呼吸肌表面肌电图的采集与半自动化分析

我关注呼吸肌的运动控制，这种研究方法将通过分析呼吸肌激活的时间和强度，帮助我们理解其协调机制。近期最重要的发现是，即使是在伴有呼吸困难的轻度负荷呼吸条件下，其认知需求也会导致认知任务的错误增多，并降低体力活动任务的完成速度。此外，呼吸模式的变异性也会增加。

本方案旨在解决一种去除肌电（EMG）信号中心电（ECG）伪迹的方法需求，该方法在不损害信号幅度和时序的前提下，保留呼吸过程中呼吸肌协调性分析所必需的肌肉激活细节。本方案基本仅从心电与肌电信号的混合信号中去除心电频率成分，即仅去除心电伪迹。

它在精确适应可变心搏宽度的同时，保留了肌电图信号的所有其他关键细节和时间精度。试想一名慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者穿越繁忙街道时的认知负荷。这一过程需要思考交通状况、协调步行动作、处理呼吸困难感，以及处理通气肌群募集增加所带来的信息。

我的研究重点是呼吸肌和肢体肌肉的认知负荷与运动控制如何影响身体活动。首先，让受试者采取坐姿。用酒精棉片擦拭皮肤，并使其完全干燥，以降低皮肤阻抗。

通过体表标志和触诊确定目标肌肉，并将表面电极放置于胸廓右侧。对于肋部膈肌和肋间肌，需确定腋前线和锁骨中线，在第七或第八肋间隙水平，将成对的肌电图电极垂直放置于这两条线之间。

然后确定颈部后三角以定位斜角肌。可通过让受试者深吸一口气或进行右侧等长抗阻侧屈，使该肌肉更清晰地显现。现在将成对电极置于环状软骨水平的斜角肌纵轴上；对于胸骨旁肋间肌，定位胸骨右侧第二肋间隙，距中线1至2厘米处。

通过触诊锁骨、胸骨柄以及胸骨柄与胸骨体连接处的路易斯胸骨角，可帮助确定此肋骨的位置。第二肋间旁胸骨肌位于路易斯胸骨角右下方。将成对的电极沿肌肉的长轴方向放置。

在确定胸骨上窝和乳突后，接下来定位胸锁乳突肌。将手放在受试者下巴的左侧，要求受试者轻轻对抗手部阻力进行等长性向左转头动作，以凸显右侧胸锁乳突肌肌腹。然后将成对电极沿肌腹长轴方向置于肌腹中点处。

如有需要，将接地传感器连接至 C7 或 T1 棘突，并将负极心电图电极置于胸骨柄上方。然后将正极心电图电极置于左侧腋前线第五肋间间隙。现在将肌电图传感器夹连接至肌电图电极。

在每个肌电图传感器下方贴上双面胶带，以将其牢固地固定在皮肤上。确保不同肌电图传感器的导线不相互重叠，避免肌肉间产生串扰。在电极和传感器上方覆盖医用级低致敏胶带，进一步固定于皮肤，同时避免施加过大压力。

进行信号采集时，在数据采集软件中选择预设模板，然后点击“打开”。预设参数应对肌电（EMG）信号设置0.5–20赫兹的高通滤波器，以减少低频伪迹并便于实时可视化。确保采样率设置为1千赫兹，肌电信号增益为1,000。

选择模板后，获取心电图（ECG）和呼吸气流的同步记录。根据方案采集表面肌电图（EMG）和心电图（ECG）数据，例如在健康志愿者受试者进行吸气阈值负荷试验期间采集。进行预处理时，打开软件，确认使用5赫兹双向高通滤波器、最小均方自适应滤波器以去除心电图干扰，以及采用0.02秒移动窗口的均方根变换等参数，然后点击“继续”。

接下来，选择要分析的文件，然后按“确定”。如果要分析整个持续时间，请将范围设置为从 0 秒到最大时间。点击“选择范围”，然后点击“继续”和“预处理”。按下“分析”按钮以应用预设参数，并可视化已分析的肌电（EMG）信号。

按下“按1重新缩放”按钮，以归一化记录期间EMG信号的最大值。按“继续”以计算开关。软件将根据EMG信号的导数函数来检测EMG活动的起始时间。

现在按下开关按钮。选择所需肌肉的肌电图信号以进行可视化。在不同肌肉之间切换，以检查所有记录的信号。

停止查看，转到保存并点击“保存”。选择要保存的数据，并可选择降低信号频率。点击“保存处理后的数据”。

选择保存文件夹。命名文件并点击保存。对于后期处理，使用计算软件打开已保存的文件进行后期处理。

通过气流信号的开启和关闭时间确定每一次呼吸。计算每次呼吸的EMG峰值RMS和平均RMS。对于EMG起始时间，计算EMG起始与吸气气流起始之间的时间差（单位为毫秒）。

然后计算肌电图偏移（EMG offset）与吸气流结束时刻之间的绝对差值。对于肌电图起始点相对于吸气时间持续时长的关系，计算肌电图起始点与吸气流起始点之间的相对差值。最后，对于肌电图偏移相对于吸气时间持续时长的关系，计算肌电图偏移与吸气流偏移之间的相对差值。

与原始肌电图相比，经滤波处理的膈肌肌电图中的心电伪迹有所减少。在低吸气阈值负荷下，斜角肌和胸骨旁肋间肌的起始活动出现在吸气气流开始之前，而膈肌和胸锁乳突肌则在吸气气流开始之后才被激活。在高吸气阈值负荷下，观察到这四种肌肉相对于吸气气流的激活时间均提前。

膈肌、胸骨旁肋间肌和斜角肌的肌电活动持续时间在低负荷和高负荷之间保持相似。胸锁乳突肌的肌电活动持续时间在高负荷时较之低负荷更长。所有肌肉的肌电图均方根值在高负荷时均高于低负荷，表明肌肉活动增强。