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面向腰椎肌电信号监测的柔性 一、引言 二、sEMG 在腰椎疾病诊疗中的作用

可穿戴传感器及其诊断与康复应用 日益普遍的背景下，其患病率在年轻人群中呈现出更加突出的 （一）sEMG 对腰椎疾病的预警
腰椎疾病已成为不容忽视的健康问题，且在久坐生活方式
腰椎间盘突出症（Lumbar disc herniation, LDH）是临
趋势。同时，一些研究通过孟德尔随机化（MR）分析发现，日 床常见病、多发病。近年来，随着人们生活水平的提高和生活
作者简介 ：张铭轩，博士研究生在读，西交利物浦大学芯片学院，江苏苏州太仓， 215400 常工作中长时间面对电脑等久坐行为与椎间盘退变存在显著的 方式的改变，LDH 的发病率不断上升，且呈现出年轻化趋势
[12–13]
通讯作者 ：陆骐峰，副教授，西交利物浦大学芯片学院，江苏苏州太仓， 215400 因果关系（OR ≈ 2.10），且这一关联不受身体质量指数 (BMI)、 。然而，传统影像学手段（如 MRI、CT）多在出现明显症
[1-2]
吸烟等其他因素的影响 。目前，全球已有超过 4.8 亿成年人 状或不可逆损伤后才可检测出腰椎病变，存在一定的延后性和
罹患腰椎疾病，尤以主力就业年龄人群为主。这一数据不仅反 被动性。为解决这一问题，本团队提出了一种基于柔性网格电
Flexible and wearable sensors for lumbar EMG monitoring with their 映了腰椎结构性疾病的高发性，也凸显了久坐工作方式所带来 极与原位凝胶化水凝胶的新型表面肌电图传感器柔性肌电贴片
[3-5] 。 （FES）（图 2A-B 所示）。该传感器利用体温触发的溶胶到凝胶
的重大公共健康负担
applications in diagnosis and rehabilitation
表面肌电图（Surface Electromyography, sEMG）是一 转变过程，充分填充皮肤微小褶皱，使其粘附力较传统电极提
种通过贴附在皮肤表面的非侵入式电极，记录肌肉因神经驱动 高 15 倍，界面阻抗降低至 40 kΩ/cm²（10 Hz），肌电信号信噪
Author Profile: Zhang Mingxuan, PhD student, School of Chips, Xi'an Jiaotong Liverpool University, Taicang, Suzhou,
Jiangsu 215400 而产生的电生理活动的技术，主要反映的是浅层肌肉的整体电 比达 23.28 dB。依托与人体皮肤之间形成的稳定双电层电容结
[6-7]
位变化，即众多运动单位动作电位在时间和空间上的叠加 。 构，传感器可在久坐过程中捕捉腰背肌群的细微肌电信号，呈
Corresponding author: Lu Qifeng, Associate Professor, School of Chips, Xi'an Jiaotong Liverpool University, Taicang,
sEMG 由于无需穿刺肌肉，具有简便、安全和无创的优势，常 现出商业电极难以捕捉的多峰肌电信号特征，并可结合机器学
Suzhou, Jiangsu 215400
用于评估肌肉的激活程度、疲劳状态以及协同模式，并在运动 习实现超过 90% 的疲劳状态分类准确率。这一成果为 LDH 的
[8–10]
科学、康复治疗及生物医学研究中得到了广泛应用 如图 早期诊断与动态监测提供了可行路径，推动腰椎疾病管理由“被
1 所示。针对上述问题和表面肌电的特点，本文将进一步聚焦 动治疗”向“主动预警”转变 [14] 。因此，柔性 sEMG 传感器不
sEMG 在腰椎健康监测和康复领域的应用。 仅弥补了传统影像学的滞后性，更使腰椎疾病的管理从事后诊
摘要 ：腰椎疾病已成为全球范围内的公共健康负担，尤其在久坐生活方式普遍的年轻人群中发
断逐步走向实时监测与主动预警。
病率持续上升。传统影像学手段（MRI、CT）往往只能在出现不可逆损伤后检测出病变，缺
乏早期预警功能。表面肌电图（sEMG）因其安全、简便和实时反馈等优势，近年来在腰椎健

康监测与康复中展现出巨大潜力，有望为疾病的评估与干预提供客观量化依据。本文旨在综述

sEMG 在腰椎健康监测与康复中的研究进展与挑战，为构建客观量化的诊疗体系提供参考。

关键词 ：腰椎疾病，久坐，表面肌电，客观量化，康复治疗

Abstract Lumbar spine disorders have become years, it has shown great potential in lumbar health
a global public health burden, especially in youngers monitoring and rehabilitation, which is expected to provide
with prolonged sitting lifestyles. Conventional imaging objective and quantitative evidence for disease evaluation
图 2 ：柔性肌电贴片 FES 示意图。(A) 在长时间久坐状态下实现稳
techniques (MRI and CT) can often detect lesions only and intervention. Therefore, this paper aims to review the
定的肌电信号监测，并展示了非疲劳状态与疲劳状态下肌电信号的对比 ；
after irreversible damage has occurred, which lacks early research progress and challenges of sEMG in lumbar (B) FES 由 聚酰亚胺（PI）层包覆的铜（Cu）导电层和原位成胶的水凝
warning capability. Surface electromyography (sEMG) is health monitoring and can provide references for the 胶界面组成，表现出优异的柔韧性和生物相容性 [14] 。
safe, simple, and provides real-time feedback. In recent objective and quantitative diagnosis and treatment system.

（二）基于 sEMG 的腰椎疾病临床诊断
Keywords lumbar disorders, prolonged sitting, sEMG, objective quantification, rehabilitation therapy 在创新传感器探索之外，表面肌电图（sEMG）同样可以
图 1 ：基于 sEMG 评估椎旁肌肉。AIS ：青少年特发性脊柱侧弯 ；
在腰椎间盘突出症（LDH）的临床诊疗中能够提供客观量化
LBP ：腰痛 ；LSS ：腰椎管狭窄症 ；LDH ：腰椎间盘突出症 ；WAD ：挥
[11] 的数据支持，其平均诊断准确率可达 84%。同时，大量临床
鞭样损伤相关疾病 。

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