用于肌电图记录和经皮电刺激的双功能干电极

帮助肌肉“说话”和“倾听”

当中风或受伤后的人尝试移动手时，大脑可能会发出信号，但肌肉并不总是响应。治疗师通常既需要“监听”微弱肌肉的活动，也需要用温和的电刺激“推动”它们以帮助恢复运动。如今这通常需要在皮肤上贴两套不同的含凝胶电极，既容易弄得一团糟，又难以安装在小肌肉上。该研究介绍了一种新型的干式臂带电极，能在同一硬件上同时读取肌肉活动并施加电刺激，可能简化未来的康复设备。

为什么一条带胜过两条

可以通过肌电图监测肌肉活动，它通过皮肤拾取肌肉发出的微弱电信号。为了帮助这些肌肉运动，治疗师还使用经皮电刺激，将电脉冲送回体内。在许多患者——尤其是中风康复者——手臂或手上的可用空间有限，很难在同一小肌群附近放置分开的传感器和刺激电极。治疗过程中更换电极既费时又可能导致目标定位不准确。能够在完全相同位置既感测又刺激的单个可穿戴设备，可能使治疗更快、更精确且更舒适。

构建可重复使用、无凝胶的臂带

研究者设计了一种由小铜片制成、表面镀有薄金层的纤薄臂带。与依赖粘性凝胶的“湿”电极不同，这些干式金属接触点直接与皮肤接触。选择金是因为它具有良好的导电性并能形成稳定耐用的表面。每个塑料段上安装了六个小电极，八个段连接成一个可绕前臂佩戴的柔性臂带。40名志愿者佩戴该臂带执行六个简单的手和腕部手势（如张开手或弯曲手腕），以便团队测试新电极随时间捕捉肌肉活动的效果。

教臂带识别手势

为了以更贴近实际的方式评估信号质量，团队不仅仅测量噪声水平。他们训练了一个计算机算法，仅根据臂带记录的电模式来识别人在做哪种手势。该方法使用了一组基于图像的小型分类器，它们共同决定哪一个六个手势最可能。相同的实验还用一款流行的商用臂带Myo进行对比。新的干式臂带在识别正确手势时达到了约80.5%的准确率，基本与商用设备的80.3%相当。干电极的信噪比在反复使用长达21个月后仍保持稳定，这表明镀金接触点随时间保持可靠。

测试其刺激肌肉的能力

接下来，研究者检验了臂带施加电刺激的效果。将干式臂带的两个段放置在使手腕和无名指弯曲的肌肉上，使用标准临床刺激器通过电极发送脉冲。他们测量了用户能感觉到的最低电流、引发可见肌肉收缩所需的电流以及略高的电平。与此同时，连接在手或手指上的扭矩传感器测量肌肉产生的力矩。相同位置也使用传统凝胶电极重复了这些测试。在40名参与者中，干电极与湿电极在所需电流和肌肉产生的力矩方面没有显著差异，表明该新设计的刺激效果可与现有临床垫相媲美。

展望更智能的康复设备

研究表明，单个干式镀金臂带电极既能可靠地检测用于手势识别的肌肉信号，又能提供安全有效的电刺激。对普通读者而言，这意味着未来的康复工具可能更像一只简单的套袖或手环：既能理解你的运动意图，又能帮助肌肉实现这些动作——无需混乱的凝胶或反复调整位置。虽然当前工作分别测试了感测和刺激功能，作者也概述了未来版本如何快速在两种功能之间交替，以支持为中风或其他神经肌肉疾病康复者提供实时、基于意图的治疗。

引用: Mohammadiazni, M., Zhou, Y. & Trejos, A.L. A dual-function dry electrode for electromyography recording and transcutaneous electrical stimulation. Sci Rep 16, 11576 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41729-3

关键词: 表面肌电图, 电刺激, 康复技术, 可穿戴传感器, 手势控制