表面肌电与运动功能康复

表面肌电（Surface Electromyography, sEMG）是一种通过皮肤表面电极记录肌肉活动时产生的生物电信号的技术。它广泛应用于运动科学、康复医学、人机交互等领域，用于评估肌肉功能、监测运动模式或诊断神经肌肉疾病。

具体而言，当肌肉收缩时肌纤维产生动作电位，这些电位通过组织传导至皮肤表面表面肌电信号从而产生表面肌电信号（sEMG）。它反映肌肉激活程度、收缩类型（等长/等张）、疲劳状态及运动协调性，可使用非侵入性电极（贴片式或干电极）采集微弱电信号（通常为微伏级）来进行检测。当然，其优势相当明显，表现为无创性：无需植入电极，适合长期监测；实时性：可动态捕捉肌肉活动变化；多通道同步：支持多点肌肉群协同分析。同时，也存在一定的局限性，即，易受皮肤阻抗、运动伪影（如肢体移动）影响和干扰，难以直接测量深层小肌肉（如脊柱稳定肌），存在个体差异——解剖结构、脂肪厚度会影响sEMG信号质量。

sEMG介绍图1 电极间距与肌肉位移对表面肌电（sEMG）的影响

通过对比患侧与健侧sEMG信号，量化步态异常中的肌肉代偿模式，可用于临床康复。在力量训练中实时与准确反馈目标肌肉激活度，避免协同肌过度参与。优化工具手柄握持角度，降低肌肉疲劳风险。随着技术的进步，采用柔性电子技术可拉伸电极阵列实现曲面贴合，提高信号稳定性。AI算法融合：结合机器学习解析复杂运动模式。无线sEMG传感器等便携式设备推动居家康复和户外运动监测普及。可见，表面肌电技术正从实验室研究向消费级应用延伸，未来可能成为个性化健康管理的重要工具。

表面肌电（sEMG）主要应用领域

运动科学：分析运动员发力模式（如跑步、投掷动作）;优化训练方案，预防过度使用损伤。

人机交互：开发肌电假肢、外骨骼机器人控制接口;手势识别与虚拟现实交互。

职业健康：监测重复性劳损风险（如流水线工人的腕部肌肉负荷）。

康复医学：评估中风后偏瘫患者的肌肉恢复情况;指导作业治疗和物理治疗中的神经肌肉再教育。

表面肌电的解码及康复运用

基于表面肌电（sEMG）的动作辅助装置及动作意图辨识方法，控制电路板接收传感单元传输的生物电信号，进行生物电信号特征提取；将提取的生物电信号特征送入分类器，进行线性判别分析，将分类结果送入投票器，对比投票器结果与阈值对比结果，则输出最终运动意图结果并传输指令给驱动器，使其产生驱动力，控制手部助力机械手进行动作。从而可设计使伸展和弯曲两个动作由一个电机实现，对放线的速率进行小范围调节，消除自锁回程间隙，极大提高了自锁机构的安全性和可靠性，克服了电信号sEMG识别运动意图不准确的困难，并且使得整个系统的控制延迟降低，可以直接反应使用者的动作意图。

海每康手功能外骨骼机器人是表面肌电在运动功能康复中运用的卓越表现：该产品可辅助上肢关节活动，特别是增强手部运动的系统。从皮肤表面获取肌电信号（表面肌电sEMG）识别患者的手部运动意图，进一步通过手部助力机械手帮助手部关节完成抓握和张开的动作，以提高手部运动能力，进行运动功能康复与辅助完成日常活动。

(1) 主动控制

使用者使用前臂残余肌电信号（sEMG）实现对代偿系统的自主控制，实现自然的抓握和伸指动作。

(2) 重量轻

由于采用动力分离式的设计，在保证长续航的基础上，手部的结构重量仅有200g，可以满足长时间佩戴的需求。

(3) 安全防护

为保证使用时的安全性，系统采用了多种安全防护设计：结构采用自锁式传动，在使用者放松的状态下，系统依然可以保持抓握力；最大握力防护，当辅助系统握力达到设定值后将停止抓握；最大拉伸位置保护，当辅助系统达到最大拉伸位置时，系统将停止拉伸。

故，本产品实现了如下功能：①评估功能，可评估患者的手指屈肌肌力信号与伸肌肌力信号（sEMG），反映患者的手功能康复程度。②训练功能，根据使用需求选择省力模式、灵巧模式或律动模式来进行作业训练。③查询信息功能，可查询患者的评估数据和训练信息，方便医师和患者了解目前康复状态。

参考文献

顾怡雯，舒锦 . 手部外骨骼机器人联合手运动想象对脑卒中偏瘫患者脑电信号及认知功能的影响[J]. 机器人外科学杂志，2024, 5(6)：1116-1123.
Merletti R, Muceli S. Tutorial. Surface EMG detection in space and time: Best practices[J]. J Electromyogr Kinesiol, 2019;49:102363. doi: 10.1016/j.jelekin.2019.102363.
Khader A, Zyout A, Al Fahoum A. Combining enhanced spectral resolution of EMG and a deep learning approach for knee pathology diagnosis[J]. PLoS ONE, 2024, 19(5): e0302707. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0302707.

有关海每康

上海海每康智能医疗科技有限公司展示的手功能康复辅助系统，聚焦脑机接口与外骨骼的融合，运用AI技术助力肢体功能的主动康复、拓展运动医学领域的应用。拥有20多项生物电传感器与外骨骼发明专利及相关知识产权，参加科技部国家重点研发计划与上海市产业重点研发计划多项，是全国人工智能医疗器械揭榜优胜单位，并荣登生物医药领跑者“成长之星榜”，是2025上海市智能机器人标杆企业。手功能外骨骼产品成果获评创新医疗器械，并有望成为国内第一个手部神经信号辅助性的医疗器械，填补市场空白，造福偏瘫患者。为“健康中国”贡献上海原创力量，是上海市智能机器人标杆企业，创始人兼CEO许磊获2024“海聚英才”大赛优胜奖并入选上海市“东方英才”计划。入选“2025上海青年创新创业优秀十大案例”。