基于智能手机传感器的下肢关节活动度应用程序的效标效度与方法间信度：面对面评估与远程评估

《Sensors》：Criterion Validity and Inter-Method Reliability of a Smartphone Sensor-Based Application for Lower-Limb Range of Motion: In-Person vs. Tele-Assessment Rehab Aljuhni, Zainab Aldarwish and Shroug Almutairi

　　

远程康复（telerehabilitation）的应用日益增多，这加强了对经过验证的、能够精确捕捉关节活动度（Range of Motion, ROM）的智能手机传感器工具的需求。本研究检验了在面对面评估中，PhysioMaster应用程序与通用量角器（universal goniometer）相比的效标效度（criterion validity），并评估了面对面与在线PhysioMaster测量之间的方法间信度（inter-method reliability）。三十名健康年轻成年人使用两种方法接受了标准化的髋、膝、踝关节活动度测试。多数关节的效标效度有限，仅踝关节跖屈（ankle plantarflexion）表现出最高的效度，背屈（dorsiflexion）显示出中等关联；相比之下，髋关节和膝关节活动度与量角器测量值的一致性较差。尽管绝对一致性有限，但PhysioMaster在髋关节和膝关节活动度方面显示出中等到良好的方法间信度，表明评估模式间的一致性。这些发现提示，虽然PhysioMaster可能无法直接替代面对面量角测量，但它作为远程追踪关节活动度变化的一致性工具具有潜力，尤其适用于髋关节和膝关节运动。该应用程序可支持远程康复（telerehabilitation）背景下需要重复、标准化评估的远程肌肉骨骼监测。

**论文解读：基于智能手机传感器的PhysioMaster应用程序在下肢关节活动度评估中的效标效度与方法间信度研究**

**研究背景与问题**
关节活动度（Range of Motion, ROM）评估是肌肉骨骼诊疗的核心环节，用于辅助诊断、判断预后和监测康复进展。传统上，通用量角器（universal goniometer）是临床金标准，但其依赖手动对齐、操作者技能及面对面评估，限制了可扩展性。对于因活动受限、疾病严重或交通障碍而难以定期就诊的患者，这一模式常导致康复延误。数字健康与移动传感技术的进步，使通过智能手机内置惯性传感器（如陀螺仪、加速度计）进行ROM量化成为可能，这些工具具有成本低、便携、可重复测量等优势，并能减少操作者依赖性变异。远程康复（telerehabilitation）的快速发展进一步验证了远程评估模型的可行性，但现有研究多集中于脊柱或上肢关节，对下肢关节的系统性评估较少，且缺乏对面对面与远程评估条件间一致性的比较。PhysioMaster应用程序是一款免费、公开的传感器工具，利用标准智能手机的惯性测量单元（inertial measurement unit, IMU）量化ROM，无需外部硬件。先前研究已证实其在颈椎ROM和膝关节伸展评估中的有效性与可靠性，但在全面下肢ROM测量，尤其是跨面对面与远程场景下的表现尚不明确。因此，研究人员开展本研究，以检验PhysioMaster在下肢关节ROM测量中的效标效度（与量角器比较）和面对面与远程评估间的方法间信度，为远程肌肉骨骼评估提供可及、可扩展的数字化工具证据。论文发表在《Sensors》。

**关键技术方法**
本研究采用两阶段重复测量设计。阶段一为面对面实验室评估，在沙特阿拉伯麦加大学物理治疗实验室进行，30名健康年轻成年人（10男20女，平均年龄20.8±2.1岁，均为右腿优势）参与。使用标准量角器与PhysioMaster应用程序（TrinusLab, PhysioMaster, ver. 2.50, App Store, 2025, Omi?alj, Croatia）分别测量优势腿的髋、膝、踝关节ROM（包括屈曲、伸展、背屈、跖屈）。阶段二为远程评估，参与者在家中使用PhysioMaster应用程序，通过Google Meet实时视频会议平台由研究人员指导，确保智能手机放置与运动质量。所有测量重复两次。统计方法包括组内相关系数（Intraclass Correlation Coefficient, ICC）、Spearman秩相关系数（ρ）及Bland-Altman图，用于评估一致性与可靠性。样本量通过G*Power软件计算，设定中等关联（ρ=0.50）、目标ICC=0.75、α=0.05、功效80%，考虑10%脱落率，共招募30人。

