陳　謙

摘要：表面肌電圖技術(shù)被用來研究頸部肌肉的功能狀態(tài)已有30多年的歷史，頸部肌肉活動(dòng)的相關(guān)分析、結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性及頸部疼痛的關(guān)系等領(lǐng)域受到了較為深入的研究。但由于頸部解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、測(cè)試條件的不可控性，研究進(jìn)展較為緩慢。通過對(duì)表面肌電圖技術(shù)在頸部肌肉活動(dòng)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究進(jìn)行歸納，認(rèn)為頸部肌肉活動(dòng)的sEMG信號(hào)特征以及頸部肌肉疲勞和頸部疼痛之間的關(guān)系是未來該研究領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：表面肌電sEMG；頸部肌肉活動(dòng)；頸部穩(wěn)定性；頸部疼痛

中圖分類號(hào)：G804.21文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1007-3612(2008)02-0226-03

頭頸部是全身關(guān)節(jié)活動(dòng)最為靈活同時(shí)也是最不穩(wěn)定的部位之一［1］。頸部肌肉是一個(gè)復(fù)雜、多層次的結(jié)構(gòu)體系［2］。它可以使頭部進(jìn)行屈、伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)、繞環(huán)等多種運(yùn)動(dòng)［3, 4］。頸肩疼痛目前已成為一個(gè)大眾的健康問題，頸部損傷和疼痛的人數(shù)越來越多。Carolyn M.等人［5］通過文獻(xiàn)調(diào)查發(fā)現(xiàn)很多研究認(rèn)為，從身體需求到基本靜止的作業(yè)、視頻顯示終端工作、縫紉機(jī)操作等，靜態(tài)作業(yè)通常更多地與頸部緊張癥或肌痛有關(guān)，頸部骨骼肌不適與各種職業(yè)和工種相關(guān)。Peter W. Buckle等人［6］通過流行病學(xué)調(diào)查證明，從事與頸部和上肢骨骼肌相關(guān)的職業(yè)與其頸部功能紊亂存在著顯著的相關(guān)性。

表面肌電（Surface electromyography, sEMG）信號(hào)分析技術(shù)因其特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)常被用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)中的肌肉活動(dòng)、康復(fù)醫(yī)學(xué)和人體工程學(xué)的評(píng)估和測(cè)量［7］。意識(shí)到利用sEMG技術(shù)對(duì)頸部肌肉進(jìn)行研究的必要性是在1998年的Marconi Research Conference（馬可尼研討會(huì)）［5］，大會(huì)認(rèn)為使用表面肌電技術(shù)對(duì)上肢和頸部區(qū)域的肌肉活動(dòng)的研究取得了一定的成果。本文就sEMG在頸部肌肉功能評(píng)價(jià)中的應(yīng)用及進(jìn)展進(jìn)行概括。

1基于sEMG技術(shù)對(duì)頸部肌肉活動(dòng)開展的相關(guān)研究

1.1頸部活動(dòng)的相關(guān)肌肉分類和工作分析

1.1.1頸部肌肉解剖的物理模型根據(jù)頸部肌肉解剖結(jié)構(gòu)，《系統(tǒng)解剖學(xué)》［3］中按照其所在位置，分為頸淺肌群、舌骨上下肌群和頸深肌群。頸淺肌群包括頸闊肌、胸鎖乳突??；舌骨上下肌群包括二腹肌、下頜舌骨肌、莖突舌骨肌、頦舌骨肌、胸骨舌骨肌、肩胛舌骨肌、甲狀舌骨??；頸深肌群包括外側(cè)有前斜角肌、中斜角肌、后斜角肌，內(nèi)側(cè)有頭長肌、頸長肌。其他涉及到有關(guān)頸部活動(dòng)的背部肌肉有斜方肌、肩胛提肌、豎脊肌。

采用肌電技術(shù)對(duì)頸部肌肉活動(dòng)進(jìn)行研究，國外的學(xué)者已有一定的嘗試。Kamibayashi等人［8］的研究定義了超過20對(duì)以上的維持頸部穩(wěn)定和運(yùn)動(dòng)的肌肉，但能夠使用表面肌電技術(shù)采集到較為敏感的肌肉卻很少。根據(jù)人體解剖結(jié)構(gòu)，背部使得頭頸部后伸的肌肉至少有四層［5］，頭半棘肌是最主要的頸伸肌，但被頭夾肌覆蓋，而頭夾肌卻又部分的被斜方肌覆蓋［3］。Bernhard等人［9］與Nolan等人［10］在所研究的10塊肌肉中認(rèn)為有4塊可用sEMG檢測(cè)的，分別為半棘肌(semispinalis capitis)、夾肌(splenius capitis)、胸鎖乳突肌(sternocleidomastoid)和斜方肌（m. trapezius）。然而在Queisser等人［11］的研究中所述，檢測(cè)半棘肌是相當(dāng)受限制的。

