תוקף ואמינות יחידות מדידה אינרציאלית להערכת כיוון האגן: סקירה שיטתית

סיכום

סקירה שיטתית זו העריכה את התקפות והאמינות של יחידות מדידה אינרציאליות (IMUs) להערכת כיוון האגן. IMU הראו את התוקף החזק ביותר במשימות מבוקרות, במיוחד במיקום מבוסס סקרום, אך הביצועים היו משתנים יותר בנטיות וסיבוב האגן, במהלך תנועות מהירות גבוהות ובאוכלוסיות קליניות.

תקציר

הערכת כיוון האגן היא יסודית לביומכניקת הליך, היציבה והספורט; עם זאת, השימוש במערכות לכידת תנועה מבוססות מעבדה יקר ומוגבל לסביבות מבוקרות. יחידות מדידה אינרציאלית (IMUs) מציעות חלופה ניידת למעבדות מסורתיות אך שונות במיקום, בכיול ובהגדרות ופרוטוקולי מיזוג חיישנים, מה שעלול לסבך את הפרשנות בפרקטיקה הקלינית. לכן, סקירה שיטתית זו בחנה את התקפות והאמינות של התמצאות האגן המבוססת על IMU במהלך משימות פונקציונליות וספציפיות לספורט. PubMed, Web of Science ו-IEEE Xplore נבדקו מחקרים רלוונטיים שהעריכו את כיוון האגן (למשל, נטייה, נטייה או סיבוב) באמצעות IMUs, והממצאים דווחו באמצעות הנחיות PRISMA. מחקרים זכאים כללו את אלו שדיווחו על נתונים ממשתתפים אנושיים ודיווחו על תקפות או אמינות יחידות IMU מול מערכות לכידת תנועה אופטיות. שנים-עשר מחקרים עמדו בקריטריוני ההכללה ונבדקו באמצעות כלי איכות מתודולוגי בן 12 פריטים. ממצאי התוקף שלנו ב-IMU השתנו בין המחקרים שנכללו; הטיית האגן הראתה את הדיוק הגבוה ביותר, עם ערכי שגיאת שורש ממוצע-ריבוע (RMSE) בדרך כלל בין 0.2° ל-4.9° והבדלים ממוצעים מינימליים במחקרים עדכניים. הנטייה והסיבוב הצביעו על שונות רבה יותר, כאשר ערכי RMSE הגיעו ל-6°–11° במהלך ריצה במהירות גבוהה. ממצאי האמינות של IMU שלנו הצביעו על חזרתיות טובה עד מצוינת גם במהלך פעילות פונקציונלית רציפה (מקדם קורלציה תוך-מחלקתי (ICC) 0.87–1.00). לעומת זאת, האמינות הייתה לקויה בהטיית האגן באנשים לאחר ארתרופלסטיה כוללת של הירך (ICC = 0.08). נראה כי IMU מספק מדידות אוריינטציה שימושיות של האגן, במיוחד במשימות מבוקרות וכאשר משתמשים במיקום מבוסס סקרום. עם זאת, התוקף משתנה יותר עבור אלכסון וסיבוב האגן, במהלך תנועות מהירות או מורכבות, ובאוכלוסיות קליניות. נדרש מחקר נוסף כדי לתקן פרוטוקולים, לשפר את הדיווח ולהבהיר ביצועים ביישומים שונים.

מבוא

הערכה מדויקת של כיוון האגן חיונית להבנת דפוסי התנועה האנושיים לקבלת החלטות קליניות מדויקות ולזיהוי מצבים עדינים העלולים להשפיע על אנשים בריאים ואתלטיים עם הפרעות שריר-שלד¹. כיוון האגן מתואר בדרך כלל באמצעות שלושה רכיבים: הטיה, סיבוב ונטייה². נטייה לא תקינה באגן משפיעה על עומס מפרקים, יעילות השרירים והתנועה, ונקשרה להפרעות שריר-שלד כמו כאבי גב תחתון ודלקת אוסטאוארתריטיס בירך 3,4,5,6,7. באוכלוסיות ספורטיביות, זה נקשר גם למגבלות ביצועים ולסיכון פציעות מוגבר⁸. כתוצאה מכך, שיטות קליניות נגישות למדידת כיוון האגן הן חיוניות להערכה, ניטור שיקום ומחקר על ביצועי ספורט ^2,6.

