دانلود مقالات ISI درباره الکترومیوگرافی + ترجمه فارسی

الکترومیوگرافی، یا ماهیچه‌نگاری برقی (به انگلیسی: Electromyography) به صورت مخفف ای‌ام‌جی (EMG) تکنیکی است برای محاسبه و ضبط حالات عضلات بدن در مواقع انقباض و انبساط که از دستگاهی به نام ماهیچه‌نگار برقی (electromyograph) که به نتایج آن ماهیچه‌نگاشت (Electromyogram) گفته می‌شود. ماهیچه‌نگاشت پالس‌های تولید شده از سلول‌های ماهیچه‌ای را در حالات انبساط و انقباض دریافت می‌کند. الکترومایوگرافی (EMG) مطالعه عملکرد عضله از طریق تحلیل سیگنالهای الکتریکی تولید شده حین انقباضات عضلانی است. EMG اغلب به طور نادرستی بوسیله پزشکان و محققان به کار گرفته می‌شود. EMG اندازه‌گیری سیگنال الکتریکی همراه با تحریک عضله است که می‌تواند شامل عضلات ارادی و غیرارادی شود. وضعیت EMG انقباضات عضله ارادی به میزان کشش بستگی دارد. واحد عملکردی انقباض عضله یک واحد حرکتی (motor unit) است که متشکل است از یک نورون حرکتی آلفا منفرد و تمام فیبرهایی که از آن منشعب می‌شوند. وقتی پتانسیل عمل (impulse) عصب حرکتی که فیبر را تغذیه می‌کند به آستانه دپلاریزاسیون برسد فیبر عضله منقبض می‌شود. دپلاریزاسیون باعث ایجاد میدان الکترومغناطیسی می‌شود و این پتانسیل به عنوان ولتاژ اندازه گرفته می‌شود. دپلاریزاسیون که در طول غشا عضله منتشر می‌شود یک پتانسیل عمل عضله است. پتانسیل عمل واحد حرکتی (m. u) مجموع پتانسیل عملهای منفرد تمامی فیبرهای یک واحد حرکتی است؛ بنابراین سیگنال EMG جمع جبری تمام پتانسیل عملهای واحدهای حرکتی موجود در ناحیه ای است که الکترود در آنجا قرار گرفته است. ناحیه قرار گرفتن الکترود معمولاً شامل بیش از یک واحد حرکتی است زیرا فیبرهای عضلانی واحدهای حرکتی مختلف در تمام طول عضله در ترکیب با هم قرار دارند. هر بخش از عضله می‌تواند حاوی فیبرهای متعلق به حدود ۲۰ تا ۵۰ واحد حرکتی باشد. یک واحد حرکتی مستقل می‌تواند دارای ۳ تا ۲۰۰۰ فیبر عضله باشد. عضلاتی که پنج حرکت را در کنترل دارند از تعداد فیبر عضلانی کمتری به ازای هر واحد حرکتی برخوردارند. (معمولاً کمتر از ۱۰ فیبر به ازای هر واحد حرکتی). در مقابل عضلاتی که محدوده وسیعی از حرکات را در کنترل دارند دارای ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ فیبر در هر واحد حرکتی می‌باشند. در خلال انقباضات عضلانی ترتیب خاصی وجود دارد به این صورت که واحدهای حرکتی با فیبر عضلانی کمتر در ابتدا و سپس واحدهای حرکتی دارای فیبرهای عضلانی بیشتر منقبض می‌شوند. تعداد واحدهای حرکتی در عضلات در بدن متغیر است. انواع دو نوع اصلی EMG داریم: بالینی (که گاهی مواقع EMG تشخیصی نامیده می‌شود) و Kinesiological. EMG تشخیصی که معمولاً به وسیله پزشک یا متخصص اعصاب یا متخصص طب فیزیکی انجام می‌شود، مطالعه مشخصات پتانسیل عمل واحد حرکتی از نظر مدت و دامنه است و برای کمک به تشخیص آسیب‌شناسی اعصاب انجام می‌شود با این روش همچنین می‌توان دشارژهای خودبخودی عضله در حال استراحت را ارزیابی کرد یا فعالیت یک واحد حرکتی منفرد را ایزوله نمود. Kine Siological EMG