1.1.2頸部肌肉解剖的生物力學(xué)模型除物理模型之外，已有不少學(xué)者采用更一步的數(shù)學(xué)模型對(duì)脊柱頸段和肌肉組織的功能進(jìn)行研究［5］。Moroney等人［12］建立頸部14對(duì)肌肉的生物力學(xué)模型，包括頸闊肌、舌骨下肌、胸鎖乳突肌、（頸或脊柱）長肌、前斜角肌、中斜角肌、頸最長肌、肩胛提肌、多裂肌、頸或頭半棘肌、頸或頭夾肌及斜方肌。另外在該模型中的第四頸椎水平位置上，sEMG可接觸到的肌肉包括胸鎖乳突肌、斜方肌、肩胛提肌、頭夾肌、頸闊肌和舌骨下肌肉。然而，后兩塊肌肉通常被認(rèn)為不是穩(wěn)定或活動(dòng)頭或頸部，而分別被視作面部表情與口和舌的活動(dòng)肌肉。

部分基于Kamibayashi［8］工作分析，Vasavada等人［13］設(shè)立了頸部19對(duì)肌肉的生物力學(xué)模型，其研究的各種姿勢(shì)中，他們認(rèn)為半棘肌具有最大伸展力矩的能力，緊跟著是夾肌。胸鎖乳突肌在屈和側(cè)屈中具有最大力矩，斜方肌在左右自轉(zhuǎn)中具有最大力矩，其事實(shí)上超出了它的側(cè)屈能力。而某種程度上這些肌肉每一塊都可與表面電極相接觸。

1.1.3頸部肌肉活動(dòng)的功能性評(píng)估采用EMG技術(shù)對(duì)肌肉功能的評(píng)估，學(xué)者們開展了一些研究。Takebe等人［14］采用雙極細(xì)金屬絲的針式電極，在頭部各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)中，對(duì)頭夾肌和頭半棘肌的活動(dòng)開展研究，發(fā)現(xiàn)這兩塊肌肉在頭伸展和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中激活程度較高。在許多實(shí)驗(yàn)對(duì)象中，半棘肌最大的激活狀態(tài)發(fā)生在自然坐姿中抵抗阻力時(shí)的伸展運(yùn)動(dòng)。頭夾肌最大的激活狀態(tài)也發(fā)生在抵抗阻力的坐姿或旋轉(zhuǎn)中。另外在安靜直立的坐姿中肌肉都是出于放松狀態(tài)的，只有半棘肌在臥姿中保持頭部有輕微活動(dòng)。

另外，Keshner等人［1］的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中頭部一直處于自然姿勢(shì)、頸部肌肉組織垂直的情況下的活動(dòng)模式。他們?cè)?3塊頸部肌肉中設(shè)法鑒別出胸鎖乳突肌、斜方肌、頭夾肌和頭半棘肌活動(dòng)的優(yōu)勢(shì)方向。這項(xiàng)研究的結(jié)果認(rèn)為頭夾肌主要不僅僅是伸展，還對(duì)應(yīng)于側(cè)彎；頭半棘肌在伸展和后側(cè)彎曲中一直活動(dòng)；斜方肌對(duì)頭部穩(wěn)定性無作用。就頭夾肌活動(dòng)而言，半數(shù)受檢者的夾肌在側(cè)面和前外側(cè)的穩(wěn)定性中的主要活動(dòng)，剩余受檢者側(cè)面的和后側(cè)的穩(wěn)定性中的主要活動(dòng)。這項(xiàng)有關(guān)夾肌的發(fā)現(xiàn)于Takebe等人［14］發(fā)現(xiàn)的在側(cè)彎抗阻時(shí)該肌肉幾乎沒有或沒有活動(dòng)有所不同。

在關(guān)于頭夾肌功能和利用EMG研究肌肉方面，Keshner［15］等人的一些說明和結(jié)論受到了一些學(xué)者的質(zhì)疑。Mayoux Benhamou等［16］使用表面電極和針式電極來研究夾肌活動(dòng)，并尋找兩種信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此兩種電極上信號(hào)顯示側(cè)彎運(yùn)動(dòng)中的活動(dòng)，與Keshner等人的研究結(jié)果類似。然而在其它伸展運(yùn)動(dòng)中發(fā)現(xiàn)了差異——表面夾肌電極發(fā)現(xiàn)頭夾肌的活動(dòng)信號(hào)而針式電極卻沒有發(fā)現(xiàn)信號(hào)。作者認(rèn)為其原因是相鄰肌肉主要是胸鎖乳突肌會(huì)產(chǎn)生的色度量度干擾。通過核磁共振成像，頭夾肌在伸展和同側(cè)旋轉(zhuǎn)中顯示出活動(dòng)，但在彎曲和對(duì)側(cè)旋轉(zhuǎn)中無活動(dòng)。因此Mayoux Benhamou等人建議表面電極僅用于大的頸部肌肉應(yīng)該是充足的，如胸鎖乳突肌，或者背側(cè)肌肉組活動(dòng)時(shí)。

