利用攀爬量化脑瘫儿童运动不对称性：一项探索攀力指数作为上肢功能评估新工具的可行性研究

本项前瞻性研究创新性地将传感器嵌入式攀岩墙与无标记运动捕捉技术相结合，定量分析偏瘫型脑瘫（CP）儿童在结构化与非结构化攀爬任务中的四肢发力模式。研究证实最大力量指数（Fmaxarm）能稳定区分患侧与健侧上肢（p≤0.023），尤其在高约束度任务中表现显著（p=0.002），为儿童康复评估提供了兼具生态效度与趣味性的客观量化工具。

　　

引言

脑性瘫痪（Cerebral Palsy, CP）作为儿童期最常见的躯体残疾性疾病，其运动功能障碍需持续干预以维持功能水平。偏瘫型CP患者表现为单侧肢体运动控制障碍，传统临床评估多依赖标准化量表，存在主观性强、生态效度不足等局限。近年来，适应性体育运动作为传统康复的补充形式受到关注，其中攀爬活动被证实可改善上下肢活动度、握力及姿势控制能力。本研究旨在探索基于力传感技术的攀岩游戏量化偏瘫型CP儿童运动不对称性的可行性。

方法

研究纳入8名7-11岁偏瘫型CP儿童（GMFCS I-II级），在特制攀岩墙进行连续3天的攀爬训练。岩墙中央区域嵌入10个三轴力传感器（采样频率80Hz），可测量抓握点的三维反作用力。通过同步视频记录与OpenPose无标记运动捕捉系统，将力信号与特定肢体动作关联。定义两个核心指标：最大力量指数（F_maxⁱ）和平均力量指数（F_meanⁱ），均以体重百分比标准化表达。

实验设计包含两种任务模式：第1、3天进行非结构化自由攀爬（以顶端恐龙造型握点为目标），第2天实施结构化游戏"拉握点"（要求双手同步拉动配对握点）。采用重复测量方差分析（ANOVA）评估指标对患侧与健侧肢体的区分能力。

数据预处理设置1kgf力阈值定义有效力事件，通过划定握点边界框实现力-肢体关联算法，最终生成每位受试者四肢的力时间序列数据集（共48组 quadruplets）。

结果

上肢最大力量指数（F_max^arm）在所有活动中均能显著区分患侧与健侧手臂（p=0.023），其中结构化任务表现最优（p=0.002）。平均力量指数（F_mean^arm）虽在自由攀爬中呈现差异（p=0.020），但受日期与重复次数交互效应影响，稳定性不足。下肢力量指标（F_max^leg与F_mean^leg）未显示显著差异，反映了下肢代偿策略或本身不对称程度较低的特性。

讨论

本研究证实传感器化攀岩环境可捕获偏瘫儿童上肢运动不对称性的定量信号。F_max^arm指标在结构化与非结构化任务中均表现稳健，其机制可能源于：①最大自主收缩能力直接反映神经肌肉控制功能；②结构化任务减少运动变异度，放大不对称信号。下肢指标的阴性结果提示需设计更针对性的单侧负重任务或结合可穿戴传感技术。

该技术的临床转化价值在于：①提供客观量化指标替代主观量表；②通过游戏化设计提升儿童参与度；③为康复进展提供纵向监测手段。研究局限性包括样本量较小、缺乏标准临床量表对照，以及OpenPose算法未进行正式精度验证。

结论

攀爬衍生的力传感指数特别是F_max^arm，可作为量化偏瘫型CP儿童上肢运动不对称性的有效工具。这种基于活动的评估方法兼具生态效度与测量精度，为开发融合治疗与评估的智能康复系统提供了技术基础。未来研究应聚焦于：①扩大样本验证指标敏感性；②探索与临床评估工具的相关性；③开发实时反馈系统以实现个性化康复指导。