基于肌电图/声肌图的非特异性下背痛患者功能障碍和疼痛等级的定量研究

Low back pain (LBP) is second to upper respiratory problems as a symptom-related reason for visits to a physician. Nonspecific LBP is associated to lumbar muscle fatigue and decreased contractility. Therefore it is vital to evaluate muscle dysfunction of LBP patients fully for LBP rehabilitation and therapy. So far, most frequently used clinical rehabilitation evaluations based on questionnaires are subjective and absence of refined assessment. The subject focuses on the quantitative assessment of LBP muscle, including pain level assessment and dysfunction assessment. Synchronization acquisition of electromyography (EMG) and sonomyography (SMG) is the basis to analyze static status and motion of lumbar muscles, including transversus abdominis, multifidus and internal oblique muscle. Multi-source biomechanics data fusion based on different motion exercises will be studied, such as trunk flexion, extension and transverses abdominis hollowing. It is investigated that the relationship between EMG/SMG features and different scales of pain/function disability, using time-frequency analysis of EMG root mean square and morphological features such as muscle thickness change and muscle texture. Quantitative assessment would be built to diagnose different scale of LBP and rehabilitate LBP patient.

下背痛（LBP）是仅次于上呼吸道感染的第二大就医原因。非特异性下背痛与腰部肌肉疲劳及肌肉收缩能力下降有互为因果的关系，因此精准评价下背痛患者肌肉功能状况对其康复和治疗具有关键意义。临床上采用的问卷调查评估病况方法，存在主观性强和较粗略等局限。本项目将围绕下背痛肌肉精细定量评价这一核心目标，以腰部肌肉功能障碍评估和疼痛评估为关键点，以自主研发的基于表面肌电图（EMG）和声肌图（SMG）信息同步获取平台为技术基础，以躯体伸展和弯曲、腹部肌肉单独收缩等多种主动运动训练模式下的生物力学数据融合模式为研究对象，以多块肌肉 (腹横肌、多裂肌、内斜肌) 多数据融合的静态和动态运动分类模式为核心算法，以均方根肌电信号、超声下的肌肉厚度变化和肌肉纹理等时域分析和肌肉形态学特征建立算法模型，探索EMG和SMG量化值与下背痛患者疼痛和功能障碍不同等级的映射关系，进而完成下背痛诊断和康复的精细定量评估方法体系。

下背痛是仅次于上呼吸道感染的第二大就医原因。精确评价下背痛患者肌肉功能状况对其康复和治疗具有关键意义。临床上采用的问卷调查评估病况方法，存在主观性强和较粗略等局限。本项目围绕下背痛肌肉精细定量评价这一核心目标，以腰部肌肉功能障碍评估和疼痛评估为关键点，以表面肌电图（EMG）和声肌图（SMG）信息同步获取为基础，以躯体伸展和弯曲、腹部肌肉单独收缩等多种主动运动训练模式下的生物力学数据融合模式为研究对象，以多块肌肉（腹横肌、多裂肌、内斜肌）多数据融合的分类模式为核心算法，以均方根肌电、样本熵、惯性传感器最大变化角度、超声下的肌肉厚度变化等时域分析和肌肉形态学特征建立算法模型，已初步建立下背痛诊断和康复的精细定量评估方法。总共212名志愿者参与了实验，包括92名健康者和120名下背痛患者（其中60名非特异性下背痛患者（NLBP）和60名腰椎间盘突出患者（LDH））。研究结果总结如下:1.LDH患者三组肌肉的归一化均方根EMG（EMG RMS）与功能障碍不同等级有映射关系。患者归一化EMG RMS值比健康组的更低，有显著性差异；做前倾运动时的EMG RMS变化率比健康组的要高，做后仰运动时相反。2.超声下的肌肉厚度最大变化与下背痛患者疼痛和功能障碍有关。LDH做前倾运动时多裂肌的肌肉厚度变化比健康组少。3.与健康组相比，LDH组做四种运动（躯体前倾、后仰、左倾、右倾）时三组肌肉的EMG共同收缩率更高，主动肌值更低、拮抗肌活动更多。4.LBP组不同运动模式下脊柱角度值比健康组小，与增加的疼痛强度有相关性。5. LDH组做物理治疗（按摩）前后的脑电信号（EEG）四个节律的似近熵（ApEn）、Hilbert-Huang频谱熵（HHTMSEn）特征及以上所述特征可作为下背痛疼痛的量化评估手段。