**研究结果**
**3.1 同时效度（量角器 vs. 传感器移动应用）**
通过ICC分析，仅踝关节跖屈表现出显著的中等一致性（ICC=0.76；95% CI: 0.51–0.89；p<0.001），其他关节的ICC值均较低或为负值（如踝关节背屈ICC=0.37，膝关节屈曲ICC=?0.23，膝关节伸展ICC=?0.018，髋关节屈曲ICC=?0.045，髋关节伸展ICC=0.097），表明一致性差。Spearman相关分析显示，踝关节跖屈的ρ=0.64（p<0.001），呈中等强度关联；其他关节的ρ值均较弱且不显著（如踝关节背屈ρ=0.24，膝关节屈曲ρ=0.08等）。Bland-Altman图进一步证实，踝关节跖屈的差异分散较小，而其他关节的95%一致性界限（Limits of Agreement, LOA）较宽，个体水平变异大。

**3.2 方法间信度（面对面 vs. 远程应用）**
PhysioMaster在面对面与远程评估间表现出中等到良好的信度：髋关节屈曲（ICC=0.81；95% CI: 0.61–0.91；p<0.001）和膝关节屈曲（ICC=0.76；95% CI: 0.50–0.89；p<0.001）为良好；髋关节伸展（ICC=0.67；95% CI: 0.31–0.85；p=0.002）和踝关节跖屈（ICC=0.61；95% CI: 0.17–0.82；p=0.008）为中等；膝关节伸展（ICC=0.41）和踝关节背屈（ICC=0.14）信度差且不显著。Spearman相关分析显示，髋关节屈曲（ρ=0.67, p<0.001）为强关联，髋关节伸展（ρ=0.58）、膝关节屈曲（ρ=0.46）和踝关节跖屈（ρ=0.44）为中等关联，膝关节伸展和踝关节背屈的ρ值弱且不显著。Bland-Altman图显示所有关节的LOA均较宽，其中膝关节伸展和踝关节背屈的差异离散度相对更大。

**总结与讨论**
讨论部分指出，本研究结果揭示了PhysioMaster的测量表现存在关节依赖性变异。效标效度方面，仅踝关节跖屈与量角器一致性最强，这可能归因于该关节解剖结构简单、软组织伪影少、活动度较大，便于惯性传感器捕捉。髋、膝关节的弱一致性表明，这些关节的复杂解剖与较大软组织覆盖可能影响传感器对齐精度。方法间信度方面，髋关节屈曲、伸展、膝关节屈曲及踝关节跖屈表现出中等到良好一致性，而膝关节伸展和踝关节背屈信度较差，提示较小活动度或视觉终点不明确的运动更易受用户操作和环境差异影响。Bland-Altman分析显示平均偏倚较小，但LOA较宽，表明个体水平变异大，限制了PhysioMaster与量角器之间的可互换性。因此，在临床决策中，远程评估更适合追踪趋势而非单次阈值判断。研究局限性包括样本为健康年轻成年人、仅评估优势腿、未控制智能手机型号及环境因素，以及缺乏评分者间和评分者内信度分析。未来研究应纳入临床人群、扩展信度分析，并优化传感器放置标准化与自动化引导系统。

**研究结论翻译**
PhysioMaster应用程序在下肢关节活动度评估中表现出运动依赖性性能，对踝关节跖屈的效标效度最强。方法间信度在髋关节屈曲、髋关节伸展、膝关节屈曲和踝关节跖屈等选定运动中为中等。这些发现表明，PhysioMaster有潜力作为远程监测关节活动度的辅助工具，尤其适用于活动弧较大或解剖标志明确的运动。然而，所有关节均观察到较宽的一致性界限，表明个体水平变异显著，限制了PhysioMaster测量与传统量角器评估在精确个体评价中的可互换性。