پس از اینکه الکترومیوگرافی سطحی (SEMG) یک دید ماکروسکوپی از فعالیت ماهیچهها را در اختیار ما قرار داد، تحقیقات علمی و تشخیص بالینی به طور طبیعی به دنبال گسترش دامنه آنها به سطح میکروسکوپی و دقیقتر بودند. ما دیگر فقط به دانستن اینکه "این عضله فعال است یا نه" راضی نبودیم، بلکه می خواستیم بدانیم "کدام واحد حرکتی فعال است؟" و "آیا ویژگی های الکتروفیزیولوژیکی آن طبیعی است؟" برای پاسخ به این پرسشها، دو تکنیک پیچیدهتر EEMG ظاهر شد: الکترودهای EEMG سوزنی و الکترومیوگرافی سطحی با چگالی بالا (SDEMG). آنها ما را به دنیای میکروسکوپی سیستم عصبی عضلانی هدایت کردند.
Ⅰ. الکترودهای EEMG سوزنی-: "استاندارد طلایی" نوروفیزیولوژی بالینی
Needle-EEMG قطبی سنگ بنای تشخیص عصبی بیماریهای عصبی-عضلانی است. این یک روش معاینه تهاجمی است که در آن الکترودها مستقیماً در پارانشیم عضلانی قرار می گیرند.
ساختار و انواع:
الکترود سوزنی متحدالمرکز: پرکاربردترین نوع. شبیه یک سوزن تزریق نازک است که یک سیم فلزی عایق شده در داخل آن تعبیه شده است. لوله سوزن خود به عنوان یک الکترود عمل می کند و مقطع سیم در نوک سوزن به عنوان یک الکترود دیگر عمل می کند. مجموع تمام فعالیت های الکتریکی را در یک منطقه کوچک در نزدیکی نوک سوزن ثبت می کند.
الکترود سوزنی تک قطبی: یک سوزن نازک و جامد با نوک آن به عنوان الکترود ضبط. به یک الکترود سطحی جداگانه به عنوان الکترود مرجع نیاز دارد.
تک-الکترود الکترومیوگرافی فیبر: با سطح ضبط کوچکتر (قطر 25 میکرومتر)، می تواند به طور انتخابی پتانسیل عمل فیبرهای عضلانی منفرد را ثبت کند. در درجه اول برای ارزیابی مقادیر "لرزش" استفاده می شود، ابزاری قدرتمند برای تشخیص بیماری های اتصال عصبی عضلانی مانند میاستنی گراویس است.
اصل کاری و ارزش اصلی:
الکترود سوزنی ضعیف شدن پوست و بافت زیر جلدی را دور می زند و مستقیماً در میدان الکتریکی یک واحد حرکتی (یک نورون حرکتی آلفا و تمام فیبرهای عضلانی که عصب می کند) قرار می گیرد. ارزش اصلی آن در موارد زیر است:
ارزیابی فعالیت درج و حالت استراحت: هنگامی که الکترود سوزنی وارد عضله می شود یا کمی حرکت می کند، فعالیت الکتریکی خود به خودی غیر طبیعی (مانند امواج تیز مثبت یا پتانسیل فیبریلاسیون) را می توان مشاهده کرد که تظاهرات معمول عصب کشی است.
تجزیه و تحلیل پتانسیل های عمل واحد حرکتی: این هسته تشخیص است. هنگامی که عضله کمی منقبض می شود، الکترود سوزنی می تواند پتانسیل عمل یک واحد حرکتی را ثبت کند. با تجزیه و تحلیل پارامترهایی مانند مدت زمان، دامنه و فاز، پزشکان می توانند ماهیت ضایعه را به دقت تعیین کنند:
بیماریهای نوروژنیک (مانند اسکلروز جانبی آمیوتروفیک، آسیب عصب محیطی): به دلیل مرگ نورونهای حرکتی، نورونهای زندهمانده فیبرهای عضلانی عصبشده را از طریق «جواندهی آکسونی» عصببندی میکنند، که منجر به ایجاد یک واحد حرکتی وابستهتر، گستردهتر، بالاتر و فاز-تر میشود.
بیماریهای میوژنیک (مانند دیستروفی عضلانی، پلی میوزیت): نکروز فیبرهای عضلانی خود منجر به کاهش تعداد فیبرهای عضلانی عملکردی در یک واحد حرکتی میشود و در نتیجه MUAP کوتاهتر، پایینتر و وابستهتر میشود.
ارزیابی الگوهای استخدام: برای تایید بیشتر تشخیص، فرکانس استخدام و شلیک واحدهای حرکتی را در طول انقباض شدید عضلانی مشاهده کنید.
محدودیت ها و خطرات:
الکترومیوگرافی سوزنی تهاجمی است و باعث ناراحتی و خطر خفیف خونریزی برای بیماران می شود. بعلاوه، محدوده ضبط آن بسیار محدود است و تنها چند میلی متر از ناحیه نزدیک نوک سوزن را نشان می دهد-موردی از "دیدن فقط یک برگ در پاییز"، اما گاهی اوقات برای درک جامع به رویکرد "چند برگ" نیاز است.
