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掌握这四个原理，轻松选择肌电设备

随着科学技术手段的不断发展，现代竞技体育早已不是仅凭借热血就可赢得的游戏，在国际体育一线的队伍，无一不具备专业的体育科学体系。而运动生物力学是体育科学体系中科学与技术含量较高、理论与实践性较强的应用性学科。

运动生物力学在运动成绩的提高、运动损伤的预防、康复器械的改进以及仿生机械（如：步行机器人）的设计等方面，也有重要作用。同时还为运动员选材提供了依据。今天我们就先来讲讲运动生物力学的重要组成部分——运动训练中的肌肉生物力学。

肌肉（骨骼肌）是人体运动系统重要的组成部分，是人体主动运动的动力来源。肌肉的生物力学研究是对人体运动产生变化进一步深入研究的基础，也最具吸引力和挑战性。而肌电图（EMG）测量与分析作为肌肉生物力学研究的重要方法与手段之一，得到了深入研究和广泛应用。

肌电图是一种非常强大的解决方案，可帮助您更好地了解身体，但它也是一种需要经过良好的培训才能正确选择的系统。下面我们就根据此前的相关研究成果，从应用的角度出发，通过EMG的测量、结果处理与分析等一系列原理来探讨在进行生物力学研究时应该如何选择合适的肌电系统。

肌电图是什么？它有哪些应用

肌电图，简称EMG，是来自肌肉本身或通过附着在皮肤表层的电极从浅层肌肉发出的直接电活动信号，直接电活动信号。这些电信号可以用来作为实验数据，也可以在临床上记录患者的生物反馈。

一次运动过程的肌电信号

在运动生物力学研究方面的应用

肌肉活动的时程（顺序）
肌肉活动顺序对判断动作的协调性具有十分重要的意义，在EMG测量的肌肉活动顺序判定上，其关键的指标是肌肉激活值（电位值）的设定。

EMG与肌肉收缩力量
肌肉能良好地表现肌肉的用力特征，两者有对应关系，肌肉的收缩力量愈大，肌电信号也愈强。

EMG与肌肉疲劳
肌肉的活动状态分为两种，即静力性和动力性收缩，这两种收缩形式下的肌肉疲劳所产生的EMG信号的变化规律会有所不同。多数研究发现，随着肌肉收缩次数的增加或收缩时间的延长，肌电信号功率谱的总功率增加。

小腿内侧（腓肠肌）运动性肌肉疲劳

在临床方面的应用

在临床应用方面，肌电检测技术已经在临床疾病的诊断、肌力肌张力的评估、肌肉疲劳程度的判断和假肢控制等方面得到了广泛的应用。

EMG指标的处理与分析

时域分析及指标

时域分析是以时间为自变量，以肌电信号为函数，来描述肌电信号随时间变化的振幅特征，而不涉及肌电信号的频率变化的非时间自变量。主要包括以下指标：原始肌电图(EMG)、平均振幅(MA)、均方根肌电(RMS)和积分肌电(IEMG)。这些指标主要用于评判肌肉收缩程度（强弱）与特征的情况。

RMS分析

频域分析及指标

频率域分析是对肌电信号进行频率变化特征的分析，是将时域信号通过快速傅立叶转换(FFT)得出的频域信号，在表面肌电信号的检测与分析中具有重要的应用价值。频域分析主要指标有平均功率频率(MPF)、中位频率(MF)等，主要用于判断肌肉的疲劳情况。此外对肌电信号“小波处理“的方法，从时域和频域两方面对EMG进行较为全面的分析。

频率分析

EMG系统的类型和测量方式

肌电图的种类和型号较多，从测量方式上，分为有线测量和无线遥测两种：从引导电极使用上，分为针电极肌电图测量和表面电极肌电图(sEMG)测量，前者主要用于临床或动物实验，后者广泛应用于运动人体科学研究。

目前在人体运动中，使用的多为sEMG的有线（实验室内）或无线遥测（运动场上）肌电图仪，如：意大利的Cometa和荷兰TMSi的高密度表面肌电测试系统SAGA32+/64+等。

