ï í
心
ï î
平
肌 滑
组 肌
织 组
织
ü ý þ
不
随
意
肌
TP
3、 肌 肉 的 生 物 化 学 过 程
能 源 ： ATP
®
ì肌
í î
肌
动 球
蛋 蛋
白 白
质 质
üï ý ïþ
肌
肉
组
成
4、骨骼肌的一般形态结构 肌腱：肌肉借助于肌腱附着于骨骼 2 端，形成带动人体运动的动力机构。 肌束：许多成束排列的肌纤维称为肌束。
性。
② 可兴奋细胞：神经细胞
肌细胞
腺细胞
三、生物电现象的产生原理
形成浓度差的电动势物理模型
黄伟
生物医学工程
用半透膜隔开不同浓度的电极质 kcl，Nacl。
4.5 肌电信号检测的普遍问题
一、概述 1、肌肉电现象
由神经系统传来的兴奋冲动在运动终板处造成乙酰胆硷的释放，在肌纤维上 形成可传导的动作电位。而运动单位动作电位在传导过程中出现的容积导体电现 象，在人体中形成随时间变化，且具有一定空间分布的电场，称为肌肉电现象。 2、肌电检测与处理的应用 （1）临床使用领域
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肌内膜
肌束膜：由胶质纤维和弹力纤维组成。
肌外膜
动脉、静脉：
神经
构成一块肌肉的共同要素
ì肌 腱 （ 2个 或 更 多 ）
ï ï
肌
组
织
ïï í
血
管
ï
ì动 脉
í î
静
脉
ï ï神 经 纤 维 ïî
ì运 动 神 经 纤 维
í î
感
觉
神
经
纤
维
肌纤维包含： 细胞间隙 血管 结缔组织
骨骼肌细胞的组成
黄伟
生物医学工程
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1. 肌肉的作用 ① 骨骼周围的骨骼肌收缩实现行走、持物、吞咽和表情。 ② 壁内的平滑肌组织收缩与舒张协调运动实现内脏管道器官的蠕动和血管
口径的变化。 ③ 心脏壁内的肌肉组织收缩与舒张是推动血液循环流动的主要动力来源。
2、 肌 组 织 分 类
依据形态、功能、和位置等方面的特点分：
ì骨 骼 肌 组 织 ： 受 收 缩 意 识 支 配 ， 称 随 意 肌
肌电图机：快速精确的检测和记录肌电信号。 （2）运动训练和生物力学研究领域 二、容积导体导电与介质的影响
在肌电信号检测中，肌纤维处于容积导体中，产生动作电位，而通过容积导 体记录到的肌电单位是具有一定分布的几百条肌纤维的电活动。 研究问题：
在临床上，单一运动单位动作电位的波形对诊断具有实际意义，因此通过信 号处理提取单一运动单位动作电位波形，并分析波形的特征是肌电检测的重要问 题。 三、肌电信号检测中的主要问题 1、肌电检测系统的构成
界处离子浓度发生变化，形成电偶层，产生电势差，又称为半电池电势。
影响：由于肌电检测中，半电池电势不稳定，在测量系统中产生噪声或引起
记录基线的漂移。
半电池电势现象
解决问题：
在电极设计和选用时，要尽量使用半电池电动势小且稳定、不易级化的材料；
在电路设计中，要设法使电极电位与被测信号分离，消除电极噪声的影响；
5、骨骼肌纤维分类 根据肌纤维内肌红蛋白含量分类：
红肌纤维：收缩速度慢，耐力好 白肌纤维：收缩速度快，耐力差 根据收缩快慢分： 慢缩肌Ⅰ型（ST）纤维 快缩肌Ⅱ型（FT）纤维
慢缩肌
快缩肌
纤维 肌红蛋白和肌糖元 肌浆 线粒体
较细 较多 较多 较多
较粗 较少 较少 较少
肌浆网 Z线 毛细血管 含氧化酶
不发达 较粗且不明显 丰富 较多
两电极同时处于细胞膜外
如果细胞未收刺激或损伤，细胞膜表面个点电位相等，不能测量电位差。
让微电极缓慢推进刺入细胞内，在电极刺穿膜时记录仪上显示一个电位跃变，
细胞膜 2 侧存在电位差称为跨膜静息电位。
膜电位的特性：膜内较膜外为负。
2、动作电位
① 兴奋性：一切有生命的细胞或组织对外界刺激反应的共同特性称为可兴奋
发达 较窄且明显 较少 较少
依靠
有氧代谢
无氧糖酵解代谢
疲劳程度
不易
易
有利
维持等张耐力性活动 快速收缩运动
三、肌肉的收缩
肌原纤维的组成：
粗肌丝：由肌球蛋白质分子组成
细肌丝：由肌动蛋白分子组成
肌肉收缩的普遍机理：
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骨骼肌收缩是肌节中，粗、细 2 种肌丝相互滑行导致肌肉收缩。肌纤维收缩 的机理是因为横桥含有丰富的 ATP，具有结合肌动蛋白丝的能力。 四、肌肉的神经系统
表面皮肤电极
肌电极的分类比较
针电极
表面皮肤电极
特点
电极与身体的接触面积小，作用区域小，使用简便，对受试者无损害，作用区
受试者有一定损伤。
域大，测量存在不一致性。
使用领域 临床医学，提取单一运动单位动作电位 运动生物力学，假肢控制领域。
2、电极的一些基本结论 （1）半电池电势现象
产生：电荷携带者在金属电极与电解质溶液之间的接界处互换电荷，引起接
