发布时间：2026-02-06
作者：小编
浏览量：肌电系统是通过采集、分析肌肉电生理信号，实现对肌肉活动状态监测、运动功能评估及神经肌肉系统研究的专业技术体系，其核心价值在于将肌肉的电生理活动转化为可量化、可分析的客观数据，为临床医学诊断、康复治疗、运动科学研究、人机交互开发等领域提供关键依据。
根据信号采集方式的不同，肌电系统主要分为表面肌电系统与侵入式肌电系统两大类，二者在技术原理、采集方式、性能特点、应用场景等方面存在显著差异，适配不同的研究与应用需求。深入对比分析两类肌电系统的区别，能够帮助相关领域从业者根据实际场景选择适配的技术方案，充分发挥肌电信号的应用价值，推动肌电技术在各领域的科学应用与发展。
本文将从技术基础、核心性能、应用场景、操作与管理、发展趋势等多个维度，对表面肌电系统与侵入式肌电系统进行全面对比分析，厘清二者的技术边界与应用适配性。
肌电信号是肌肉在神经冲动支配下，肌纤维发生去极化和复极化过程中产生的微弱生物电信号，其产生与传播反映了神经肌肉系统的功能状态，是肌电系统采集与分析的核心对象。无论表面肌电系统还是侵入式肌电系统，其核心工作逻辑均围绕 “信号采集 - 信号预处理 - 信号分析 - 结果输出” 展开，不同点在于信号采集的方式、载体与精度，这也是两类系统技术差异的根源。
1.1 肌电信号的产生与特性
肌肉的收缩活动由运动神经元的电信号触发，当神经冲动传递至肌膜时，会引发肌纤维的去极化，产生动作电位并在肌纤维内传播，多个肌纤维的动作电位叠加后，便形成了可被检测的肌电信号。肌电信号属于低频微弱电信号，频率范围主要集中在 0-500Hz，幅值受肌肉活动强度、采集位置、人体生理状态等因素影响，整体呈现出随机性、非平稳性的特点。
肌电信号的核心特性包括时间特性与频率特性：时间特性反映肌肉活动的时序变化，如肌肉收缩的起始时间、持续时间、信号幅值的动态变化，可用于评估肌肉的运动节奏与发力规律；频率特性则反映信号的能量分布，不同肌肉、不同运动状态下，肌电信号的主频范围会发生变化，可用于分析肌肉的疲劳程度、神经支配模式。这些特性是肌电系统信号分析的基础，也是两类系统采集与解析的核心依据。
1.2 两类肌电系统的核心工作原理
表面肌电系统与侵入式肌电系统的工作原理均基于生物电信号的检测与转换，核心差异在于信号采集的环节，即电极与肌肉组织的接触方式。
表面肌电系统通过贴附在皮肤表面的表面电极采集肌电信号，当肌肉产生电活动时，生物电信号会通过皮肤、皮下组织等介质传导至表面电极，电极将生物电信号转换为电信号后，经导线传输至信号处理模块，再通过放大、滤波、模数转换等预处理步骤，将原始信号转化为数字信号，最终通过分析软件进行量化分析与结果展示。其核心原理是利用表面电极检测经人体组织传导后的肌电信号叠加值，实现对肌肉活动的无创监测。
侵入式肌电系统则通过将针状电极或丝状电极植入肌肉组织内部的方式采集信号，电极直接与肌纤维接触，能够精准检测单个运动单位或少量肌纤维的动作电位，采集到的信号经预处理后进行分析。其核心原理是利用植入式电极实现对肌电信号的直接检测，规避了皮肤、皮下组织等介质对信号的衰减与干扰，能够获取更精准、更细节的肌电信号特征。
两类系统的后续信号预处理、分析流程基本一致，均需通过放大电路提升微弱信号的幅值，通过滤波电路去除工频干扰、运动伪迹等噪声，通过模数转换实现模拟信号向数字信号的转化，最终借助时域分析、频域分析、时频域分析等方法，提取肌电信号的特征参数，为实际应用提供数据支撑。
肌电系统的结构组成直接决定了其采集方式、使用场景与性能表现，表面肌电系统与侵入式肌电系统因采集原理的差异，在核心结构的设计、选材与配置上存在显著区别，整体而言，表面肌电系统更注重便携性、无创性与操作便捷性，侵入式肌电系统则更注重采集精度、信号分辨率与植入稳定性。
2.1 表面肌电系统的核心结构
表面肌电系统属于无创检测设备，其核心结构主要由表面电极、信号传输模块、信号处理模块、数据分析软件四部分组成，部分便携式设备会将信号传输模块与处理模块集成，进一步提升使用的灵活性。
表面电极：是信号采集的核心部件，直接与皮肤接触，根据材质可分为银 - 氯化银电极、碳纤维电极、柔性电极等，银 - 氯化银电极因导电性好、极化电压低，是目前应用较广泛的类型；根据使用方式可分为一次性电极与可重复使用电极，一次性电极适配临床检测、短期监测等场景，可重复使用电极则适用于长期实验、多次检测等场景。表面电极的设计注重贴附性与皮肤相容性，通常带有医用粘胶，能够紧密贴合皮肤，减少信号传输过程中的噪声干扰。
信号传输模块：负责将电极采集的电信号传输至处理模块，分为有线传输与无线传输两种方式，有线传输通过导线连接，信号稳定性高，适用于实验室固定场景；无线传输通过蓝牙、WiFi、ZigBee 等无线通信技术实现，摆脱了导线的束缚，适用于动态运动监测、现场检测等场景。
信号处理模块：是系统的 “核心中枢”，包含放大电路、滤波电路、模数转换芯片等核心组件，放大电路可将微伏级的肌电信号放大至伏级，滤波电路主要去除 50Hz/60Hz 工频干扰、高频噪声与低频运动伪迹，模数转换芯片将模拟信号转化为数字信号，为后续分析提供基础。
数据分析软件：是系统的 “终端大脑”，具备信号实时显示、特征参数提取、数据存储与导出等功能，可提取肌电信号的时域参数（如积分肌电、均方根幅值）、频域参数（如平均功率频率、中位频率）等，实现对肌肉活动状态的量化分析，部分软件还支持多通道信号同步分析，适配多肌肉群监测需求。
