可穿戴运动传感器在膝关节活动范围测量中的有效性和可靠性

《Fisioterapia》：Validity and reliability of wearable motion sensors in knee joint range of motion measurement

膝关节活动范围的可穿戴惯性传感器效度可靠性研究，采用MetaMotionRL和数字goniometer对比70名健康学生膝关节ROM测量，结果显示两种方法ICC值均超过0.95且具有显著相关性（p<0.05），证实可穿戴IMU传感器在膝关节ROM测量中的有效性及重复性。

　　

A. Ko?ak | A. ?etinkaya | M.G. Yavuzer

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摘要

目的 关节活动范围（ROM）是决定肌肉骨骼系统功能的重要因素之一。这一参数必须能够通过准确且可重复的方法进行测量和记录。本研究的目的是检验一种可穿戴运动传感器（即惯性测量单元IMU传感器）在测量膝关节主动屈曲角度方面的有效性和可靠性。

方法 本研究是一项观察性验证研究，共纳入了70名年龄在18至25岁之间的健康科学系学生。参与者的膝关节活动范围由两名评估者使用数字量角器（Meloq EasyAngle）和可穿戴运动传感器（MetaMotionRL）进行测量。

结果 共有70名参与者（40名女性，30名男性），平均年龄为21.03±1.34岁。评估者间的一致性（ICC）为0.959，评估者内部的一致性（ICC）为0.961。Meloq EasyAngle和MetaMotionRL运动传感器的测量结果之间存在极好的相关性（ICC：0.934，95%置信区间[0.894–0.959]）。此外，使用数字量角器测量的膝关节活动范围与使用可穿戴运动传感器测量的活动范围之间也存在显著相关性（p<0.05）。

结论 研究结果表明，MetaMotionRL这种可穿戴运动传感器是测量膝关节活动范围的可靠方法。使用IMU运动传感器对于在评估和康复干预过程中监测和优化下肢运动学具有重要意义。

引言 通过观察和评估日常活动中的主要关节的机械和生理特性，可以获取有关各种肌肉骨骼疾病发生和发展情况的信息。膝关节是人体中对于活动能力最为关键的关节。 在某些临床群体中，如全膝关节置换术后恢复的患者和骨关节炎患者，膝关节活动范围（ROM）是评估干预措施效果及疾病或康复进展的关键指标。许多研究探讨了膝关节活动范围不足与膝关节骨关节炎严重程度之间的关系（通过Kellgren-Lawrence放射学评分进行衡量）。在临床环境中，通常使用传统的手持式量角器来测量膝关节活动范围。然而，手持式量角器的准确性和重复性较差，并且需要评估者手动触诊骨骼解剖结构。其他评估方法包括数字量角器、从照片中测量关节角度以及智能手机应用程序。近年来，可穿戴运动传感器在相关研究中逐渐受到关注。尽管现有证据表明可穿戴运动传感器在膝关节应用方面的有效性较高，但仍需更多研究来进一步验证。在评估术后早期身体功能时，可穿戴运动传感器结合患者自我报告的结果和基于表现的结果评估方法对于早期识别功能不佳的患者及优化康复策略至关重要。惯性测量单元（IMU）作为可穿戴运动传感器，为社区中的远程患者监测提供了理想方案。本研究使用的MetaMotionRL传感器在实用性、便携性和准确性方面具有诸多优势。与传统测量工具相比，这些可穿戴传感器无需过多培训即可使用，并且能够持续收集数据并即时进行测量，从而获得更准确、更可靠的结果。此外，传感器的便携性以及数据在数字环境中的易于存储和共享特性，以及高效的数据管理能力也使其具有优势。本研究的目的是检验MetaMotionRL可穿戴运动传感器在测量膝关节屈曲角度方面的有效性和可靠性。

方法部分 本研究遵循STARD（诊断准确性研究报告标准）指南设计。研究于2021年12月至2022年4月期间进行，获得了Hali?大学非干预性临床研究伦理委员会的批准（批准编号173/01.12.2021），并在Clinicaltrials.gov网站上注册（注册编号NCT06537830）。所有作者对研究内容承担伦理责任。

结果部分 参与者的平均年龄为21.03±1.34岁；身高为170.24±10.98厘米；体重为67.63±17.05千克；体质指数为23.01±3.64千克/平方米。其中42.9%（30名男性）和57.1%（40名女性）为右膝主导型，14.3%（10名女性）为左膝主导型（见表1）。评估者I使用MetaMotionRL传感器进行两次测量的结果之间无统计学差异（p>0.05）。

讨论 本研究旨在确定MetaMotionRL设备在测量健康个体膝关节活动范围方面的有效性和可靠性。研究结果表明，MetaMotionRL设备是一种可靠的测量方法，其测量结果与数字量角器的测量结果高度相关。此外，该设备的测量结果与膝关节主动活动范围之间存在显著相关性。

结论 本研究得出结论：易于使用且价格低廉的IMU传感器是测量膝关节活动范围的可靠方法。在评估和康复干预过程中，使用IMU运动传感器对于监测和优化下肢运动学具有重要意义。

作者贡献 A.K.负责研究设计、实施评估、数据解读、手稿撰写及研究的最终审批。 A.?.负责研究设计、数据分析、数据解读、手稿撰写及研究的最终审批。 M.G.Y.负责研究设计、数据分析、数据解读、手稿撰写、手稿的严格审阅及研究的最终审批。

资金支持 本研究未获得任何资金支持。

利益冲突 作者声明不存在任何利益冲突。