استخدام الالكترومايكرفي EMG في البيوميكانيك

اعداد

الاستاذ المساعد وهبي علوان البياتي

كلية التربية / ابن رشد - جامعة بغداد

كانون الاول 2008

يستخدم مصطلح الالكترومايكروفي ( Electromyography) لوصف الإشارات الكهربائية الناتجة من تقلص العضلة, كذلك هو أسلوب لخزن هذه الإشارة والبيانات الناتجة عن التقلص.

تنتج العضلة خلال الراحة نشاط الكهربائي منخفض جدا (يعرف بنغمة العضلة), وعندما تنشط العضلة تنتج أشارات كهربائية يمكن تسجيلها, ومن هذه الإشارة يمكننا تحديد فترة ذلك النشاط, وهناك علاقة بين الزيادة في أشارة EMG مع الزيادة في تقلص العضلة.

مصدر أشارة EMG

أن مصدر التقلص العضلي هو الليفة أو الخلية في العضلة, ويظهر خلال نشاط العضلة شحنة من الجهد الكهربائي تعمل على إزالة الاستقطاب لسطح غشاء الخلية العضلية ثم أعادته إلى حالة الراحة بعد إزالة الحافز, يحدث انتقال الحافز هذا داخل الساركوليما والى داخل الخلية العضلية عبر نظام معقد من الأنابيب.

يطلق على جهد كهربائية العضلة بجهد الفعل ( Action potential), وينتج عنه فولتية منخفضة من التيار الكهربائي تنتشر على طول العضلة وباتجاه الجلد أيضا, وهو الموقع الذي يمكن أن توضع عليه اللاقطات السطحية ( Surface electrodes) لتسجيل النشاط الكهربائي, وان اللاقط الأقرب إلى الوحدة الحركية المحفزة سوف يسجل أشارة EMG اكبر, ويسجل أشارة اصغر أذا كانت الوحدة الحركية المحفزة بعيدة عن اللاقط, كذلك هناك فرق في الإشارة أذا كانت الوحدة الحركية كبيرة أو صغيرة الحجم.

قيمة الفولتية التي تنتجها العضلة بين 100 مايكرو فولت و5 ملي فولت (m V100 الى mV5), يمكن أن يتداخل مع هذه الإشارات الصغيرة أشارات أخرى غير مرغوب بها مثل ″الضوضاء″ الصادرة من الأجهزة الكهربائية المحيطة أو الإنارة .... الخ, وهناك عدة ستراتيجيات معدلة يمكن من خلالها إزالة هذه الإشارات غير المرغوب بها.

يوجد نوعين من اللاقطات, السطحية والابرية, واللاقط السطحي هو الأكثر استخداما في تحليل حركات الإنسان, بالإضافة إلى تسجيلها الإشارات التي تعبر تحت سطح اللاقط السطحي وتسجل أيضا الإشارات الكهربائية التي تمر بالقرب منها.

يتكون اللاقط السطحي ((Sarface electrode من قرص معدني صغيرة بقطر 1سم, ويمكن أن يكون بحجم اصغر أذا أريد اختبار عضلات صغيرة, ويصنع اللاقط من كالوريد الفضة|الفضة, ويتمتع بحساسية عالية للإشارة الكهربائية الصادرة من العضلات القريبة من الجلد, وتعمل هذه اللاقطات على تسجيل الإشارة التي تدل على معدل النشاط الكهربائي.

يتكون اللاقط الابري ( Indwelling electrode) من سلك رفيع جدا يزرق داخل العضلة, ويحتوي على معدن موصل للكهربائية معزول ماعدا نهايته المكشوفة ( داخل العضلة) وبما أننا نحتاج إلى قطبين, هنا يمثل الغلاف احد القطبين والطرف المكشوف القطب الأخر.

هناك بعض الأفكار حول مصداقية اللاقطات السطحية في أعطاء البيانات الأكثر صدقا, لأنها تلصق بالجلد ولاخترقه, لذا فاللاقط السطحي يفضل أكثر من اللاقط الابري ( winter 1990), أشارة بعض التقارير العملية بأنه على الرغم من التخدير الموضعي ألا أن هناك شيء من عدم الراحة من اللاقطات الابرية بسبب حركتها عند تقلص العضلة, وحركة الجلد عند موقع اختراق اللاقط الابري, مما يسبب نوع من الكبح اللاإرادي للحركة الاعتيادية.

