В мире приложений электромиографии (ЭМГ) мы часто увязаем в сложных алгоритмах анализа данных и красиво представленных диаграммах, легко упуская из виду фундаментальный факт: мусор на входе, мусор на выходе.
Многие сбивающие с толку экспериментальные результаты и необъяснимые аномалии данных часто возникают не из-за глубоких теоретических проблем, а из-за ошибок на самом основном этапе-использования электродов. В этой статье будут непосредственно рассмотрены распространенные ошибки при получении сигналов ЭМГ, что поможет вам систематически устранять неполадки и решать проблемы, чтобы обеспечить подлинность и надежность ваших данных.
Ловушка 1: поспешная подготовка кожи — убийца номер один в соотношении сигнала-/-шума
Проблема: толстая, неровная базовая линия сигнала, заполненная случайным шумом; постоянные помехи промышленной частоты 50/60 Гц (проявляющиеся в виде регулярных тонких пилообразных волн); Амплитуда сигнала намного ниже ожидаемой.
Основной принцип: Кожа человека, особенно внешний роговой слой, является отличным изолятором электричества. Его сопротивление может достигать сотен килоом или даже мегаом. Идеальная система сбора сигналов электромиографии (ЭМГ) требует, чтобы импеданс электрода-кожи был менее 5000 Ом. Большое несоответствие импедансов приведет к серьезному ослаблению слабых сигналов ЭМГ до того, как они достигнут усилителя, а также сделает систему ненормально чувствительной к внешним электромагнитным помехам (таким как свет и шнуры питания).
Систематическое решение:
Бритье: Если на исследуемом участке густые волосы, его необходимо побрить. Волосы не только увеличивают импеданс, но и препятствуют тесному контакту между электродом и кожей, создавая артефакты движения.
Глубокое очищение: энергично и тщательно протрите кожу салфеткой, содержащей 75 % спирта, пока на салфетке не останется следов. Этот шаг направлен на удаление поверхностного масла и грязи.
Важный шаг: снижение импеданса рогового слоя. Для большинства исследовательских целей одной очистки спиртом недостаточно. Вам понадобится мелкая наждачная бумага (рекомендуется), специальный отшелушивающий скраб или игла с тупым-концом, чтобы аккуратно локально отшлифовать кожу. Техника включает в себя мягкие круговые движения до тех пор, пока кожа не станет слегка красной, но старайтесь не повредить ее. Этот шаг значительно снижает импеданс до идеального диапазона.
Второе очищение: сотрите остатки отслаивания спиртовой салфеткой.
Измерение импеданса. Если ваше устройство поддерживает эту функцию, измерьте импеданс-кожи после прикрепления электродов, убедившись, что он остается стабильным на низком уровне (например,<10kΩ).
Ловушка вторая: произвольность размещения электродов – «разрушитель» сопоставимости данных
Проблема. Феномен: сильно различающиеся данные разных тестов по одному и тому же предмету; измеренная последовательность активации мышц не соответствует общепринятым анатомическим знаниям; классические модели активации, описанные в литературе, невозможно воспроизвести.
Основной принцип: разные мышцы имеют свое уникальное анатомическое расположение, ориентацию брюшка и расположение двигательных единиц. Сигналы поверхностной электромиографии (ЭМГ) сильно зависят от положения-. Даже отклонение всего на 1-2 см от центра брюшка мышцы может привести к резким изменениям характеристик сигнала, поскольку регистрируемая активность приходится на мышечно-сухожильное соединение (слабый сигнал) или прилегающие мышцы (перекрестные помехи).
Систематическое решение:
Следуйте стандартным атласам: Никогда не размещайте электроды «на ощупь» или «приблизительно». Операция должна выполняться в соответствии с международно признанными стандартами размещения электродов ЭМГ. Наиболее известными являются рекомендации проекта SENIAM, которые содержат точные рекомендации по размещению многочисленных мышц нижних конечностей и туловища. Кроме того, организация ISEK также опубликовала авторитетные рекомендации.
