文獻速覽 | 高密度肌電：精準捕捉腦卒中后痙攣肌肉的 “動態指紋”

為了進一步提升我國肌電學術研究氛圍，為我國表面肌電領域的學者提供一個重要的學術交流平臺，2025表面肌電論壇暨表面肌電技術培訓班將于2025年6月27日-29日在杭州召開。會議相關信息見：會議通知|2025表面肌電論壇：前沿技術與康復臨床應用

小編從該會議報告專家課題組發表論文中選取一些高密度表面電極相關研究分享給大家。下文即來源于張迎春教授課題組，是一篇關于高密度肌電應用在腦卒中后康復的有趣研究，請~

腦卒中作為死亡原因及首要致殘疾病，約 20%-40% 的幸存者會出現痙攣癥狀，表現為牽張反射亢進導致的肌肉張力異常升高。當前一線療法肉毒毒素（BoNT）注射雖能緩解肌肉張力，但其療效評估依賴改良 Ashworth 量表（MAS），改良 Ashworth 量表主要是測試者對肌肉緊張的定性或半定量評估，所以可能是主觀的，且難以準確量化肌肉狀態。且有研究表明：MAS不能在肉毒毒素注射后的被動牽張評估中，檢測肌肉痙攣的變化。

生物力學指標（如扭矩）也已被用于評估 BoNT 注射前后牽張反射的變化。扭矩雖能反映關節活動，卻難以定位具體痙攣肌群。而（HD-sEMG）憑借高空間分辨率（可穿透肌肉/ 纖維化干擾），為單肌肉精準評估提供了可能。

圖1. 文章信息

來自張迎春課題組在2024 年 IEEE 工程與生物醫學學會年會的一篇報告，題為“High-Density Electromyography Biomarkers for Detecting and Monitoring of Spastic Muscles During Passive Stretch”，揭示了一種新的定量評估卒中肌肉痙攣的可行方向。該研究在前人使用（sEMG）研究的基礎上，應用了分辨率更高的高密度表面肌電（HD-sEMG）來研究BoNT 注射前后牽張反射和肌肉張力變化，驗證了HD-sEMG 的均方根（RMS）包絡信號及快慢被動伸展（FPE/SPE）斜率作為痙攣量化生物標志物的有效性，量化了肘關節快慢速被動伸展時均方根（RMS）振幅的關系。

本研究招募了10名半側痙攣腦卒中患者，納入標準為：（1）缺血性或出血性腦卒中繼發的偏癱；（2）病程≥6 個月；（3）殘留自愿性肘屈曲力；（4）改良 Ashworth 量表（MAS）評分為 2-3 分；接受肱二頭肌 100 單位肉毒毒素（BoNT）注射。排除多發性腦卒中患者、其他病因引起的阻力增加、有既往肌肉骨骼損傷史、及其他可能導致痙攣的合并癥，如脊髓損傷。

受試者在注射肉毒毒素前 1 周與注射肉毒毒素后 3 周接受訪視并完成實驗數據采集。把HD-sEMG（荷蘭TMSi Refa-136 放大器，采樣率 2048 Hz， 分辨率24 位）（8×8 電極陣列，直徑 4.5mm，間距 8.5mm）貼于受試者肱二頭肌肌腹上方，記錄被動牽張下每位測試者的痙攣肱二頭肌的高密度表面肌電信號。

受試者需要完成被動牽張任務：伺服電機驅動前臂做 50° 屈伸運動，初始位置為快速手動（a quick manual passive stretch被動拉伸期間可檢測到異常肌肉張力時的角度減去 10 度。，位置在肘關節伸展之前，使肘關節以兩種速度做伸展和屈曲運動（快速：FPE, 100°/s，慢速：SPE, 5°/s），每次伸展和屈曲后分別保持2秒靜止休息。每種速度采集 3 次，實驗之間休息 1 分鐘。

研究者計算了采集所得HD-sEMG的移動均方根（RMS） 包絡， 并計算了斜率指標。研究者還計算了斜率與 MAS （改良 Ashworth 量表）的相關性。

斜率指標：對于每次訪問，用快速拉伸速度的峰值 RMS 包絡值減去慢速拉伸速度的峰值 RMS 包絡值，得到兩者的差值；該差值（斜率）表征了肌肉在不同拉伸速度下活動強度的變化率。在痙攣肌肉中，由于拉伸反射的速度依賴性，快速拉伸會引發更強的肌肉反應，因此斜率較大；而 BoNT 注射后，肌肉痙攣減輕，速度依賴性反應減弱，斜率會降低。

圖2(A)顯示了每次訪視中各拉伸速度下的峰值均方根（RMS）值特征。慢速（5°/s ）拉伸速度的峰值 RMS 值在兩次訪問中均顯著低于 快速（100°/s ）拉伸速度（A），表明隨著拉伸速度增加，峰值 RMS 值增加，反映痙攣肌肉在被動拉伸反射中依賴速度的 “卡頓” 現象。在注射肉毒毒素（BoNT）后，每個拉伸速度對應的峰值 RMS均顯著降低，表明肌肉張力得到緩解。

圖2(B)展示了斜率指標在注射BoNT后顯著降低，且所有受試者在注射后斜率指標均比注射前更低。這表明斜率可提供與 BoNT 注射相應的痙攣肌肉拉伸反射的客觀定量測量，也可能是區分痙攣肌肉和健康肌肉的潛在特征，因為健康肌肉對任何拉伸速度都沒有阻力，斜率接近零。

而10名受試者中僅5名注射后改良 Ashworth 量表（MAS）分值降低。進一步探索與斜率的相關性（見表1），并未發現兩者之間的顯著關系。表明 MAS 始終缺乏量化痙攣中異常張力的適當敏感性。

圖2. 注射肉毒毒素前后HD-sEMG特征的變化。（A）注射前后兩種拉伸速度的均方根包絡峰值特征。（B）注射前后的斜率指標。?p<0.05。

表1. 斜率指標與MAS評分相關性

本研究旨在探究HD - sEMG作為生物標志物檢測和監測痙攣肌肉的功效，通過對 10 名腦卒中患者注射肉毒桿菌毒素（BoNT）前后的被動拉伸反射進行分析，發現 HD - sEMG 的峰值 RMS 包絡和斜率特征在注射后顯著降低，而改良 Ashworth 量表（MAS）僅部分患者改善，表明 HD - sEMG 衍生特征可作為 MAS 的定量替代指標。但研究存在樣本量較小、僅評估肱二頭肌單一肌肉等不足，未來可擴大樣本規模，納入更多肘屈伸肌進行綜合評估，以優化 BoNT 注射的個性化治療方案，進一步提升腦卒中患者痙攣管理的精準性。

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