мышечной физиологией, двигательными расстройствами, контролем осанки и физиотерапией .

Исследовать

ЭМГ может использоваться для восприятия изометрической мышечной активности, когда не производится никакого движения. Это позволяет определить класс едва заметных неподвижных жестов для управления интерфейсами, не будучи замеченными и не нарушая окружающую среду. Эти сигналы могут использоваться для управления протезом или в качестве сигнала управления для электронного устройства, такого как мобильный телефон или КПК [ требуется цитата ] .

Сигналы ЭМГ были направлены на управление системами полета. Группа человеческих чувств в исследовательском центре NASA Ames в Моффетт-Филд , Калифорния, стремится усовершенствовать интерфейсы человек-машина, напрямую подключая человека к компьютеру. В этом проекте сигнал ЭМГ используется для замены механических джойстиков и клавиатур. ЭМГ также использовался в исследованиях по созданию «носимой кабины», которая использует жесты на основе ЭМГ для управления переключателями и ручками управления, необходимыми для полета, в сочетании с дисплеем на основе очков.

Распознавание невокализованной или тихой речи распознает речь, наблюдая за активностью ЭМГ мышц, связанных с речью. Он предназначен для использования в шумной обстановке и может быть полезен для людей без голосовых связок , с афазией , с дисфонией и т. д. [39]

ЭМГ также использовалась в качестве управляющего сигнала для компьютеров и других устройств. Интерфейсное устройство на основе переключателя ЭМГ может использоваться для управления движущимися объектами, такими как мобильные роботы или электрическая инвалидная коляска . [40] Это может быть полезно для людей, которые не могут управлять инвалидной коляской с управлением джойстиком. Записи поверхностной ЭМГ также могут быть подходящим управляющим сигналом для некоторых интерактивных видеоигр. [41]

Совместный проект Microsoft , Вашингтонского университета в Сиэтле и Торонтского университета в Канаде исследовал использование мышечных сигналов от жестов рук в качестве интерфейсного устройства. [42] Патент , основанный на этом исследовании, был подан 26 июня 2008 года. [43]

