《Experimental Brain Research》：Accelerometer-based characteristics of evoked mechanomyograms in the orbicularis oculi muscle
编辑推荐：
本研究推荐给神经肌肉功能评估领域的读者。传统使用肌电图（EMG）评估眼轮匝肌功能存在不足，研究人员探索了机械肌电图（MMG）作为一种非侵入性、无电刺激伪影的替代方法。通过对面部神经进行电刺激，并使用加速度计记录25名健康成年参与者的MMG信号，研究者发现，除Trec外，MMG波形参数（Amax, Ap-p, Trise, Tzero, Tfall）均表现出高可靠度，且其振幅与刺激强度呈线性正相关，与EMG振幅高度相关（r > 0.93）。结果表明，MMG的振幅和潜伏期是评估眼轮匝肌活动的可靠指标，为临床和研究提供了一种有效补充工具。
当医生想要评估一个人的眨眼反射是否正常时，比如诊断面部神经麻痹或某些神经系统疾病，他们通常会使用肌电图。肌电图就像给肌肉的“电话窃听”，记录肌肉在接到神经指令后产生的微弱电信号。虽然这种方法很成熟，但也有其“软肋”：电刺激本身会产生干扰信号，测量过程也相对复杂。于是，科学家们开始寻找一种更“直截了当”的方式，来聆听肌肉收缩时本身发出的“声音”。这就是机械肌电图——它不记录电信号，而是记录肌肉纤维收缩时在皮肤表面产生的微小振动，仿佛直接触摸到了肌肉的“心跳”。
然而，对于眼睛周围的眼轮匝肌这个精巧的小肌肉来说，用机械肌电图进行评估的研究还很有限，特别是其测量结果是否足够稳定可靠（即可靠性），以及它的信号特性与传统肌电图相比如何，都还不甚清楚。发表在《Experimental Brain Research》上的这项研究，正是为了解决这些疑问。研究人员想知道：用加速度计记录的眶周眼轮匝肌的诱发机械肌电图是否足够可靠？它的信号特征（如振幅和时序）如何随着刺激强度的变化而改变？这些特征与传统肌电图又有怎样的关联？这项研究有望为临床评估眼轮匝肌功能提供一种新的、有潜力的工具。
为了回答这些问题，研究人员主要运用了以下几项关键技术方法：首先，研究招募了25名健康成年参与者（20名男性，5名女性），对其左侧面部神经施加电刺激，以诱发眼轮匝肌的抽搐收缩。其次，信号记录采用了双管齐下的方式，一方面使用加速度计记录皮肤表面的机械振动（MMG），另一方面使用表面电极同步记录肌肉电活动（EMG）。最后，对采集到的MMG波形进行了精细量化，提取了包括振幅参数（Amax和Ap-p）以及时间参数（Trise、Tzero、Tfall和Trec）在内的多个特征指标，并使用组内相关系数、测量标准误百分比和变异系数等统计方法，系统评估了这些参数的可重复性与可靠性。
方法
- •
参与者与实验设计：研究共纳入25名无眼疾或神经肌肉疾病史的健康成年人。实验在温度受控的房间内进行，分为两个独立环节：一是评估重复超最大强度刺激下MMG参数的可重复性；二是比较不同刺激强度下MMG与EMG的特性变化。实验通过刺激左侧茎乳孔附近的面部神经来诱发眼轮匝肌收缩，并确保刺激间隔足够长以避免疲劳效应。
- •
信号记录：将一个轻量级单轴加速度计用双面胶带固定在参与者左下眼睑，以测量垂直于皮肤表面的加速度。同时，在左下眼睑和鼻根处放置电极记录表面EMG。所有信号经放大、滤波后以10 kHz的采样频率数字化存储。
结果
- •
