一、肌电信号的发展

肌电信号作为产生肌肉活动的电信号根源，它从本质上反映了神经、骨骼与肌肉系统运动的状态。自年人类首次观测到肌肉电势图至今，肌电信号研究与应用已经有正好一百年的历史。由于肌电信号与肌肉以及人体运动的密切相关性其在体育运动、运动与康复医学、神经康复工程以及人机交互等领域拥有巨大的应用潜力。肌电工程技术是为解决在不同领域内肌电应用技术问题的工程技术，包括肌电信号采集、处理、分析与应用等。当今学术界普遍认为，肌电工程将成为与脑电、心电应用同等重要的科学与产业技术领域。

图1：肌电信号的原理

二、肌电采集及科学应用

肌电工程技术依据其信号采集方式发展。经历了针式电极、表面电极、无线表面电极、高密度表面电极以及无线高密度表面电极的不同发展阶段。年以FDA正式批准肌电针式电极临床应用为标志，针电极肌电成为临床上众多肌肉相关疾病诊断的黄金标准。针式电极因为针尖部位较小且刺入体内可以贴近肌肉纤维，因而可以采集到运动单元（MU，motorunit）的激发信号，但存在会对人体造成伤害的缺点。

图2：肌电针式电极临床

为解决针电极这一缺点，从上世纪90年代开始人们着手研究通过电极片获取人体皮肤表面的肌电信号（sEMG）。年美国Delsys公司率先推出无线表面肌电采集设备，开启了无线表面肌电采集技术的新纪元。表面的肌电信号可以通过记录机体肌肉组织的电生理活动而直接反映机体运动时神经和肌肉的实时状态(局部的机体状态、参与运动的贡献率和顺序、收缩速度和力量、疲劳程度、运动技术合理性分析、无损伤性预测等)，因其无损伤性的特征而在人体研究中特别是运动肌肉评估、疲劳度评测以及假肢控制等领域具备广阔的应用前景。

图3：润谊泰益自主研制的分布式无线多通道肌电采集设备

（一）运动技术方面

肌肉运动从运动训练学角度来说属于运动技术问题，从生理学角度来说则属于肌肉之间工作协调性问题。研究表明，通过sEMG信号可以很好地评定肌肉是否参与运动、运动的强弱、运动的时长以及肌肉间的协调模式等，通过量化研究可以有效说明肌肉在某个动作中起到的主要作用还是次要作用。这对于提高运动技术具有至关重要的作用。

图4：润谊泰益表面肌电产品用于评测肌肉运动

（二）肌肉疲劳方面

表面肌电信号可用于研究肌肉损伤病变、肌肉收缩速度、肌肉间协调性以及肌肉纤维成分等。sEMG信号随着运动性肌肉疲劳的产生而发生相应变化，有研究表明，通过线性和非线性分析法对肱二头肌运动进行监测，研究不同强度等长收缩诱发局部肌肉疲劳及恢复过程中肌肉表面肌电信号特征的变化。结果显示，随着局部肌肉疲劳的发展，sEMG信号随机性程度下降，周期性逐渐增强，疲劳程度中肌电信号AEMG、MPF、C（n）和%DET的变化具有规律性。

图5：润谊泰益表明肌电产品用于肌肉疲劳评测

（三）假肢控制方面

下肢假肢产品技术相对上肢假肢技术壁垒非常高，尤其是对稳定性、安全性、可靠性等方面的要求，只有少数技术领先的公司可以做到。以往的下肢假肢主要是通过机械结构来完成残疾人日常所需动作，对行走速度等有一定的限制，为了适应不同的步速和环境的变化，将微处理器引入下肢假肢，提高假肢与健侧肢体协同性，而使用者将获得如同使用原有肢体一样的平衡保持能力。通过人体生理信号--表面肌电信号作为信息源，可以克服普通传感器的磨损等现象，并且肌电信号能够更加直接地表达人体活动意图，许多研究表明人体下肢肌电信号与行走速度是存在一定联系的，由于在跨步长恒定的条件下，行走步速同步态周期是成反比关系的，所以肌电信号在一定程度上也影响了人体行走的步态周期。

图6：润谊泰益表明肌电产品用于控制下肢假肢

三、国产也有世界品质

国外产品在表面肌电信号（sEMG）的应用中一直占据着主导位置，经过了长期的发展较为全面地解决了对原始肌电信号的放大和采集分析。近年来我国的肌电工程技术也获得了长足的发展。在第19届‘中国国际高新技术成果交易会’上深圳市润谊泰益科技有限公司推出了国内首套分布式无线肌电产品——分布式无线多通道肌电采集RunE-DSR系统，该产品系统具有超低的噪声和极高的共模抑制比，其软件分析和硬件采集均达到国际先进水平，一经推出便引发行业轰动并广受好评，中央电视台早间新闻也同步进行了专题报道，以此技术为延伸的运动意图识别系统参加陆军装备部“超能勇士”外骨骼挑战赛，荣获协同控制科目全国第一名的好成绩。

图7：第19届高交会上润谊泰益肌电产品隔空控制小车

（一）关于分布式无线多通道肌电采集系统

润谊泰益自主研发的分布式无线多通道肌电采集系统是一款简单实用的肌电、惯性信号同步采集系统。该系统具有八个独立的全无线采集器，每个采集器包括两个EMG通道、三轴加速度、角速度和三轴磁力计；搭载RTWDSQ01软件可实现多个采集器同步采集、波形实时显示、实时数据存储、多条采集记录集成于单个文件、可导出多种数据格式文件。RTWDSQ01软件提供了一个易用的用户数据接口，可把实时采集的数据同步与用户共享。分布式无线肌电采集系统具有小巧便携、耐用、无线控制等特点，可应用于模式识别算法研究、肌肉疲劳评估和康复训练等多方领域。

图8：润谊泰益肌电产品的操作界面及产品优势

（二）国产肌电的尖端水平

润谊泰益无线多通道肌电采集系统采用分布式的结构，符合人体运动的肌肉协同假说原理。可以在有限的通道数内，最大限度地获取人体肌肉在运动中的信息。结合九轴陀螺仪，可以适用于更多的应用场景，尤其是在混合控制方面提高了系统对于动作跟踪捕捉的准确性，兼顾肌电与惯性传感器两种获取动作信息的方法。以惯性传感器捕捉大关节的运动，以肌电捕捉手部精细动作。从而提高了分布式系统动作识别的准确性与稳定性，减少了实现动作跟随的代价。

图9：肌电产品广泛的应用领域及应用前景

人类在科技之路上从未停止过探索，科技为人类创造出无限的可能也彻底改变了我们的生活。对人类社会的发展进步具有重大影响的前沿科学技术，也将是推动新行业发展的关键因素。科学与技术的发展能让人类突破一个又一个的生存障碍，创造越来越好的条件，扩展更宽广的领域，以获得更多生存的机会。润谊泰益专注肌电工程技术进步，将在应用肌电工程技术造福人类的道路上永不停歇。