Методика количественной обработки поверхностной ЭМГ

Возникающие трудности в визуальной оценке поверхностной ЭМГ приводят к необходимости использовать количественные, в том числе и компьютерные, методы обработки электромиограмм, которые включают:

· нормирование амплитуд ЭМГ,

· оценка адекватности активации мышц,

· оценка координационных отношений мышц,

· анализ основных колебаний потенциалов,

· анализ «поворотов» колебаний электромиограммы,

· спектральный анализ мощности колебаний ЭМГ,

· построение огибающей электромиограммы,

· автокорреляционный анализ,

· кросскорреляционный анализ.

Нормирование амплитуд ЭМГ проводят в том случае, если абсолютные значения амплитуд ЭМГ различных мышц мало отличаются от нормативных данных, но по отношению друг к другу выстраиваются в атипичную последовательность. Вычисление нормированных показателей амплитуд ЭМГ позволяет судить о нарушениях в отдельных мышечных звеньях. Нормированный коэффициент амплитуды (НКА) рассчитывается по формуле:

Амплитуда сгибателей

НКА= ---------------------------------- *100%

Амплитуда разгибателей

Амплитуда разгибателей

НКА= ---------------------------------- *100%

Амплитуда сгибателей

Амплитуда сгибателей рук

НКА= ------------------------------------- *100%

Амплитуда сгибателей ног

Амплитуда сгибателей ног

НКА= ------------------------------------- *100%

Амплитуда сгибателей рук

Оценка адекватности активации мышц позволяет характеризовать мышцу при различных формах ее активации - при произвольной и непроизвольной. Так, в период произвольного напряжения мышцы-разгибателя, мышца-сгибатель непроизвольно реципрокно активируется. Эта амплитуда сгибателя минимальна по сравнению с амплитудой активности мышцы в период ее произвольного максимального напряжения. Отношение амплитуды мышцы в период ее непроизвольной активации (при активном максимальном напряжении антагониста) к амплитуде этой же мышцы в режиме максимального произвольного напряжения называют коэффициентом адекватности (КА), и выражается он формулой:

Амплитуда ЭМГ в режиме антагонистического напряжения

КА= ---------------------------------------------------------------------------------- *100%

Амплитуда ЭМГ в режиме агонистического напряжения

В норме коэффициент адекватности не превышает 15%. При надсегментарных поражениях КА повышается, при 100% КА возникает «феномен уравнивания», когда амплитуда при произвольной активации мышцы такая же, как и при непроизвольной активации в период произвольного напряжения антагониста. При повышении КА выше100% возникает «феномен извращения», когда амплитуда ЭМГ в режиме агонистического напряжения меньше, чем в режиме антагонистического напряжения мышцы.

Оценка координационных отношений мышц - позволяет оценить взаимоотношения между произвольно активируемыми и находящимися в относительном покое мышцами. Координационные отношения мышц выражают в показателях коэффициента реципрокности (КР) и коэффициента синергии (КС). Коэффициент реципрокности характеризует взаимодействие мышц-антагонистов, рассчитывается для мышцы, находящейся в режиме антагонистического напряжения, и показывает степень ее активации в процентах по отношению к величине активности мышцы-агониста. КР высчитывается по формуле:

Амплитуда ЭМГ антагониста (в режиме напряжения агониста)

КР= ---------------------------------------------------------------------------------- *100%

Амплитуда ЭМГ агониста (в режиме напряжения агониста)

Коэффициент синергии характеризует степень активации произвольно не активируемых мышц по отношению к произвольно напрягаемой мышце. КС является мерой генерализации возбуждения в мышцах, находящихся в покое. КС вычисляется по формуле:

Амплитуда ЭМГ покоящейся мышцы (не мышца-антагонист)

КС= ---------------------------------------------------------------------------------- *100%

Амплитуда ЭМГ произвольно активируемой мышцы

Коэффициент реципрокности и синергии в норме не превышает 15% (рис 70). В разгибателях коэффициент синергии и реципрокности выше, чем в сгибателях, как рук, так и ног. Повышение КР и КС выше 50% считается грубым нарушением реципрокности и синергии.

Рис. 70. Реципрокные отношения мышц

a, c – m.biceps brachii,

b, d – m.triceps brachii,

a, b – активация двуглавой мышцы плеча в норме,

c, d – активация двуглавой мышцы плеча при пирамидном синдроме.