此外，部分表面肌电系统还配备有充电模块、固定绑带等辅助配件，充电模块保障设备的续航能力，固定绑带则用于将电极与设备固定在人体相应部位，避免运动过程中电极脱落，提升动态监测的稳定性。
2.2 侵入式肌电系统的核心结构
侵入式肌电系统属于有创检测设备，其核心结构主要由植入式电极、电极引线、信号调理模块、数据采集与分析系统四部分组成，部分植入式肌电系统还包含电极植入辅助器械，保障电极植入的精准性与安全性。
植入式电极：是信号采集的核心，直接植入肌肉组织内部，根据结构与形态可分为针状电极、丝状电极、微电极阵列等，针状电极适用于短期、局部的肌肉信号采集，操作相对简便；丝状电极质地柔软，植入后对肌肉活动的影响较小，适用于中长期监测；微电极阵列则可实现对多个运动单位的同步采集，信号分辨率高，适用于精细化的神经肌肉研究。植入式电极的材质需满足生物相容性要求，通常采用医用不锈钢、钛合金、铂铱合金等，避免植入后引发人体组织的排斥反应，同时保证良好的导电性。
电极引线：负责将植入式电极采集的信号传输至体外的信号调理模块，其一端与植入式电极连接，另一端穿出皮肤与外部设备对接，引线的材质同样需具备生物相容性与抗牵拉性，避免因人体活动导致引线断裂或脱落，部分引线还带有绝缘层，防止信号泄漏与组织感染。
信号调理模块：与表面肌电系统的信号处理模块功能类似，包含放大、滤波、模数转换等组件，但因侵入式电极采集的信号更微弱、更精准，其放大电路的增益与滤波电路的精度更高，能够有效去除电极植入部位的局部噪声，保障信号的纯净度。部分信号调理模块还具备信号隔离功能，避免外部电气干扰对采集信号的影响，提升数据的准确性。
数据采集与分析系统：由数据采集卡与专业分析软件组成，数据采集卡实现数字信号的高速采集与传输，专业分析软件则具备精细化的信号解析功能，可提取单个运动单位的动作电位特征（如波幅、时程、发放频率），实现对神经肌肉接头功能、运动单位募集规律等方面的深入分析，部分软件还支持信号的离线分析与数据可视化，方便研究人员进行后续的数据分析与论文撰写。
此外，侵入式肌电系统的电极植入辅助器械包括医用穿刺针、手术镊、消毒设备等，这类器械是保障电极植入操作顺利、安全进行的关键，适用于临床检测与专业研究场景的规范化操作。
2.3 两类系统结构的核心差异总结
表面肌电系统与侵入式肌电系统在结构上的差异，本质是为了适配不同的信号采集方式与应用需求，核心差异体现在电极设计、信号传输方式与设备集成度三个方面：
电极设计：表面电极注重无创性、贴附性与皮肤相容性，结构简单、使用便捷；植入式电极注重生物相容性、植入稳定性与信号分辨率，结构复杂、对材质与工艺要求更高。
信号传输方式：表面肌电系统支持有线与无线两种传输方式，无线传输是主流发展方向，适配动态监测需求；侵入式肌电系统因电极植入体内，信号传输主要依靠电极引线，部分中长期植入系统会采用无线传输技术，但对传输模块的小型化、生物相容性要求极高。
设备集成度：表面肌电系统的集成度较高，便携式设备可实现 “电极 - 传输 - 处理” 一体化设计，体积小、重量轻，便于移动使用；侵入式肌电系统因涉及电极植入、信号精细化调理，设备集成度相对较低，多数情况下需分为体外设备与体内电极两部分，部分场景还需配套专业的植入操作器械，适用于固定的实验室或临床场景。
性能是肌电系统的核心竞争力，直接决定了其信号采集的质量、分析结果的准确性与应用场景的适配性。表面肌电系统与侵入式肌电系统因采集方式的差异，在信号采集精度、分辨率、抗干扰能力、动态监测能力等核心性能指标上存在显著区别，同时各自具备性能优势与局限性。
3.1 信号采集精度与分辨率
信号采集精度是指肌电系统采集的信号与肌肉实际电活动信号的吻合程度，分辨率则是指系统能够分辨的最小信号变化或最细的信号特征，二者是评估肌电系统性能的核心指标，也是两类系统最显著的性能差异点。
侵入式肌电系统的采集精度与分辨率显著优于表面肌电系统。由于植入式电极直接与肌纤维接触，能够精准采集单个运动单位或少量肌纤维的动作电位，避免了皮肤、皮下脂肪、结缔组织等介质对信号的衰减、滤波与叠加，采集到的信号能够真实反映肌肉局部的电活动状态，信号的波幅、时程等特征参数清晰可辨，分辨率可达运动单位级别。例如，在研究肌肉的运动单位募集规律时，侵入式肌电系统能够精准识别不同运动单位的动作电位发放顺序与频率变化，为神经肌肉系统的精细化研究提供精准数据。
表面肌电系统的采集精度与分辨率相对较低。表面电极采集的是皮肤表面的叠加信号，该信号是多个肌纤维、多个肌肉群的电活动信号经人体组织传导后的综合结果，无法区分单个运动单位的电活动特征，信号的分辨率仅能达到肌肉群级别。同时，皮肤的角质层、汗液、皮下脂肪厚度等因素会影响信号的传导效率，导致采集的信号出现衰减或失真，降低信号采集精度。例如，在监测深层肌肉的电活动时，由于表面电极与深层肌肉之间存在多层组织阻隔，采集到的信号强度较弱，甚至可能无法有效检测，影响分析结果的准确性。
3.2 抗干扰能力
肌电信号属于低频微弱电信号，在采集与传输过程中极易受到外界干扰与内部伪迹的影响，抗干扰能力是指肌电系统在复杂环境下抑制噪声、保持信号纯净度的能力，主要包括抗外部电气干扰、抗运动伪迹干扰的能力。