نوعی EMG است که با تحلیل حرکت مرتبط است. این نوع از EMG رابطه بین عملکرد عضله با حرکت بخشهای مختلف بدن را ارزیابی می‌کند و زمان‌بندی فعالیت عضله با حرکت را مورد بررسی قرار می‌دهد. به علاوه بسیاری از مطالعات در تلاشند تا قدرت عضله و نیروی تولید شده در عضله را بررسی کنند. سایر متغیرها رابطه‌ای بین EMG با بسیاری از متغیرهای بیومکانیکی وجود دارد. با در نظر گرفتن انقباضات ایزومتریک، رابطه ای مثبت در افزایش کشش عضله و دامنه سیگنال ثبت شده EMG وجود دارد. اگر چه یک زمان تأخیر وجود دارد و به این دلیل است که دامنه EMG به صورت مستقیم با build-up کشش ایزومتریک در تطابق نیست. برای تخمین قدرت تولید شده از روی سیگنال EMG می‌بایست دقت زیادی کرد چون اعتبار رابطه نیرو با دامنه وقتی تعداد زیادی عضله از یک مفصل منشعب شده‌اند یا یک عضله به مفاصل متعددی وصل است خیلی قطعی نیست. در بررسی فعالیت یک عضله با توجه به انقباضات Concentric و eccentric مشخص می‌شود که انقباضات eccentric نسبت به انقباضات concentric در مقابل نیروی وارده برابر فعالیت کمتری در عضله تولید می‌کنند. همراه با خستگی عضله، کاهش در میزان کشش عضله اغلب همراه با دامنه ثابت یا حتی بیشتر در فعالیت عضله مشاهده می‌شود. بخش پر فرکانس سیگنال همراه با خستگی فرد افت می‌کند و می‌تواند به صورت کاهش در فرکانس مرکزی سیگنال عضله دیده شود. در خلال حرکت رابطه ای تقریبی بین EMG و سرعت حرکت مشاهده می‌شود. رابطه ای معکوس بین قدرت انقباض تولید شده بوسیله انقباض Concentric و سرعت حرکت وجود دارد در حالیکه eccentric توانایی حمل وزنه بیشتر با سرعت بیشتری را دارد. به عنوان مثال اگر وزنه ای بزرگ و سنگین را به سرعت ولی با کنترل پائین ببرید آن وزنه را با استفاده از انقباض eccentric پائین برده‌اید. شما قادر نخواهید بود که وزنه را با همان سرعت پائین بردن، بالا ببرید (انقباض Concentric). نیروی تولید شده لزوماً بیشتر نخواهد بود اما شما توانستید وزنه بیشتری را حمل کنید و فعالیت EMG در عضلات مورد استفاده کمتر بوده است؛ بنابراین رابطه‌ای معکوس برای انقباضات Concentric و رابطه ای مثبت برای انقباضات eccentric از نظر سرعت حرکت وجود دارد. از دیدگاه ثبت سیگنال EMG، دامنه پتانسیل عمل واحد حرکتی به عوامل مختلفی بستگی دارد نظیر: قطر فیبر عضله، فاصله بین فیبر عضله فعال و محل آشکار سازی (ضخامت چربی بافت) و خصوصیات فیلترینگ خود الکترود. هدف اصلی بدست آوردن سیگنالی بدون نویز است (مثلاً آرتی فکت حرکتی، آرتی فکت Hz ۶۰ و…) بنابراین نوع الکترود و خصوصیات تقویت کننده نقش حیاتی در بدست آوردن سیگنال بدون نویز ایفا می‌کند. الکترودها برای Kine Siological EMG دو نوع اصلی الکترود وجود دارد: سطحی و سیستم باریک الکترودهای سطحی خود به دو گروه تقسیم می‌شوند. گروه اول الکترودهای فعال که در سطح آنها آمپلی فایر وجود دارد و امپدانس را بهبود می‌بخشد. (برای این الکترودها نیازی به استفاده از ژل نیست و این الکترودها آرتی فکت حرکتی را کاهش و نسبت سیگنال به نویز را افزایش می‌دهند). الکترود دیگر، الکترود غیرفعال (Passive) است که سیگنال EMG را بدون آمپلی فایر درونی آشکارسازی می‌کنند و لذا کاهش تمام مقاومتهای پوست تا حد ممکن برای آن اهمیت می‌یابد (لذا نیاز به ژل هادی و آماده‌سازی پوست دارند). با الکترود غیرفعال نسبت سیگنال به نویز کاهش یافته و بسیاری از آرتی فکتهای حرکتی با تقویت سیگنال اصلی، تقویت می‌شوند. مزیتهای الکترود سطحی این است که کاربرد آنها بدون درد است، قابلیت تکرار بیشتری دارند، کاربرد آنها ساده است و برای کاربردهای حرکتی مناسب است. عدم مزیت الکترودهای سطحی این است که ناحیه آشکارسازی آنها وسیع بوده و لذا پتانسیل‌هایی از عضلات کناری نیز ثبت می‌کنند. به علاوه این الکترودها تنها برای عضلات سطحی کاربرد دارند. الکترودهای سیم باریک برای ورود به درون عضله به یک سوزن نیاز دارند. مزایای الکترودهای سوزنی (سیم باریک Fine-wire) عبارتند از: پهنای باند وسیع، ناحیه آشکارسازی اختصاصی تر، توانایی مطالعه عضلات عمقی، جداسازی بخشهای مشخص عضلات بزرگ و توانایی مطالعه عضلات کوچک که آشکارسازی آنها به دلیل اثر عضلات کناری (cross-talk) با الکترودهای سطحی غیرممکن است. عدم مزیتهای این الکترود اینها می‌باشند که فروکردن سوزن باعث ایجاد ناراحتی می‌شود، ناراحتی باعث افزایش گرفتگی و سفتی در عضله می‌گردد، برخی مواقع گرفتگی عضله رخ می‌دهد، الکترودها تکرارپذیری کمتری دارند چون قراردادن مجدد سوزن و سیم نازک در همان محل قبلی در عضله مشکل است. به علاوه ممکن است که فرد برای تعیین دقیق محل الکترود آن را تکان دهد و باعث افزایش ناراحتی بیمار شود. با این وجود برای برخی عضلات مشخص الکترودهای سوزنی تنها امکان برای بدست آوردن اطلاعات می‌باشند. تفاوتهای موجود بین نتایج الکترودهای سطحی و سوزنی به دلیل تفاوت در پهنای باند آنهاست. الکترودهای سوزنی دارای فرکانس بالاتری هستند و فعالیت یک واحد حرکتی را نیز ثبت می‌کنند. پهنای باند آنها بین ۲ تا Hz ۱۰۰۰ است در حالیکه پهنای باند الکترودها سطحی بین ۱۰ تا Hz ۶۰۰ می‌باشد. طراحی‌های الکترودی صرفنظر از نوع الکترود مورد استفاده، برخی از طراحی‌های الکترودی می‌توانند به افزایش نویز ناخواسته کمک کنند. طراحی تک قطبی ساده‌ترین شکل ممکن است که در آن تنها یک الکترود و یک زمین وجود دارد. با این وجود این طراحی سیگنالهای ناخواسته بیشتری نسبت به سایر روشها جمع‌آوری می‌کند. طراحی دو قطبی روشی است که در تحلیل حرکت به طور شایعی به کار می‌رود. در این طراحی دو الکترود و یک زمین وجود دارد. این روش به این صورت است که در آن سیگنالهای مشترک بین دو الکترود به عنوان نویز در نظر گرفته می‌شود و حذف می‌گردند و آنچه بین دو الکترود متفاوت است به عنوان سیگنال مورد نظر نگهداری می‌شود. این روش به عنوان سیستم تقویت اختصاصی نامیده می‌شود و کمتر تحت تأثیر تداخل عضلات کناری یا عمقی قرار دارد. طراحی سوم ترکیب از دو سیستم اختصاصی است. در این سیستم سه الکترود فعال و یک زمین وجود دارد؛ بنابراین در اینجا دو جفت سیگنال دو قطبی داریم که به صورت اختصاصی تقویت می‌شوند. این روش ناحیه آشکارسازی کوچک‌تری دارد و لذا نویز آن از روش دو