《Journal of Biomechanics》：Gait biomechanics change during pregnancy and postpartum measured using markerless motion capture
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摘要百分之六十五的孕妇会经历下肢肌肉骨骼疼痛，百分之二十七的孕妇在孕期会跌倒。激素和肌肉骨骼变化（如体重增加和姿势调整）所导致的代偿性步态生物力学变化，可能会增加孕期疼痛和跌倒的风险。利用无标记动作捕捉来量化这些独特的生物力学特征，将有助于我们更深入地了解整个孕期发生的肌肉骨
摘要
百分之六十五的孕妇会经历下肢肌肉骨骼疼痛，百分之二十七的孕妇在孕期会跌倒。激素和肌肉骨骼变化（如体重增加和姿势调整）所导致的代偿性步态生物力学变化，可能会增加孕期疼痛和跌倒的风险。利用无标记动作捕捉来量化这些独特的生物力学特征，将有助于我们更深入地了解整个孕期发生的肌肉骨骼变化，并帮助临床医生管理此类风险。我们使用无标记系统对46名孕妇患者在早孕期（12周）、晚孕期（36周）和产后进行了步态生物力学测量，同时也对非孕对照组进行了测量。无标记系统在非孕队列中表现出中等的跨会话重复性，在非孕和晚孕队列中表现出中等的会话内重复性。无标记系统还在10名晚孕参与者的髋关节、膝关节和踝关节处显示出与标记基系统的高度一致性。我们比较了孕12周和36周之间（n = 40）以及孕12周和产后会话之间（n = 40）的步态运动学、动力学和时空参数。髋关节屈曲、摆动相膝关节屈曲、踝关节背屈和跖屈以及步幅宽度均有所增加，而髋关节内收和支撑相膝关节屈曲则从孕12周减少至36周和产后。骨盆前倾在36周时增加但产后恢复。膝关节伸展力矩减少，踝关节跖屈力矩和髋关节外展力矩在36周时增加并于产后恢复。这些生物力学改变可能反映了姿势调整、体重增加、韧带松弛或代偿性动作的影响，以提高安全性和舒适度。
引言
肌肉骨骼疼痛是孕期的常见症状，会导致焦虑增加和生活质量下降（Vignato等，2021）。百分之六十五的孕妇报告经历涉及髋、膝和足/踝的下肢肌肉骨骼疼痛（Vullo等，1996）。此外，孕期跌倒十分普遍，影响百分之二十七的女性，其中百分之二十需要就医（Dunning等，2010）。由于下肢疼痛和跌倒都会增加围产期并发症的风险，这些因素应在整个孕期进行调查并定期管理（el Kady等，2004；Vignato等，2021）。
疼痛和跌倒的风险可能会因孕期激素、肌肉骨骼和生物力学的变化而升高，在此期间生殖激素发生显著变化、体重增加和姿势调整十分常见（Gain，2014；Okanishi等，2012；Petraglia等，2022）。具体来说，孕妇体重增加约百分之二十，这会增加下肢关节内的力和应力，导致代偿性姿势调整（Ritchie，2003）。与此同时，生殖激素水平升高会改变软组织力学特性（Fitzgerald等，2015；Kristiansson等，1996；Petraglia等，2022）。例如，生殖激素松弛素通过减少前交叉韧带的总胶原含量和组织结构来增加其松弛度（Dragoo等，2003；Dragoo等，2009；Dumas和Reid，1997）。综上所述，孕期这些肌肉骨骼变化可能会持续影响行走等日常活动中的运动学和动力学特征。然而，在孕期监测步态生物力学的纵向变化对临床医生来说仍然是一个实际挑战，而它们与跌倒和疼痛的关系尚未完全阐明。
无标记动作捕捉利用深度学习技术直接从视频图像中估计人体运动，无需使用标记。此前的研究表明，无标记动作捕捉在参与者每次到访穿着不同便服的情况下，具有优异的跨会话重复性（Augustine等，2025；Keller等，2022）。此外，我们之前的研究表明，商业化的无标记动作捕捉系统估计下肢运动学和动力学特征时，与非孕成人的标记基动作捕捉具有高度一致性（Song等，2023）。据我们所知，目前尚无研究使用无标记系统来评估孕妇人群的步态生物力学。
过去的研究发现孕期行走过程中骨盆、髋、膝和踝的运动学和动力学特征发生改变（Bagwell等，2020；Branco等，2016b；Branco等，2016a；Catena等，2020；Forczek等，2020a；Foti等，2000a；Li等，2023；McCrory等，2014；Mei等，2018），然而这些发现之间缺乏一致性（Aguiar等，2015；Bagwell等，2020；Li等，2023；Music等，2023；Wu等，2004）。