表面肌电系统的抗干扰能力相对较弱，易受多种因素干扰。一方面，表面电极与皮肤之间的接触状态易受人体活动影响，当人体进行动态运动时，电极可能出现轻微移位、皮肤与电极之间出现缝隙，产生运动伪迹，干扰信号采集；另一方面，表面肌电系统在开放环境中使用，易受到外界工频干扰、电磁辐射等外部电气干扰，尤其是在有线传输方式下，导线易成为干扰信号的接收载体，进一步降低信号的纯净度。此外，皮肤的清洁程度、汗液分泌量也会影响电极与皮肤的接触电阻，接触电阻的变化会导致信号幅值出现波动，增加噪声干扰。
侵入式肌电系统的抗干扰能力更强，受外界因素影响较小。由于植入式电极位于肌肉组织内部，与外部环境隔绝，不易受到外界电磁辐射、工频干扰等外部电气干扰；同时，电极直接植入肌纤维，与肌肉组织结合紧密，人体运动过程中电极的移位幅度极小，产生的运动伪迹微弱，对信号采集的影响可忽略不计。此外，侵入式肌电系统的信号传输引线通常带有绝缘层，且穿出皮肤的部位相对固定，接触电阻稳定，能够有效避免因接触状态变化导致的信号波动，保障信号的稳定性。
但侵入式肌电系统也存在特定的干扰因素，如电极植入部位的组织炎症、水肿等生理反应，可能会影响电极与肌纤维的接触状态，进而对信号采集产生轻微影响，这类干扰主要与人体的生理反应相关，而非外界环境因素。
3.3 动态监测能力
动态监测能力是指肌电系统在人体进行运动状态下，持续、稳定采集肌电信号的能力，适用于运动科学研究、康复治疗中的运动功能评估、人机交互中的动态控制等场景，主要包括动态监测的连续性、稳定性与适配的运动强度范围。
表面肌电系统的动态监测能力更强，适配性更广。表面肌电系统为无创设计，无需植入电极，对人体的运动限制极小，人体可进行走、跑、跳、关节屈伸等多种形式的动态运动，且便携式设备采用无线传输方式，摆脱了导线的束缚，能够实现对人体运动过程的全程、连续监测。同时，表面肌电系统的电极与设备固定方式灵活，可根据监测需求将电极贴附在人体不同部位的肌肉表面，适配不同肌肉群、不同运动形式的动态监测需求，例如在运动科学研究中，可利用表面肌电系统监测运动员跑步过程中下肢肌肉的电活动变化，分析其发力规律。
侵入式肌电系统的动态监测能力存在明显局限性。由于电极通过引线穿出皮肤，人体进行大幅度、高频率的动态运动时，易导致引线牵拉、电极移位，甚至可能造成引线断裂或电极脱落，影响信号采集的连续性与稳定性，严重时还可能损伤植入部位的组织，引发疼痛或感染。因此，侵入式肌电系统通常适用于人体处于静息状态或小幅度、慢节奏运动状态下的信号采集，例如在临床诊断中，利用侵入式肌电系统监测患者静息状态下肢体肌肉的电活动，诊断神经肌肉疾病。
3.4 信号采集的空间与时间特性
空间特性
信号采集的空间特性是指肌电系统能够有效采集信号的肌肉范围与空间分布，反映系统对肌肉电活动的空间覆盖能力。
表面肌电系统的信号采集空间范围较广，属于区域性采集。表面电极贴附在皮肤表面，其采集范围覆盖电极下方的多个肌肉群，能够反映特定区域肌肉的整体电活动状态，适用于评估多个肌肉群的协同工作情况。例如，在监测上肢运动时，表面肌电系统可通过贴附在手臂、肩部的电极，采集上肢多个肌肉群的叠加信号，分析上肢肌肉的协同发力规律。但表面肌电系统无法实现对局部微小肌肉或深层肌肉的精准采集，对于位置较深、体积较小的肌肉，采集到的信号强度较弱，难以有效分析。
侵入式肌电系统的信号采集空间范围较窄，属于局部性采集。植入式电极直接植入特定肌肉组织内部，其采集范围仅覆盖电极周围的少量肌纤维，能够实现对特定肌肉、特定部位的精准采集，适用于评估单个肌肉或局部肌肉的电活动状态。例如，在研究喉部微小肌肉的电活动时，可通过植入式电极实现对该肌肉的精准监测，而表面肌电系统因喉部肌肉位置较深、体积较小，无法有效采集其电信号。
时间特性
信号采集的时间特性是指肌电系统能够实现的信号采集频率、实时性与持续监测时间，反映系统对肌肉电活动的时间捕捉能力。
两类肌电系统的信号采集频率均能满足常规应用需求，主流设备的采集频率通常在 1000-5000Hz，能够精准捕捉肌电信号的动态变化。但在信号实时性与持续监测时间上，二者存在明显差异：
表面肌电系统的信号实时性较好，持续监测时间更长。无线传输型表面肌电系统能够实现信号的实时采集、传输与显示，研究人员可实时观察肌肉运动过程中的电活动变化；同时，表面肌电系统为无创设计，无组织排斥、感染等风险，可实现对人体的长期、连续监测，例如在康复治疗中，可利用表面肌电系统对患者进行数周甚至数月的持续监测，评估康复治疗效果。
侵入式肌电系统的信号实时性虽能满足需求，但持续监测时间受限于人体生理反应。侵入式电极属于异物植入，人体组织会对其产生排斥反应，同时电极植入部位存在感染风险，因此短期植入式肌电系统的持续监测时间通常为数天至数周，中长期植入式系统虽可实现数月的监测，但需要采用特殊的生物相容性材料与植入工艺，且需进行严格的术后护理，避免感染与组织排斥，应用成本较高，操作难度较大。
3.5 核心性能的综合对比总结
综合来看，侵入式肌电系统在信号采集精度、分辨率、抗干扰能力等方面具备显著优势，能够实现对肌电信号的精细化、精准化采集，适用于需要深入分析神经肌肉系统微观机制的研究场景；但在动态监测能力、持续监测时间、操作便捷性等方面存在局限性，且属于有创检测，存在一定的生理风险。
表面肌电系统在信号采集精度、分辨率上虽不及侵入式肌电系统，但在动态监测能力、持续监测时间、抗运动伪迹的实际适配性（无创带来的运动自由度）方面具备明显优势，且属于无创检测，无生理风险，操作便捷；同时，随着技术的发展，表面肌电系统的信号处理算法不断优化，能够有效抑制部分噪声，提升信号采集精度，逐步弥补其性能短板。
