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在肌电信号检测中,常用以下几种电极:
- 表面电极
- 原理:表面电极主要通过与皮肤表面接触来检测肌肉电活动。它是基于电极和皮肤之间的界面电位差来获取信号,当肌肉收缩产生电活动时,电流会通过人体组织传导至皮肤表面,被表面电极捕捉。
- 优点
- 非侵入性:使用方便,无需刺入皮肤,不会对肌肉组织造成损伤,被检测者的接受程度高。例如在康复训练中,患者可以在相对舒适的状态下,长时间佩戴表面电极进行肌电信号监测,以评估肌肉功能恢复情况。
- 可检测大面积肌肉活动:能够同时检测多个肌肉群的综合电活动,适合用于研究整体肌肉功能或者较大肌肉群协同工作的情况。比如在运动科学领域,研究运动员跑步时腿部多块肌肉的激活顺序和强度,就可以使用表面电极。
- 缺点
- 信号易受干扰:由于是在皮肤表面检测信号,容易受到外界电磁干扰,如周围电子设备、电源线产生的电磁场等。同时,皮肤的油脂、毛发等也会影响电极与皮肤的接触质量,进而影响信号质量。
- 空间分辨率有限:不能精确地定位到单个运动单位的活动,对于深层肌肉的信号检测效果相对较差。
- 针电极
- 原理:针电极需要插入肌肉组织内部,直接接触肌纤维来检测肌电信号。它能够更近距离地感知肌肉细胞的电活动变化。
- 优点
- 高分辨率:可以检测到单个运动单位的电位,能够提供非常详细的肌肉活动信息,包括运动单位的募集模式、发放频率等。在神经肌肉疾病的诊断中,如肌萎缩侧索硬化症(ALS)的早期诊断,针电极肌电图能够发现一些细微的异常变化,这是表面电极难以做到的。
- 受干扰小:因为深入肌肉内部,相对较少受到外界环境和皮肤因素的干扰,信号质量较高。
- 缺点
- 侵入性:会给被检测者带来一定程度的疼痛和不适,并且存在感染的风险。所以它通常用于临床诊断等特定场景,而不适用于大规模的筛查或者长时间的监测。
- 操作要求高:需要专业人员进行操作,以确保电极准确地插入肌肉并且避免损伤神经、血管等周围组织。
- 柔性电极
- 原理:柔性电极是一种新型电极,通常采用柔性材料制作,如导电聚合物、纳米材料等。它能够更好地贴合皮肤表面或者肌肉轮廓,依据材料的导电性和生物相容性来获取肌电信号。
- 优点
- 良好的贴合性:可以紧密贴合在皮肤表面,特别是在关节等活动部位,也能保持较好的接触,减少因运动伪迹导致的信号干扰。例如在监测手部精细动作产生的肌电信号时,柔性电极能够随着手指的弯曲等动作而变形,始终保持与皮肤的良好接触。
- 生物相容性好:一些柔性电极材料对皮肤的刺激性小,适合长时间佩戴,可用于可穿戴式肌电监测设备,如用于长期监测慢性疾病患者的肌肉功能变化或者运动员的日常训练监测。
缺点:目前柔性电极的稳定性和耐用性还有待提高,部分材料制作的柔性电极在长时间使用或者复杂环境下可能会出现信号衰减、材料老化等问题。