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与腰痛相关的生物力学变化：康复中运动模式评估与治疗效果评价的创新工具

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DOI：

10.3791/67006

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2024年12月13日

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1Physical and Rehabilitative Medicine, Department of Health Sciences, the University of Eastern Piedmont "A. Avogadro", 2Sport Education Team - Medical Rehabilitation and Sport Performance Center, 3Department of Scientific Research, Campus LUdeS, Off-Campus Semmelweis University of Budapest, 4Physical and Rehabilitative Medicine, Department of Medical and Surgical Sciences, University of Catanzaro "Magna Graecia", 5Research Center on Musculoskeletal Health, MusculoSkeletalHealth@UMG, University of Catanzaro "Magna Graecia", 6Dipartimento Attività Integrate Ricerca e Innovazione (DAIRI), Translational Medicine, Azienda Ospedaliera SS. Antonio e Biagio e Cesare Arrigo

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

本研究展示了创新工具在评估和治疗下背痛（LBP）患者生物力学改变中的作用。三名下背痛患者在评估后表现出疼痛强度减轻和功能独立性提高。该技术有助于制定个体化康复策略，为下背痛生物力学提供深入见解，从而实现个性化干预。

摘要

下背痛（LBP）是一种高度常见的疾病，常与生物力学改变相关。运动模式评估在LBP患者的康复管理中具有重要作用；然而，在常规临床环境中进行精确评估具有挑战性。因此，本研究旨在通过开发并应用一种名为CameraLab的创新评估工具，来评估与LBP相关的生物力学改变。本研究采用视频分析系统对LBP患者进行评估。该运动模式评估工具包含一个触摸屏界面和四台高速摄像机，可在运动评估期间实现实时数据采集。摄像机捕捉动态运动，有助于对运动功能进行系统分析。通过视频分析软件应用程序实现精确的角度测量和关节追踪。对三名LBP患者进行了评估，结果显示其在疼痛强度、功能独立性及整体健康状况方面均有改善。先进技术的整合突显了运动模式的改变，并有助于制定个体化的康复策略。本研究为精准康复提供了范式转变。这一创新方法为理解LBP相关的生物力学变化提供了有价值的见解，有助于临床医生深入认识该问题，并为LBP管理中有效且个性化的干预措施开辟了新路径。

引言

下背痛（LBP）是一种复杂且常见的肌肉骨骼疾病，严重影响身体功能和与健康相关的生活质量（HR-QoL）1,2。LBP 正成为一个日益严重的全球公共卫生问题，长期位居导致日常功能障碍和残疾的主要原因之列。根据2021年全球疾病负担（GBD）研究，LBP 的患病率正在上升，预计2020年全球患病人数接近6.19亿。该研究指出，LBP 在伤残寿命年数中占很大比例，主要见于45至64岁人群3。由于人口老龄化，未来几十年其患病率预计将进一步上升，而当前越来越多的研究正致力于探索改善该病症管理的创新方法4,5,6。2019年GBD分析进一步证实了这些发现，表明LBP在全球多个地区仍属高发疾病，对HR-QoL具有显著影响7。预测显示，若无有效干预措施，LBP 的患病率和疾病负担将持续增长，亟需采取全面的全球性策略以加强预防与管理3,7。

尽管最佳治疗策略通常基于下背痛（LBP）的精确病理生理机制，但已有多种治疗方法被提出，以应对这种致残性疾病的多方面管理8,9,10,11,12。世界卫生组织（WHO）康复指南为全球康复实践提供了全面的框架，强调其在慢性LBP管理中的关键作用13。这些指南强调需要对患者采取整合性与个体化的治疗方式，全面应对慢性疼痛管理中的生物-心理-社会因素。这需要多学科医疗专业人员协同合作，基于科学证据提供非手术干预措施，并根据每位患者的具体需求进行个性化调整。采取全面的方法对于减少临床管理的差异性、提高生活质量以及改善LBP患者的整体预后至关重要。该指南还强调了康复服务的可及性与公平性，确保干预措施在不同环境下均具有可行性与可接受性，从而支持全民健康覆盖，并促进全球公共卫生13。

在此背景下，值得注意的是，腰痛患者常表现出关键的生物力学改变，这些改变需要在康复治疗中被精准识别和处理14,15,16。这些改变可能包括脊柱力线异常17、肌肉失衡18、关节僵硬或过度活动19、异常的运动模式20、肌肉激活的不对称性12，以及受损的神经肌肉控制能力21,22。因此，识别并干预这些特定的生物力学异常对于个性化制定康复方案、针对腰痛的根本机制进行治疗，并促进最佳恢复效果至关重要23,24。

在此背景下，运动模式的评估方法可能包括运动惯性传感器、测力台、标准化观察测试以及定性观察标准25,26,27,28,29,30。运动惯性传感器虽然具有便携性和易用性，但其主要局限性在于数据的准确性和可靠性。其测量结果可能受到传感器漂移、方向误差和信号噪声的影响，从而导致运动分析的不准确29。此外，运动惯性传感器在准确评估复杂运动模式方面能力有限，尤其是在包含快速动作或方向变化的动态活动中20。测力台尽管在量化运动过程中地面反作用力和动力学参数方面具有价值，但在空间和时间分辨率方面存在局限性30。它们可能无法提供有关运动质量或运动学模式的详细信息，主要侧重于评估施加在地面上的力，而非运动模式本身30。另一方面，定性观察标准虽然有助于捕捉运动的定性特征，但缺乏标准化，不同观察者之间可能存在差异，标准化程度和可靠性不足27,28。有趣的是，van Dijk 等人最近的综述20强调，仅有特定的运动质量领域（如关节活动范围（ROM）和步态分析）能够通过客观方法在腰痛患者中得到有效评估，并且显著区别于普通人群。

