基于 IMU 的运动学分析：助力神经肌肉疾病上肢运动功能精准评估

为解决传统评估局限，研究人员开展基于 IMU 系统评估上肢运动功能研究，发现相关指标与临床评分强相关，有重要意义。

　　在神经肌肉疾病（NMDs）的世界里，肌肉就像失去了指挥的士兵，逐渐变得无力。杜氏肌营养不良（Duchenne muscular dystrophy，DMD）和脊髓性肌萎缩症（Spinal muscular atrophy，SMA）这两种常见的神经肌肉疾病，更是让孩子们的肌肉在成长过程中遭遇重重困难。传统上，人们对下肢损伤关注较多，但随着医学的进步，新的治疗手段不断涌现，如何提升患者生活质量、保留上肢功能成为了新的焦点。这就迫切需要精准可靠的临床评估指标，来监测疾病进展、评估新疗法的效果。

以往，神经肌肉疾病的运动功能评估主要依赖观察者的主观判断，像 DMD 患者使用的上肢功能表现（Performance of Upper Limb，PUL）量表、SMA 患者使用的修订上肢模块（Revised Upper Limb Module，RULM）量表，虽然是评估的 “金标准”，但存在不少问题。它们容易受到医生主观因素的影响，对于一些缓慢进展疾病的细微运动功能变化不够敏感，而且评分系统也无法精确评估上肢运动学特征。在这样的背景下，巴塞罗那的研究人员决定另辟蹊径，开展了一项关于基于惯性测量单元（Inertial Measurement Units，IMU）系统评估上肢运动功能的研究，该研究成果发表在《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》上。

研究人员为了深入探究 IMU 系统的价值，进行了一系列关键操作。他们招募了 20 名 DMD 儿童、19 名 SMA 儿童和 11 名健康儿童，不过由于传感器技术问题，最终 17 名 DMD 儿童、15 名 SMA 儿童和 10 名健康儿童的数据纳入分析。研究使用了 7 个 Xsens DOT 传感器组成的 IMU 系统，将其放置在参与者的躯干、上臂、前臂和手部，以 60Hz 的频率采集数据。同时，研究人员采用了基于图片的校准方法，解决了传感器坐标系与身体节段坐标系校准的难题。在评估过程中，使用 PUL 2.0 和 RULM 量表进行功能评估，并通过建立节段生物力学模型计算上肢运动学参数。

研究结果令人眼前一亮。首先是运动学指标与临床评分的相关性方面，DMD 组中，额叶和横断面上的工作空间面积、工作空间体积以及肩肘曲线效率与 PUL 评分呈强相关，相关系数ρ分别达到 0.94、0.90、0.92 和 0.84 ；SMA 组中，额叶和横断面上的工作空间面积、工作空间体积与 RULM 评分也呈强相关，ρ分别为 0.78、0.81 和 0.81，肩肘曲线效率呈中等相关，ρ为 0.72 。

接着看不同疾病严重程度组间的差异，根据布鲁克（Brooke）评分将患者分为 A、B 两组（Brooke 评分≤2为 A 组，Brooke 评分>2为 B 组）。在 DMD 组中，健康组与 A 组、A 组与 B 组在起始项、分段记录和完整记录的额叶和横断面工作空间面积上都存在显著差异；SMA 组中，健康组、A 组和 B 组在起始项、N 项（将 500g 沙袋从膝盖拿到桌子或眼睛高度）、分段记录和完整记录的工作空间面积上也都有显著差异。这表明随着疾病严重程度增加，患者上肢运动功能明显下降。

再关注一下工作空间面积的细节，对每个项目单独评估时，起始项对总工作空间面积贡献最大。而且，DMD 和 SMA 组中，完整记录的工作空间面积都显著大于分段记录，这意味着临床评估可能低估了患者实际的运动范围。在健康组中，优势手和非优势手的工作空间面积存在差异，但在神经肌肉疾病儿童中这种差异不明显。

还有关节活动范围（Range of Motion，ROM）方面，总体上神经肌肉疾病儿童上肢关节 ROM 减小，但部分 A 组儿童的 ROM 高于健康儿童，这可能与他们的代偿运动有关。比如在起始项中，能外展手臂的儿童和不能外展手臂的儿童，其肩肘 ROM 有明显区别。

综合来看，该研究表明基于 IMU 的系统能够准确、定量地评估神经肌肉疾病儿童的上肢运动功能。运动学指标与临床评分密切相关，能反映疾病进展过程中的运动功能受损情况。工作空间面积、体积等指标在区分疾病严重程度方面表现出色，为临床评估提供了更多有价值的信息。不过研究也存在一些不足，如样本量有待扩大、运动学模型可进一步完善等。未来，需要更多研究来验证这些结果，并探索该系统在家庭监测等实际场景中的应用，为神经肌肉疾病的早期干预和治疗提供更有力的支持。