惯性测量单元在骨盆方位评估中的有效性和可靠性：一项系统综述

Ahmed M. Almansour

doi:10.3791/71343

研究文章

惯性测量单元在骨盆方位评估中的有效性和可靠性：一项系统综述

DOI：

10.3791/71343

⸱

2026年5月12日

Ahmed M. Almansour

¹Department of Physical Therapy and Health Rehabilitation, College of Applied Medical Sciences, Majmaah University

本文内容

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本系统综述评估了惯性测量单元（IMUs）在评估骨盆方向方面的有效性和可靠性。IMUs在受控任务中表现出最强的有效性，尤其是基于骶骨放置时；但在骨盆倾斜和旋转、高速运动以及临床人群中的表现则更具变异性。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

骨盆方位评估对于步态、姿势及运动生物力学至关重要；然而，基于实验室的运动捕捉系统成本高昂，且仅限于受控环境使用。惯性测量单元（IMUs）为传统方法提供了一种便携式替代方案实验室之间在传感器的放置位置、校准方法以及传感器融合设置/协议方面存在差异，这可能会影响临床实践中的结果解读。因此，本系统综述旨在评估基于惯性测量单元（IMU）测量骨盆方向在功能性任务和运动特异性任务中的有效性与可靠性。在 PubMed、Web of Science 和 IEEE Xplore 中检索了使用惯性测量单元（IMUs）评估骨盆方向（如倾斜、斜倾或旋转）的相关研究，并依据 PRISMA 指南报告研究结果。纳入标准包括：研究数据来自人类受试者，且报告了 IMUs 相对于光学运动捕捉系统的有效性或可靠性。共有 12 项研究符合纳入标准，并使用包含 12 个条目的方法学质量评估工具进行评价。我们的惯性测量单元（IMU）有效性研究结果在纳入的各项研究中存在差异；骨盆倾斜角的测量准确性最高，近期研究中其均方根误差（RMSE）通常介于0.2°至4.9°之间，平均差异极小。而骨盆侧倾和旋转的测量变异性较大，在高速跑步期间RMSE值可达6°–11°。IMU的可靠性结果显示，即使在持续的功能性活动中也具有良好的可重复性（组内相关系数（ICC）为0.87–1.00）。相反，在全髋关节置换术后个体中，骨盆倾斜角的测量可靠性较差（ICC = 0.08）。IMU似乎能够提供有用的骨盆方位测量数据，尤其是在执行受控任务以及采用骶骨放置方式时。然而，在骨盆侧倾和旋转的测量中，特别是在高速或复杂运动过程中，以及在临床人群中，其有效性更具变异性。未来仍需进一步研究以标准化测量方案、改进报告规范，并明确IMU在不同应用场景下的性能表现。

引言

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准确评估骨盆方位对于理解人体运动模式、做出准确的临床决策以及识别可能影响健康个体和运动员的肌肉骨骼系统疾病中的细微状况至关重要¹。骨盆方位通常通过三个组成部分来描述：倾斜（tilt）、旋转（rotation）和斜倾（obliquity）²。异常的骨盆方位会影响关节负荷以及肌肉功能和运动效率，并已被关联到多种肌肉骨骼系统疾病，例如下背痛和髋关节骨关节炎³^,⁴^,⁵^,⁶^,⁷。在运动人群当中，这种情况还与运动表现受限和受伤风险增加相关⁸。因此，临床上可及的骨盆方位测量方法对于评估、康复监测以及运动表现研究具有重要意义²^,⁶。

光学运动捕捉系统被广泛用作实验室中量化骨盆方向的参考方法；然而，其使用通常局限于受控环境，在常规临床或运动场景中的应用可能不够实用⁹^,¹⁰。惯性测量单元（IMU）通常包含三轴加速度计、陀螺仪和磁力计，近年来 increasingly 被用作实验室外评估骨盆方向的便携式方法¹¹^,¹²^,¹³^,¹⁴^,¹⁵^,¹⁶。IMU传感器融合算法（如Madgwick、Mahony和Kalman滤波器）可用于估计三维骨盆方向，但不同的处理方法可能会影响测量性能¹⁷^,¹⁸。

然而，使用惯性测量单元（IMU）评估骨盆方向时会受到先前研究中报道的多种方法学因素的影响，包括传感器放置位置（如骶骨和腰椎）、校准程序、采样频率以及融合算法¹⁹。这些研究间的方法差异可能导致基于IMU的骨盆方向评估在准确性和可重复性方面的结果不一致¹⁴^,²⁰^,²¹。尽管IMU在下肢运动学和腰椎运动评估中已得到验证¹⁴^,²¹^,²²，但针对骨盆前倾、旋转或倾斜度的研究证据仍然有限，且方法学上存在不一致性。