因此，目前缺乏用于运动评估的客观且可量化的手段，且多种挑战仍影响着腰痛患者的干预和监测过程20。此外，将这些工具有效整合到常规临床实践中的障碍进一步加剧了有效应对腰痛状况的相关困难。

综上所述，这些证据表明，目前在用于评估功能性锻炼过程中动作质量的数字化仪器方面，仍存在显著的知识空白。此外，将精确的动作评估分析整合到康复过程中的意义尚未得到充分阐明。

因此，本文介绍了一项病例系列研究，引入了CameraLab系统——一种创新的数字化解决方案，可为腰痛（LBP）患者提供关于运动模式分析的客观数据。在某些情况下，X光等影像学检查对腰痛患者的康复指导意义有限。此时，通过动作捕捉进行功能评估可填补这一空白，为康复需求提供答案31。在本项病例系列研究中，我们展示了将这一创新评估工具有效整合到腰痛患者全面康复管理中的实践，强调该技术方案所获得的功能性与客观数据，有助于提升腰痛患者临床康复实践的精准性与有效性。

方案

在数据收集之前，所有纳入的患者均会收到一份知情同意书以供查阅和签署，确保其充分理解并同意参与本研究。研究人员在整个研究过程中保护患者的隐私，并严格遵守《赫尔辛基宣言》中规定的伦理原则32。

1. CameraLab 设置的组织架构

  1. 打开交互式显示器的触摸屏，该设备是视频分析系统的中央控制中心（详见图1），然后按下电源按钮。
  2. 根据图2中标注的距离，放置四台高速摄像机。
  3. 将四台摄像机连接至交互式显示器：将网线插入对应的接口。
  4. 启动摄像机界面以实时查看图像。单击“视频分析系统”图标以打开软件。

2. 初次患者访谈

  1. 提供知情同意书供受试者审阅并签署。
  2. 收集并记录人口统计学及人体测量学数据。
  3. 将患者置于视频分析系统的中心位置，按照图2所示距离，在距患者3 m处设置四台高速摄像机。

3. 根据现行指南使用功能性动作筛查（FMS）进行评估33,34

  1. 要求患者进行热身。
    1. 低强度骑行：要求患者踩踏踏板，同时调整座椅高度，以确保膝关节能够轻松达到0°伸展。调节阻力，以防止患者在持续12分钟的过程中出现疲劳。
    2. 下肢拉伸练习：要求患者仰卧。让患者双手抱住一侧大腿，将其贴近胸部。然后，每条腿完成3组，每组10次的膝关节伸展动作。
    3. 核心激活：指导患者从仰卧位开始，屈髋，双脚平放在地面上。要求患者完成15次髋部伸展，达到桥式姿势，共进行3组，每组间休息15秒。
  2. 根据FMS测试指南33,34，为患者实施FMS测试（关闭摄像头），包括深蹲、跨栏步、直线弓步、肩部灵活性、主动直腿抬高、躯干稳定性俯卧撑和旋转稳定性测试。

4. 系统采集

  1. 要求患者重复执行两次不同的动作，以熟悉测试的运动模式。随后，要求患者使用创新评估工具完成2次正式测试，并记录以下动作。
    1. 无手前蹲：指导患者采取起始姿势，双脚分开约与肩同宽，并在矢状面上对齐。让患者将双臂向前伸直，手臂上放置一根横杆。然后要求患者尽可能下蹲，同时保持躯干直立，脚跟和横杆位置固定。下蹲至最低点时保持1秒计数，然后返回起始位置。
    2. 下肢运动控制筛查（LB-MCS）（每侧分别进行）：指导患者采取起始姿势，双臂向前伸展，仅用待评估一侧的脚站立，对侧下肢保持膝关节伸直且脚部不接触地面。然后要求患者尽可能下蹲，同时保持躯干直立且支撑脚稳定在原位。下蹲至最低点时保持1秒计数，然后返回起始位置。
  2. 按下 Start 按钮开始记录。系统将开始采集数据，直至运动结束。
  3. 按下 Stop 按钮停止数据采集。系统会生成一个视频文件并存储在指定文件夹中。