50Hz 的电场干扰 50Hz 的磁场干扰 两种干扰的比较
比较 引入
50Hz 的电场干扰 分布电容中形成的位移电流
50Hz 的磁场干扰 通过感性偶合引入
措施
通过提高放大系统的共模抑制能增大信号线和干扰源之间
Hale Waihona Puke 力，抑制干扰的距离
合理接地的措施：合理设计电路的接地方式是抑制干扰比不可少的措施： 接地良好，减小公共阻抗产生的干扰电压和抑制容性偶合。 避免形成接地环路而产生接地电位差或引入磁场干扰，以避免由于测试系统
干扰：外部干扰源对被侧信号的扰动。 噪声：测量系统内部固有的扰动。
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肌电放大系统设计的问题：
低噪声的电子线路设计，减少噪声与干扰的不利影响。
（3）安全问题 系统测试的稳定可靠和不易发生造作失误
不会对人体造成伤害
在仪器设计中，必须符合安全方面国家制定的标准。
四、生物电极的基本特性
1、肌电极的分类 针电极
第四章 肌电信号的检测与处理
4.2 概述
一、肌肉运动信息检测 肌肉是人体运动系统重要的组成部分，在人体中肌肉是将化学能量转换为机
械运动（机械能）的生物机器，人体的各种运动都或多或少与肌肉的活动有关。 因此，对肌肉运动信息的各种测试构成了人体运动检测的重要内容。 二、肌肉检测的内容
1. 肌肉运动的外部表现：收缩力量、收缩速度、做功能力。（肌肉力学指标） 2. 肌肉运动时的能量供应、循环呼吸等。（生理、物理、化学指标） 3. 肌电信号的检测。（肌肉运动时的电生理指标） 三、肌电信号检测的发展 1、认识期：肌肉的收缩与电有关。（蛙类的肌肉收缩实验） 2、缓慢发展期： 检测到人体肌肉自愿收缩时，能产生电信号。 记录到人臂肌肉的电势差 观察到肌电图（诺贝尔奖） 3、新测量技术的应用 实现了肌电信号的定量分析 这一时期为：应用于临床肌电图学、肌电控制假肢的应用提供了良好的理论 基础。 四、肌电信号的检测和处理的应用领域 1、临床医学 诊断某些椎体外神经肌肉病变 运动神经元疾病 多发性神经炎 肌病、末梢运动神经纤维传导 终板功能 脊髓的反射功能 假肢的控制 2、康复工程和生物反馈领域 研究利用表明肌电信号作为功能电刺激的控制信号，从而达到反馈调节的作 用。 3、运动医学和人机工程学 通过利用表面肌电谱分析，判断肌肉疲劳程度、区分肌肉中快肌和慢肌成分 的比例。 4、体育训练和运动生物力学领域 4.3 肌肉的解剖与生理基础 一、概述 肌肉的功能：把食物氧化产生的化学能转化成力和机械功，它通过自身的收 缩而对外做功，从而对环境发生作用。 特点：肌肉之能拉动物体而不能推动物体。 二、肌肉的一般结构
提高测量电路的输入阻抗，减小电极级化电位影响。
（2）电容现象 在肌电检测中，接界处存在电容，电极呈现一定的阻抗特性。
五、肌电测量中的干扰与噪声
1、干扰源及干扰的引入方式 （1）干扰源
能够发出一定的电磁能量而影响周围电路正常工作的物体或设备统称为干
扰源。
工频干扰：存在 220v 交流供电线路及电器是最直接的 50Hz 干扰源，称为 工频干扰。
活动。 ③ 联合神经元：接受感觉神经元传来的神经冲动，进行信息的分析和综合，
并传入运动神经元引起效应活动。 4、神经纤维：神经元胞浆突起的延长部分称为神经纤维。 组成： 轴突
鞘状结构 分类：有髓神经纤维、无髓神经纤维
4.4 肌肉的收缩电生理
一、概述
人体电现象的应用领域：
心电图 ECG
脑电图 EEG 肌电图 EMG 眼电图 EOG
1. 神经组织的构成： 神经细胞：神经组织的构造和功能单位 神经胶质细胞
2. 功能 感受刺激、产生兴奋和传导兴奋的功能。 神经细胞：感受体内外的各种刺激和传导神经冲动。 神经胶质细胞：不具备产生和传导兴奋的能力，对神经细胞起支持、绝缘、 输运营养排出代谢废物以及防御等作用。 3. 神经元的分类 ① 感觉神经元：接受感受器传来的神经冲动，传入中枢区。 ② 运动神经元：中枢冲动传给效应器，引起骨骼肌和平滑肌以及腺体的分泌
皮
电反应 GSR
生理学研究表明：电现象并不是器官或器官机能活动的副产品或伴随物，而
是细胞实现一些重要生理机能的关键或决定因素。
二、兴奋细胞的静息电位和可兴奋细胞的动作电位
1. 静息电位：细胞未受到刺激时，存在于细胞膜内外 2 侧的电位差。
测量：S 为对细胞刺激的电极，R 为测量记录电极。
静息电位的测量
与人体之间地电位的差异而引入干扰。 3、测量系统的噪声 放大电路的噪声源： 有源器件
无源器件 4、实现系统低噪声设计的一些措施：
（1）选用低噪声的元器件 （2）—合理分配多级放大系统的各级增益 （3）选择合适的工作频带宽度 （4）严格工艺要求，如提高焊接的可靠性和均匀性等。 六、对肌电放大器的要求 1、高输入阻抗 2、高共模抑制比 3、增益、动态范围和频宽 4、低噪声、低漂移