Точная пальпация: попросите испытуемого активно сокращать целевую мышцу и посредством пальпации определите центр брюшка мышцы, который является самым твердым и выпуклым во время сокращения. Отметка! Отметка! Отметьте!: После определения местоположения используйте хирургический маркер или несмываемую ручку, чтобы точно отметить центральную точку и ориентацию электрода. Это не только обеспечивает точность размещения электродов в этом эксперименте, но также гарантирует, что электроды можно будет прикрепить к одним и тем же местам в последующих тестах (таких как тесты после-интервенционного вмешательства и долгосрочные-последующие-наблюдения. Это залог обеспечения сопоставимости данных в продольном направлении.
Ловушка третья: несоответствие между инструментом и целью – чрезмерная-интерпретация данных
Проблемные явления: Попытка диагностировать синдром запястного канала с помощью поверхностной электромиографии (SEMG); полагая, что нулевая амплитуда SEMG означает, что мышца полностью неактивна; твердо убежден, что амплитуда СЭМГ двуглавой мышцы плеча является абсолютной мерой ее силы.
Основной принцип: Это фундаментальная концептуальная ошибка. Каждый метод электромиографии имеет свои возможности и ограничения.
Поверхностная ЭМГ против игольчатой ЭМГ: Поверхностная ЭМГ регистрирует макроскопические сигналы комплексной активности многочисленных подкожных двигательных единиц. Он превосходно анализирует изменения во времени, координации и относительной интенсивности. Игольная ЭМГ, с другой стороны, записывает микроскопические сигналы от нескольких двигательных единиц возле кончика иглы, которые используются для диагностики их основного электрофизиологического патологического состояния. Попытка использовать наземную ЭМГ для определения «больной» отдельной двигательной единицы подобна использованию метеорологического спутника для наблюдения за тем, заражены ли листья дерева насекомыми-неправильным использованием инструмента.
Взаимосвязь между амплитудой и силой: Как подчеркивается в *Основной электромиографии*, амплитуда поверхностной ЭМГ и сила, создаваемая мышцей, не представляют собой простую линейную зависимость. На эту взаимосвязь оказывают сложное влияние длина мышц, скорость их сокращения, состояние усталости и стратегии внутримышечной/межмышечной координации (например, компромисс-между рекрутированием двигательных единиц и частотой срабатывания). Удвоение амплитуды не обязательно означает удвоение силы. Он больше подходит для сравнения относительных сил при одном и том же предмете, позе и задаче.
Системные решения:
Определите вопрос исследования. Прежде чем начать эксперимент, четко определите вопрос, на который вы хотите ответить. «Когда эта мышца активируется во время движения?»-Поверхностная ЭМГ — идеальный инструмент. «Есть ли у этого пациента заболевание двигательных нейронов?»-Необходимо использовать игольчатую ЭМГ.
Осторожная интерпретация: всегда сохраняйте смирение и критическое мышление в отношении ваших данных. Увидев неожиданный сигнал, прежде всего проверьте, не ослабли ли электроды, не высох ли гель или не потеет ли кожа, а не спешите с биологическими выводами. Понимание и признание ограничений поверхностной ЭМГ — это начало ее научного использования.
Заключение
Получение чистого, стабильного и надежного электромиографического сигнала — это искусство и наука, сочетающая в себе анатомию, электрофизиологию и строгие операционные процедуры. Он требует обращения с каждым электродом, каждым препаратом кожи и каждым применением с такой же осторожностью, как и с точным инструментом.
Помните, что в электромиографии самое ценное время тратится не на проведение сложного статистического анализа, а, скорее, на, казалось бы, утомительную, но важную подготовительную работу перед началом эксперимента. Если вы избежите этих распространенных ошибок, электромиографическое исследование станет более гладким, а данные — более убедительными.