作为与人体运动密切相关的生理信号，肌电信号（EMG）已被广泛用于人机交互系统（HRIS）。由于表面肌电信号在运动意图识别中具有良好的准确性和鲁棒性，已被认为是最适合用于HRIS的反馈生理信号，例如通过赋予机器人解码人类运动意图的能力，可以实现人与机器人之间的安全交互。那么什么是肌电，肌肉的放电原理是如何实现的，肌电信号与肌纤维的关系是什么？利用肌电我们可以进行哪些研究？

骨骼肌在兴奋时，会由于肌纤维动作电位的传导和扩布而发生电位变化。用适当的方法将骨骼肌兴奋时发生的电位变化引导、记录所得到的图形，称为肌电图（Electromyogram，EMG）。

肌电图即得到的肌电信号，通过用电极记录到的肌肉动作电位，它分成表面肌电信号和针电极肌电信号，表面肌电信号是用皮肤电极收集到的肌肉和神经干上的综合的电活动；针电极肌电信号是指用插入到肌肉中的针电极收集到的在针电极周围有限范围内的运动单元电位的总和，我们目前常用的都是表面肌电信号（sEMG），表面肌电信号是运动单位动作电位（MUAP）在肌肉自发收缩过程对运动神经元放电的叠加结果，被广泛用于研究肢体运动的神经调控机制，以及动作模式及力量识别。

我们提起重物，收缩肌肉将重物抬高，在这个过程中，我们的中枢神经系统不断放电，每放一次电相应数量的运动单位就一并收缩，完成试举。

中枢神经通过神经元传导电流，这种会令肌肉收缩的电流，我们称为动作电位。电位其实就是电压差，这里的电压差，主要指的是神经元、肌肉等细胞上不同部位的电压差。

由于细胞膜部分离子通透性的改变，导致靠近中枢神经的一端电压高，靠近肢体末端电压低，身体的电位差导致电流由高向低流动，实现中枢神经朝肌肉下达指令。

动作电位由中间接点处向两边传递的过程，这个传递的速度一般是3-5m/s，因此一根10cm的肌纤维也就在0.03-0.02秒左右实现全面激活。这种在肌肉内电位扩散的过程，便是我们常说的肌电，也是肌电图「EMG」所采集的对象。

我们肌肉的基本功能单位是肌细胞，又称为肌纤维。而操控我们肌肉的主要是一种α神经元，它有很多个轴突终端，每一端连接一个肌纤维。神经元对肌肉的控制是一对多，即一个神经元控制多个肌纤维工作。

肌电幅值大小与检测的肌纤维间的距离有关

各肌纤维在检测点上表现出的电位波形，其极性与终极性和检测点的相对位置有关，又和肌纤维与检测点间的距离有关，相距愈远，幅度愈小，各肌纤维在检测点间引起电位的总和构成运动单元的动作电位，最后，许多运动单元产生的动作电位的总和构成表面肌电信号。

肌电幅值大小与肌纤维类型的有关

肌纤维类型可以分为：

I型肌纤维

IIA型肌纤维

IIB型肌纤维/IIx型肌纤维

I型肌纤维一般拥有较多的血红蛋白，收缩力量小、体积小、耐力好。同时，从神经传导速度上，I型肌纤维的神经传导速度慢，一般在2-8m/s。

II型肌纤维一般拥有更多的收缩组织，微观条件下观测为白色；其生理特性为收缩力量大、体积大、爆发力强、耐力差，也被叫做快肌纤维；反映短时间大重量（力量举）、爆发力训练（举重）的工作状态。同时，从神经传导速度上，II型肌纤维传导速度快，一般在8-40m/s。

而其中IIA型肌纤维属性更偏向I型肌纤维，耐力和爆发力兼有，但是总体还是被认为属于快肌纤维，而IIB则更“快”，属于更典型的快肌纤维。

肌纤维的电传导性差异如下表，肌电幅值与肌肉纤维的类型含量和作用时长都有一定的关系。

01. 主要用力肌群/肌肉贡献率

研究专项技术动作的主要用力肌群，通常采用的指标是积分肌电（iEMG）值，能够得到运动过程中肌力的大小，找出具体的某个动作或者任务中的主要用力肌群。肌肉贡献率是指完成动作时某块肌肉的积分肌电值( IEMG) 或平均肌电值( AEMG) 与所测参与完成该动作所有肌肉的 IEMG 或 AEMG 总和的百分比值。可用以判断是否肌肉发力和肌肉做功程度的大小，并以此来对所测肌肉进行贡献等级的划分及主次肌肉的确定

02. 肌肉之间的激活顺序、时序

一个动作的产生是由不同肌肉群共同完成，而每个肌肉群之间的肌肉激活时间是不同的。肌肉协调性的保持与肌肉激活的顺序有着重要的联系，即肌肉激活的顺序越合理肌肉之间的协调性越高。邹煜等人对 20 名无双手抛接球运动经验的体育专业男生进行双手抛接球动作表面肌电测试时发现: 随着实验次数的逐渐增加，被试者双手各肌肉激活时间和顺序逐渐显现出规律性，呈现出前低后高的特定台阶状变化。

03. 肌肉激活强度

肌肉激活强度与做功大小有关，可以反映肌肉的参与程度。在做功相同、肌肉持续时间短的情况下，能量消耗少，可以用于判断运动员训练程度的高低。例如，研究跳远运动员最后的踏跳动作的技术分析，假设某一肌肉群在同等比例下，股四头肌做功比腓肠肌大，说明在踏跳动作时股四头肌的作用大。

04. 肌肉之间的疲劳状况

肌肉进行一段时间的持续收缩时，其生理特性得到变化，由此引起肌肉活动产生的最大作功能力或者最大收缩能力的暂时下降被称为肌肉疲劳。具体表现为肌力减小，运动强度也随之减弱，严重时会引发运动损伤，即肌肉和关节的劳损。在评价肌肉疲劳的研究中多以时域和频域分析为主。

05. 肌电生物反馈研究

将表面肌电图( surface electromyography，sEMG) 引入生物反馈系统，将表面肌电信号转换后并放大，用视觉或听觉方式反馈给受试对象，促使其自主训练，从而达到强化运动效果的目的，这个过程被称为表面肌电生物反馈( surface electromygraphic biofeedback，sEMGBF) 。

06. 新型训练控制系统

常见的表面肌电所记录下的以时间为序列的非稳定信号蕴含大量的肌肉活动和运动状态信息，若用它来预测患者的运动意图和肌肉功能状态，并转换成计算机系统的输入指令，则可建立一种非常规的全新人机信息交流与控制技术。近年来，常见的新型训练控制系统有肌电假肢系统、康复机器人等

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结语

本文中我们向您介绍了如下相关概念

什么是肌电

肌电是如何产生的

肌电与肌纤维的关系

肌电可以使我们进行哪些研究

读完本文，希望您对肌电信号的基本工作原理和应用方向有了清晰的认知