Поверхностная электромиография (пЭМГ) является распространённым методом регистрации и изучения активности мышц. Качество получаемых данных напрямую зависит от правильного наложения электродов на исследуемые мышцы. В контексте разработки различных человеко-машинных интерфейсов, где особый интерес представляют жесты, выполненные кистью и пальцами руки (кисти), важно определить управляющие ими мышцы и оптимальные места наложения электродов для получения данных, содержащих информацию о таких жестах.
Кистью и пальцами руки человека управляют мышцы предплечья [1]. В таблице 1 представлено описание мышц предплечья и их функций.
Таблица 1
Мышцы предплечья и их функции
|
Группа мышцы |
Слой мышцы |
Название мышцы |
Функции мышцы |
|
Передняя группа |
Поверхностный слой |
Плечелучевая (m. brachioradialis) |
Сгибает предплечье в локтевом суставе, поворачивает лучевую кость, устанавливает кисть в среднем между пронацией и супинацией положении. |
|
Поверхностный слой |
Круглый пронатор (m. pronator teres) |
Поворачивает в локтевую сторону (медиально) предплечье вместе с кистью (пронация), сгибает предплечье в локтевом суставе. | |
|
Лучевой сгибатель запястья (m. flexor carpi radialis) |
Сгибает запястье, отводит кисть в латеральную сторону. | ||
|
Длинная ладонная (m. palmaris longus) |
Затягивает ладонный апоневроз, сгибая кисть. | ||
|
Локтевой сгибатель запястья (m. flexor carpi ulnaris) |
Сгибает запястье, приводит кисть. | ||
|
Второй слой |
Поверхностный сгибатель пальцев (m. flexor digitorum superficialis, caput humeroulnare, caput radiale) |
Сгибает средние фаланги 2–5 пальцев и сами пальцы, участвует в сгибании кисти. | |
|
Третий слой |
Глубокий сгибатель пальцев (m. flexor digitorum profundus) |
Сгибает дистальные фаланги 2–5 пальцев, участвует в сгибании кисти в лучезапястном суставе. | |
|
Длинный сгибатель большого пальца кисти (m. flexor pollicis longus) |
Сгибает дистальную фалангу большого пальца кисти и сам палец, участвует в сгибании кисти. | ||
|
Глубокий слой |
Квадратный пронатор (m. pronator quadratus) |
Пронирует предплечье и кисть. | |
|
Задняя группа |
Поверхностный слой |
Длинный лучевой разгибатель запястья (m. extensor carpi radialis longus) |
Незначительно сгибает предплечье, разгибает кисть, отводит кисть латерально (вместе с лучевым сгибателем запястья). |
|
Короткий лучевой разгибатель запястья (m. extensor carpi radialis brevis) |
Разгибает кисть, отводит кисть (вместе с лучевым сгибателем запястья). | ||
|
Задняя группа |
Разгибатель пальцев (m. extensor digitorum) |
Разгибает 2–5 пальцы, участвует в разгибании кисти в лучезапястном суставе. | |
|
Разгибатель мизинца (m. extensor digiti minimi) |
Разгибает мизинец. | ||
|
Локтевой разгибатель запястья (m. extensor carpi ulnaris) |
Разгибает кисть, приводит кисть (вместе с локтевым сгибателем запястья). | ||
|
Глубокий слой |
Супинатор (m. supinator) |
Поворачивает кнаружи (супинирует) лучевую кость вместе с кистью. | |
|
Длинная мышца, отводящая большой палец кисти (m. abductor pollicis longus |
Отводит большой палец кисти, участвует в отведении кисти. | ||
|
Короткий разгибатель большого пальца кисти (m. extensor pollicis brevis) |
Разгибает проксимальную фалангу и сам большой палец кисти, отводит большой палец кисти. | ||
|
Длинный разгибатель большого пальца кисти (m. extensor pollicis longus) |
Разгибает большой палец кисти. | ||
|
Разгибатель указательного пальца (m. extensor indicis) |
Разгибает указательный палец. |
Теперь необходимо определить, с какими мышцами работать дальше, а также узнать места их расположения и прикрепления. Учитывая, что основная задача — управление пальцами кисти, были отобраны мышцы, представленные в таблице 2.
Таблица 2
Задействуемые мышцы и их расположение
|
Название мышцы |
Расположение |
|
Поверхностный сгибатель пальцев (m. flexor digitorum superficialis, caput humeroulnare, caput radiale), второй слой. |
Медиальный надмыщелок плеча, фасция предплечья, локтевая коллатеральная связка, медиальный край венечного отростка локтевой кости — основания средних фаланг. Проксимальные две трети края лучевой кости — основания средних фаланг. |
|
Глубокий сгибатель пальцев (m. flexor digitorum profundus), третий слой. |
Проксимальные две трети передней поверхности локтевой кости, межкостная перепонка предплечья — основания дистальных фаланг 2–5 пальцев. |
|
Длинный сгибатель большого пальца кисти (m. flexor pollicis longus), третий слой. |
Передняя поверхность лучевой кости и прилежащая часть межкостной перепонки предплечья от уровня бугристости лучевой кости до верхнего края квадратного пронатора — основание дистальной фаланги большого пальца. |
|
Разгибатель пальцев (m. extensor digitorum), поверхностный слой. |
Латеральный надмыщелок и фасция предплечья — тыльная сторона 2–5 пальцев. |
|
Разгибатель мизинца (m. extensor digiti minimi), поверхностный слой. |
Латеральный надмыщелок и фасция предплечья — основания средней и дистальной фаланг мизинца на его тыльной стороне. |
|
Длинная мышца, отводящая большой палец кисти (m. abductor pollicis longus), глубокий слой. |
Задняя поверхность локтевой кости, задняя поверхность лучевой кости, межкостная перепонка предплечья — тыльная поверхность основания 1-ой пястной кости. |
|
Короткий разгибатель большого пальца кисти (m. extensor pollicis brevis), глубокий слой. |
Задняя поверхность лучевой кости, межкостная перепонка предплечья — основание проксимальной фаланги большого пальца кисти. |
|
Длинный разгибатель большого пальца кисти (m. extensor pollicis longus), глубокий слой. |
Латеральная сторона задней поверхности локтевой кости (в пределах средней ее трети), межкостная перепонка предплечья — основание дистальной фаланги большого пальца кисти. |
|
Разгибатель указательного пальца (m. extensor indicis), глубокий слой. |
Задняя поверхность локтевой кости, межкостная перепонка предплечья — задняя поверхность проксимальной фаланги указательного пальца. |
Заметим, что можно разделить все мышцы на две группы — сгибатели и разгибатели.