两类系统的核心性能各有优劣，无绝对的 “优劣之分”，其性能特点均围绕自身的采集方式与应用需求设计，适配不同的场景与研究目标。
肌电系统的应用场景与其核心性能、操作方式密切相关，表面肌电系统的无创性、便捷性、动态监测能力使其适配临床康复、运动科学、大众健康监测等多元化场景；侵入式肌电系统的高精度、高分辨率使其适配神经肌肉疾病精细化诊断、基础医学研究、高端人机交互等专业化场景。两类系统在应用场景上各有侧重，互补共存，共同推动肌电技术在各领域的应用与发展。
4.1 临床医学领域
临床医学是肌电系统的核心应用领域之一，主要用于神经肌肉疾病的诊断、康复治疗效果的评估、手术中的神经监测等方面，两类系统在该领域的应用场景与侧重点存在显著差异。
表面肌电系统的应用
表面肌电系统在临床医学领域的应用以康复治疗效果评估、慢性肌肉疾病的初步诊断、术后肢体运动功能监测为主，适配康复科、骨科、运动医学科等科室的常规诊疗需求。
在康复治疗中，表面肌电系统是评估肌肉运动功能恢复情况的重要客观工具。例如，脑卒中、脊髓损伤、骨折术后患者的肢体运动功能障碍康复过程中，表面肌电系统可通过监测患者肢体肌肉的电活动幅值、收缩持续时间等参数，量化评估肌肉的收缩能力、运动协调性与功能恢复程度，为康复治疗方案的制定、调整提供数据支撑，替代传统的主观评估方式，提升康复治疗的科学性与有效性。
在慢性肌肉疾病的初步诊断中，表面肌电系统可用于肌肉疲劳、肌筋膜炎等疾病的辅助诊断。例如，对于长期从事体力劳动或伏案工作的人群，表面肌电系统可通过监测颈部、腰部肌肉的电活动频率变化，评估肌肉的疲劳程度，判断是否存在肌筋膜炎等慢性肌肉损伤，为临床诊断提供初步依据。
此外，表面肌电系统还可用于骨科手术术后的肢体运动功能监测，通过监测患者术后肢体肌肉的电活动状态，评估肢体的运动功能恢复情况，及时发现肌肉萎缩、运动不协调等问题，指导患者进行早期康复训练。
侵入式肌电系统的应用
侵入式肌电系统在临床医学领域的应用以神经肌肉疾病的精细化诊断、罕见神经肌肉疾病的确诊、手术中的精准神经监测为主，适配神经内科、神经外科等科室的疑难病症诊疗需求。
在神经肌肉疾病的精细化诊断中，侵入式肌电系统是诊断运动神经元病、肌营养不良、周围神经病变等疾病的核心工具。例如，在诊断运动神经元病时，侵入式肌电系统可通过采集患者肌肉单个运动单位的动作电位特征，分析运动单位的数量、发放频率、波幅变化等参数，精准判断神经肌肉接头的功能状态、运动神经元的损伤程度，为疾病的确诊与病情分级提供精准数据，是这类疾病临床诊断的 “金标准” 之一。
在罕见神经肌肉疾病的确诊中，侵入式肌电系统能够提供更精准的信号特征，帮助临床医生区分症状相似的罕见疾病，避免误诊。例如，对于先天性肌病、遗传性周围神经病等罕见疾病，表面肌电系统的采集精度无法满足诊断需求，而侵入式肌电系统能够精准捕捉肌肉电活动的细微特征，为疾病的确诊提供关键依据。
此外，侵入式肌电系统还可用于神经外科手术中的精准神经监测，例如在脊柱手术、脑部手术中，通过植入电极监测手术区域周围神经的电活动状态，实时反馈神经的功能情况，避免手术过程中对神经造成误伤，提升手术的安全性与精准性。
4.2 运动科学领域
运动科学领域是肌电系统的重要应用领域，主要用于运动员的运动能力评估、技术动作优化、运动损伤预防与康复等方面，两类系统在该领域的应用场景与研究目标存在明显差异。
表面肌电系统的应用
表面肌电系统是运动科学领域应用最广泛的肌电设备，其无创性、动态监测能力使其适配运动员技术动作分析、运动能力评估、运动损伤预防等实际训练与研究场景。
在运动员技术动作分析中，表面肌电系统可通过同步监测多个肌肉群的电活动变化，分析运动员完成技术动作时各肌肉群的发力顺序、发力强度、协同工作情况，识别技术动作中的不合理之处，为技术动作优化提供客观依据。例如，在游泳、跑步、举重等运动项目中，利用表面肌电系统监测运动员肢体肌肉的电活动，可发现其发力时机不当、肌肉协同性差等问题，指导教练制定针对性的训练方案，提升运动员的技术动作规范性与运动效率。
在运动员运动能力评估中，表面肌电系统可通过监测运动员肌肉在不同运动强度下的电活动特征，评估肌肉的收缩能力、耐力、爆发力等运动能力指标，为运动员的体能训练方案制定提供数据支撑。例如，通过监测运动员肌肉的积分肌电、平均功率频率等参数，判断肌肉的疲劳程度与耐力水平，合理安排训练强度与休息时间，提升体能训练的科学性。
在运动损伤预防中，表面肌电系统可通过长期监测运动员肌肉的电活动状态，发现肌肉过度激活、发力不均衡等潜在损伤风险，及时发出预警，指导运动员进行针对性的放松训练与矫正训练，降低运动损伤的发生概率。
侵入式肌电系统的应用
侵入式肌电系统在运动科学领域的应用相对较少，主要集中在运动生理学的基础研究方面，如肌肉运动单位的募集规律、神经肌肉系统的适应机制等精细化研究。
例如，在研究运动员大强度运动下肌肉运动单位的募集规律时，侵入式肌电系统能够精准采集单个运动单位的动作电位发放特征，分析不同运动强度下运动单位的募集顺序、发放频率变化，揭示神经肌肉系统对大强度运动的适应机制，为运动生理学的理论研究提供精准数据。这类研究通常在实验室环境中进行，研究结果可为运动员的训练方案制定提供理论支撑，但因侵入式检测的有创性，无法应用于运动员的日常训练监测。
4.3 人机交互领域