5. 在交互式显示器上进行数据分析

  1. 在交互式显示器上创建患者的文件夹以保存录制的视频：右键单击桌面打开桌面菜单，选择新建文件夹，输入新文件夹的名称，然后按回车键。
  2. 打开所选视频（前蹲无手支撑动作，以及右侧和左侧的LB-MCS）。
    1. 对于前蹲无手支撑测试，请执行步骤5.2.1.1–5.2.1.8。
      1. 从侧视图视频中选择下蹲至最低点时的帧画面。
      2. 通过双击Own图标启动视频标注工具以进行图像分析。
      3. 将该帧插入报告中。
      4. 通过触控交互式显示器，在侧视图帧中标记关节（肩、髋、膝和踝），并绘制肢体与躯干轴线的骨骼结构（见图4）。视频标注工具将自动给出目标角度（髋关节和膝关节角度）。
      5. 根据评分标准（见表1）进行评分，具体见步骤5.2.1.6–5.2.1.7。
      6. 下肢控制评分：若髋-足轴线未与髌骨对齐且膝关节位于髋-足轴线内侧，则评分为0；若髋-足轴线在髌骨外侧对齐，则评分为1；若髋-足轴线在髌骨内侧对齐，则评分为2。
      7. 运动策略评分：若主动膝关节屈曲＞110°且髋关节屈曲＞100°，则评分为0；若主动膝关节屈曲＞110°或髋关节屈曲＞100°，则评分为1；若主动膝关节屈曲≤110°且髋关节屈曲≤100°，则评分为2。
      8. 将下肢控制评分与运动策略评分相加，计算总行得分。
    2. 对于右侧和左侧的LB-MCS测试，请执行步骤5.2.2.1–5.2.2.11。
      1. 从侧视图和前视图视频中选择下蹲至最低点时的帧画面。
      2. 通过双击Own图标启动视频标注工具以进行图像分析。
      3. 将该帧插入报告中。
      4. 通过触控交互式显示器，在前视图帧中标记关节（躯干轴线、髋部以及着地侧的踝关节），并绘制肢体与躯干轴线的骨骼结构（见图5）。
      5. 通过触控交互式显示器，在侧视图帧中标记关节（肩、髋、膝和踝），并绘制肢体与躯干轴线的骨骼结构（见图5）。视频标注工具将自动给出目标角度（髋关节和膝关节角度）。
      6. 根据评分标准（见表1）进行评分，具体见步骤5.2.2.8–5.2.2.10。
      7. 下肢控制评分：若髋-足轴线未与髌骨对齐且膝关节位于髋-足轴线内侧，则评分为0；若髋-足轴线在髌骨外侧对齐，则评分为1；若髋-足轴线在髌骨内侧对齐，则评分为2。
      8. 骨盆倾斜评分：若骨盆角度相对于水平面倾斜≥15°，则评分为0；若骨盆角度倾斜介于10°–15°之间，则评分为1；若骨盆角度倾斜≤10°，则评分为2。
      9. 躯干控制评分：若脊柱节段偏离垂直面≥15°，则评分为0；若偏离角度介于10°–15°之间，则评分为1；若偏离角度≤10°，则评分为2。
      10. 运动策略评分：若主动膝关节屈曲＞110°且髋关节屈曲＞100°，则评分为0；若主动膝关节屈曲＞110°或髋关节屈曲＞100°，则评分为1；若主动膝关节屈曲≤110°且髋关节屈曲≤100°，则评分为2。
      11. 计算总行得分，即下肢控制评分、骨盆倾斜评分、躯干控制评分和运动策略评分之和。
  3. 处理相关指标，并将测试结果反馈给患者。

图1展示了该实验方案的示意图。

CameraLab 流程图；患者评估步骤；数据采集；FMS 评估方法。
图 1：实验方案的示意图。 本图展示了研究方案的逐步流程。请点击此处查看该图的放大版本。

结果

研究设计与伦理
本手稿遵循病例报告（CARE）结构和报告指南撰写，CARE 检查清单作为补充文件1提供。符合条件的受试者为年龄在18至60岁之间、患有下背痛（LBP）并接受物理治疗以改善病情的男性和女性，目标是恢复日常生活，摆脱持续不适和疼痛，从而能够正常完成日常生活活动（ADLs）。

纳入标准为：a) 各种类型的腰痛患者；b) 在数字评分量表（NRS）上放射性疼痛评分低于4/10；c) 已完成标准康复疗程，并因需进一步改善运动功能而被转诊接受后续康复治疗的患者；d) 患者能够完成深蹲动作，并能控制髋部铰链运动。排除标准为：a) 可能影响测试的躯体功能限制；b) 既往有椎体骨折史；c) 体重指数（BMI）≥30。

本前瞻性病例系列研究纳入了三名患者，由多学科团队进行评估，团队成员包括一名在物理与康复医学领域具有专业经验的医师，以及一名在腰痛管理方面拥有多年经验的物理治疗师。这些患者患有不同病因的腰痛，并在接受标准康复治疗方案后，使用视频分析系统及一系列标准评估指标进行评估，包括数字评分量表（NRS）35；12项短式健康调查量表（SF-12）36；Roland-Morris功能障碍问卷（RM）37；运动恐惧塔ampa量表（TSK）38。功能性动作筛查（FMS）测试最初为运动员开发，但可有效用于评估动作受限情况，并指导针对腰痛患者的物理治疗干预，尤其适用于脊柱侧弯或驼背姿势等状况的患者，凸显其在改善功能性动作能力、减轻疼痛症状以及促进整体健康方面的潜力。Alkhathami 等人的研究39指出，该工具能够区分腰痛患者与非患者。本研究作者最终指出，FMS测试可作为临床医师评估腰痛患者活动受限情况及动作质量的有用工具。此外，其他研究也报道了FMS测试与腰痛之间在评估身体功能方面的可能相关性40,41。

软件与硬件
用于评估和治疗生物力学改变的创新工具是一种专为全面运动分析设计的技术系统，由触摸屏界面和四个专为临床环境定制的高速摄像头组成。该系统通过为临床医生提供一种操作简便、便携且成本效益高的解决方案，克服了传统运动分析工具的局限性。

运动分析系统利用一套强大的软件工具，实现全面的运动分析42，专为临床环境量身定制。该运动模式评估工具是临床运动分析领域的突破性创新，提供了一种用户友好、便携且经济的解决方案，此前并无类似版本。与依赖复杂软件和专用硬件的现有系统不同，本文所述的评估工具简化了分析流程，使更广泛的临床医生能够便捷使用。

该套件包含三个关键组件：（i）Kinovea：运动分析，（ii）Synology Surveillance Station：高效视频管理，以及（iii）ApowerREC：屏幕录制与标注。