上述的這些基礎(chǔ)研究指出頸部一些對(duì)于頸部運(yùn)動(dòng)和穩(wěn)定性有重要作用的肌肉是可用表面電極接觸的。所選擇肌肉符合方便的附加實(shí)驗(yàn)負(fù)荷，肌肉分布在表淺、干擾信號(hào)少、較為敏感的特征。這些肌肉包括頭半棘?。^伸）、頭夾?。ㄉ臁?cè)屈、旋轉(zhuǎn)）、肩胛提?。▊?cè)屈、旋轉(zhuǎn)）、胸鎖乳突肌（屈、旋轉(zhuǎn)、側(cè)屈）和斜方?。ㄉ臁?cè)屈）等。

1.2頸椎形態(tài)、頸部肌肉與頸椎穩(wěn)定性和頸部疼痛的關(guān)系脊柱頸段是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，用于頭部的支撐和定向，同時(shí)將從軀體影響頭位置的力上傳［17］。頸部肌肉不僅維持頸椎穩(wěn)定，同時(shí)進(jìn)行頭部的三維運(yùn)動(dòng)［15］。

構(gòu)成頸部骨骼結(jié)構(gòu)主要有人體脊柱上部的七塊頸椎。椎體之間借椎間盤、前縱韌帶和后縱韌帶相連接，兩椎骨間可作輕微運(yùn)動(dòng)。頸椎關(guān)節(jié)面為傾斜的平面，椎間盤較厚，故可作屈、伸、側(cè)屈、旋轉(zhuǎn)和環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。它通過寰枕關(guān)節(jié)（第一頸椎稱為寰椎）與頭部連接，可使頭部作屈、伸和側(cè)屈運(yùn)動(dòng)，通過寰樞關(guān)節(jié)使第一（寰椎）與第二頸椎（樞椎）相連，向下由六塊椎骨相互連接的結(jié)構(gòu)［3］，因此頸部產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是通過寰枕關(guān)節(jié)及7塊椎骨之間的關(guān)節(jié)連接形成各方向上的運(yùn)動(dòng)。頸部解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及到的肌肉數(shù)目較多，《運(yùn)動(dòng)解剖學(xué)》［4］中按照機(jī)能分類分為頸屈肌群、頸伸肌群、頸側(cè)屈肌群。

頸部許多組織都會(huì)產(chǎn)生疼痛，包括頸部肌肉、椎間盤、后部縱向韌帶以及關(guān)節(jié)面等等，它們都是維持頸椎穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)［18］。但在Heleen H.等人［19］的關(guān)于“體質(zhì)與腰骶部或頸肩痛之間的關(guān)系”（該體質(zhì)包括肌力、肌肉耐力或關(guān)節(jié)靈活性等方面）進(jìn)行系統(tǒng)綜述發(fā)現(xiàn)，幾乎沒有研究論述上述內(nèi)容和頸肩痛之間的關(guān)系。他們指出僅有數(shù)量如此有限的研究論述頸肩肌肉的肌力或耐力和頸肩痛之間的關(guān)系，只能說明在兩者之間存在不確定的證據(jù)。而且在僅有的幾個(gè)研究中產(chǎn)生了不一致的結(jié)論，因此在頸部疼痛與脊柱頸段機(jī)能靈活性之間的關(guān)系也具備不確定的證據(jù)。

近年Falla D等人的研究［20］較為活躍，他們認(rèn)為慢性頸痛病人的胸鎖乳突肌和斜角肌的疲勞和其長期的疼痛狀況之間并沒有相互關(guān)系。而這與人們認(rèn)為長期的頸肌疲勞會(huì)引起疼痛的觀念不相符。因此對(duì)頸痛產(chǎn)生機(jī)制的研究十分必要。

1.3頸痛患者的頸肌sEMG特征表面肌電信號(hào)能清楚地記錄和反映肌肉持續(xù)自主收縮時(shí)的電信號(hào)變化。反映疲勞的肌電信號(hào)常被作為肌肉發(fā)生生理改變的重要信息［20, 21］。因此，有很多學(xué)者采用sEMG技術(shù)對(duì)頸部肌肉疼痛開展相應(yīng)的研究。