Ⅱ. الکترومیوگرافی سطحی با چگالی بالا (HD{2}}sEMG): "نقشه نگار توپوگرافی" تحقیقات علمی غیرتهاجمی-
اگر الکترومیوگرافی سوزنی (SEMG) یک "کاوشگر" عمیقتر است، در این صورت-الکترومیوگرافی سطحی با چگالی بالا (HD{1}}sEMG) یک "شبکه حسگر" است که کل عضله را پوشش میدهد.
ساختار و اصل: HD-sEMG دیگر از الکترودهای منفرد یا جفت استفاده نمیکند، بلکه از مجموعهای از الکترودها (به عنوان مثال ۸×۸، ۱۶×۱۶ یا حتی بیشتر) استفاده میکند که شبکهای-مثل سطح پوست با فاصله ثابت (مثلاً ۵ میلیمتر یا ۸ میلیمتر) هستند. با ضبط همزمان سیگنال ها از ده ها یا حتی صدها کانال، اطلاعات مکانی بی سابقه ای به دست می آورد.
مزایا و کاربردهای اصلی:
توپوگرافی فعالیت الکترومیوگرافی: این بصری ترین خروجی HD-sEMG است. این می تواند تصاویر پویا دو بعدی یا سه بعدی از فعالیت عضلانی با رنگ های مختلف نشان دهنده شدت سیگنال های مختلف ایجاد کند. این به ما امکان می دهد مسیر هدایت و سرعت پتانسیل های عمل را روی سطح عضله تجسم کنیم و مشاهده کنیم که چگونه "ناحیه هسته" استخدام واحد حرکتی با سطح قدرت و حالت خستگی تغییر می کند.
-تجزیه غیرتهاجمی واحدهای حرکتی: از طریق فیلتر فضایی پیچیده و الگوریتمهای جداسازی منبع کور، محققان میتوانند فعالیت واحدهای حرکتی منفرد را از سیگنالهای{1} با چگالی بالا جدا کرده و شناسایی کنند. این بدان معناست که ما میتوانیم بدون سوراخ کردن پوست، ویژگیهای شلیک واحد حرکتی واحد را بهطور غیرتهاجمی-در کارها و زمانهای مختلف ردیابی کنیم، که ابزاری انقلابی برای مطالعه کنترل حرکتی، فرآیندهای یادگیری و بیماریهای عصبی ارائه میکند.
مطالعه هم افزایی عضلانی: این امکان را به تجزیه و تحلیل می دهد که چگونه مناطق عملکردی مختلف در یک عضله به طور مستقل یا هم افزایی توسط سیستم عصبی کنترل می شوند، که برای درک کنترل حرکت ظریف بسیار مهم است.
Ⅲ. مقایسه فناوری و چشم اندازهای آینده
مقایسه ویژگی های اصلی:
1. تهاجمی: EMG سطحی (غیر تهاجمی)=EMG سطحی با چگالی بالا (غیر-تهاجمی) > EMG سوزنی (تهاجمی)
2. وضوح فضایی: EMG سوزنی (بسیار بالا - نقطه-مانند) > EMG سطحی-با چگالی بالا (سطح منطقه ای - بالا) > EMG سطحی (- ماکروسکوپیک کم)
3. ابعاد اطلاعات:
EMG سطح: زمان، دامنه، فرکانس
EMG سطحی{0}}چگالی بالا: زمان، دامنه، فرکانس، فضا
Needle EMG: زمان، دامنه، مورفولوژی
4. سناریوهای برنامه اصلی:
EMG سطحی: توالی فعال سازی عضلات، هماهنگی، نیروی نسبی، پایش خستگی
EMG سطحی با تراکم بالا-: تجزیه واحد حرکتی، سرعت هدایت، هم افزایی عضلانی، تصویربرداری عملکردی
Needle EMG: تشخیص بالینی، تحقیقات فیزیولوژیکی واحد حرکتی
در آینده، این فناوری ها در حال همگرایی هستند. برای مثال، ترکیب-الکترومیوگرافی سطحی با چگالی بالا (HD-sEMG) با الکترومیوگرافی سوزنی (SEMG) امکان تأیید متقابل را فراهم میکند و دقت تجزیه واحد حرکتی را بیشتر بهبود میبخشد. به طور همزمان، توسعه سیستمهای HD{4}}sEMG قابل حمل آنها را از آزمایشگاه به زمین ورزشی و کلینیک سوق میدهد.
نتیجه گیری:
از بینشهای میکروسکوپی در مورد واحدهای حرکتی منفرد ارائه شده توسط الکترودهای سوزنی گرفته تا نقشهبرداری ماکروسکوپی توپوگرافی عملکردی درون ماهیچهها توسط الکترومیوگرافی سطحی با چگالی HD{0}}، فناوری الکترومیوگرافی مدرن ابزارهای قدرتمندی را برای کاوش در اسرار سیستم عصبی عضلانی در مقیاسهای مختلف و در همه جنبهها به ما ارائه میدهد. انتخاب ابزار مورد استفاده دیگر صرفاً به بودجه بستگی ندارد، بلکه بستگی به ماهیت سؤالات علمی یا بالینی دارد که می خواهید به آنها پاسخ دهید. آنها با هم پلی برای درک ما از فرآیند پیچیده از نورون ها تا حرکت را تشکیل می دهند.