Kinovea 是生物力学与运动科学研究中广泛使用的视频分析软件。它能够进行关节角度评估，使临床医生能够精确测量和分析患者的运动情况。其界面结合了先进的关节追踪、测量和可视化功能，使其成为深入研究人体运动复杂性的理想工具。无论是在运动生物力学、临床评估还是研究环境中，该视频分析软件都有助于对关节角度和运动动态进行精确评估。在软件套件中，Kinovea 主要用于以下方面：（i）关节角度评估：在运动过程中精确测量各个关节的角度；（ii）运动模式分析：识别导致疼痛或不适的特定运动模式，并随时间推移监测治疗进展；（iii）患者反馈：向患者直观展示其运动模式，以增强其对康复过程的理解和参与度。

Synology Surveillance Station 是一款视频管理系统（VMS），可将 Synology 网络附加存储（NAS）设备转变为集中式监控解决方案。在该软件套件中，Surveillance Station 在管理由系统高速摄像机采集的视频方面发挥着关键作用。其功能包括：（i）实时监控：通过视频流实时观察评估过程中患者的动作。（ii）视频回放与分析：回放已录制的视频，以更全面地分析运动模式。（iii）用户管理与权限控制：由授权用户控制对视频及分析功能的访问权限。

ApowerREC 用于在分析过程中捕获并注释屏幕活动。其功能包括：（i）屏幕录制：以每秒10帧的频率捕获运动分析过程中的屏幕活动。（ii）注释功能：在录制的视频中添加注释、绘图和评论，以增强沟通与文档记录。（iii）录制内容共享：方便地将屏幕录制内容与同事或患者共享。综合而言，该软件套件为临床环境中的运动分析提供了一种潜在解决方案。

运动生物力学；动作分析装置；交互式显示；姿势与表现评估。
图2：患者运动分析的系统配置。该图展示了系统的装置，包括在进行运动分析时摄像头和患者的相对位置。请点击此处查看该图的放大版本。

硬件由交互式显示器组成，如图2所示。该显示器作为中央控制中心，在运动评估过程中实现交互与数据采集。四个高速摄像机（图2）是运动捕捉与分析系统的关键组成部分，其位置经过布置以捕捉实时动态运动。这些摄像机能够记录精确的运动序列，确保对患者运动功能进行全面检查。图3展示了运动分析系统设置的示意图。

静力平衡示意图；ΣF=0；带触摸屏的布局，间距3m；物理学教育概念。
图3：示意图。 实验装置的示意图，突出显示高速摄像机（C）的布置位置以及患者的初始位置（P）。C：高速摄像机；P：患者的起始位置。请点击此处查看该图的放大版本。

患者位于中心位置，周围战略性地布置了四台高速摄像机，距离患者3 m，以捕捉全面的视角。触摸屏界面作为控制中心，在评估过程中实现无缝交互和实时数据采集。该配置确保对动态运动进行完整且详细的记录，从而能够在临床环境中对运动功能进行全面分析，尤其适用于腰痛（LBP）等病症。

采用功能性动作筛查（FMS）进行评估
功能性动作筛查（FMS）是一种用于评估动作模式并识别身体功能障碍或运动表现受限的系统43。该系统包含一系列测试，旨在评估基本动作模式及左右不对称性，有助于预防损伤并优化运动表现43。尽管FMS并非针对腰痛（LBP）患者设计的特异性测试，但它是一种经过验证的工具，可用于评估个体的功能性动作能力。虽然FMS测试最初是为运动员开发的，但其对基本动作模式的关注可能同样适用于腰痛患者，因为动作模式的异常与疼痛程度及功能表现密切相关14,15,16。图4展示了FMS测试的更多细节，包括以数字和颜色表示的最终评分。

功能性动作筛查评分表；对活动度、稳定性的评估，含评分与评语。
图4：FMS测试数据采集示例。 本图展示了FMS测试过程中数据采集的一个示例，显示了测试的每一项具体内容。请点击此处查看该图的放大版本。

根据功能动作筛查（FMS）报告，绿色“交通信号灯”表示相关动作未对功能障碍的动作模式构成挑战。这些动作可在日常生活活动或训练中安全使用。黄色“交通信号灯”提示动作模式正确，但在两侧肢体之间存在不对称性，因此在训练计划制定中应谨慎使用。红色“交通信号灯”表明在执行这些动作模式时存在功能障碍，建议在训练计划中避免此类动作，因其不适用于训练方案43。最终评分所对应的色码对后续的训练计划制定具有重要意义（Table 2）。

在进行FMS测试期间，使用评估工具精确评估运动模式。测试在一块大型投影垫前进行，实时显示来自摄像头的图像。视频分析被认为是完成运动质量调查和评估运动执行策略的基础。

更详细地说，所评估的动作为以下内容：
前侧深蹲，无手部参与：首个通过视频分析的动作是采用前侧持杆方式的深蹲（双腿动作）。该动作用于评估受试者在无“过头”持杆限制条件下进行双腿深蹲动作的表现，而这种“过头”持杆限制曾用于FMS评估部分中的深蹲测试。选择该动作的原因在于，此类运动模式可追溯至多种日常行为，例如从地面拾取物体、从椅子或沙发坐下与站起等，因此了解并掌握受试者在日常生活中执行该动作的方式至关重要。具体而言，对该动作的分析包括两个主要评估标准：下肢控制能力（冠状面视角）以及所采用的运动策略（矢状面视角）。详见图5。