因此，本系统综述旨在评估基于惯性测量单元（IMU）的骨盆方位评估的现有证据。主要目标是考察IMU在测量骨盆方位方面的有效性和可靠性。次要目标是总结各研究中报告的方法学特征，包括传感器放置位置、校准程序和传感器融合方法，并识别限制研究间直接比较的证据空白。

方案

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本系统综述依据《系统综述和荟萃分析优先报告条目》（PRISMA 2020）指南进行²³。系统综述方案已在国际系统综述前瞻性注册库（PROSPERO）注册，注册编号为CRD420251179585。完整方案详情请见：

(https://www.crd.york.ac.uk/PROSPERO/view/CRD420251179585)

检索策略

在 PubMed、Web of Science 和 IEEE Xplore 上进行了检索^st 截至2025年11月，检索评估人类骨盆方向的基于惯性测量单元（IMU）的原创研究文章。纳入的文章限定为英文发表的文献，检索时间范围限定为2005年至2025年。设定时间限制是由于近年来IMU技术快速发展，以确保仅纳入采用现代测量方法的研究。未进行任何补充检索，如参考文献列表筛查、引文追踪或手工检索。表1 展示了每个数据库的检索细节和检索式。

数据库
PubMed	（惯性测量单元[标题/摘要] OR IMU[标题/摘要] OR 加速度计[标题/摘要] OR 陀螺仪[标题/摘要] OR 可穿戴[标题/摘要]） AND （骨盆[标题/摘要] OR 骨盆的[标题/摘要] OR 盆腔[标题/摘要]） "骨盆倾斜"[标题/摘要] 或 "骨盆旋转"[标题/摘要] 或 "骨盆倾斜度"[标题/摘要] 或 "骨盆方位"[标题/摘要] 或 "骨盆前倾"[标题/摘要] 或 "骨盆后倾"[标题/摘要]）与（valid[标题/摘要] 或 accurac[标题/摘要] 或 agreement[标题/摘要] 或 "Bland-Altman"[标题/摘要] 或 reliab[标题/摘要] 或 repeatab[标题/摘要] 或 reproduc[标题/摘要] 或 ICC[标题/摘要] 或 SEM[标题/摘要] 或 MDC[标题/摘要]
Web of Science	("惯性测量单元" 或 IMU 或加速度计* 或陀螺仪* 或可穿戴) 与 (骨盆或骨盆的或 "骨盆倾斜" 或 "骨盆旋转" 或 "骨盆倾斜度" 或 "骨盆方位 "骨盆前倾" 或 "骨盆后倾"）以及（有效或准确* 或一致性 "Bland-Altman" OR 可靠性 OR 重复性 OR 可再现性 OR ICC OR SEM OR MDC
IEEE Xplore	(("惯性测量单元" 或 "惯性测量单元" 或 IMU 或 IMUs 或加速度计或加速度传感器或陀螺仪或陀螺传感器或可穿戴设备）与（"骨盆" 或 "骨盆" 或 "骨盆倾斜" 或 "骨盆旋转" 或 "骨盆倾斜度" 或 "骨盆方位" 或 "骨盆前倾" 或 "骨盆后倾"）以及（有效性或验证或准确性或一致性 "Bland-Altman 或可靠性或重复性或可再现性或 ICC 或 SEM 或 MDC））

表1：各数据库使用的检索式。 在PubMed、Web of Science和IEEE Xplore中使用的检索式，用于查找评估惯性测量单元（IMUs）在骨盆方位评估中有效性及/或可靠性的研究。请点击此处下载该表格。

纳入标准

如果研究涉及人类受试者，并使用惯性测量单元（IMUs）测量骨盆倾斜、旋转，或倾斜度；并报告了惯性测量单元（IMUs）与光学运动捕捉系统相比的有效性或可靠性数据。纳入的研究为原始实验性研究，报告了定量的有效性指标（如均方根误差[RMSE]、偏差、相关系数、Bland-Altman分析）和可靠性指标（组内相关系数[ICC]、测量标准误[SEM]、最小可检测变化[MDC]）。若研究涉及动物、模拟实验，或专注于非骨盆节段的评估，或缺乏对照测量方法（仅报告描述性结果），或为非原始研究（如综述、研究方案、摘要或病例报告），则予以排除。

研究筛选与选择

作者在两位已致谢的非作者评审人员的协助下，筛选了标题和摘要的相关性，进行了全文审查以确定最终纳入的文献，并在PRISMA 2020流程图中对文章进行了汇总。所有检索到的记录均经过重复性检查，并删除了重复的记录。

数据提取

提取的数据包括文献信息（作者、年份）、参与者特征、惯性测量单元（IMU）信息（放置位置、品牌、型号、传感器数量、采样频率、传感器融合/姿态估计算法）、测试任务（站立、行走、下蹲、跑步）以及报告的结果（均方根误差RMSE、偏差bias、相关系数、组内相关系数ICC、标准误SEM、最小可检测变化MDC）。使用标准化的Excel表格对提取的数据进行了两次交叉核对。

