和义广业【行业分析】之肌电电极，本篇主要介绍了肌电电极行业背景、市场规模、主要市场参与者、产品类型以及肌电电极的技术原理。最后，作者从市场需求、竞争状况、市场规模&份额以及增长预测这几个方面分析了肌电电极市场。
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一、行业概述
肌电信号作为产生肌肉活动的电信号根源，它从本质上反映了神经、骨骼与肌肉系统运动的状态。自1922年人类首次观测到肌肉电势图至今，肌电信号研究与应用已经有正好一百年的历史。
1987年以FDA正式批准肌电针式电极临床应用为标志，针式电极因为针尖部位较小且刺入体内可以贴近肌肉纤维，因而可以采集到运动单元（MU，motor unit）的激发信号，针电极肌电成为临床上众多肌肉相关疾病诊断的黄金标准。
肌电极市场的规模随着技术和应用的不断发展，在全球范围内逐渐扩大。然而，由于缺乏全面的市场统计数据和公开的市场报告，目前尚无权威的、可靠的市场规模数据。
不过，根据一些市场研究机构的调查和预测，随着人们对于健康管理的需求增加，肌电极在康复、神经肌肉疾病诊断和治疗方面的应用增多，以及人们对运动和健身的需求增加，肌电极在运动训练以及人机交互技术方面应用增多，且随着肌电信号出来算法和肌电极材料技术的发展，肌电极的应用范围也在不断增加。因此肌电极市场的规模正在逐渐扩大，并有望在未来几年继续增长。
Technomed、Ambu A/S、Spes Medical、Delsys、OT Bioeletronica、EIC Biomedical等；
肌电极产品按照电极形态可以分为针式电极、表面电极、无线表面电极、高密度表面电极以及无线高密度表面电极。
二、技术原理
人体的运动离不开完整的神经系统和骨骼肌，神经-肌肉系统最基本的单位是运动单元（Motor Unit），它包括：运动神经元、树突、轴突、以及支配的肌纤维。运动神经元位于脊髓腹角（下角），它接受来自上层的脑信号，并通过轴突延传至外周神经，最终投射至肌纤维。一个运动神经元的轴突支配着若干个肌纤维。运动神经元兴奋的时候会使与它相连的肌纤维产生收缩。
与肌肉接触的运动神经有很多轴突分支连着肌纤维，这些终止在肌纤维上的分支形成的突触叫做运动终板。神经和肌肉的接点会释放乙酰胆碱，使运动终板产生终板电位，终板电位会使细胞膜产生去极化电压，进而又产生了动作电位。在人体中传播的电信号会产生电流场，进而产生电位差。这个电位信号就是肌电信号。
图 肌电信号产生与传导示意图
肌电极按照使用时有无创伤可以分为侵入式的针/线电极（用极细的电极刺至目标肌细胞和非侵入式表面肌电极（如常见的凝胶类电极贴片），针电极优势在于可以测量运动单位甚至单个肌纤维的电位变化，还可以单独研究肌肉内部单束肌纤维。但针电极会产生创伤，患者体验感不好，且也不便于研究大幅运动时的肌电信号变化。相比于侵入式电极，表面电极的优势在于无创，并能够研究运动状态下的肌电信号变化。其不足之处主要在于表面电极采集到的肌电信号是由多块肌肉的电信号综合形成的，比较复杂，后续分析较难。
无论是侵入式还是非侵入式顶级，其电极的本质是将生物体电化学活动产生的电位转换成测量系统的电位，起换能器的作用，实际是一种传感器。
图 电极测量原理示意
肌电图的分析指标主要包括：频域分析、时域分析、幅频联合分析(JASA)、小波分析法等。其中，频域分析和时域分析是临床上最常用的分析指标。
时域分析是将肌电信号看作时间的函数，以时间为自变量进行某些统计分析，不涉及任何非时间的自变量。时域分析可以为您提供在时间维度上评价肌电曲线的变化特征的指标，包括：
iEMG（μV）积分肌电 ，是指所测得表面肌电信号经整流平滑后单位时间内曲线所包围的面积总和，表示在一定时间内肌肉参与活动时运动单位的放电总量，反映一段时间内肌肉的肌电活动强弱。iEMG的值的高低反应运动时参与肌肉收缩时每个运动单位的放电大小和肌纤维数目的多少。通常其幅值越大，疲劳程度越重。是评价肌肉疲劳的重要指标。
Range（rmp）肌电信号幅度RMS（μV）均方根，指某段时间内所有振幅的均方根值，描述一段时间内表面肌电的平均变化特征。
RMS的大小决定于表面肌电振幅的高低，您可通过比较不同时期的RMS，确定疲劳发生的时间和程度。一般而言，无论是静力性还是动力性运动，从初始态到疲劳态的过程中，表面肌电信号的振幅均会增加，即随着疲劳的增加，RMS增大。
频域分析是对生物实时信号的频率特性分析，也称功率谱分析。频域信号是将时域信号通过快速傅里叶转换(FFT)得出，可反映肌电信号在不同频率范围内的强度，得到肌电信号在有关频率特征的信息。频域分析指标包括：