تسجيل أشارة EMG

لأجل أن تستخدم البيانات التي جمعت من العضلة يجب أن تكون الإشارة ″واضحة″, مما يعني أن الإشارة خالية من الضوضاء والإشارات الاصطناعية والتشويش ( winter 1990).

وهناك عدة مصادر للضوضاء وتشمل :

1- من العضلات القريبة أو من عضلة القلب ( Crosstalk).

2- أشارات من الأجهزة القريبة- وخصوصا جهاز EMG.

3- موجات الراديو.

4- خطوط التيار الكهربائي.

5- مصابيح الفلوريسنت.

هذه الإشارات هي أشارات كاذبة تولدها أو تسببها التوصيلات الكهربائية والسلكية, بعضها من الصعب تميزه عن الإشارة الحقيقية الصادرة من العضلة, بينما الأخرى يمكن تميزها بسهولة, تقع هذه الإشارات الاصطناعية عند الحدود الواطئة والعليا لمدى التردد وبالإمكان إزالتها من خلال الترشيح ( Law and high pass filter) بما أن أشارة EMG هي أشارة واطئة فأنها بحاجة إلى التضخيم قبل أن تخزن أو تظهر على شاشة المراقبة, والمهم هنا أن تضخم بنفس الشكل أي عدم تغير طيف الإشارة.

معالجة أشارة EMG

بعد أن يتم تضخيم أشارة EMG تعالج بالشكل الملائم لكي يتم مقارنتها أو ربطها مع أشارات بيولوجيه أو بيوميكانيكيه أخرى, هنا يمكن استخدام الحاسوب لهذا الغرض ومن المهم معرفة أن هناك عدة أنواع من المعالجات تنفذ على الاشاره الخام قبل أنتاج البيانات النهائية (سوف نتطرق لهذا الموضوع لاحقا).

صدق أشارة EMG في قياس حركة الإنسان

السؤال الذي حير الباحثون لمدة 25 سنه الاخيره هو " ما هي قيمة أشارة EMG في التنبؤ أو أظهار مقدار وظيفة العضلة, وهل يمكن أن تكون النتائج سلسله من التطورات الوظيفية للجسم؟ لذلك وبما أن أسلوب اللاقط السطحي لا يتعدى على خلايا الجسم الداخلية وتمتعه بالبساطة ورخص ثمنه لذا خمن عدة باحثون أن EMG توفر معلومات تتعلق بقدرة العضلة, تعاقب عمل العضلة , التعب, نوع الليفه التي تتكون منها العضلة والايض (1997,Trewand Everett) وبما أنها طريقه سهله ورخيصة فانا طريقة مهمة في تقيم وظيفة العضلة, وان حقيقة تقيم EMG لا تزال تحت المساءلة والشك حول أمكانية صدق EMG كأداة قياس، والتي يجب أن تستخدم مع الحذر.

إشارة EMG وفترة نشاط العضلات

بإمكان أشارة EMG أن توفر المعلومات التي تتعلق فيما أذا كانت العضلة في حالة نشاط أم لا, طول فترة هذا النشاط, وفترة الراحة لهذه العضلات, وهناك فترة زمنية صغيرة بين ظهور النشاط الكهربائي داخل العضلة وظهور حركة احد أجزاء الجسم, يستمر زمن هذه الفترة لحوالي 30 جزء من الثانية ( 30ms), وهي غير معنوية عندما يتعلق الأمر بالتحليل الفتري لنشاط العضلات, أن سبب هذه الفترة الزمنية هو التغيرات الكيميائية التي يجب أن تحدث قبل أن تتمكن العضلة من التقلص وأيضا بسبب حاجة العضلة إلى ″إزالة الرخاوة″ قبل ظهور حركة المفصل أو جزء من الجسم, تستمر العضلة بالتقلص بعد توقف النشاط الكهربائي وتظهر نفس الفترة عند نهاية نشاط العضلة لفترة قصيرة, وهذه الفترة بين نهاية النشاط الكهربائي وتوقف نشاطالعضلات.