肌電電極技術(shù)是一種用于檢測和記錄肌肉電活動(dòng)的關(guān)鍵工具，其原理基于肌肉收縮時(shí)產(chǎn)生的電信號(hào)。以下是肌電電極技術(shù)的核心原理及技術(shù)細(xì)節(jié)：

1. 肌電信號(hào)的產(chǎn)生

生理基礎(chǔ)：當(dāng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元激活時(shí)，動(dòng)作電位沿神經(jīng)傳導(dǎo)至神經(jīng)肌肉接頭（突觸），引起肌纖維去極化，產(chǎn)生動(dòng)作電位（即肌纖維動(dòng)作電位，MFAP）。多根肌纖維的電位總和形成運(yùn)動(dòng)單元?jiǎng)幼麟娢唬∕UAP）。

信號(hào)特征：

幅度：表面肌電（sEMG）通常為微伏級(jí)（50μV–5mV），針電極肌電（iEMG）可達(dá)毫伏級(jí)。

頻率：主要能量集中在20–500Hz范圍內(nèi)，受肌肉類型、疲勞狀態(tài)等因素影響。

2. 電極類型與工作原理

(1) 表面肌電電極（sEMG）

原理：通過皮膚表面電極（通常為Ag/AgCl）檢測肌肉群的整體電活動(dòng)，反映多個(gè)運(yùn)動(dòng)單元的疊加信號(hào)。

技術(shù)要點(diǎn)：

雙極配置：兩個(gè)檢測電極加一個(gè)參考電極，差分放大以抑制共模噪聲。

電極間距：通常10–20mm，影響信號(hào)的空間分辨率。

頻率響應(yīng)：需匹配肌電信號(hào)帶寬（如10–1000Hz）。

(2) 針電極（iEMG）

原理：插入肌肉內(nèi)的細(xì)針電極（如同心針、單極針）直接記錄單個(gè)運(yùn)動(dòng)單元的電活動(dòng)，空間分辨率高。

技術(shù)要點(diǎn)：

檢測范圍：約0.5–1mm半徑內(nèi)的肌纖維活動(dòng)。

臨床應(yīng)用：用于神經(jīng)肌肉疾病診斷（如肌萎縮側(cè)索硬化癥）。

(3) 細(xì)絲電極（Wire EMG）

原理：將極細(xì)金屬絲植入肌肉，適合長期或動(dòng)態(tài)監(jiān)測，兼顧侵入性與信號(hào)質(zhì)量。

3. 信號(hào)采集與處理

放大與濾波：

放大倍數(shù)：通常1000–10000倍（因信號(hào)微弱）。

濾波：

高通濾波（>10Hz）去除運(yùn)動(dòng)偽跡。

低通濾波（<500Hz）抑制高頻噪聲。

噪聲抑制：

共模抑制比（CMRR）：>80dB以消除工頻干擾（如50/60Hz）。

屏蔽導(dǎo)線：減少電磁干擾。

4. 應(yīng)用領(lǐng)域

臨床診斷：神經(jīng)傳導(dǎo)異常、肌病、脊髓損傷評(píng)估。

康復(fù)工程：假肢控制（通過sEMG模式識(shí)別用戶意圖）。

運(yùn)動(dòng)科學(xué)：肌肉疲勞分析、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)研究。

人機(jī)交互：腦機(jī)接口（BCI）的輔助輸入信號(hào)。

5. 技術(shù)挑戰(zhàn)

信號(hào)衰減：sEMG易受皮下脂肪層厚度影響（脂肪為電的不良導(dǎo)體）。

交叉干擾：相鄰肌肉信號(hào)串?dāng)_（需通過電極布局優(yōu)化解決）。

動(dòng)態(tài)噪聲：運(yùn)動(dòng)時(shí)電極-皮膚界面阻抗變化（采用凝膠或干電極改進(jìn)）。

6. 新興技術(shù)

高密度sEMG（HD-sEMG）：多電極陣列（如64通道）實(shí)現(xiàn)肌肉活動(dòng)成像。

干電極：無需導(dǎo)電凝膠，適合可穿戴設(shè)備（但阻抗較高）。

無線傳輸：藍(lán)牙/Wi-Fi實(shí)時(shí)傳輸，提升移動(dòng)監(jiān)測能力。

肌電電極技術(shù)的核心在于將微弱的生理電信號(hào)轉(zhuǎn)化為可分析的電子信號(hào)，其性能取決于電極設(shè)計(jì)、信號(hào)處理算法及抗干擾能力。隨著柔性電子和AI技術(shù)的發(fā)展，肌電檢測正朝著更高精度、更低侵入性的方向演進(jìn)。