Falla D等人［20］對(duì)10名慢性頸痛病人和10名健康者進(jìn)行比較，選用頸部的兩塊肌肉胸鎖乳突?。⊿CM）、斜角肌（AS），采用平均頻率（MF）、平均校正值（ARV）、傳導(dǎo)速率（CV）等指標(biāo)評(píng)定局部肌肉運(yùn)動(dòng)單位募集、局部肌肉疲勞情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在慢性頸部疼痛病人的MF最初值大于正常人，且在25%MVC、50%MVC的疲勞實(shí)驗(yàn)中也表現(xiàn)出同樣的顯著性。Gogia［22］認(rèn)為頸椎骨關(guān)節(jié)病人中SCM的MF變化率越大，在50%和80%的MVC中越容易疲勞。另外還有一些研究結(jié)果［23, 24］顯示，在臨床測(cè)試中，頸部肌肉痛病人前屈時(shí)肌肉耐力下降。Uhlig等人［25］指出多數(shù)活體研究中發(fā)現(xiàn)，頸痛病人的II型肌纖維占主導(dǎo)地位，肌肉耐力下降且易疲勞；頸痛病人的肌纖維由I型向IIb型轉(zhuǎn)變。但在Stapley PJ等人［26］對(duì)13名頸部肌肉急性損傷病人的研究中指出，其表現(xiàn)出與疲勞相類似的肌電信號(hào)，sEMG振幅增加，MF減小。

2國內(nèi)對(duì)頸部肌肉活動(dòng)的相關(guān)研究現(xiàn)狀

雖然表面肌電技術(shù)對(duì)頸部肌肉開展研究已有30多年的歷史，但由于頸部解剖結(jié)構(gòu)的特殊性、測(cè)試條件的不可控性，對(duì)頸痛患者的肌電信號(hào)特征的研究較難開展，因此研究并也不多見。在國內(nèi)，對(duì)引起頸部運(yùn)動(dòng)的肌肉的研究主要著重于頸椎疾病的臨床報(bào)告、治療分析、治療效果評(píng)估等［27-29］，對(duì)頸部肌肉的正?；顒?dòng)、用力情況的機(jī)理研究少見。華詠梅等人［30］的研究主要為面部肌肉，頸部只涉及到胸鎖乳突肌，結(jié)果為在不同下頜運(yùn)動(dòng)時(shí)，高角和均角兒童面頸部肌肉的肌電活動(dòng)差異有所不同；其活動(dòng)可能與顱面垂直形態(tài)有關(guān)。而顱面垂直形態(tài)主要依靠頭頸部關(guān)節(jié)來調(diào)整，因此也提示了在不同活動(dòng)角度下可能會(huì)引起胸鎖乳突肌的力——電變化。陳肇輝等人［31］的對(duì)頸部活動(dòng)度開展研究，以計(jì)算機(jī)立體視覺為模型建立的測(cè)量系統(tǒng)，精確測(cè)量頸椎的活動(dòng)度(精確度為0.8°)，結(jié)果顯示以自然標(biāo)準(zhǔn)位為0°時(shí)，頸椎前屈、后伸,左、右側(cè)屈，左和右旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)活動(dòng)度分別為：47.3°±2.9°、 38.7°±3.4°、 41.9°±2.2°、 42.9°±1.7°、68.3°±6.3°、68.5°±5.6°。另外，王艷國［32］對(duì)頸椎病頸部肌肉力、電特征作了分析，探討了正常人和頸椎病患者頸部肌肉力/電特征及推拿治療頸椎病對(duì)頸部肌肉力/電作用的機(jī)制。結(jié)果顯示，正常人青中老年三組屈伸比有增齡性增大的趨勢(shì)；正常人等長運(yùn)動(dòng)中頸脊旁肌、胸鎖乳突肌和斜方肌肌電比值一般在1.0～1.3:1之間。頸椎病患者等長運(yùn)動(dòng)中，屈伸比值增高，提示頸后伸肌力減弱。后伸峰力矩角度值與正常人有顯著差異，等長運(yùn)動(dòng)中肌電比值差別較大。等速運(yùn)動(dòng)頸部雙側(cè)肌肉運(yùn)動(dòng)開始和結(jié)束時(shí)刻肌電募集時(shí)差延遲。

3結(jié)語

因此針對(duì)日益增長的頸部疾患，開展對(duì)頸部肌肉的研究顯得十分必要。綜上所述，利用當(dāng)代的sEMG信號(hào)的線性和非線性分析技術(shù)結(jié)合肌肉力量，研究頸部肌肉活動(dòng)的sEMG信號(hào)特征以及頸部肌肉疲勞和頸部疼痛之間的關(guān)系是未來該研究領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢(shì)。

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