下肢运动控制新指标：圆轨迹腿动变异性与足偏侧性和姿势稳定性的关联研究

《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》：Variability of circular leg movements is related to footedness and postural stability

本研究针对下肢控制能力量化方法匮乏的现状，创新性地利用智能手机加速度传感器评估15秒圆轨迹腿动变异性。研究发现该指标与单腿站立姿势稳定性（log(SA)和SV）显著相关，且变异性左右侧差异与Waterloo足偏侧问卷（WFQ-R）评分线性相关。加速度变异性测量具有优异的重测信度（ICC>0.80），为临床提供了一种便捷、可靠的下肢运动功能评估新方法。

　　

行走和平衡作为日常生活的基本活动，高度依赖下肢的运动控制能力。这种能力随着年龄增长逐渐衰退，成为老年人跌倒的重要风险因素，而跌倒又与全因死亡率显著相关。尽管下肢功能至关重要，临床和科研领域却长期缺乏能够精确定量下肢控制质量的评估工具。现有方法如Waterloo足偏侧问卷（WFQ-R）虽能评估行为学上的足部偏好，却无法反映每条腿的实际运动质量；脚部敲击测试仅关注速度而忽略运动精度；下肢灵活性测试则需专用设备，难以普及。因此，开发一种基于普及设备、能量化下肢运动质量的新评估方法迫在眉睫。

在此背景下，Atsushi Takagi和Naotoshi Abekawa在《IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering》上发表的研究，探索了一种基于智能手机加速度传感器的圆轨迹腿动变异性评估方法，旨在检验其是否与足偏侧性以及功能性姿势控制能力相关。该研究假设，主导腿的圆轨迹运动变异性会与单腿站立时更大的重心摇摆面积（Sway Area, SA）和摇摆速度（Sway Velocity, SV）正相关，即较差的动态控制会同时影响快速运动和姿势稳定性。同时，左右腿变异性差异应能反映WFQ-R问卷所评估的足偏侧性。

研究团队招募了25名健康参与者（中位年龄40岁）。主要技术方法包括：1）使用智能手机（Pixel 8a）绑于踝关节上方记录15秒、频率1.5 Hz的圆轨迹腿动三维加速度数据，通过主成分分析（PCA）分割运动周期，并采用改良Hausdorff距离（modified Hausdorff distance）量化相邻周期轨迹的形状差异，计算加速度变异性（acceleration variability）σ_LF和σ_RF；2）利用测力台（TF-6090）记录30秒单腿站立时的重心（Center of Pressure, COP）轨迹，计算95%置信椭圆面积（SA）和COP路径长度除以时间得到的平均速度（SV）作为姿势稳定性指标；3）使用WFQ-R问卷量化足偏侧性。数据分析采用线性回归、线性混合效应模型和组内相关系数（Intra-class Correlation Coefficient, ICC）评估信度。

A. Variability of circular movements

加速度变异性分析显示，左右腿的变异性σ_LF和σ_RF显著相关（r=0.78, p<0.001），表明个体双腿控制能力存在一致性。关键发现在于，左右腿变异性之差（σ_LF- σ_RF）与WFQ-R评分呈线性正相关（p=0.03），即越倾向于右利足的参与者，其右腿的加速度变异性越小（运动控制更优），直接验证了该评估方法对足偏侧性的敏感性。

B. Postural stability during one-legged stance

单腿站立测试表明，左右腿的log(SA)和SV均显著相关，说明个体姿势稳定性在双腿间具有共性。然而，左右腿SA或SV的差异与WFQ-R评分无显著关联，提示单腿站立姿势稳定性未能敏感反映足偏侧性。

C. Relationship between circular movement variability and postural stability

线性混合效应模型证实，圆轨迹加速度变异性与单腿站立的log(SA)（p=0.031）和SV（p=0.034）均存在显著正相关。无论是分腿分析还是双腿平均值分析，加速度变异性越大，姿势稳定性越差（SA和SV越大）。这明确揭示了动态圆轨迹运动控制能力与静态姿势控制能力之间的共享机制。

D. Reliability of acceleration variability, sway area, and sway velocity

信度分析显示，加速度变异性的单次测量ICC在非主导腿（NDF）和主导腿（DF）分别为0.84和0.80，平均测量ICC高达0.94和0.92，信度等级为“好”到“优秀”。相比之下，log(SA)和SV的信度（ICC范围0.48-0.72）仅为“差”到“中等”，表明圆轨迹变异性评估是最稳定可靠的测量指标。

研究结论与讨论部分强调，圆轨迹腿动变异性评估成功地将下肢运动控制质量量化与足偏侧性和功能性姿势稳定性联系起来。其卓越的信度可能源于该任务主要依赖髋关节运动且在外部节拍下进行，减少了单腿站立所涉及的复杂感觉信息整合（视觉、前庭、本体感觉）带来的噪声。该评估方法的核心可能在于反映了肌肉激活时序控制的精度，这种时序控制缺陷会同时导致圆轨迹运动变异性的增大和姿势纠正过程中关节力矩输出的不准确，从而引发更大的姿势摇摆。

本研究的主要意义在于提供了一种廉价、便捷（仅需智能手机和15秒数据）、可靠的下肢运动功能临床评估工具。它能够敏感地捕捉到与足偏侧性相关的运动控制不对称性，而这种不对称性在复杂的单腿站立任务中难以显现。未来研究需要在更年长和强左利足人群中进行验证，并进一步探索其与皮层不对称性等神经生理机制的联系。尽管如此，该方法的鲁棒性使其极具潜力成为医生和治疗师快速量化患者下肢控制能力的实用工具。