На рисунке 1 синим цветом отмечены задействуемые мышцы-сгибатели на поверхностном, втором и третьем слоях слева направо.
![Мышцы передней группы предплечья [адаптировано, 1, c. 264, 265]](https://articles-static-cdn.moluch.org/articles/j/134330/images/134330-1.png)
Рис. 1. Мышцы передней группы предплечья [адаптировано, 1, c. 264, 265]
Можно видеть, что в основном задействуемые мышцы-сгибатели находятся спереди в центральной части предплечья, однако мышцы поверхностного слоя (который ближе всего к поверхности кожи) находятся на внутренней стороне предплечья.
На рисунке 2 синим цветом отмечены задействуемые мышцы-разгибатели на поверхностном и глубоком слоях слева направо.
![Мышцы задней группы предплечья [адаптировано, 1, с. 268]](https://articles-static-cdn.moluch.org/articles/j/134330/images/134330-2.png)
Рис. 2. Мышцы задней группы предплечья [адаптировано, 1, с. 268]
Из рисунка видно, что в основном задействуемые мышцы-разгибатели находятся сзади в центральной части предплечья.
Мышцы кисти также участвуют в сгибании и разгибании пальцев руки, но, так как электроды планируется закреплять на предплечье, их анализ не представляет интереса.
В пЭМГ распространены подходы, использующие трёхэлектродную схему: два измерительных электрода и один опорный. Измерительные электроды формируют разность потенциалов, а опорный — выполняет роль заземляющего для подавления помех. Для стандартизации наложения электродов широко используются рекомендации SENIAM: пары электродов ориентированы вдоль мышечных волокон, межэлектродная дистанция 20 мм, размер проводящей области электрода не более 10 мм (в направлении мышечных волокон), вынос опорного электрода на электрически «неактивные» области [2].
В качестве примера используемых электродов обратимся к рисунку 3.
Рис. 3. Влажные одноразовые электроды
На рисунке изображены влажные одноразовые электроды — самоклеящиеся электроды, выполненные, как правило, из серебряно-хлоридного материала Ag/AgCl с гелевым токопроводящим покрытием. Их преимущества заключаются в стабильном контакте с кожей, сравнительно низком импедансе, низком уровне шума и удобстве практического использования [3, разд. 3.1.6]. По этой причине именно такой тип электродов обычно рассматривается как базовый для начальных и прикладных исследований пЭМГ. Другие варианты электродов в настоящей работе подробно не анализируются, поскольку они либо выходят за рамки неинвазивной постановки задачи, либо требуют отдельного рассмотрения специальных условий применения. Для вводного исследования, ориентированного на начинающих, влажные одноразовые электроды представляются наиболее оправданным решением.
Разумно предположить, что большее количество датчиков (групп электродов) даст больше полезной информации о состоянии мышц. Однако увеличение количества измерительной аппаратуры приведёт к удорожанию системы и к усложнению обработки данных. В данной работе предлагается использовать две группы электродов, по одной для каждой группы мышц. Сгибатели и разгибатели предплечья рассматриваются как функционально противоположные группы по отношению к движениям сгибания и разгибания пальцев. Вместе с тем при реальных движениях возможна их совместная активация, обусловленная стабилизацией кисти и особенностями многосуставной биомеханики.
Таким образом, принимая во внимание результаты анализа мышечных структур предплечья, было определено 5 точек наложения электродов: по две для каждой группы и одна для общего опорного электрода, как показано на рисунке 4 для правого предплечья (вид с внешней стороны).
Рис. 4. Схема наложения электродов
Здесь символами «●» отмечены места наложения электродов для мышц-сгибателей, а «+» — для мышц-разгибателей. Символ «⊕» — место наложения опорного электрода.
Представленная схема может служить основой для дальнейшей практической регистрации и анализа поверхностной электромиограммы. В дальнейшем она может уточняться в зависимости от анатомических особенностей испытуемого и задач конкретного исследования.
Литература:
- Синельников, Р. Д. Атлас анатомии человека 1 том / Р. Д. Синельников, Я. Р. Синельков. — 2-е, стереотипное. — М.: Медицина, 1996. — Текст: непосредственный.
- Development of recommendations for SEMG sensors and sensor placement procedures / J. H. Hermie, Freriks Bart, Disselhorst-Klug Catherine, Rau Günter. — Текст: непосредственный // Journal of Electromyography and Kinesiology. — 2000. — № Volume 10, Issue 5. — С. 361–374.
- Дроздов Д. В. Неочевидные причины диагностических ошибок в электрокардиографии. — М.: Медика, 2014 г. — 215 с.: ил. Текст: электронный // my.tipme.uz: [сайт]. — URL: https://my.tipme.uz/cabinet/uploads/library/1762493673_ecgbook_2024.pdf (дата обращения: 12.03.2026).