SAGA32+/64+ HD EMG package set 高密度表面肌电测试套装

肌电图的测量方式分为单一测量和与其他设备的同步测量。如结合三维运动捕捉系统、三维测力台、关节角度仪等的同步测量。在运动生物力学研究中，EMG与其他设备的同步测量对研究至关重要。

EMG结合三维动作捕捉同步测量

在EMG测量上，如果要获得肌肉活动与人体运动的运动学、动力学的相关信息，就必须进行EMG与其他相关设备的同步测量。尤其对快速的动作测量，必须要做到精确同步，包括考虑设备的参数设定，如采样频率的统一以及对测量结果的处理等（插值的应用）。另外，对表面电极的放置、皮肤处理、测量规范等有严格要求，以保证测量的一致性和有效性。

EMG系统的适用人群

肌电图的使用并不是每个人都适用的，干扰和采集错误会可能会破坏肌电信号，因此，在很大程度上，受过教育和适当培训的专业人士才可以获得高质量的数据。即使进行了扎实的培训，也具有足够的数据理解能力，但EMG的特性使得它很难在一个快节奏、短时间的环境中发挥出充足的作用。因此肌电图更适用于项目研究中。

为了使EMG在应用环境中取得成功，使用人群必须发挥三个总体要素：

具备收集、分析和协调EMG数据等操作的时间和能力；
需专门的研究团队进行记录；
需被试者全程参与，并不仅仅是一次测试。

如果满足这三个先决条件，那么您的团队、学院、机构或组织将是使用EMG的理想人选。

EMG系统的优先选择

Cometa是一家历史悠久的表面肌电测试技术研发公司，拥有经验丰富的硬件和固件开发团队，2005年，Cometa开发并获得了第一个没有参考电极（reference electrode）的真正无线肌电系统专利，这也标志着无线表面肌电测试技术达到了一个全新高度。除此之外，Cometa还研发出一套水下肌电测试系统和体积十分小巧轻便的传感器。其用户遍布全球，是生物力学研究和临床分析的理想选择。

无线表面肌电传感器 miniWave Infinity

miniWave Infinity 是意大利 Cometa 公司的最新 EMG 表面肌电产品，无论是表面肌电测试技术还是数据记录及存储技术，在市场上都是独一无二的，Cometa 在之前的 miniWave 产品的基础上对 miniWave Infinity 进行了技术革新。miniWave Infinity是一款体积十分小巧的无线 EGM 传感器，传感器机身小于 5 立方厘米。适用于运动训练、临床科学、体育竞技等方面的研究。

miniWave Infinity

水下无线表面肌电传感器miniWave Infinity WaterProof

基于miniWave Infinity无线表面肌电传感器的内置存储器技术以及多传感器数据同步技术，Cometa为水下应用场景开发了水下表面肌电传感器miniWaveInfinity WaterProof，它与miniWave Infinity传感器一样支持8小时本地数据存储，进行了特殊的防水工艺处理，达到了IP68防水等级，这也使得它十分适用于游泳、跳水、水下训练、水下康复等场景。

miniWave Infinity WaterProof应用于水下肌电测试

无线表面肌电传感器PicoEMG

PicoEMG无线表面肌电传感器是Cometa公司的新型号产品，它保留了一些 miniWave Infinity传感器的先进技术，例如内置存储器、数据同步技术、内置加速度传感器等。此外，工程师竭尽全力减小机身尺寸和重量，采用了一体式外壳封装，透明的LED信号灯。整个传感器没有任何导线，消除了天线影响，对称式结构设计大大减少了运动伪迹。其机身小巧、重量轻，十分适用于儿童方面的康复或肌肉相关研究。

PicoEMG应用于儿童研究

惯性运动追踪传感器WAVETRACK（选配）

Cometa公司基于多年的电子工程技术积累，2015年推出了9自由度惯性运动捕捉传感器WAVETRACK，以完善其运动生物力学研究方案。可选配防水方案，用于水下运动捕捉。WAVETRACK可以记录和计算关节角度，还提供SDK二次开发包，如果想开发肌电相关的应用程序，那么这款惯性运动追踪传感器将是正确的选择。

WAVETRACK