Анализ основных колебаний электромиограммы проводится подсчетом числа пересечений нулевой линии. В насыщенной электромиограмме число основных колебаний составляет 60-100. Число основных колебаний коррелирует с длительностью потенциалов двигательных единиц и не связано с частотой разрядов двигательных единиц. Нарушение структуры ЭМГ обусловлено снижением частоты основных колебаний, что связано с уменьшением числа двигательных единиц в мышце и наблюдается при поражении периферического мотонейрона.

Анализ «поворотов» колебаний электромиограммы на основе метода Вилисона позволяет регистрировать количество значимых фаз и псевдофаз вне зависимости от нулевой линии. Вилисон предложил этот метод для оценки интерференционной ЭМГ, регистрируемой игольчатым электродом с различных точек мышцы. Оценка поверхностной ЭМГ методом Вилисона проводится при развитии максимального произвольного усилия или дозированной нагрузке. В анализ включаются 20 различных односекундных участков. Учитываются только значимые повороты, то есть те, амплитуда которых равна или более 100 мкВ. Количество «поворотов» всегда больше основных колебаний и у здоровых составляет более 150. Принцип обработки и графического представления такой же, как и при анализе интерференционной игольчатой ЭМГ.

Спектральный анализ мощности колебаний ЭМГ проводится аналогично обработке интерференционной игольчатой ЭМГ с использованием принципа преобразования Фурье. Анализ поверхностной ЭМГ проводится с одной точки мышцы на 20-ти секундной реализации при максимальной силе напряжения. Вычисляют среднюю мощность (Root Mean Square), среднее выпрямленное значение амплитуды (Mean Rectified Value) ЭМГ по данным спектрального анализа. Гистограмма частотного распределения энергии ЭМГ сигнала позволяет визуально оценить мощность ритмов. Частота пика мощности спектра коррелирует с длительностью ПДЕ.

Построение огибающей электромиограммы - определение площади электромиограммы на фиксированном временном участке реализации путем интегрирования активности. Эта процедура позволяет очерчивать границу ЭМГ по абсолютным максимальным значениям осцилляций выше и ниже изолинии. Огибающая миограммы позволяет выделить медленные составляющие колебания в электромиограмме, что важно при анализе тремора и других видов гиперкинеза (рис. 71).

Рис. 71. Схема формирования огибающей электромиограммы.

Кроме оценки медленной составляющей частотной компоненты в электромиограмме, огибающая ЭМГ при вычислении площади под кривой позволяет оценивать суммарную электрическую активность и может служить мерой выраженности активности мышц во времени при однократном исследовании и при динамическом наблюдении. Площадь ЭМГ пропорциональна величине развиваемого мышечного усилия и выражается в относительных единицах или в мВ*с (милливольты умноженные на секунды).

Автокорреляционный анализ - выявление величины коэффициента корреляции между значениями ЭМГ процесса в различных точках сопоставления. Автокорреляционный анализ позволяет выявить повторяемость событий с определенным периодом колебаний. Результатом анализа является построение автокоррелограммы (рис. 72).

Рисунок 72. Автокоррелограмма ЭМГ m.extensor carpi radialis здорового испытуемого (а) и больного паркинсонизмом (b) (По данным А.М.Шелякина).

по оси абсцисс – время в мс,

по оси ординат – коэффициент корреляции (r).

Начальные (скрытые) явления утомления и паркинсонического тремора, вызывающие ритмическую модуляцию амплитуды глобальной ЭМГ, хорошо выявляются при автокорреляционном анализе (рис. 72).

Кросскорреляционный анализ - исследование взаимосвязи между ЭМГ активностью разных мышц. Кросскорреляционный анализ мышц-антагонистов и мышц-синергистов позволяет характеризовать механизмы межсегментарного и супрасегментарного контроля (А.М.Шелякин и соавт., 1997). У здоровых коэффициент кросскорреляции между мышцами антагонистами в начальный период движения достаточно высокий, что связано с активным участием мышцы-антагониста в коррекции точности и устойчивости двигательного акта. В период поддержания мышечной активности коэффициент кросскорреляции падает, так как функция антагониста минимальна. При центральных (церебральных и спинальных) надсегментарных поражениях кросскорреляционные отношения меняются в соответствии с патофизиологическими изменениями.