人机交互领域是肌电系统的新兴应用领域，主要利用肌电信号作为控制信号，实现人体对外部设备的智能化控制，如肌电假肢、外骨骼机器人、游戏控制等，两类系统在该领域的应用场景与技术要求存在显著差异。
表面肌电系统的应用
表面肌电系统在人机交互领域的应用以民用级、消费级人机交互设备为主，如民用肌电假肢、外骨骼机器人、游戏控制器、智能家居控制等，适配大众消费与日常应用场景。
在肌电假肢领域，表面肌电系统是民用肌电假肢的核心控制部件，通过采集截肢患者残肢肌肉的电活动信号，将其转化为控制信号，实现假肢的屈伸、抓握等动作控制。表面肌电假肢具有无创、操作便捷、佩戴舒适等优点，能够满足截肢患者的日常生活动作需求，是目前应用最广泛的肌电假肢类型。
在外骨骼机器人领域，表面肌电系统可通过采集人体肌肉的电活动信号，实时感知人体的运动意图，实现外骨骼机器人与人体运动的同步配合，适用于康复外骨骼、工业外骨骼、军用外骨骼等场景。例如，康复外骨骼机器人可通过表面肌电系统感知患者的肢体运动意图，辅助患者完成肢体屈伸、行走等动作，提升康复训练的效果；工业外骨骼机器人可通过感知工人肌肉的电活动信号，判断工人的发力状态，适时提供助力，降低工人的劳动强度。
此外，表面肌电系统还可应用于游戏控制、智能家居控制等消费级场景，如通过肌肉电活动控制游戏角色的动作，通过手部肌肉的电活动控制灯光、窗帘等智能家居设备，为用户提供新颖、便捷的交互体验。
侵入式肌电系统的应用
侵入式肌电系统在人机交互领域的应用以高端、精密化的人机交互设备为主，如医用高精度肌电假肢、脑机接口结合的肌电控制设备、工业精密操作机器人等，适配对控制精度、响应速度要求极高的专业场景。
在医用高精度肌电假肢领域，侵入式肌电系统能够采集更精准、更丰富的肌电信号，将其转化为更多维度的控制信号，实现假肢的精细化动作控制。例如，侵入式肌电假肢可实现手指的单独屈伸、精细抓握等复杂动作，满足截肢患者对精细化动作的需求，如写字、吃饭、穿针等，其控制精度与响应速度显著优于表面肌电假肢，但因有创性与较高的应用成本，目前仅适用于少数特殊需求患者。
在脑机接口结合的肌电控制设备领域，侵入式肌电系统可与脑机接口设备协同工作，实现对外部设备的多维度、高精度控制，适用于航天、深海探测等特殊领域的精密操作机器人控制，通过采集人体肌肉与大脑的电活动信号，实现机器人与人体的精准同步操作，提升操作的效率与准确性。
4.4 基础医学研究领域
基础医学研究领域是肌电系统的重要应用场景，主要用于神经肌肉系统的生理机制、病理机制研究，为临床医学的疾病诊断、治疗方案制定提供理论支撑，两类系统在该领域的应用均较为广泛，但研究侧重点不同。
表面肌电系统在基础医学研究领域主要用于群体化、无创性的神经肌肉系统生理机制研究，如不同年龄、不同性别人群的肌肉电活动特征研究，不同运动状态下肌肉群的协同工作机制研究等。这类研究通常需要对大量研究对象进行无创监测，表面肌电系统的无创性、便捷性使其能够高效完成数据采集工作，为研究提供大样本量的基础数据。
侵入式肌电系统在基础医学研究领域主要用于神经肌肉系统微观机制的精细化研究，如运动单位的生理特性、神经肌肉接头的信号传递机制、神经肌肉疾病的病理机制等。这类研究需要精准采集单个运动单位或局部肌肉的电活动信号，侵入式肌电系统的高精度、高分辨率使其能够满足研究需求，为揭示神经肌肉系统的微观机制提供精准数据。例如，在研究肌营养不良症的病理机制时，侵入式肌电系统可通过采集患者肌肉单个运动单位的动作电位特征，分析运动单位的损伤规律，为疾病的治疗靶点寻找提供理论依据。
4.5 其他应用领域
除上述核心领域外，表面肌电系统与侵入式肌电系统还在其他领域有着少量应用，且各自适配不同的场景需求。
表面肌电系统还可应用于大众健康监测领域，如智能手环、智能手表等可穿戴设备集成表面肌电检测功能，能够监测用户的肌肉疲劳程度、运动状态等，为用户的日常健康管理与运动规划提供参考；同时，表面肌电系统还可应用于职业健康监测领域，如监测长期从事重复性动作的职业人群（如流水线工人、快递员）的肌肉电活动状态，评估其肌肉损伤风险，指导企业制定科学的工作制度，保护职业人群的身体健康。
侵入式肌电系统还可应用于航天医学研究领域，如在太空环境中研究航天员的神经肌肉系统变化，通过侵入式肌电系统精准采集航天员肌肉的电活动信号，分析太空微重力环境对航天员运动单位、神经肌肉接头功能的影响，为航天员的太空体能训练与健康保障提供理论依据；同时，侵入式肌电系统还可应用于动物实验研究领域，如在动物神经肌肉系统研究中，通过植入电极采集动物肌肉的电活动信号，为人类神经肌肉系统的研究提供动物实验数据。
4.6 应用场景的综合对比总结
表面肌电系统的应用场景具有多元化、大众化、无创化的特点，覆盖临床医学、运动科学、人机交互、大众健康监测等多个领域，适配常规诊疗、日常训练、民用消费等普通需求，是目前肌电技术应用的主流方向；其应用场景的拓展性更强，随着便携式、可穿戴式设备的发展，表面肌电系统的应用场景还在不断向大众消费、智能家居等领域延伸。
侵入式肌电系统的应用场景具有专业化、精细化、小众化的特点，主要集中在神经肌肉疾病精细化诊断、基础医学研究、高端人机交互等专业领域，适配疑难病症诊疗、科学研究、高端工业应用等特殊需求；其应用场景虽相对狭窄，但在部分专业领域具有不可替代性，是推动肌电技术向精细化、精准化发展的重要支撑。