无手前深蹲动作分析，角度示意图，关注肢体控制、运动策略和健身技术。
图 5：无手前深蹲动作示例，从前方和侧面视角评估，并附相应评分结果。 该图展示了从前方和侧面视角评估的无手前深蹲动作，以及相应的动作质量评分。请点击此处查看此图的放大版本。

通过描绘足部中心与髂前上棘（ASIS）之间的轴线，评估下肢控制能力，以识别并量化膝关节动态膝外翻的存在。利用侧方摄像机图像进行的分析，考察了膝关节和髋关节产生的屈曲角度，判断所采用的动作策略是否正确且在量化上是否充分。

下肢运动控制测试（LB-MCS）：第二项和第三项测试为单腿深蹲（单侧下肢动作），每侧各进行一次。详见图6。对该动作的分析使我们能够评估受试者在单腿支撑状态下的行为表现。单腿运动模式的控制对于日常活动中动态动作具有重要意义，例如上下楼梯、跨越障碍、快速行走，甚至跑步——这些动作均涉及单腿支撑姿势的持续交替。

下肢运动控制评估、深蹲姿势角度、带评分表的示意图。
图6：从正面和侧面视角分析的下肢运动控制评分（MCS），以及相应的行评分。该图展示了从正面和侧面视角评估的下肢MCS动作，并给出了相应的动作质量评分。请点击此处查看此图的放大版本。

除了对下肢控制和运动策略进行分析外，该测试还可用于评估：1）通过分析双侧髂前上棘（ASIS）相对于水平面的倾斜角度，来评价骨盆控制能力；2）通过检查双侧髂前上棘中点与颈静脉切迹之间的倾斜角度，来评估躯干控制能力。

每个动作均进行三次独立评估，选择行得分最高者（见表1）纳入最终报告以计算总分。在下降至最低点时，从侧视和前视角度生成的视频中各提取一帧图像。

表1：CameraLab测试行评分标准。 本表概述了使用评估工具进行运动评估时所采用的评分标准，详细说明了相关参数及评分指标。 请点击此处下载该表格。

报告的最后一页提供了有关分析和结果的信息。同时还包含在训练计划期间通过重新学习运动模式训练或分析性训练来规划活动的建议。在训练计划中，重新学习运动模式训练重点强调认知、关联和自动化阶段，通过视觉生物反馈纠正功能障碍的动作；而在分析性训练中，则进行更高强度的负荷训练，以促进功能性动作的整体强化、柔韧性以及关节活动范围（ROM）的恢复。

运动模式再学习训练
通过“运动学习”的三个渐进阶段44，采用特定的再学习训练来纠正功能异常的运动模式。

认知阶段包括识别功能失调的运动模式，将完整的运动分解为较小的组成部分，并通过系统提供的不同形式反馈（包括视觉、空间和语言反馈）来纠正这些模式。

关联阶段：促进患者感知正确运动模式与功能障碍运动模式之间的差异，并实现自我纠正。操作者逐步减少视觉、语言和空间反馈，引导患者学习新的正确运动模式。

自动化阶段：患者在无任何视觉、空间或语言反馈的情况下，执行在路径内已研究、分析和纠正的基本动作，要求在出现功能失调姿态时进行自我纠正，并能够在双重任务情境或存在干扰因素和/或功能超负荷的情况下完成这些动作。

分析实验环节
它们被用于发展与条件性运动技能最为相似的各种练习，例如力量、柔韧性以及肌肉和心血管耐力。此类训练课程对于提高测试中的划船成绩和总分也至关重要，因为测试中分析的某些动作需要特定肌群具备一定的力量和柔韧性基础，例如臀肌、属于后侧动力链的腘绳肌，以及核心肌群如腹肌（腹横肌、腹直肌、腹斜肌等）。 背阔肌腰椎、内收肌等需要通过抗阻的分析性练习并结合渐进性超负荷来增强体能的部位。

确定采用何种策略的算法（表2），需结合考虑需重新学习运动模式的训练次数和分析性训练次数，具体取决于哪些FMS动作为红灯评级，以及哪些视频分析标准的评分≤1分。

表2：确定采用策略的算法。 本表展示了根据FMS动作评分和视频分析标准选择干预策略的决策算法，用于指导选择运动模式再学习训练还是分析性训练。请点击此处下载该表格。

完成此过程后，即可通过动作捕捉系统进行随访测试，分析、验证并量化患者在此过程中已巩固的改善情况。

病例展示
病例1 - 患者编号：AM
一名18岁高加索男性，为专业学科学生，体重指数为26.8 kg/m2，表现为腰椎节段性结构凸向右侧的脊柱侧凸。患者报告在长时间坐位后出现慢性腰背痛（LBP），既往有重度脊柱侧凸病史，曾接受非手术治疗（夜间佩戴支具4年）。患者表示慢性疼痛已持续一年以上。其体力活动水平为36 MET/周。表3总结了该患者基线特征。

在初次检查时，患者报告除长时间坐立时外，疼痛感轻微。体格检查显示，其前链和后链的柔韧性受限，表现为肩部、胸椎肩带及髋关节的主动活动度受限。患者在就诊前曾接受过常规康复治疗。基线评估（T0）显示，其NRS评分为4分，SF-12生理健康总和评分（PCS）为25.8分，SF-12心理健康总和评分（MCS）为46.2分，RM评分为4分，TSK评分为36分（详见表4）。为全面评估患者情况，采用运动捕捉系统对患者的运动模式和生物力学特征进行分析。评估结果显示，其整体FMS总分受损（9/21分），其中肩关节活动度（1/3分）、主动直腿抬高（1/3分）、躯干稳定性俯卧撑（1/3分）、旋转稳定性（1/3分）、下肢控制能力（4/6分）、躯干控制能力（3/4分）及运动策略（2/6分）均存在功能障碍。详见表5。