Median Frequency（Hz）中位频率（MF）：指放电频率的中间值，即肌肉收缩过程中放电频率的中间值，一般也是随着运动时间段增大而呈递减的趋势。由于骨骼肌中快慢肌纤维组成比列不同，导致不同部位骨骼肌之间的MF值不同。快肌纤维兴奋表现在高频放电，慢肌纤维则在低频。
Mean Power Frequency（Hz） 平均功率频率(MPF)：指该段时间内频率的平均值。在肌肉疲劳状态下，表面肌电频域指标 MPF 呈递减变化 。
一般在中高强度的运动时，MPF和MF值会有所下降，频谱左移，则说明局部肌肉出现疲劳。并且导致反应频谱曲线特征的MPF和MF产生相应的下降1。
三、市场分析
①医疗康复：肌电极在康复医疗领域的需求量比较大。肌电信号的检测和分析对于许多神经肌肉疾病的诊断和治疗有着重要的作用，例如帕金森病、脑卒中、肌肉萎缩等等。肌电极在医疗领域的应用范围还包括肌肉功能评估、肌肉损伤康复、肌肉电刺激治疗等。
②运动训练：随着人们对健身和运动的需求不断提高，肌电极在运动训练领域的需求也在增加。肌电极可以检测肌肉活动的强度、时序和协调性等指标，帮助运动员或普通用户进行个性化的运动训练和身体健康管理。
③人机交互：肌电极也可以用于人机交互领域，例如虚拟现实、智能家居、智能穿戴等应用。肌电极可以检测人体肌肉的动作和状态，实现更加自然和智能的人机交互方式。
④研究与教学：肌电极在科学研究和教学中也有广泛的应用。肌电信号的采集和分析可以帮助研究人员深入了解人体肌肉的运动机制和生理特性，为医疗、康复、运动和人机交互等领域的创新提供支持。
肌电极市场的竞争情况相对较为激烈，主要竞争者包括国内外多家公司和品牌，其中一些知名企业如以下所示：
Delsys Inc.：Delsys Inc. 是一家专门从事肌电信号采集和分析设备的制造商，总部位于美国。该公司的肌电电极产品在医疗康复、运动训练、研究和教育等领域都有广泛的应用，主要是表面肌电极。
Ambu A/S：Ambu A/S公司于1937年在丹麦哥本哈根成立，四大核心业务线为一次性内窥镜、EEG电极、气道管理与麻醉、急救培训用模拟人。其中，一次性内窥镜业务更是全球龙头，公司已在纳斯达克上市。
Natus Medical：Natus总部位于加利福尼亚，成立于2001年，公司已在纳斯达克上市，主要产品用于筛查、检测、治疗、监测和跟踪新生儿护理中常见的医疗疾病、听力障碍、神经功能障碍、癫痫、睡眠障碍以及平衡和行动障碍等，具体包括脑电图、PSG多导睡眠仪、神经监测设备、肌电图等，该公司的肌电极主要是有创肌电极。
除此之外，还有一些公司也提供可用肌电采集的电极产品，如3M、美敦力、日本光电、泰诺等等。
根据Grand View Research 2021年3月发布的《Muscle Electrode Market Size, Share & Trends Analysis Report By Type (Surface, Intramuscular)》市场研究报告， 2020 年全球肌电极市场规模为3.224亿美元，预计2021年至2028年的复合年增长率 (CAGR) 将达到5.5%。到2028年，市场规模预计将达到4.855亿美元。但是由于肌电电极市场的复杂性和多样性，不同地区和领域的市场份额可能不同，因此很难给出准确的市场份额数据。
肌电电极市场的增长预测受多种因素影响，例如肌电电极技术的发展、医疗保健市场的需求、疾病诊断和治疗的发展趋势等。预计未来几年，肌电电极市场将会保持稳定增长的态势。
一方面，随着肌肉生理学的深入研究和医疗设备技术的不断发展，肌电电极在体育科学、康复医学、神经疾病诊断和治疗等领域的应用将会进一步拓展。另一方面，由于生活方式的改变和健康意识的提高，人们对于健康管理和运动康复的需求也在逐步增加。这些因素都将推动肌电电极市场的发展。
根据市场调研报告，全球肌电电极市场的年均增长率预计将在未来几年保持在5%以上。其中，欧美市场占据了较大的份额，但亚太地区市场的增长潜力更大。随着互联网、人工智能等新兴技术的应用，肌电电极的智能化和可穿戴化也将成为未来市场的一个重要发展方向。
[1] 李建华，王健，表面肌电图诊断技术临床应用，浙江大学出版社，2015
封面图来源：图片来自Delsys Incorporated公司官网，侵删
作者声明：感谢本文参考资料作者，文中观点仅供参考，不恰当之处还望包涵指正，资料内容侵删。
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