除核心性能与应用场景外，操作便捷性、管理规范性、应用成本也是评估肌电系统的重要指标，直接影响其在实际应用中的普及程度与使用效率。表面肌电系统与侵入式肌电系统因检测方式的差异，在操作流程、管理要求、设备与使用成本上存在显著区别，这也是决定其应用场景普及程度的重要因素。
5.1 操作流程与操作难度
肌电系统的操作流程包括检测前准备、信号采集、检测后处理三个环节，两类系统在各环节的操作流程复杂度与操作难度存在明显差异，表面肌电系统的操作更简便，对操作人员的专业要求更低；侵入式肌电系统的操作更复杂，对操作人员的专业要求更高。
表面肌电系统的操作流程
表面肌电系统的操作流程简单、便捷，无需专业的医疗操作资质，经过简单培训后即可上岗操作，整体流程耗时较短，适用于现场检测、快速监测等场景。
检测前准备：主要包括对检测部位皮肤的清洁与处理，去除皮肤表面的角质层、汗液、毛发等，降低皮肤与电极之间的接触电阻；随后根据监测需求，将表面电极贴附在指定的肌肉表面，并使用固定绑带将电极固定，确保电极与皮肤紧密贴合。
信号采集：打开肌电系统设备，连接电极与信号处理模块（无线传输型设备无需物理连接），设置信号采集参数（如采集频率、滤波范围），即可开始采集信号；采集过程中，操作人员只需实时观察设备的信号显示，确保信号无明显干扰，无需进行复杂的操作。
检测后处理：采集完成后，关闭设备，取下表面电极，对一次性电极进行无害化处理，对可重复使用电极进行清洁、消毒；随后将采集的数据导出至计算机，利用分析软件进行后续分析，数据处理流程简单，软件通常配备标准化的分析模板，可快速提取特征参数。
侵入式肌电系统的操作流程
侵入式肌电系统的操作流程复杂、繁琐，属于有创医疗操作，操作人员必须具备相应的医疗操作资质（如执业医师证），且需要在无菌环境下进行操作，整体流程耗时较长，适用于实验室或临床手术室等规范场景。
检测前准备：包括对患者的身体状况评估、术前消毒、局部麻醉等环节；首先评估患者的凝血功能、免疫功能等，判断其是否适合进行电极植入操作，避免手术风险；随后对电极植入部位进行彻底的皮肤消毒，铺设无菌洞巾，对植入部位进行局部麻醉，减轻患者的疼痛感。
信号采集：在无菌操作下，操作人员使用专业的植入辅助器械将植入式电极植入指定的肌肉组织内部，调整电极的位置，确保电极与肌纤维紧密接触；随后连接电极引线与体外的信号调理模块，设置采集参数，开始采集信号；采集过程中，操作人员需要实时监测患者的生理状态与信号采集情况，及时调整电极位置，确保信号采集的精准性。
检测后处理：采集完成后，根据监测需求，选择取出电极或保留电极；若取出电极，需对植入部位进行消毒、止血、包扎，指导患者进行术后护理，避免感染；若保留电极，需对引线进行固定，对植入部位进行定期消毒；数据处理环节，由于采集的信号精度高、细节丰富，需要操作人员具备专业的信号分析能力，利用专业的分析软件进行精细化解析，数据处理流程复杂，耗时较长。
5.2 管理要求与安全规范
肌电系统的管理要求与安全规范主要围绕设备管理、操作管理、患者安全管理等方面展开，两类系统因检测方式的差异，在管理要求与安全规范的严格程度上存在显著区别，侵入式肌电系统作为有创医疗设备，管理要求与安全规范更为严格；表面肌电系统作为无创设备，管理要求相对宽松。
表面肌电系统的管理要求
表面肌电系统的管理要求相对宽松，主要包括设备日常管理、电极使用管理、操作规范管理三个方面，适用于普通实验室、康复中心、运动训练基地等场景。
设备日常管理：定期对信号处理模块、传输设备等进行清洁、校准与维护，确保设备的正常运行；对无线传输设备进行信号强度检测，避免信号传输故障；设备的存储环境需保持干燥、通风，避免潮湿、高温环境对设备造成损坏。
电极使用管理：一次性电极需在有效期内使用，使用后进行无害化处理，避免交叉感染；可重复使用电极需进行严格的清洁、消毒，消毒后进行导电性检测，确保电极的使用性能；电极的存储需按照产品说明书要求进行，避免电极老化、损坏。
操作规范管理：制定标准化的操作流程，操作人员需严格按照流程进行操作，确保皮肤处理、电极贴附等环节的规范性；在动态监测过程中，需确保设备与电极的固定牢固，避免电极脱落；采集的数据需进行分类存储，做好数据备份，防止数据丢失。
表面肌电系统的安全规范主要围绕电磁安全、皮肤相容性展开，设备需符合电磁兼容标准，避免对人体产生电磁辐射危害；表面电极需符合医用皮肤相容性标准，避免引发皮肤过敏、红肿等不良反应，若患者出现皮肤过敏症状，需及时停止使用，并采取相应的处理措施。
侵入式肌电系统的管理要求
侵入式肌电系统作为有创医疗设备，其管理要求与安全规范更为严格，需遵循医疗设备管理规范、有创操作管理规范、医院感染管理规范等多项标准，适用于医疗机构、专业医学实验室等场景。
设备管理：侵入式肌电系统属于二类或三类医疗设备，需取得医疗器械注册证后方可使用；设备的采购、验收、使用、维护需建立完善的档案，定期进行专业的校准与检测，确保设备的性能符合临床使用要求；植入式电极、引线等植入耗材属于一次性医用耗材，需在有效期内使用，严禁重复使用，避免交叉感染。
操作管理：电极植入操作需在无菌手术室或无菌实验室内进行，操作人员需具备相应的医疗操作资质，且需经过专业的肌电系统操作培训；操作过程中需严格遵守无菌操作规范，穿戴无菌手术衣、手套、口罩等，避免手术部位感染；操作前需向患者或其家属充分告知操作的目的、过程、风险与注意事项，签署知情同意书。