偏倚风险与质量评估

采用心理测量学文章研究设计批判性评估工具（Critical Appraisal of Study Design for Psychometric Articles）²⁴ 对纳入研究的方法学质量进行评价，该工具此前已被用于评估可穿戴传感器心理测量特性的研究¹⁴。此质量评估包含12个项目，总分最高为24分，并换算为百分比形式。每个项目根据五个类别——研究问题、研究设计、测量、分析和建议——评分，分别为2分（满意）、1分（部分满意）或0分（不满意）。为提高一致性，由论文中致谢的两位非作者评估者独立完成质量评估，如有分歧则通过讨论解决。根据总质量评分将研究分为以下等级：高质量（85–100%）、中等质量（70–84%）、低质量（50–69%）或极低质量（<50%）。完整的12项评估工具及评分标准见补充表S1。

数据合成

根据有效性与可靠性结果、骨盆运动平面、任务类型以及关键方法学特征，将研究结果按叙述方式综合归纳。在解读结果时考虑了方法学质量；未仅因质量评分而排除任何研究，但对质量较低的研究在解读时持更谨慎的态度。

结果

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研究筛选

初步数据库检索共确定了714项潜在研究（PubMed = 190，Web of Science = 482，IEEE Xplore = 42）。在去除重复文献并进行标题和摘要筛选后，对63篇全文文章进行了纳入资格评估，最终有12项研究符合纳入与排除标准，被纳入本系统综述（图1）。

显示数据库检索和筛选过程以满足纳入标准的研究识别流程图。
图1：PRISMA 2020研究筛选流程图。 依据PRISMA 2020标准绘制的流程图，展示本系统综述中研究的识别、筛选、合格性评估及最终纳入的过程。请点击此处查看此图的放大版本。

纳入研究的质量

所有纳入的研究均为2014年至2025年间发表的经同行评审的实验性研究论文。根据方法学质量评估，3项研究被评为高质量（85–100%）²²^,²⁵^,²⁶，7项为中等质量（70%–84%），2项为低质量（50%–69%）。高质量研究在方法学上的优势包括使用参考系统（如Vicon、Optotrak、Qualisys）进行验证、结果报告清晰，以及采用了适当的统计分析方法（如RMSE、ICC、Bland–Altman法）。纳入研究中常见的局限性包括样本量较小以及惯性测量单元（IMU）与身体节段校准过程描述不完整（表2）。

作者	Q1	Q2	Q3	Q4	Q5	Q6	Q7	Q8	Q9	Q10	Q11	Q12	总计	%	质量
Buganè 等³⁰	2	0	1	2	0	N/A	1	2	2	2	2	1	15	68%	LQ
Bolink 等²²	2	2	1	2	1	N/A	2	2	2	2	1	2	19	86%	HQ
Ekdahl 等³¹	2	1	1	2	0	N/A	2	2	2	0	1	1	14	64%	LQ
Perpiñá-Martínez 等³²	2	2	1	2	1	N/A	1	2	2	1	1	1	16	73%	MQ
Lebleu 等³⁵	2	1	1	2	0	N/A	1	2	2	2	2	1	16	73%	MQ
Lin 等²⁵	2	2	2	2	1	N/A	2	2	2	2	2	1	20	90%	HQ
Brice 等²⁹	2	0	1	2	2	N/A	2	2	2	2	2	1	18	82%	MQ
Asgari & Heller ²⁷	2	1	1	2	0	N/A	2	2	2	2	2	1	17	77%	MQ
Bessone 等²⁸	2	1	2	2	0	N/A	2	2	2	2	1	1	17	77%	MQ
Kim 等²⁶	2	1	2	2	2	N/A	2	2	2	2	1	1	19	86%	HQ
Ruiz-Malagón 等³³	2	2	1	2	0	N/A	1	2	2	2	2	1	17	77%	MQ
Zügner 等³⁴	2	2	2	2	0	N/A	1	2	2	2	2	1	18	82%	MQ

表2：纳入的12项研究的方法学质量评估。 根据本研究采用的改良版12项心理测量学文章研究设计批判性评估量表，对纳入研究的方法学质量进行评分。每项评分为2分（满意）、1分（部分满意）或0分（不满意）。Q1–Q12对应于补充表S1中列出的改良后的方法学质量条目。缩写：HQ = 高质量；MQ = 中等质量；LQ = 低质量；N/A = 不适用。请点击此处下载该表格。

纳入研究的特征

参与者

纳入的12项研究共有232名年龄在18至80岁之间的参与者。这些研究大多数评估了健康人群、业余或竞技跑步者及高尔夫球手，仅有两项研究纳入了临床人群，分别为接受全髋关节置换术（THA）后的个体以及患有膝关节或髋关节骨关节炎的个体。

