Theia 3D无标记运动捕捉系统与标记式运动捕捉系统在全臂运动范围内肩关节运动学的对比研究

推荐：本研究针对无标记运动捕捉系统Theia 3D在肩关节运动学评估中的准确性不足问题，通过同步对比标记式运动捕捉系统，分析了20名健康受试者在全臂运动任务中的肩关节三维角度数据。结果显示，Theia 3D在冠状面测量（如外展角RMSD<6°）与金标准一致性较高，但横断面（外旋角RMSD 15.3°–22.3°）差异显著。该研究为临床肩关节功能评估提供了新技术验证，同时指出需进一步优化算法以适应多平面运动分析需求。

　　

肩关节作为人体活动度最大的关节，其动态稳定性主要依赖肩袖肌群，但每年每千人中有17.9例患者因肩部 musculoskeletal disorders（肌肉骨骼疾病）导致功能受限。目前临床常用Constant评分等主观量表评估肩功能，缺乏对运动特征（如速度、ROM）的客观量化。虽然标记式运动捕捉（marker-based motion capture）是当前金标准，但其耗时、操作依赖性强等缺点限制了临床应用。

瑞士巴塞尔大学生物医学工程系（Department of Biomedical Engineering, University of Basel）的Eleonora Croci团队在《Journal of Cancer Policy》发表研究，首次系统评估了Theia 3D无标记系统在全臂多平面运动中的性能。研究人员招募20名健康受试者（年龄27.1±1.9岁），同步采集标记式（200Hz）与Theia 3D（100Hz）数据，分析 scaption（肩胛平面抬举）、屈曲、内外旋等6类动作的 humerothoracic angles（肱骨-胸廓角度）。关键技术包括：1）基于ISB指南的解剖标记放置；2）Butterworth滤波（6Hz截止频率）；3）X-Z-Y序列欧拉角计算；4）波形相似性采用CMC评估。

3.1 冠状面

外展角在两类系统间差异最小（RMSD<6°），CMC达0.997。但 flexion task（屈曲任务）中20%-80%阶段出现 markerless 数值偏低现象，反映算法对复合运动敏感性不足。

3.2 矢状面

屈曲角RMSD为8.1°-11.3°，但 external rotation（外旋）任务CMC仅0.439。值得注意的是，markerless系统在 abduction task（外展任务）低估ROM达11.1°，接近最小临床重要差异（MCID=12°）。

3.3 横断面

外旋角差异最显著（RMSD 15.3°-22.3°），但CMC仍保持0.793-0.967。90°外展位旋转时，markerless系统高估ROM达43.2°，可能与纵向旋转的视觉特征不明显有关。

讨论指出，Theia 3D在冠状面评估中已达到临床可用精度（差异<MCID），但横断面测量仍需改进。该研究首次揭示算法在运动极限位置的性能衰减，推测与训练数据缺乏极端体位样本有关。尽管存在局限，该系统在康复进度监控、运动表现评估中已显现应用潜力，特别是当重点关注外展角时。未来需通过增加多平面运动数据库优化算法，以推动无标记技术成为肩关节评估的新标准。