患者安全管理：操作前需对患者进行全面的身体评估，排除手术禁忌证；操作过程中需实时监测患者的心率、血压等生理指标，及时处理术中出血、疼痛等突发情况；术后需对患者进行术后护理指导，告知患者植入部位的保护方法、感染的症状与处理方式，定期对患者进行随访，观察术后恢复情况。
侵入式肌电系统的安全规范还包括生物相容性、植入安全性等方面，植入式电极、引线等耗材需具备良好的生物相容性，通过生物相容性检测；电极植入的深度、位置需精准控制，避免损伤神经、血管等重要组织，确保植入的安全性。
5.3 设备与使用成本
设备与使用成本是影响肌电系统普及程度的重要因素，包括设备采购成本、耗材使用成本、人工成本、维护成本等方面，表面肌电系统的整体成本较低，性价比更高；侵入式肌电系统的整体成本较高，适用于有专业需求且具备相应经济条件的场景。
表面肌电系统的成本
表面肌电系统的设备采购成本相对较低，便携式无线表面肌电系统的采购成本远低于侵入式肌电系统，且设备的集成度高，无需配套大量的辅助器械，进一步降低了设备采购成本。
耗材使用成本方面，表面肌电系统的主要耗材为表面电极，一次性电极的单价较低，可重复使用电极虽单价稍高，但可多次使用，整体耗材成本较低。
人工成本与维护成本方面，表面肌电系统的操作简便，对操作人员的专业要求低，无需配备专业的医疗人员，人工成本较低；设备的维护简单，只需进行定期的清洁、校准与简单的故障处理，维护成本较低。
整体而言，表面肌电系统的设备与使用成本较低，性价比高，适用于基层医疗机构、运动训练基地、大众健康监测等对成本敏感的场景。
侵入式肌电系统的成本
侵入式肌电系统的设备采购成本较高，其信号调理模块、数据采集系统的精度要求高，工艺复杂，且需要配套专业的电极植入辅助器械，设备采购成本远高于表面肌电系统。
耗材使用成本方面，侵入式肌电系统的主要耗材为植入式电极、引线、无菌手术耗材等，这类耗材均为一次性医用耗材，且对材质、工艺要求高，单价较高，耗材使用成本显著高于表面肌电系统。
人工成本与维护成本方面，侵入式肌电系统的操作复杂，需要配备具备专业资质的医疗人员与专业的信号分析人员，人工成本较高；设备的维护需要专业的技术人员进行，且植入式耗材无法重复使用，进一步增加了维护成本；同时，电极植入操作的术后护理、随访也会产生额外的成本。
整体而言，侵入式肌电系统的设备与使用成本较高，适用于大型综合性医院、专业的医学研究机构、高端人机交互设备研发等具备相应经济条件的专业场景。
5.4 操作、管理与成本的综合对比总结
表面肌电系统在操作流程、管理要求、设备与使用成本方面均具备明显优势，操作简便、管理宽松、成本较低，使其具备较高的普及程度，能够满足大多数场景的应用需求；其低门槛的操作与管理特点，也推动了肌电技术向大众消费、基层医疗等领域的普及。
侵入式肌电系统在操作流程、管理要求、设备与使用成本方面均存在明显劣势，操作复杂、管理严格、成本较高，使其普及程度较低，仅适用于少数专业场景；但这些劣势是为了保障其高精度、高分辨率的信号采集性能与有创操作的安全性，是其专业应用的必要前提，无法通过技术手段完全规避。
随着生物医学工程、电子信息技术、材料科学等领域的不断发展，肌电技术也在持续创新与升级，表面肌电系统与侵入式肌电系统的发展趋势均围绕自身的技术短板与应用需求展开，表面肌电系统的发展方向是提升信号性能、实现便携化与智能化；侵入式肌电系统的发展方向是降低有创性、提升植入稳定性与生物相容性，同时进一步提高信号采集的精细化程度。两类系统在发展过程中各有侧重，同时也存在技术融合的趋势，共同推动肌电技术向更高性能、更广泛应用的方向发展。
6.1 表面肌电系统的发展趋势
表面肌电系统作为目前肌电技术应用的主流方向，其发展趋势主要体现在信号性能优化、设备便携化与可穿戴化、智能化与多功能化、多模态融合四个方面，核心目标是弥补其信号采集精度与分辨率的短板，拓展应用场景，提升使用体验。
信号性能优化
信号性能优化是表面肌电系统的核心发展方向，主要通过电极设计创新、信号处理算法优化两大途径实现。在电极设计方面，研发柔性、可拉伸、高导电性的新型表面电极，如石墨烯电极、导电聚合物电极等，提升电极与皮肤的贴附性，降低接触电阻，减少运动伪迹；同时，研发多阵列、高精度的表面电极，实现对肌肉电活动的局部化采集，提升信号的分辨率。在信号处理算法方面，利用人工智能、机器学习等技术优化信号滤波与特征提取算法，如采用自适应滤波算法抑制工频干扰、运动伪迹等噪声，利用深度学习算法提取肌电信号的深层特征，提升信号采集精度与分析结果的准确性，逐步弥补其与侵入式肌电系统的信号性能差距。
设备便携化与可穿戴化
便携化与可穿戴化是表面肌电系统的重要发展趋势，契合大众健康监测、运动场景动态监测等应用需求。通过微机电系统、低功耗芯片等技术，实现肌电系统的微型化与低功耗设计，研发可穿戴式肌电设备，如肌电手环、肌电臂环、肌电衣等，将表面电极集成在穿戴设备中，实现对人体肌肉电活动的长期、连续、无创监测，摆脱传统设备的体积与重量限制，提升使用的灵活性与便捷性。同时，可穿戴式肌电设备还将与充电技术结合，实现无线充电、快充等功能，提升设备的续航能力。
智能化与多功能化
智能化与多功能化是表面肌电系统的发展趋势之一，主要通过人工智能、物联网技术实现。在智能化方面，利用人工智能算法实现肌电信号的自动分析、特征识别与结果预警，例如，在康复治疗中，智能肌电系统能够自动评估患者的肌肉功能恢复情况，实时调整康复训练方案；在运动科学中，能够自动分析运动员的技术动作，及时发出动作矫正预警。在多功能化方面，将肌电检测功能与其他生理信号检测功能（如心电、血氧、心率、体温等）集成，研发多参数生理信号监测设备，实现对人体生理状态的全面监测，为健康管理、疾病诊断提供更丰富的数据分析依据。