قطبی کمتر است. این روشهای طراحی الکترودها بسته به سیستم تقویت کننده خریداری شده منحصربه‌فردند و حداقل یک سیستم دو قطبی مورد نیاز است. تقویت کننده‌ها بسیاری دیگر از خصوصیات تقویت کننده‌ها نیز می‌بایست مورد توجه قرار گیرند: اولین آنها نسبت سیگنال به نویز است. این نسبتی است بین سیگنالهای مفید به سیگنالهای ناخواسته و معیاری است بر کیفیت سیگنال تقویت شده هر چه این نسبت بیشتر باشد، کاهش نویز بیشتر بوده است. الکترودهایی که روی خود یک پیش تقویت کننده دارند دارای نسبت سیگنال به نویز بسیار بالایی می‌باشند. بهره تقویت کننده نیز مهم می‌باشد که عبارت است از مقدار تقویتی که به سیگنال اعمال می‌شود و می‌بایست آنقدر باشد که دامنه خروجی به یک ولت برسد. خصوصیت دیگر تقویت کننده پهنای باند است که به صورت محدوده فرکانسهای قابل جمع‌آوری تقویت کننده تعریف می‌شود. پهنای باند می‌بایست هم آنقدر زیاد باشد که فرکانسهای کم آرتی فکت حرکتی را حذف کند و هم آنقدر کم باشد که حداقل تضعیف سیگنال را داشته باشیم. به طور کلی به این معناست که باید در محدوده Hz ۶۰۰–۰ برای الکترود سطحی و Hz ۱۰۰۰ – ۰ برای الکترود سوزنی باشد. استفاده از Nyquest theorem بدین مناست که فرد باید نمونه گیری را در حداقل Hz ۱۲۰۰ برای الکترود سطحی و Hz ۲۰۰۰ برای الکترود سوزنی انجام دهد تا از جمع‌آوری تمام سیگنالها مطمئن شود. یکبار که سیگنالها ثبت شدند سپس می‌توان از یک فیلتر بالا گذر ۱۰–۱۵Hz (High-Pass) برای حذف آرتی فکت حرکتی استفاده کرد (برخی ترجیح می‌دهند که از یک فیلتر آنالوگ در پایانه جلویی استفاده کنند ولی من ترجیح می‌دهم آرتی فکت حرکتی را پس از جمع‌آوری حذف کنم). می‌بایست این اطمینان فراهم باشد که تمام فیلترهای مورد استفاده دارای انتقال فاز صفر می‌باشند. توانایی آمپلی فایر اختصاصی در حذف سیگنال حالت عادی، نسبت حذف حالت عادی نامیده می‌شود. نسبت حذف حالت عادی هر چه بالاتر باشد، حذف سیگنال عادی (نویز) بهتر صورت می‌گیرد. مقدار ۱۰۰۰0 (dB 80) مورد نظر و مطلوب است. ورودی و امپدانس سیستم می‌بایست بیشتر از ۱۲+ ۱۰ اهم و جریان بایاس ورودی کم در حدود ۵۰ پیکوآمپر یا کمتر باشد. امپدانس ورودی بالا اجازه می‌دهد که سیگنالهای زیادی برای تقویت به تقویت کننده بروند. هر سیگنال ورودی کمتر از جریان بایاس ورودی تقویت نخواهد شد. با دانستن این مشخصات فرد قادر خواهد بود که تقویت کننده مناسب برای سیگنال EMG خریداری کند. همچنین امکان اشتباه ناشی از بورد آنالوگ به دیجیتال نیز وجود دارد. بیشتر بوردها تنها دارای ۱۲–۱۰ بیت بورد هستند و اگر سیستم امکان استفاده از تمام این محدود جمع‌آوری شده را ندهد مشکل به وجود می‌آید. این بدین معناست که اگر جمع‌آوری شما برای ۱۰± ولت تنظیم شده و شما در حال انجام EMG هستید که محدوده آن بعد از تقویت ۱± ولت است، سیستم شما در حالت بهینه عمل نمی‌کنند و شما دچار مشکل کمی سازی و نمونه گیری هستند؛ بنابراین فرد باید مطمئن باشد که نرم‌افزار و سخت‌افزار خریداری شده امکان بهینه بودن محدود ولتاژ جمع‌آوری با محدوده آنالوگ به دیجیتال (A-D) را فراهم می‌کند.