惯性测量单元系统、放置位置及传感器融合算法

大多数纳入的研究采用放置在骶骨上的惯性测量单元（IMU）来采集骨盆数据，因此基于骶骨的放置方式是各研究中最常报告的方法²⁵^,²⁷^,²⁸^,²⁹^,³⁰^,³¹^,³²^,³³^,³⁴。所涉及的商用系统包括Xsens、Delsys、MicroStrain、BTS G-Sensor、IMeasureU、 APDM-Opal、aktos-t、RunScribe和TuringSense。表3全面汇总了每项研究中IMU的放置位置、系统型号及数量。

研究	参与者人数	任务	IMU 系统	传感器放置位置	IMU 数量	采样率	滤波方法	传感器融合/姿态估计算法
Buganè et al.³⁰	16 名健康人	行走	F4A IMU	骶骨	1	100 Hz	截止频率为 8 Hz 的四阶巴特沃斯低通滤波器	使用 Matlab 中的 'detrend' 函数
Bolink et al.²²	17 名髋关节或膝关节骨关节炎患者	行走、坐-站转换和台阶上行	MicroStrain Inertia-Link	下背部（位于髂后上棘之间）	1	100 Hz	未报告	MATLAB 中的算法
Lebleu et al.³⁵	7 名健康人	行走	x-IMU x-io Technologies	骨盆（腰椎第5节）、大腿、小腿、足部	7	128 Hz	未报告	Mahony 的 AHRS 算法
Perpiñá-Martínez et al.³²	29 名跑步者	跑步	BTS G-Sensor	S1（骶骨）	1	100 Hz	未报告	未报告
Ekdahl et al.³¹	11 名健康人	行走和体育活动	Delsys Trigno Avanti	骶骨、大腿、小腿、足部	7	240 Hz	5 Hz 的四阶零相位滞后低通巴特沃斯滤波器	未报告
Brice et al.²⁹	8 名精英女子赛艇运动员	赛艇	IMeasureU IMUs v2.0	T1、T7、L2、第二骶椎 S2	4	500 Hz	未报告	卡尔曼滤波器
Lin et al.²⁵	20 名跑步者	跑步	Xsens MVN Awinda	骶骨、大腿、小腿、足部	7	100 Hz	截止频率为 8 Hz 的四阶零相位滞后低通巴特沃斯滤波器	Xsens MVN Analyze 提供的内置算法
Asgari & Heller.²⁷	6 名跑步者	跑步	APDM Opal	骶骨	1	128 Hz	高通和低通滤波器	卡尔曼滤波器与互补融合对比
Bessone et al.²⁸	14 名健康人	行走	aktos-t IMU 系统	骨盆、足部、小腿、大腿、C7 椎体、胸部、前臂、上臂、手部和头部	16	143 Hz	低通滤波（10 Hz，二阶巴特沃斯滤波器）	自定义融合（iSen 3.08 算法）
Kim et al.²⁶	36 名高尔夫球手	高尔夫挥杆	TuringSense Pivot	L4 和 T1（骨盆从 L4 起）	2	100 Hz	截止频率为 12 Hz 的巴特沃斯滤波器	Madgwick 滤波器
Ruiz-Malagón et al.³³	16 名健康人	行走和跑步	RunScribe Sacral Gait Lab	骶骨和足部	3	500 Hz	未报告	未报告
Zügner et al.³⁴	49 名全髋关节置换术患者	行走	GaitSmart™	骨盆（髂嵴下方）2 个、大腿和小腿	6	102.4 Hz	未报告	未报告

表3：纳入研究中惯性测量单元（IMU）系统的特征、传感器放置位置、采样率、滤波方法及传感器融合方法。 主要研究特征的汇总，包括受试者人群、运动任务、IMU系统、传感器放置位置、传感器数量、采样率以及所报告的参考系统。缩写：IMU = 惯性测量单元；OA = 骨关节炎；PSIS = 髂后上棘；THA = 全髋关节置换术；N/R = 未报告。请点击此处下载该表格。

由于方法学上的差异和报告信息不完整，纳入研究中关于滤波和传感器融合性能的分析受到限制。仅有四项研究明确描述了其融合方法：其中两项研究采用了卡尔曼滤波²⁷^,²⁹，一项使用了Madgwick算法²⁶，另一项应用了Mahony的姿态航向参考系统（AHRS）算法³⁵。由于方法学细节不足，无法直接比较不同融合算法或评估其对准确性的独立贡献。这种异质性增加了判断骨盆方位角准确性差异的难度，难以确定这些差异究竟源于任务需求、传感器放置位置，还是底层的融合策略。