多模态融合
多模态融合是表面肌电系统的前沿发展趋势，主要指将肌电信号与其他信号（如力学信号、视觉信号、脑电信号等）进行融合分析，提升系统的功能与应用价值。例如，将肌电信号与力学信号融合，实现对肌肉发力大小、方向的精准评估；将肌电信号与视觉信号融合，实现对人体运动动作的精准识别与分析；将肌电信号与脑电信号融合，实现更精准的人机交互控制，提升肌电假肢、外骨骼机器人的控制精度与响应速度。多模态融合技术能够弥补单一肌电信号的信息局限性，为肌电系统的应用提供更丰富、更精准的数据分析依据。
6.2 侵入式肌电系统的发展趋势
侵入式肌电系统作为肌电技术的精细化发展方向，其发展趋势主要体现在降低有创性、提升生物相容性与植入稳定性、实现无线化与微型化、信号采集与分析的超精细化四个方面，核心目标是在保持高精度信号采集性能的前提下，降低操作风险与应用成本，拓展其应用场景。
降低有创性
降低有创性是侵入式肌电系统的核心发展方向，主要通过电极设计创新、植入方式优化实现。在电极设计方面，研发微针电极、纳米电极等微型化植入电极，减小电极的尺寸与植入深度，降低电极植入对人体组织的损伤，实现 “微创化” 检测；同时，研发可降解植入电极，电极在完成信号采集任务后，可在人体内自然降解，无需二次手术取出，进一步降低有创性与手术风险。在植入方式方面，研发无创或微创的电极植入技术，如利用超声引导、磁导航等技术实现电极的精准、微创植入，减少手术创伤，缩短术后恢复时间。
提升生物相容性与植入稳定性
提升生物相容性与植入稳定性是侵入式肌电系统的重要发展趋势，主要通过新型材料研发、电极表面改性实现。在新型材料研发方面，研发具备高生物相容性、高导电性、高抗腐蚀性的新型植入材料，如生物陶瓷、聚乳酸基复合材料、导电水凝胶等，替代传统的金属材料，降低人体组织对电极的排斥反应，提升电极的植入稳定性。在电极表面改性方面，利用表面涂层技术在电极表面涂覆生物活性涂层（如羟基磷灰石涂层、生长因子涂层），促进电极与周围组织的融合，减少组织炎症与水肿，提升电极的长期植入稳定性，为中长期信号监测提供保障。
实现无线化与微型化
实现无线化与微型化是侵入式肌电系统的发展趋势之一，契合中长期、动态监测的应用需求。通过微机电系统、低功耗无线通信技术，研发微型化的无线植入式肌电系统，将信号采集、处理、传输模块集成在微型植入芯片中，无需体外引线，实现 “全植入式” 设计，彻底摆脱引线对人体运动的限制，提升动态监测能力；同时，利用无线供电技术为植入式芯片供电，解决植入设备的续航问题，实现对人体肌肉电活动的长期、连续监测。
信号采集与分析的超精细化
信号采集与分析的超精细化是侵入式肌电系统的前沿发展趋势，契合基础医学研究、高端人机交互等专业场景的需求。通过微电极阵列、纳米电极技术，研发超高分辨率的植入式电极，实现对单个肌纤维、甚至神经末梢电活动信号的精准采集，分辨率达到细胞级别；同时，利用人工智能、大数据技术优化信号分析算法，实现对超精细化肌电信号的快速、准确解析，提取更丰富、更深入的神经肌肉系统电活动特征，为神经肌肉系统的微观机制研究、高端人机交互设备的精准控制提供更精准的数据支撑。
6.3 两类系统的技术融合趋势
除各自的发展方向外，表面肌电系统与侵入式肌电系统还存在技术融合的发展趋势，即结合两类系统的技术优势，研发兼具无创性、高精度、高分辨率的新型肌电系统，打破二者的技术边界，拓展肌电技术的应用场景。
例如，研发 “表面 - 植入复合式肌电系统”，在皮肤表面布置表面电极，同时在深层肌肉中植入微型化、微创化的植入电极，表面电极实现对肌肉群整体电活动的无创监测，植入电极实现对深层肌肉局部电活动的精准监测，二者协同工作，实现对肌肉电活动的全方位、多尺度监测，既具备表面肌电系统的无创性与动态监测能力，又具备侵入式肌电系统的高精度与高分辨率，适用于神经肌肉疾病的综合诊断、运动科学的精细化研究等场景。
同时，两类系统的信号处理算法也存在融合趋势，将侵入式肌电系统的精细化信号分析算法应用于表面肌电系统，利用侵入式肌电系统的精准数据训练表面肌电系统的人工智能算法，提升表面肌电系统的信号解析能力；反之，将表面肌电系统的抗干扰、动态监测算法应用于侵入式肌电系统，提升侵入式肌电系统的动态监测能力与抗干扰能力。
6.4 发展趋势的综合对比总结
表面肌电系统的发展趋势围绕 “补短板、拓场景、大众化” 展开，核心是通过技术创新提升信号性能，实现设备的便携化、智能化与可穿戴化，推动肌电技术向大众健康、消费电子等领域普及，进一步扩大其应用范围；其发展更注重技术的实用性、普及性与用户体验，契合市场的大众化需求。
侵入式肌电系统的发展趋势围绕 “降风险、提性能、专业化” 展开，核心是通过技术创新降低有创性，提升生物相容性与植入稳定性，实现设备的无线化、微型化与信号采集的超精细化，进一步提升其专业应用价值；其发展更注重技术的精准性、精细化与专业性，契合专业领域的高端需求。
同时，两类系统的技术融合趋势将成为肌电技术发展的重要方向，结合二者的技术优势研发的新型肌电系统，将打破传统肌电系统的技术边界，实现无创性与高精度的统一，为肌电技术的应用开辟新的方向，推动肌电技术向更高水平、更广泛领域发展。
关注公众号