В 2016 году стартап Emteq Labs выпустил гарнитуру виртуальной реальности со встроенными датчиками ЭМГ для измерения выражений лица. [44] В сентябре 2019 года Facebook, позже переименованный в Meta Platforms , купил стартап CTRL-labs, который работал над ЭМГ. [45] В 2024 году Meta представила очки дополненной реальности, которые были сопряжены с браслетом, считывающим жесты рук пользователя с помощью электромиографии. [46]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Робертсон, DGE; Колдуэлл, GE; Хэмилл, Дж.; Камен, Г.; Уиттлси, С. Н. (20 января 2014 г.). Методы исследования в биомеханике. Шампейн, Иллинойс: Кинетика человека. ISBN 978-0-7360-9340-8. OCLC  842337695.
  2. ^ Паолетти, Микеле; Белли, Альберто; Пальма, Лоренцо; Валлашани, Массимо; Пьерлеони, Паола (июнь 2020 г.). «Беспроводная сеть датчиков тела для клинической оценки феномена сгибания-расслабления». Электроника . 9 (6): 1044. doi : 10.3390/electronics9061044 . ISSN  2079-9292.
  3. ^ Электромиография в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
  4. ^ Кобыларц, Джонатан; Берд, Джордан Дж.; Фариа, Диего Р.; Рибейро, Эдуардо Паренте; Экарт, Анико (2020-03-07). «Большие пальцы вверх, большие пальцы вниз: невербальное взаимодействие человека и робота посредством классификации ЭМГ в реальном времени с помощью индуктивного и контролируемого трансдуктивного трансферного обучения». Журнал Ambient Intelligence and Humanized Computing . 11 (12). Springer Science and Business Media LLC: 6021–6031. doi : 10.1007/s12652-020-01852-z . ISSN  1868-5137.
  5. ^ Паолетти, Микеле; Белли, Альберто; Пальма, Лоренцо; Пьерлеони, Паола (декабрь 2020 г.). «Анализ вероятности электромиографических паттернов для оценки феномена сгибания-расслабления». Электроника . 9 (12): 2046. doi : 10.3390/electronics9122046 . hdl : 11566/290990 . ISSN  2079-9292.
  6. ^ Харви AM, Масланд RL: Действие дурацирующих препаратов на человека. Журнал фармакологии и экспериментальной терапии, т. 73, выпуск 3, 304-311, 1941
  7. ^ Botelho, Stella Y. (1955). «Сравнение одновременно зарегистрированной электрической и механической активности у пациентов с миастенией и у частично кураризированных нормальных людей». The American Journal of Medicine . 19 (5): 693–6. doi :10.1016/S0002-9343(55)80010-1. PMID  13268466.
  8. ^ Кристи, TH; Черчилль-Дэвидсон, HC (1958). «Нервный стимулятор больницы Св. Фомы в диагностике длительного апноэ». Lancet . 1 (7024): 776. doi :10.1016/S0140-6736(58)91583-6. PMID  13526270.
  9. ^ Энгбек, Дж.; Остергаард, Д.; Виби-Могенсен, Дж. (1989). «Двойная импульсная стимуляция (DBS): новый паттерн стимуляции нервов для выявления остаточного нервно-мышечного блока». British Journal of Anaesthesia . 62 (3): 274–8. doi : 10.1093/bja/62.3.274 . PMID  2522790. S2CID  32733775.
  10. ^ ab Североамериканское общество позвоночника (февраль 2013 г.), «Пять вопросов, которые должны задавать себе врачи и пациенты», Choose Wisely : инициатива Фонда ABIM , Североамериканское общество позвоночника , получено 25 марта 2013 г., который цитирует
  11. ^ abc "Not Found - American Association of Neuromuscular & Electrodiagnostic Medicine". www.aanem.org . Архивировано из оригинала 2023-02-25 . Получено 2014-12-26 .
  12. ^ Кендзя, Алиция; Дерковски, Войцех (2010). «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ КОМПЬЮТЕРНОГО АНАЛИЗА МОТОРНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ В ЗАПИСИ ЭМГ». Computer-Aided Scientific Research . 17 : 161–168. doi :10.5281/zenodo.10615275.
  13. ↑ Артур С. Ротман, доктор медицины, против Selective Insurance Company of America, Верховный суд Нью-Джерси, 19 января.
  14. ↑ Техасский апелляционный суд, Третий округ, в Остине, дело № 03-10-673-CV. 5 апреля 2012 г.
  15. ^ Раздел 333.17018 Сборник законов Мичигана http://legislature.mi.gov/doc.aspx?mcl-333-17018
  16. ^ Бем, Д. Г.; Уиттл, Дж.; Баттон, Д.; Пауэр, К. (28.01.2002). «Межмышечные различия в активации». Muscle & Nerve . 25 (2): 236–243. doi :10.1002/mus.10008. ISSN  0148-639X. PMID  11870692. S2CID  20430130.
  17. ^ Питер Конрад, Азбука ЭМГ, https://www.noraxon.com/wp-content/uploads/2014/12/ABC-EMG-ISBN.pdf.
  18. ^ Вера-Гарсия, Франциско Дж.; Моресайд, Джанис М.; Макгилл, Стюарт М. (2010-02-01). «Методы MVC для нормализации ЭМГ мышц туловища у здоровых женщин». Журнал электромиографии и кинезиологии . 20 (1): 10–16. doi :10.1016/j.jelekin.2009.03.010. ISSN  1050-6411. PMID  19394867.
  19. ^ Авдан, Гоксу; Онал, Синан; Смит, Брайан К. (2023-04-01). «Нормализация сигналов ЭМГ: оптимальные положения MVC для групп мышц нижних конечностей у здоровых субъектов». Журнал медицинской и биологической инженерии . 43 (2): 195–202. doi :10.1007/s40846-023-00782-3. ISSN  2199-4757. S2CID  257966584.
  20. ^ Хиббс, AE; Томпсон, KG; Френч, DN; Ходжсон, D.; Спирс, IR (февраль 2011 г.). «Пиковые и средние показатели выпрямленной ЭМГ: какой метод обработки данных следует использовать для оценки упражнений на основную тренировку?». Журнал электромиографии и кинезиологии . 21 (1): 102–111. doi :10.1016/j.jelekin.2010.06.001. PMID  20655245.