惯性测量单元在骨盆方向评估中的有效性

在纳入的评估惯性测量单元（IMU）用于骨盆倾斜、侧倾和旋转的研究中²²^,²⁵^,²⁶^,²⁷^,²⁸^,²⁹^,³⁰^,³¹^,³³^,³⁴^,³⁵，与光学运动捕捉系统相比，其有效性似乎因平面和任务而异，而非在所有条件下保持一致表4）。所纳入的研究考察了多种运动任务，包括步行²²^,²⁸^,³⁰^,³¹^,³³^,³⁴^,³⁵，跑胶²⁵^,²⁷^,³²^,³³以及特定运动动作²⁶^,²⁹^,³¹，全面概述了惯性测量单元在不同功能环境下的性能表现。

骨盆倾斜角的均方根误差（RMSE）值在0.69°至4.90°之间²²^,²⁵^,²⁷^,²⁸^,³⁰^,³³^,³⁵，骨盆侧倾角的RMSE值在0.77°至4.75°之间²²^,²⁵^,²⁷^,²⁸^,³³^,³⁵。骨盆旋转表现出最大的变异性，在高速跑步和其他高负荷运动期间，RMSE值范围为1.22°至7.77°²⁵^,²⁷^,²⁸^,³⁰^,³³^,³⁵。

八项研究以IMU测量值与光学运动捕捉（OMC）系统测量值之间的平均系统性差异报告了骨盆方向的偏差值²⁵^,²⁶^,²⁷^,²⁸^,²⁹^,³⁰^,³³^,³⁴。Buganè等³⁰报告了骨盆倾斜角相对较大的负向偏差值（−9.9°至−5.7°），骨盆侧倾角的偏差较小（−1.2°至−1.4°），以及骨盆旋转角的轻微高估（+0.7°至+1.5°）。Brice等²⁹在划船运动中报告了S2水平面矢状面上较小的骨盆偏差，范围为−2.7°至−0.09°。Asgari和Heller²⁷观察到所有骨盆平面上的偏差均极小（−0.50°至−0.10°），Bessone等²⁸也报告了类似的低偏差值（−0.7°至−1.7°）。Lin等²⁵同样报告了在不同跑步速度下较小的骨盆倾斜角偏差（−0.18°至+1.5°）和旋转角偏差（−1.1°至+0.99°），但在同一项研究中，IMU对骨盆侧倾角的估计低于OMC系统（−3.3°至−4.1°）。

相比之下，Ruiz-Malagón 等人³³报道了在行走和高速跑步期间存在更大的偏差值，骨盆倾斜偏差最大达 +4.6°，骨盆旋转偏差可达 −11.2°。在患者中，Zügner 等人³⁴发现，与 OMC 相比，骨盆倾斜的平均误差较小，为 −0.5°。不同研究中关于骨盆方向的报告相关系数差异较大，根据运动平面和任务需求的不同，某些任务中相关性较差甚至为负值，而在其他任务中则表现出高度一致性²²^,²⁶^,²⁷^,³⁰。

Lin 等人²⁵在高速跑步过程中报告的相关系数较低且变异性较大（0.44–0.89），而 Ruiz-Malagón 等人³³报告的整体相关性更弱，包括负值（−0.48 至 0.76）。总体而言，有效性在受控任务中表现更强，而高速运动则与更大的误差和较弱的一致性相关。尽管骨盆倾斜角常报告较低的均方根误差（RMSE）值，但不同研究中骨盆变量之间的一致性并不统一，且在更高强度的跑步条件下，性能较差尤为明显。使用基于骶骨的惯性测量单元（IMU）放置方式和标准化校准程序的研究更常报告较好的性能，但由于方法学报告不完整，限制了研究间的直接比较。

惯性测量单元在骨盆方向评估中的可靠性

四项研究评估了可靠性（表4）。大多数研究报告了健康人群和运动员群体中骨盆方向的良好至极佳的组内相关系数（ICC）值，其范围为0.81至0.99²⁶^,³²^,³⁵。然而，并非在所有人群中可靠性均保持较高水平，有研究报道全髋关节置换术（THA）后个体的骨盆倾斜可靠性较差（ICC = 0.08）³⁴。Lebleu等³⁵发现步行过程中骨盆活动范围（ROM）具有较高的会话间可靠性，但其可靠性因运动平面和校准方法而异。Perpiñá-Martínez等³²还报告了在不同速度跑步过程中骨盆倾斜、侧倾和旋转的ICC值> 0.80。这些结果提示在持续的功能性活动中测量结果具有一致性。Kim等²⁶报道了高尔夫挥杆过程中骨盆旋转和侧倾的ICC值为0.91至0.99，表明在此项运动特异性任务中具有高度可重复性。