因此，患者开始接受标准康复干预，旨在减轻疼痛、缓解炎症症状，并实现特定肌肉力量的恢复。具体而言，患者接受了为期12次的康复治疗，每次持续1小时，每周进行3天，采用综合性的干预方法。治疗内容包括热身运动，以帮助身体为活动做好准备，并减轻受累部位的僵硬。热身后，患者进行了一系列针对性训练，旨在增强核心肌群力量，同时包含柔韧性和活动度练习。在整个康复过程中，强调姿势矫正技术，以促进脊柱的正确对齐，并减少对受累区域的负荷。此外，患者接受了有关人体工学原则的教育，学习了在坐立、站立及其他日常生活活动中保持最佳姿势的策略。

采用了一种标准的康复方法，结合生物反馈和运动控制训练，利用系统的视觉反馈进行指导。该技术使患者能够实时观察自身的运动模式，并进行调整以改善姿势和身体对齐。通过指导性练习和重复训练，患者增强了对自身运动力学的认识，并学会了更高效、更有效地完成动作。

康复干预后（T1），所有结局指标均表现出持续改善，表明患者病情呈积极向好趋势。NRS评分降至2分，SF-12-PCS评分升至41.0，MCS评分升至62.4。此外，RM评分降至1分，TSK评分降至25分，反映出疼痛程度、健康相关生活质量（HR-QoL）、功能障碍及运动恐惧均有所改善。进一步评估显示，与基线相比，多项运动参数出现显著提升。具体而言，在深蹲、跨栏步、直线弓步、肩关节活动度、主动直腿抬高、躯干稳定俯卧撑、旋转稳定性、下肢控制能力、骨盆倾斜控制、躯干控制能力以及运动策略评估方面均观察到改善。表5展示了各项评估测试得分的更多细节。

病例 2 - 患者编号：DB
一名38岁的白人男性，职业为办公室职员，体重指数为21.9 kg/m2，在L4-L5节段接受显微椎间盘切除术后前来就诊。术前患者报告疼痛评分为NRS 6/10，疼痛放射至小腿，左侧大腿和腿部有感觉异常，左侧Lasegue征阳性，并伴有日常功能活动受限。患者称疼痛已持续八个月。手术前曾接受过疼痛治疗、针灸、按摩治疗和经皮神经电刺激（TENS）。

在术后第64天，按照标准康复方案进行康复后，患者报告下肢前后链无疼痛、无放射性症状，且柔韧性无受限。患者表示在日常活动中存在右下肢主导现象，这是由于对左侧肢体活动的恐惧所致。在肌肉激活的独立性测试中（腹横肌、腹直肌以及腹内斜肌和腹外斜肌），躯干肌肉的稳定性良好，但在功能需求下无法维持这种稳定性。

基线评估显示，患者的NRS评分为3分，SF-12 PCS为47.5，SF-12 MCS为51.3，RM为5，TSK为16（详见表4）。为表征患者的运动模式和生物力学特征，在全面的患者评估中采用了动作捕捉系统进行评估。评估结果显示，整体FMS评分存在异常（10/21），其中深蹲（1/3）、肩关节活动度（2/3）、主动直腿抬高（0/3）、骨盆倾斜（3/4）及运动策略（4/6）均存在功能障碍。详见表5。因此，对该患者实施了标准康复干预，旨在减轻疼痛、缓解炎症症状、恢复完整的关节活动范围和柔韧性，并实现特定肌肉的力量恢复。

患者接受了为期14周的康复干预，每周进行3次，每次持续1小时，重点采用综合性方法。治疗课程包括热身运动，以使身体为活动做好准备，并提高受累区域的柔韧性。热身之后，患者进行一系列针对性训练，旨在增强核心肌群力量，并进行主动关节活动度的恢复训练。在整个康复过程中，强调正确运动模式的重建，以促进胸椎活动度、静态与动态核心训练、静态和动态臀肌训练，并逐步增加阻力，同时进行深蹲和弓步训练，特别注重动作的对称性以及逐步消除视觉反馈。患者还完成了从高度逐渐增加的箱子上进行的跳落训练、深蹲跳训练以及减速动作训练。此外，患者接受了相关原理的教育，学习了优化目标达成效果的策略，并学会在日常活动中保持正确的姿势。

采用了一种标准的康复方法，结合生物反馈和运动控制训练，并利用系统提供的视觉反馈。该技术使患者能够以慢动作观察自身的运动模式，并进行调整，以改善姿势、身体力线和运动模式。通过指导性练习、重复训练以及逐步减少对视觉参照的依赖，患者对其自身的身体力学机制有了更深入的感知，并学会了更精确、高效且有效地完成动作。

康复干预后（T1），所有结局指标均表现出持续改善，表明患者病情呈积极向好趋势。NRS评分降至0，SF-12-PCS评分升至55.4，MCS评分升至54.7。此外，RM评分降至1，TSK评分降至14，反映出疼痛水平、健康相关生活质量（HR-QoL）、功能障碍及运动恐惧均有所改善。进一步评估显示，与基线相比，多项运动参数表现出显著提升，具体包括深蹲、肩关节活动度、主动直腿抬高、骨盆倾斜及运动策略评估方面的改善。表5展示了各项评估测试得分的更多详细信息。