测量时空参数的研究通常报告步幅宽度增加（Abedzadehzavareh和Catena，2025；Bertuit等，2015；Forczek等，2019；Forczek和Staszkiewicz，2012；Gilleard，2013），然而其他研究发现步幅宽度或步长和步速等类似时空参数无显著差异（M. Branco等，2013；Christensen等，2019；Krkeljas，2018）。此外，先前的研究指出产后步态可能与非孕女性相比仍存在踝、膝和髋的改变（Bagwell等，2020；Branco等，2016a；Forczek和Staszkiewicz，2012）。过去发现的不一致可能归因于孕妇患者中存在的协变量（Catena和Wolcott，2021），以及标记基步态分析在该人群中的实际困难。例如，在该人群中放置骨盆标记和追踪皮下骨运动可能特别困难（Della Croce等，2005；Leardini等，2005）。消除标记的必要性还可以减少研究准备时间，缩短会话时长，并取消服装要求以提高招募率并增加研究样本量。这些更大的样本量对于解决现有文献之间的差异和全面评估孕期的相关协变量至关重要。
本研究的目标是双重的：1）评估无标记动作捕捉的重复性及其在孕期的有效性，以及2）调查孕期和产后步态运动学、动力学和时空参数的纵向变化。我们假设无标记动作捕捉将具有高重复性，并与标记基方法进行比较时表现良好。基于既往文献，我们还假设从早孕到晚孕，骨盆前倾、髋关节屈曲、膝关节屈曲和步幅宽度将增加，而跖屈力矩和足趾离地间隙将减少。此外，我们假设这些变化在产后仍会持续，但考虑到向孕前水平回归的趋势，其效应量将更小。
章节摘要
研究参与者
我们从宾夕法尼亚大学医学院妇产科招募了46名孕妇患者。研究参与者在孕12周（P1）、孕36周（P3）以及产后12周（PP）完成了实验室评估。由于早产和日程冲突，我们遇到了未按时到访的情况（共12例，其中P3阶段6例，PP阶段6例），这在人群中是可以预期的。为最大限度地减少未按时到访的影响，我们评估了完成12周和36周会话的参与者（P1/P3，n = 40），并单独……
无标记与标记基动作捕捉验证
我们比较了两个动作捕捉系统之间的右腿关节角度和力矩，发现在孕晚期测量时髋、膝和踝关节之间具有优异的波形相关性（r > 0.89），均方根误差（RMSE）较小，归一化均方根误差百分比（NRMSE% < 20%）较低（表2，图1B-I）。骨盆前后角度显示出较大的RMSE和NRMSE%值（RMSE = 3.24°，NRMSE% = 110%），两个系统之间的波形相关性较低……
讨论
在本研究中，我们旨在评估无标记动作捕捉的重复性及其在孕期的有效性，并调查孕期和产后步态运动学、动力学和时空参数的纵向变化。我们假设无标记动作捕捉将具有高重复性，并与标记基方法进行比较时表现良好。我们的发现部分支持了这一假设，我们发现在所有测量中……
结论
在本研究中，我们证明无标记动作捕捉具有中等的跨会话重复性和中等到优异的会话内重复性。我们还发现无标记动作捕捉在孕晚期与标记基方法在髋、膝和踝关节处的比较表现良好。这些结果鼓励在该人群中使用无标记动作捕捉，以避免准备时间、减少研究负担并提高招募率，以改善……
作者贡献声明
Michelle Meyers：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，正式分析，数据整理，概念化。Ke Song：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，验证，指导，正式分析。Afua Nkansah-Andoh：撰写——审阅与编辑，正式分析，数据整理。Devyn Russo：撰写——审阅与编辑，项目管理，数据整理。Max Zawel：撰写——审阅与编辑，项目管理，数据整理。
利益冲突声明
作者声明以下财务利益/个人关系，可能被视为潜在的利益冲突：Josh R. Baxter报告获得了美国骨科足踝学会的财务支持。Josh R. Baxter报告获得了Ruth Jackson骨科学会的财务支持。Casey Jo Humbyrd报告获得了美国骨科足踝学会的财务支持。Casey Jo Humbyrd报告获得了Ruth……
致谢
我们要感谢迪雷克塞尔大学的合作学生James Virtucio、Jen Agli、Kamdi Okeke、Payton Huber和Brian Alvin，他们协助收集了本研究的低量。本研究获得了美国骨科足踝学会的资助，资金来自骨科足踝基金会。还获得了Ruth Jackson骨科学会和强生生物材料的资助。
Michelle Meyers|Ke Song|Afua Nkansah-Andoh|Devyn Russo|Max Zawel|Michelle Kwon|Douglas E Schaubel|Celeste Durnwald|Casey Jo Humbyrd|Josh R. Baxter