研究	骨盆变量	均方根误差 (°)	偏差 / 平均差异 (°)	r	组内相关系数 (ICC)	测量标准误 (SEM, °)	最小可检测变化 (MDC, °)
Buganè et al. ³⁰	倾斜角、倾斜度、旋转角	倾斜角 = 0.73；倾斜度 = 1.22；旋转角 = 2.66	偏差：倾斜角 −9.9 至 −5.7；倾斜度 −1.24 至 −1.41；旋转角 +0.71 至 +1.5	0.88–0.95	N/R	N/R	N/R
Bolink et al. ²²	倾斜角、倾斜度	倾斜角 = 2.7；倾斜度 = 2.68	N/R	0.86–0.94	0.94–1.00	N/R	N/R
Lebleu et al. ³⁵	倾斜角、倾斜度、旋转角	倾斜角 = 0.9 至 1.0；倾斜度 = 1.1 至 1.2；旋转角 = 1.5	N/R	N/R	0.81–0.93	0.5–2.2	N/R
Perpiñá-Martínez et al. ³²	倾斜角、倾斜度、旋转角	N/R	N/R	N/R	倾斜角 0.868；倾斜度 0.963；旋转角 0.922	N/R	N/R
Ekdahl et al. ³¹	骨盆矢状面、冠状面和横断面活动范围 (ROM)	N/R	平均差异：矢状面倾斜角：0.67° 至 2.13°；冠状面倾斜度：−0.46° 至 0.61°；横断面旋转角：−0.72° 至 −0.87°	N/R	N/R	N/R	N/R
Brice et al. ²⁹	S2 水平矢状面倾斜角（划船动作）	倾斜角 = 2.43 至 4.90	偏差：倾斜角 −2.70 至 −0.09	N/R	N/R	N/R	N/R
Lin et al. ²⁵	倾斜角、倾斜度、旋转角（跑步）	倾斜角 = 4.31 至 4.59；倾斜度 = 4.29 至 4.75；旋转角 = 6.47 至 7.77	偏差：倾斜角 −0.18 至 +1.5；倾斜度 −3.3 至 −4.1；旋转角 −1.1 至 +0.99	0.44–0.89	N/R	N/R	N/R
Asgari & Heller ²⁷	倾斜角、倾斜度、旋转角	倾斜角 = 0.69；倾斜度 = 0.77；旋转角 ≈ 1.22	偏差：倾斜角 −0.10；倾斜度 −0.50；旋转角 −0.49	N/R	N/R	N/R	N/R
Bessone et al. ²⁸	倾斜角、倾斜度、旋转角	倾斜角 = 2.5；倾斜度 = 2.4；旋转角 = 2.9	偏差：倾斜角 −0.7；倾斜度 −1.7；旋转角 −1.3	倾斜角 = -0.011；倾斜度 = 0.82；旋转角 = 0.83	N/R	N/R	N/R
Kim et al. ²⁶	倾斜度、旋转角	N/R	平均差异：倾斜度 1.65	倾斜度 = 0.92	0.91–0.99	N/R	N/R
Kim et al. ²⁶	倾斜度、旋转角	N/R	旋转角 0.76	旋转角 = 0.99	0.91–0.99	N/R	N/R
Ruiz-Malagón et al. ³³	活动范围 (ROM)：倾斜角、倾斜度、旋转角（行走/跑步）	N/R	偏差：倾斜角 +0.2 至 +4.6；倾斜度 −1.1 至 −6.1；旋转角 +0.7 至 −11.2	−0.48 至 0.76	−1.62 至 0.83	N/R	N/R
Zügner et al. ³⁴	倾斜角（全髋关节置换术患者）	N/R	平均差异：倾斜角 −0.5	N/R	0.08	N/R	N/R

表4：基于惯性测量单元的骨盆方位评估的有效性与可靠性结果汇总。 骨盆倾斜、侧倾和旋转的报告结果汇总，包括有效性指标（如均方根误差、偏倚或平均差异、相关系数）以及可靠性指标（如组内相关系数、测量标准误和最小可检测变化，若数据可用）。缩写：RMSE = 均方根误差；r = 皮尔逊相关系数；ICC = 组内相关系数；SEM = 测量标准误；MDC = 最小可检测变化；ROM = 活动范围；THA = 全髋关节置换术；N/R = 未报告。请点击此处下载该表格。