  21. ^ Бьюкенен, Томас С.; Ллойд, Дэвид Г.; Манал, Курт; Бесье, Тор Ф. (ноябрь 2004 г.). «Нейромышечно-скелетное моделирование: оценка мышечных сил и моментов суставов и движений по измерениям нейронных команд». Журнал прикладной биомеханики . 20 (4): 367–395. doi :10.1123/jab.20.4.367. ISSN  1065-8483. PMC 1357215. PMID 16467928  . 
  22. ^ Гальперин, Израиль; Абударда, Саид Джалал; Баттон, Дуэйн К.; Андерсен, Ларс Л.; Бем, Дэвид Г. (февраль 2014 г.). «Роликовый массажер улучшает диапазон движения мышц-сгибателей подошвы без последующего снижения параметров силы». Международный журнал спортивной физиотерапии . 9 (1): 92–102. ISSN  2159-2896. PMC 3924613. PMID  24567860 . 
  23. ^ Цифрек, М., Медвед, В., Тонкович, С. и Остойич, С. (2009). Оценка мышечной усталости на основе поверхностной ЭМГ в биомеханике. Клиническая биомеханика, 24(4), 327-340.
  24. ^ «Электромиография (ЭМГ) и исследования нервной проводимости: медицинский тест MedlinePlus». medlineplus.gov . Получено 26.11.2023 .
  25. ^ "Электромиография (ЭМГ)". Клиника Кливленда . Получено 2023-11-26 .
  26. ^ Сташук, Дэн (июнь 2001 г.). «Разложение сигнала ЭМГ: как это можно осуществить и использовать?». Журнал электромиографии и кинезиологии . 11 (3): 151–173. doi :10.1016/S1050-6411(00)00050-X. PMID  11335147.
  27. ^ Raez, MBI; Hussain, MS; Mohd-Yasin, F. (23 марта 2006 г.). «Методы анализа сигналов ЭМГ: обнаружение, обработка, классификация и применение». Biol. Proced. Online . 8 (8): 11–35. doi :10.1251/bpo115. PMC 1455479. PMID  16799694 . 
  28. ^ Weir, JP; Wagner, LL; Housh, TJ (1992). «Линейность и надежность соотношения между IEMG и крутящим моментом для сгибателей предплечья и разгибателей ноги». Американский журнал физической медицины и реабилитации . 71 (5): 283–287. doi :10.1097/00002060-199210000-00006. PMID  1388975. S2CID  25136951.
  29. ^ Vrendenbregt, J; Rau, G; Housh (1973). «Поверхностная электромиография в отношении силы, длины мышц и выносливости». Новые разработки в электромиографии и клинической нейрофизиологии : 607–622.
  30. ^ Kuiken, TA; Lowery, Stoykob (апрель 2003 г.). «Влияние подкожного жира на амплитуду миоэлектрического сигнала и перекрестные помехи». Prosthetics and Orthotics International . 27 (1): 48–54. doi : 10.3109/03093640309167976 . PMID  12812327.
  31. ^ Nigg BM, & Herzog W., 1999. Биомеханика мышечно-скелетной системы. Wiley. Страница:349.
  32. ^ Паттерсон, Джон Р. "Fitwise". Кастильо . Брайан Т. Получено 24 июня 2009 г.
  33. ^ "Contents". Muscle & Nerve . 62 . Июль 2020. doi :10.1002/mus.26869 . Получено 20 апреля 2024 .
  34. ^ Сандбринк, Фридхельм. «Unit 9: Electromyography». grants.hhp.uh.edu .
  35. ^ Финкельштейн, Габриэль (2013). Эмиль дю Буа-Реймон . Кембридж, Массачусетс; Лондон, Англия: MIT Press. стр. 97–114. ISBN 9780262019507.
  36. ^ Reaz, MBI; Hussain, MS; Mohd-Yasin, F. (2006). "Методы анализа сигналов ЭМГ: обнаружение, обработка, классификация и применение (коррекция)". Biological Procedures Online . 8 : 163. doi : 10.1251/bpo124. ISSN  1480-9222. PMC 1622762. PMID  19565309 . 
  37. ^ Cram, JR.; Steger, JC. (июнь 1983 г.). «ЭМГ-сканирование в диагностике хронической боли». Биологическая обратная связь и саморегуляция . 8 (2): 229–41. doi :10.1007/BF00998853. PMID  6227339. S2CID  34613989.
  38. ^ "Эдвард Х. Ламберт | Фонд AANEM". Архивировано из оригинала 2019-05-02 . Получено 2019-05-01 .
  39. ^ Капур, Арнав; Саравги, Уткарш; Вадкинс, Эрик; Ву, Мэтью; Холленстейн, Нора; Маес, Патти (2020-04-30). «Неинвазивное распознавание молчаливой речи при рассеянном склерозе с дисфонией». Семинар по машинному обучению для здравоохранения . PMLR: 25–38.
  40. ^ Андреасен, Д.С.; Габберт Д.Г.: Навигация с помощью ЭМГ-переключателя в инвалидных колясках с электроприводом, RESNA 2006. [1]
  41. ^ Парк, Д.Г.; Ким, Х.К. Muscleman: Беспроводное устройство ввода для игры-боевика, основанное на сигнале ЭМГ и ускорении человеческого предплечья. [2]
  42. ^ Хсу, Джереми (29.10.2009). «Будущее ввода видеоигр: мышечные датчики». Live Science . Получено 16.01.2010 .
  43. ^ "Распознавание жестов по сигналам ЭМГ предплечья". Патентное и товарное бюро США . 2008-06-26. Архивировано из оригинала 2017-01-12 . Получено 2010-01-16 .
  44. ^ «Отслеживание лица Emteq для виртуальной реальности считывает ваши мышечные импульсы и многое другое». 27 октября 2016 г.
  45. ^ Статт, Ник (23.09.2019). «Facebook приобретает стартап нейронного интерфейса CTRL-Labs для своего браслета для чтения мыслей». The Verge . Получено 27.09.2019 .
  46. ^ Кафка, Питер. «Я попробовал очки дополненной реальности Orion от Meta. Я бы купил их не задумываясь — если бы они действительно продавались». Business Insider . Получено 28 сентября 2024 г.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки