和义广业【行业分析】之肌电电极，本篇主要介绍了肌电电极的应用领域及其发展趋势。

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五、应用领域

（1）临床医学——具体可以涉及到：

⑥生物反馈疗法：肌电图可用于生物反馈疗法，帮助患者学会控制肌肉紧张和减轻疼痛。

图 Natus肌电图设备（左）步态分析中的肌电采集（右）

（2）运动研究——如对比不同动作的肌肉协调性、平衡性与肌肉疲劳程度等。如：

⑤性能优化：EMG 信号可用于分析精英运动员的肌肉激活模式，并将其与新手运动员的肌肉激活模式进行比较。此信息可以帮助识别对最佳性能很重要的特定肌肉群，并设计针对这些肌肉的训练计划。

图 肌电在运动分析应用的示意图

（3）康复训练与诊断——更加客观地了解病人身体肌肉状况，方便制定康复方案。如：

①肌肉激活分析：EMG 信号用于评估锻炼或活动期间不同肌肉的激活水平。这可以帮助培训师和治疗师识别肌肉失衡并设计有效的康复计划；

②运动控制评估：EMG 信号可用于评估运动过程中肌肉的运动控制和协调。这可以帮助诊断脑瘫或中风等疾病；

③假肢控制：EMG 信号可用于控制假肢。来自残余肌肉的信号被捕获并用于控制假肢的运动；

④生物反馈训练：EMG 信号可用于在锻炼或活动期间向患者提供实时反馈。这可以帮助他们学习激活正确的肌肉并改善他们的运动控制；

⑤神经肌肉再训练：EMG 信号可用于再训练因受伤或手术而变弱或受损的肌肉。这涉及使用 EMG 生物反馈来指导患者完成针对特定肌肉的锻炼；

⑥肌肉疲劳分析：EMG 信号可用于评估运动过程中的肌肉疲劳。这可以帮助培训师和治疗师调整锻炼计划的强度和持续时间以防止受伤；

⑦步态分析：EMG 信号可用于分析步态模式并识别异常肌肉活动。这可以帮助诊断帕金森病或多发性硬化症等疾病。

图 肌电在康复训练中的应用

（4）人机交互——如：

①手势识别：EMG信号可用于检测和识别特定的手和手指手势，这些手势可用作控制设备或应用程序的输入命令；

②假肢：EMG 信号可用作假肢设备的控制信号，允许用户使用肌肉活动来控制假肢的运动；

③游戏：EMG 信号可用作视频游戏的输入命令，提供更加身临其境和直观的游戏体验；

④虚拟现实：EMG 信号可用于控制虚拟现实环境，允许用户使用肌肉活动与虚拟对象进行交互；

⑤辅助功能：EMG 信号可用于为残障人士提供替代输入方法，使他们能够使用肌肉活动来控制设备和应用程序；

⑥人机交互：EMG 信号可用于实现人与机器人之间自然而直观的交互，允许用户使用肌肉活动来控制机器人运动。

图 肌电信号控制假肢&肌电信号分解示意图

除上述应用领域之外，也有一些较为具体的应用——语音识别：如Meltzner等人¹。研究开发了一种使用面部EMG 信号进行语音识别的方法。采用表面 EMG (sEMG) 信号，基于Hershler and Milner 1978发明的信号采集和处理技术。语音识别的传统方式使用的是麦克风，其主要难点在于去除周围的环境噪音。Meltzner等人使用的EMG传感器用于语音识别作为一种创新方法，甚至可以做到不能说话的人使用这种方法传达语音信息。准确率高达92.1%。

图 肌电信号语音识别流程

六、发展趋势

电极应用与研究：

传统有创针式或线电极，虽然技术含量不高，是目前在临床应用范围最广的电极，主要用临床的肌电图检查；另外，有创的针式/线电极也在一些采集精密的肌电信号的场景下使用，如采集特定的肌肉电信号，甚至是肌纤维的电信号。而非侵入式的无创表面肌电极是目前的研究热点，也有用于一些肌电图检查，包括一些理疗类设备的电刺激用，但是应用较少，更多的是偏向于研究用途，可实现高精密肌电信号采集的无创表面电极代表了无创表面肌电极的研究方向与趋势。从近年来的文献发表数量来看也是非侵入式的电极占多数，侵入式电极研究较少。

肌电采集标准化：

对于肌电信号采集与处理此细分领域来说，肌电极只是其中一个环节，肌电的采集还需要注意电极所放置的位置，人体共有639块肌肉，不同的肌肉的电信号采集需要放置在不同的位置上。

另外，并非所有电极都适用于所有肌肉的信号采集应用，需要针对不同的肌肉选择电极，特别注意被检查肌肉的特性和信号采集的目的。每种类型的电极都有其优缺点，需要加以考虑。如双极表面肌电信号的电极形状和尺寸、电极位置、电极间距、电极材料和传感器结构等因素。第二类因素包括任务的性质（动态与静态、最大与次最大）、肌肉支配区的位置、串扰的潜在性、潜在的噪声源（例如运动伪影、电磁辐射）、肌肉深度和皮下脂肪组织的厚度（信号在皮下存在衰减），具体问题涉及记录的肌肉（结构、位置和大小），以及需要估计和解释的信息（例如，肌电振幅与单个运动单位动作电位的辨别力）。

除了上述基本四大类的肌电电极之外，还有一些“特殊”的肌电极，如肛门内电极（具有沿圆周等距分布的电极阵列，已被用于研究肛门括约肌的神经支配模式）；阴道电极等等。

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