数据可用性

本系统综述中包含的所有数据均已作为补充文件提供。

补充表 S1：心理测量学文章研究设计的批判性评估。请点击此处下载该文件。

补充表 S2：所纳入的12项研究的原始提取数据。请点击此处下载该文件。

补充表 S3：纳入研究的方法学质量评估。请点击此处下载该文件。

讨论

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本系统综述评估了惯性测量单元（IMU）在不同功能任务、传感器系统以及健康和临床人群中测量骨盆方向（倾斜、侧倾和旋转）的有效性和可靠性。研究结果表明，IMU 是评估骨盆方向的一种可行且相对准确的方法，尤其适用于行走及其他受控任务。在纳入的研究中，大多数 IMU 系统在行走和中等速度活动期间与光学运动捕捉系统表现出良好至极佳的一致性。骨盆倾斜的报告均方根误差（RMSE）值普遍较低，范围为 0.69° 至 4.90°。骨盆侧倾和旋转则表现出更大的变异性，在利用 IMU 估计额状面和横断面骨盆方向时面临更多挑战。骨盆侧倾的报告 RMSE 值范围为 0.77° 至 4.75°，骨盆旋转为 1.22° 至 7.77°，其中在高速跑步等更高强度任务中观察到最大误差²⁵。

与骨盆旋转相比，骨盆前倾后倾获得更好结果的一个可能解释是，矢状面运动可能对累积漂移、软组织伪影以及与对齐相关的误差比横断面估计更为不敏感。相比之下，骨盆旋转以及在较小程度上的骨盆倾斜，可能更容易受到运动快速变化、传感器对齐方式以及不同研究间方法学差异的影响。任务复杂性似乎也具有相关性，因为在行走和其他受控任务期间报告的误差通常较低，而高速跑步则引入了更大的变异性。此外，基于骶骨的传感器放置方式是在各项研究中最常采用的方法，可能提供了对骨盆运动更为稳定的近似估计；但由于方法学报告不完整，尚无法在所有研究之间直接比较放置位置的影响。最后，在临床或术后人群中的结果较为有限，提示运动模式的改变和测量条件的变化可能会影响测量性能，但这一领域仍缺乏充分研究。

偏倚结果也支持了所纳入研究中惯性测量单元（IMU）的准确性。然而，Buganè 等人早期的一项研究³⁰显示出较大的系统性偏倚，并低估了骨盆倾斜角度（−9.9° 至 −5.7°）；而近期采用改进的传感器融合与校准流程的研究则一致报告在所有平面上均具有较低的偏倚（<2°）²⁷^,²⁸^,²⁹。Lin 等人²⁵同样报告了极小的倾斜和旋转偏倚，但发现骨盆斜度存在系统性低估。一种可能的解释是，冠状面的准确性可能对磁力计漂移或坐标系对齐等因素更为敏感，尽管所纳入的研究未对此进行直接评估。

任务强度似乎会影响测量的有效性，因为在高速跑步期间报告了更高的误差和偏差，尤其是骨盆旋转方面³³。然而，由于相关细节报告不完整，无法确定滤波和传感器融合方法的具体贡献。此外，通过腰带将骶部惯性测量单元（IMU）固定可能在高加速度任务中导致信号干扰，尽管这应被视为一种解释性说明，而非经直接验证的原因。总体而言，这些发现表明，IMU的性能可能随任务需求和测量条件而变化，在稳态步态、受控的运动动作以及其他较低强度任务中，通常报告的误差更小。

综上所述，纳入的研究普遍报告了基于惯性测量单元（IMU）的骨盆测量指标具有较高的重复性。Bolink 等人²² 和 Perpiñá-Martínez 等人³² 报告，在行走和跑步机跑步过程中，各骨盆平面的组内相关系数（ICC）值均超过 0.90，表明短期重复性极佳，即使在持续的功能性活动中也具有高度一致性。Lebleu 等人³⁵ 观察到较高的测试间可靠性，ICC 值 ≥0.98，标准误测量（SEM）值通常低于 2.2°，支持 IMU 适用于长期监测。Kim 等人²⁶ 在高尔夫挥杆分析中也发现 ICC 值为 0.91–0.99，表明即使在复杂的运动特异性动作条件下，仍具有良好的重复性。然而，在全髋关节置换术（THA）术后患者中，骨盆倾斜角的可靠性极低。在该研究中，骨盆上使用了两个 IMU，取其平均值进行分析³⁴。这种设置可能导致术后患者传感器放置难以保持一致，但这一解释仍属推测，因为该方法的影响未被直接评估。

对临床和运动应用的意义

综述的证据表明，惯性测量单元（IMU）可用于评估功能性及特定运动任务中的骨盆方向，尤其是在受控环境中。然而，由于大多数纳入的研究对象为健康个体或运动员，这些发现应用于临床步态评估、康复监测以及术后人群时应谨慎解读。IMU 的便携性可能使其成为在实验室环境之外进行重复性骨盆评估和任务特异性运动监测的实用选择。但在应用于跑步等高速运动任务，或骨盆生物力学发生改变的患者时，也需保持谨慎，因为在这些情况下其准确性和可靠性可能降低。IMU 的放置位置、校准方法及数据处理流程的标准化，对于提高不同任务和环境下的可重复性仍至关重要。