MMG波形的可靠性与特征：研究首先评估了在超最大强度刺激下，描述MMG波形的六个参数的可靠性。结果显示，除了与松弛期相关的参数Trec外，其余五个参数（Amax、Ap-p、Trise、Tzero、Tfall）均表现出高的相对可靠性（ICC的95%置信区间> 0.75）和绝对可靠性（%SEM和CV < 10%）。这表明，表征MMG初始振荡（主要对应收缩期）的参数是稳定可靠的。Trec的可靠性较低，可能源于松弛期皮肤振动更易受个体差异及面部其他肌肉串扰的影响，但通过多次测量取平均（k > 5）可使其达到良好至优秀的可靠性水平。典型的MMG波形呈现欠阻尼振荡形态，起始于一个振幅最大的正波。
- •
MMG与EMG振幅对刺激强度的响应：随着电刺激强度的增加，MMG的振幅（Amax和Ap-p）与EMG的振幅（Vmax和Vp-p）均呈现线性增长。在亚最大刺激强度范围内，两种信号的振幅之间存在极强的正相关性（例如，Vmax与Amax的相关系数r = 0.932）。这意味着，类似于EMG振幅，MMG的峰值振幅也可以作为反映眼轮匝肌反应强度的可靠指标。
- •
MMG的频谱特征：对MMG信号进行频谱分析发现，其功率谱呈单峰形状，超过80%的功率分布在5至70 Hz之间。平均功率频率（Mean Power Frequency， MPF）在所有刺激强度下均保持在大约33 Hz，且与刺激强度无显著相关性。频谱形状和带宽在不同刺激水平下也基本保持不变。考虑到快肌纤维（Fast-Twitch， FT）产生的MMG信号含有更高频率成分，而眼轮匝肌中快肌纤维占比超过80%-90%，这一结果暗示，在不同刺激强度下，被募集的肌纤维类型可能未发生明显改变，或者深层慢肌纤维的活动对表面记录的MMG影响甚微。
- •
MMG与EMG的时序关系：在所有参与者和不同刺激强度下，MMG波形的第一个正峰 consistently（一致地）晚于EMG的第一个正峰出现。这个时间延迟（Tdel）平均约为5.52 ± 2.10 ms，且不随刺激水平变化。这个恒定的延迟可能直接反映了从电兴奋到机械力产生的肌肉收缩耦联过程。传统上，从刺激到EMG峰值的潜伏期被用于反射通路评估，本研究结果表明，从刺激到MMG峰值的潜伏期同样可以作为一个有效的评估指标。
讨论与结论
该研究系统评估了使用加速度计记录的眼轮匝肌诱发MMG的可靠性及其与EMG的关系。结论明确指出，加速度计检测到的眼轮匝肌机械肌电图抽搐反应具有足够高的绝对和相对可靠性。更重要的是，MMG首个正峰的振幅和潜伏期（刺激到峰值的时间），与传统的EMG类似，可以作为评估眼轮匝肌反应强度和反射通路完整性的有效指标。
其重要意义在于：第一，提供了可靠的替代/补充工具：MMG作为一种非侵入性、记录快速简便且不受电刺激伪影干扰的技术，在评估眼轮匝肌功能（如眨眼反射、面瘫、重症肌无力眼肌型等）的临床和科研场景中，展现出作为EMG可靠替代或补充方案的潜力。第二，揭示了MMG的独特价值：研究发现MMG振幅与刺激强度线性相关，且与EMG振幅高度相关，证实了其反映肌肉激活强度的能力。同时，恒定的MMG-EMG时间延迟（~5.5 ms）为了解肌肉的力生成过程提供了独特的机械动力学视角，这是单纯EMG无法提供的。第三，明确了应用边界与优势：研究指出了参数Trec因涉及松弛期而可靠性较低，提示在应用中需谨慎对待或通过多次平均提高其信度。这为未来MMG的参数选择和解读提供了实践指导。综上所述，这项研究不仅验证了加速度计MMG技术在评估细小面部肌肉功能时的可行性与可靠性，也拓宽了神经肌肉电生理评估的维度，将“电信号”与“机械振动”结合起来，有望推动更精准、多维度的肌肉功能评估方法的发展。
