利用SHAP揭示膝关节形态：通过可解释的AI技术推动个性化医疗的发展

《Kinésithérapie, la Revue》：Unveiling knee morphology with SHAP: shaping personalized medicine through explainable AI

个体化康复训练方案设计要点与实施路径

　　

摘要

背景

结合主观和客观测量方法对于理解髌股疼痛（PFP）患者的功能障碍以及指导适当的康复策略至关重要。本研究旨在探讨PFP女性与无症状女性在髋部和膝关节的客观功能、主观功能及神经肌肉控制之间的关系。

方法

研究共招募了30名PFP患者（平均年龄22.56 ± 4.21岁）和30名无症状女性（平均年龄21.10 ± 1.68岁）。首先收集了人体测量数据，并应用了前膝疼痛量表（AKPS）。随后通过四个测试评估了客观功能：下台阶、单腿椅起立、前跳和侧跳。第二天，在等速测力机上测量了膝关节伸肌、髋关节伸肌和髋关节外展肌的扭矩。实验方案包括膝关节以60°/秒的速度进行3次向心收缩，髋关节以30°/秒的速度进行3次向心收缩。统计分析采用独立t检验比较两组之间的变量差异，并使用皮尔逊相关系数（p < 0.05）进行显著性评估。

结果

PFP患者在膝关节和髋关节向心收缩时产生最大力量的能力存在缺陷（p < 0.05）。力量与TDT（扭矩发展速率）及功能表现之间存在中等程度的相关性。

结论

髋关节和膝关节产生肌肉力量和功率的能力不足会负面影响功能表现，因此在康复计划中应予以考虑。

引言

髌股疼痛（PFP）是一种常见的肌肉骨骼疾病，其特征是在负重活动（如蹲下和爬楼梯）时髌骨前部或周围区域出现疼痛[1,2]。该病在女性中更为普遍，影响了23%的成年女性和29%的青少年。疼痛的复发率极高，有报告指出症状持续时间为70%至90%，这导致生活质量下降和功能活动困难[3,4]。

通过问卷获得的自我报告的功能指标在临床实践中被广泛用作PFP治疗的评估工具和干预效果指标[5,6]。这些问卷反映了患者感知到的功能限制，但并不一定代表客观测量的实际功能表现[7]。鉴于主观和客观功能测量方法分别关注个人感知和物理表现，评估两者对于理解PFP患者的功能障碍以及制定适当的康复策略至关重要。

已有研究报道了无症状人群中髋关节和膝关节肌肉能力与客观功能测试表现之间的关系[8,9]。然而，在PFP患者中，神经肌肉控制变量与功能之间的关联尚不明确。Briani及其团队（2021年）分析了PFP女性的膝关节屈肌和伸肌的扭矩发展速率（TDR），仅发现膝关节屈肌与客观功能测试之间存在正相关[10]。Nunes及其团队（2019年）表明，髋关节肌肉能力下降与爬楼梯时间延长和前跳表现减弱有关[11]。Glaviano及其团队（2017年）报告了最大等长膝关节力量与主观功能之间的关联[12]。Ducatti及其团队（2021年）发现膝关节屈肌力量与单腿髋关节抬高测试表现之间存在中等程度的相关性[13]。Ferreira及其团队（2021年）指出PFP女性的髋关节和膝关节TDR降低，但未将其与功能表现联系起来[14]。

PFP患者在主观和客观功能方面均存在障碍[12,15]。尽管一些研究报道了膝关节/髋关节肌肉能力变量与功能之间的关联，但TDR在PFP女性客观和主观功能测试表现中的作用仍不明确。此外，Ferreira等人（2021年）和Nunes等人（2019年）的研究表明，PFP女性的髋关节TDR缺陷比力量缺陷更为显著，这突显了其在临床结果中的潜在重要性[11,14]。然而，PFP女性中髋关节TDR与客观和主观功能之间的关系尚未得到研究。

鉴于PFP患者的疼痛具有慢性性和复发性，有时可持续长达20年，并且TDR比扭矩更能预测功能表现，因此需要更多研究来更好地理解膝关节和髋关节TDR在PFP女性功能中的作用。因此，本研究的目的是比较PFP患者与无症状女性的客观和主观功能，比较PFP患者与无症状女性的髋关节和膝关节神经肌肉控制变量，并确定PFP患者中客观和主观功能与髋关节和膝关节神经肌肉控制之间的关系。我们假设PFP女性的髋关节和膝关节肌肉力量及TDR会低于无症状女性，且神经肌肉控制与PFP女性的客观和主观功能相关。

研究部分

研究对象

本研究纳入了18–35岁的活跃女性，根据国际体力活动问卷（IPAQ）确定其体力活动水平。PFP组的纳入标准包括在以下至少两项活动中出现前膝疼痛：爬楼梯/下楼梯、蹲下、跑步或跳跃。疼痛必须为隐匿性发作，持续至少4个月，并在视觉数字评分量表上至少评分为3分。排除标准

结果

表2显示了PFP组与对照组在客观和主观功能测试方面的差异。除侧跳测试外，所有变量均存在显著差异（p < 0.05）。

表3显示了PFP组与对照组在髋关节和膝关节扭矩及扭矩发展速率（RTD）方面的差异。所有分析变量在两组间均存在显著差异（p < 0.05）。

表4展示了各变量之间的相关性

讨论

研究结果表明，PFP患者在髋关节外展肌、髋关节伸肌和膝关节伸肌的最大向心力量及扭矩发展速率（TDR）方面低于无症状个体。这些神经肌肉缺陷与较差的客观功能表现和自我感知的功能受限相关。

本研究比较了PFP女性与无症状女性的客观功能测试表现，发现显著差异

结论

本研究表明，在PFP患者的康复计划中应同时关注力量和功率的缺陷。鉴于TDR与功能表现之间的强相关性，临床医生应优先考虑基于功率的训练策略，结合传统的强化练习以优化患者的治疗效果。

伦理批准

本研究遵循《赫尔辛基宣言》进行。方案获得了圣保罗州大学伦理委员会的批准（参考编号：5.690.291）。所有符合条件的参与者均签署了知情同意书。

作者贡献声明

Isabela Vitória Souza Araújo：撰写初稿、方法学设计、研究实施、数据分析、概念化。Thiago André Pereira Gon?ales：方法学设计、研究实施、数据分析。Vera Lucia Freitas Carvalho：方法学设计、研究实施、数据分析。Beatriz Signori Caetano：撰写初稿、方法学设计、研究实施、数据分析。Luisa Pereira Fernandes：方法学设计、研究实施、数据分析

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢圣保罗研究基金会（FAPESP）（项目编号2024/01298-8）和UNESP的机构科学启动奖学金（PIBIC）在研究过程中的支持。