从实际应用角度来看，较低的均方根误差（RMSE）和偏差值表明惯性测量单元（IMU）推导结果与参考测量值之间的一致性更高，而较高的组内相关系数（ICC）值则表明重复性更佳。然而，这些指标的实际意义取决于具体的应用场景。例如，与在受控的运动或步态任务中进行广泛的运动筛查相比，临床决策或纵向监测可能需要更小的误差。由于在所纳入的研究中，可接受的骨盆朝向误差的标准化阈值并未一致定义，因此本综述的结果最好进行比较性解读，通常在受控任务中观察到更好的结果，而在高速运动或临床情境下的表现则相对不够稳定。

未来研究方向

基于惯性测量单元（IMU）的骨盆方向研究的未来工作应致力于解决若干方法学和临床方面的不足。尽管IMU在受控任务和特定运动任务中的骨盆方向测量已显示出良好的效度和可靠性，但现有研究在IMU放置位置、校准策略、数据融合算法以及滤波方法方面仍存在差异。因此，制定基于IMU的骨盆方向评估的国际标准化指南将显著提升研究质量，并加快其在临床中的转化应用。未来研究的优先方向之一是将效度和可靠性研究扩展至临床人群。目前纳入的研究大多在健康个体或运动员中开展，限制了其在下背痛、髋关节病变、神经系统疾病或术后运动功能障碍患者中的推广。病理性运动模式可能引入额外的软组织伪影、异常的骨盆协调模式以及传感器对准难题，而这些因素在当前综述中尚未充分涵盖。在推荐更广泛的临床应用之前，亟需在这些人群中开展进一步的验证研究。

最后，未来的研究应致力于通过常规报告置信区间、效应量、效度指标以及传感器融合与校准流程的详细描述，来加强报告标准和统计分析。采用标准化方案的试验对于建立规范性基准并定义在不同运动任务和人群中的骨盆惯性测量单元（IMU）可接受精度的最佳实践阈值至关重要。

潜在局限性

在解读本系统综述的研究结果时，应考虑其若干局限性。首先，符合纳入标准的研究总数相对较少，仅有12项研究满足纳入/排除标准。尽管这些研究的方法学质量为中等到较高水平，但证据基础有限，限制了结论的得出，且可能低估了惯性测量单元（IMU）在不同运动情境下性能的变异性。其次，大多数纳入的研究均在健康的年轻成年人或运动员群体中开展。第三，各研究之间存在明显的方法学异质性，包括采样频率、传感器融合算法、校准程序以及坐标系定义等方面的差异。这些不一致性限制了研究间的可比性。此外，这些方法学特征的报告不完整且不一致，限制了我们直接比较研究的能力，也削弱了关于可能影响IMU性能因素的推论强度。最后，目前关于可靠性的证据仍然有限。部分研究报告了测试-重测可靠性，仅有一项研究报告了测量标准误（SEM）值。尚无研究提供最小可检测变化（MDC）值，这限制了我们判断所观察到的纵向变化是否超过测量噪声，以及这些变化是否具有临床意义的能力，尤其是在康复及重返运动的情境中。

本系统综述表明，惯性测量单元（IMU）可提供骨盆方向的有用测量数据，尤其在采用骶骨放置方式的受控任务和研究中具有较强证据支持。骨盆前倾角的测量效度表现较为一致，而骨盆倾斜角和旋转角的测量则表现出更大的变异性与不确定性，尤其是在高速运动任务中。现有的信度证据在功能性任务和运动特异性任务中总体较为积极，但在临床人群中的研究仍有限。总体而言，研究间方法学报告不完整以及异质性限制了直接比较和更广泛的结论。未来需要采用标准化方案，并在临床人群中开展更严谨的评估研究，以加强现有证据基础。

披露

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作者声明无利益冲突。

致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者感谢 Majmaah 大学研究生院与科学研究处于项目编号（R-2026-168）下对本研究工作的资助。作者衷心感谢 Dr. Abdulaziz Alkathiry 和 Dr. Naif Alrashdi 在方法部分提供的协助。

材料

本文使用的材料清单
姓名	公司	目录编号	评论
心理测量学文章研究设计的关键评价	Slack Inc.	N/A	用于评估纳入研究的方法学质量评估工具。
IEEE Xplore	IEEE	N/A	于2025年11月1日检索符合条件的研究的电子数据库。
Microsoft Excel	Microsoft Corporation	N/A	用于数据提取和交叉核对的标准电子表格。
PROSPERO	约克大学综述与传播中心（Centre for Reviews and Dissemination, University of York）	CRD420251179585	用于方案注册的国际前瞻性注册平台。
PubMed	美国国家生物技术信息中心（National Center for Biotechnology Information (NCBI)）	N/A	于2025年11月1日检索符合条件的研究的电子数据库。
Web of Science	Clarivate	N/A	于2025年11月1日检索符合条件的研究的电子数据库。

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