病例 3 - 患者编号：LB
一名 33 岁的白人男性，职业为专业调酒师，体重指数为 24.8 kg/m2，在腰骶部脊椎间盘炎手术后就诊。该患者在脊椎间盘炎手术前 40 天曾因右下肢从大腿至足部在 2 天内迅速出现肌力下降及感觉缺失，接受了紧急的 L4-L5 节段右侧微创椎间盘切除术。

在为期20天的住院期间，患者接受了标准康复治疗。治疗结束时，患者报告在佩戴支具进行体位转移时，腰椎、右下肢以及双侧骶髂关节出现疼痛。根据英国医学研究委员会（MRC）肌力分级标准，患者右下肢所有肌肉的肌力均为2级。核心稳定性在单独和整体评估中均表现较差。

基线评估（T0）显示，患者的NRS评分为4分，SF-12 PCS为45.3，SF-12 MCS为30.0，RM为21，TSK为47（详见表4）。采用动作捕捉系统对患者进行全面评估，以表征其运动模式和生物力学特征。评估结果显示，整体FMS评分存在异常（9/21），其中直线弓步（得分为1/3）、肩部灵活性（得分为1/3）、旋转稳定性（得分为1/3）、下肢控制能力（得分为4/6）和运动策略（得分为2/6）均存在功能障碍。详见表5。

因此，患者继续接受为期12周的标准康复干预，每周进行3次，每次持续1小时。治疗课程包括热身运动，以使身体为后续主动训练做好准备，减轻受累区域的僵硬程度，并激活参与康复训练的肌肉。热身结束后，患者进行一系列针对性训练，旨在增强核心肌群力量、柔韧性和活动能力。整个康复计划中均强调姿势矫正技术，以促进股四头肌、腘绳肌和臀肌的正确激活时序，进行单腿平衡训练，采用渐进性自身体重和负重阻力进行髋部铰链强化训练，以及静态和动态核心训练。患者完成深蹲、分腿蹲和弓步动作，特别注重对自身身体节段排列的意识，并逐步减少对治疗师视觉反馈和语言纠正的依赖。同时，患者接受了人体工程学原则的教育，学习在坐位、站立及其他日常生活活动中维持正确姿势的策略。

采用基于系统视觉反馈的生物反馈和运动控制训练作为标准康复方法。该技术的应用使患者能够观察自身的运动模式，并获得实时反馈，从而优化姿势、力线和运动模式的调整。通过指导下的练习和重复训练，患者增强了对身体力学的感知，并改进了运动执行能力。

康复干预后（T1），所有结局指标均表现出持续改善，表明患者病情呈积极进展趋势。NRS评分降至1分，SF-12-PCS评分升至53.9，MCS评分升至57.8。此外，RM评分降至4分，TSK评分降至39分，反映出疼痛水平、健康相关生活质量（HR-QoL）、功能障碍程度以及对运动的恐惧均有所改善。进一步评估显示，与基线相比，多项运动参数表现出显著提升。具体而言，在直线弓步、肩关节活动度、旋转稳定性、下肢控制能力以及运动策略评估方面均观察到改善。表5展示了各项评估测试得分的更多详细信息。

表3：人群描述。 本表提供了研究人群的人口学和临床特征。请点击此处下载该表格。

表4：患者结局。 本表总结了参与本研究的每位患者的结局，包括末次随访后观察到的变化。请点击此处下载该表格。

表5：评估测试结果。 本表详细列出了评估测试的结果，展示了每种被评估运动模式的性能指标和运动评分。 请点击此处下载该表格。

补充文件 1：CARE 结构与报告指南。 请点击此处下载该文件。

讨论

本研究探讨了CameraLab系统在腰痛（LBP）患者康复管理中的整合应用。研究结果表明，这种创新的数字化解决方案可为运动模式分析提供有价值的客观数据，从而提高肌肉骨骼疼痛临床康复实践的精确性和有效性。腰痛是一种常见且复杂的疾病，其特征是多维度的功能障碍，包括生物力学、心理和社会决定因素2,8,9,10,11,12。本病例系列报告中所采用的方法能够针对腰痛的多种特征因素，涵盖多个领域，并在疼痛强度、身体功能、健康相关生活质量（HR-QoL）和运动恐惧症等方面取得了积极结果。

更具体而言，所呈现的病例报告结果表明，通过评估工具识别出特定的运动模式和生物力学功能障碍，并对其进行干预，可一致地降低疼痛强度。有趣的是，Marich 等人45在一项关于肌肉骨骼疼痛的研究中，使用类似的评估方法也得出了相似的结果。Marich 等人45的研究报告指出，慢性腰痛（LBP）个体的运动模式与功能受限之间可能存在关联。这些发现强调了有必要采取针对性干预措施，以优化运动功能障碍，从而减轻疼痛并改善慢性腰痛患者的功能结局。在三个病例中，身体功能和健康相关生活质量（HR-QoL）均有所改善，表现为SF-12生理健康评分（PCS）和心理健康评分（MCS）的提高。同样，Letafatkar 等人46的研究强调了感觉运动训练方案在改善慢性非特异性腰痛患者本体感觉系统功能、腰椎运动控制能力及健康相关生活质量（HR-QoL）方面的作用。该研究指出，采用创新方案的感觉运动训练项目可一致地改善本体感觉、腰椎运动控制能力以及健康相关生活质量（HR-QoL）46。

运动恐惧症（kinesiophobia）是腰痛患者中常见的心理障碍，常导致回避行为和功能受损47。通过CameraLab进行的康复干预通过提供关于运动模式和生物力学的客观反馈，成功改善了患者对运动的恐惧。通过增强患者对安全、高效运动能力的信心，该评估工具可能减轻运动恐惧症，并促进患者积极参与康复活动。在此背景下，康复领域对数字创新和技术解决方案的兴趣与投入日益增加25,26,48,49,50,51,52。这一趋势由多种因素推动，包括传感器技术的进步49,50、便携式设备的日益普及25，以及对将数字工具整合到医疗实践潜在益处的日益认可52。数字解决方案有望通过提供客观数据、提高患者参与度以及支持个体化治疗策略，从而提升康复服务的实施效果53。

多种情况可能会加重下背痛（LBP）症状。在此背景下，Zaina 等人54全面概述了伴有和不伴有脊柱侧弯的患者中下背痛的复杂性，强调该状况显著影响健康的生理和心理两个方面。本研究揭示了先进的基于视频的运动分析技术如何准确捕捉导致脊柱侧弯患者下背痛的运动模式和姿势失衡。该技术能够深入洞察疼痛背后的生物力学因素，而这些因素可能被传统评估方法低估。通过实现对运动的精确且客观的评估，本文所述方法为临床医生提供了一种有价值的工具，可用于制定更有效且个性化的治疗方案，从而改善患者的治疗效果。

传统的运动功能评估方法，如观察性技术或主观临床评估，容易产生偏倚且在标准化方面存在困难20,27,28。相比之下，数字技术（如动作捕捉系统、惯性传感器和计算机视觉算法）使临床医生能够以高度的准确性和可靠性采集并分析运动数据20。通过客观地量化运动参数，该评估工具已显示出识别生物力学异常、追踪随时间变化的康复进展以及根据个体患者需求定制干预措施的潜力。此外，下腰痛（LBP）可能通过改变运动模式，对深蹲等动作中的运动链功能紊乱产生负面影响。一项研究发现，慢性下腰痛患者相较于无下腰痛者，在深蹲过程中髋关节和膝关节的活动范围相对于踝关节活动范围更大。这些结果提示，下腰痛患者在深蹲时对髋关节和膝关节的负荷更高，这可能与其病情发展相关55。

此外，Frontera 等人56强调了卫生政策与卫生服务研究在改善现实环境中康复实践方面的重要性。准确分析和记录运动模式的能力为康复领域带来了显著进步。我们的研究结果支持这一观点，表明视频分析技术不仅能够提供详细的生物力学信息，还有助于制定更加个性化且高效的治疗策略。这与 Frontera 等人56的研究目标一致，即推动研究成果向临床实践的转化，弥合研究与康复应用之间的鸿沟，最终提升腰痛患者医疗服务的质量和可及性。通过针对特定的运动模式，基于 CameraLab 指导的干预措施可能改善功能结局，同时在长期中产生积极影响，降低腰痛的复发率，并提高整体健康相关生活质量（HR-QoL）。

除了这些积极因素外，本研究也存在一定的局限性。尽管CameraLab在运动评估方面具有显著优势，但在康复治疗开始前，需要对系统进行特定的初始设置和校准。此外，本文的研究结果基于较小的样本量，这与病例系列研究的方法学框架相符。尽管这种方法能够对每个病例进行深入分析，但对研究结果的普遍适用性应持谨慎态度。同时，本病例系列研究纳入了病因异质性较强的下腰痛患者。然而，本研究可能为这一创新技术提供了初步见解，未来可在具有同质性样本的大规模队列研究中进一步探讨。最后，该技术的成本和可及性可能限制其在临床环境中的广泛采用。另一方面，需要指出的是，与其他类似的运动模式分析系统相比，该技术可能是康复环境中成本最低、性价比最高的选择之一。与其它类似的运动模式分析系统一样，本研究可能存在操作者间重复性、解剖标志点识别或最大下降点选择等方面的偏倚风险57。为应对这些局限性，我们确保所有参与该技术操作的人员均接受了充分的培训并具备相关经验。未来的研究应致力于在更大规模的患者群体中进一步验证该评估工具的有效性，并将其结果与传统的康复方法进行比较。

总之，我们的研究表明，CameraLab 系统可能在腰痛患者康复管理中发挥作用。通过提供有关运动模式的客观数据并促进针对性干预，该评估工具有望改善治疗效果并推动临床实践的实施。未来还需进一步研究以充分理解其意义，并优化其在常规诊疗中的整合应用。

披露

作者声明无利益冲突。

致谢

本研究是NODES项目的一部分，该项目已获得意大利大学与研究部（MUR）PNRR计划M4C2 1.5方向资助，资助协议编号为ECS00000036。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
ApowerRECApowersofthttps://www.apowersoft.com/record-all-screen该屏幕录制工具用于在分析过程中捕捉并标注屏幕活动
功能性动作筛查工具包功能性动作系统公司，弗吉尼亚州查塔姆N/A功能性动作筛查工具包包含一块2英寸×6英寸的木板、一根4英尺长的圆杆、两根短圆杆以及一根弹性绳，用于实施FMS测试
Hikvision 摄像头 IP POE DOMEHikvisionDS-2CD1623G0-IZ该摄像头能够以极高的速度和细节精度记录精确的运动序列，并捕捉动态动作
KinoveaKinovea版本 0.9.5Kinovea 是一款专为运动分析设计的视频标注工具，具备视频捕获、慢放、对比、标注和运动测量等功能
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