מערכות לכידת תנועה אופטיות משמשות רבות כשיטות ייחוס מבוססות מעבדה לכימות כיוון האגן; עם זאת, השימוש בהם מוגבל לסביבות מבוקרות ועלול להיות פחות מעשי^{בסביבות} קליניות שגרתיות או ספורטיביות^. יחידות מדידה אינרציאלית (IMUs), הכוללות בדרך כלל תאוצה תלת-צירית, ג'ירוסקופים ומגנטומטרים, משמשות יותר ויותר כאמצעי נייד להערכת כיוון האגן מחוץ למעבדה 11,12,13,14,15,16. אלגוריתמים של מיזוג חיישנים IMU (למשל, מסנני מדגוויק, מהוני וקלמן) משמשים להערכת כיוון האגן התלת-ממדי, אם כי הבדלים בשיטות עיבוד עשויים להשפיע על ביצועי המדידה^ב-17,18.

עם זאת, השימוש ב-IMU להערכת כיוון האגן מושפע ממספר גורמים מתודולוגיים שדווחו במחקרים קודמים, כולל מיקום החיישנים (למשל, הסקרום והחוליה המותנית), הליך הכיול, תדירות הדגימה ואלגוריתם המיזוג¹⁹. שונות אלו בין מחקרים עשויות לתרום לממצאים לא עקביים לגבי דיוק וחזרתיות של הערכת אוריינטציה אגנית מבוססת IMU 14,20,21. בעוד ש-IMU אושרו לקינמטיקה של הגפיים התחתונות ולתנועת עמוד השדרה^המותני 14,21,22, עדויות המתמקדות במיוחד בהטיית האגן, סיבוב או אלכסון נותרות מוגבלות ובלתי עקביות מבחינה מתודולוגית.

לכן, סקירה שיטתית זו נועדה להעריך את הראיות הזמינות להערכה מבוססת IMU של נטיית האגן. המטרה העיקרית הייתה לבחון את התקפות והאמינות של IMU למדידת כיוון האגן. מטרה משנית הייתה לסכם את המאפיינים המתודולוגיים שדווחו במחקרים, כולל מיקום חיישנים, הליכי כיול וגישות מיזוג חיישנים, ולזהות פערי ראיות שמגבילים השוואה ישירה בין מחקרים.

פרוטוקול

סקירה שיטתית זו נערכה בהתאם להנחיות פריטי דיווח מועדפים לסקירות ומטא-אנליזות שיטתיות (PRISMA 2020)²³. פרוטוקול הסקירה השיטתית נרשם ברשימת הסקירות השיטתיות הבינלאומית (PROSPERO) תחת מספר הרישום CRD420251179585. פרטי הפרוטוקול המלאים זמינים בכתובת:

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

אסטרטגיית חיפוש

PubMed, Web of Science ו-IEEE Xplore נבדקו ב-1 בנובמבר 2025 כדי לזהות מאמרי מחקר מקוריים שהעריכו את הנטייה האגן באמצעות IMU בקרב בני אדם. המאמרים שנכללו הוגבלו לפרסומים בשפה האנגלית, והחיפושים הוגבלו בתאריך ל-2005–2025. הגבלת תאריך החיפוש נבעה מהצמיחה המהירה של טכנולוגיית IMU בשנים האחרונות והבטיחה שרק שיטות מדידה מודרניות ייכללו. לא בוצעו שיטות חיפוש משלימות כגון סינון רשימות מקור, מעקב ציטוטים או חיפוש ידני. טבלה 1 מציגה את פרטי החיפוש ומחרוזות החיפוש המשמשים לכל מסד נתונים.

מאגר נתונים
PubMed	(יחידת מדידה אינרציאלית*[כותרת/תקציר] OR IMU*[כותרת/תקציר] OR אקסלרומט*[כותרת/תקציר] או ג'ירוסקופ*[כותרת/תקציר] או לבישה*[כותרת/תקציר]) ו-(אגן[כותרת/תקציר] או אגן[כותרת/תקציר] או "הטיית אגן"[כותרת/תקציר] או "סיבוב אגן"[כותרת/תקציר] או "נטיית אגן"[כותרת/תקציר] או "כיוון אגן"[כותרת/תקציר] או "הטיית אגן קדמית"[כותרת/תקציר] או "הטיית אגן אחורית"[כותרת/תקציר]) ו(תקף*[כותרת/תקציר] או מדויק*[כותרת/תקציר] או "אלטמן משעמם"[כותרת/תקציר] או reliab*[כותרת/תקציר] או חזרה*[כותרת/תקציר] או שכפול*[כותרת/תקציר] תקציר] OR ICC[כותרת/תקציר] OR SEM[כותרת/תקציר] OR MDC[כותרת/תקציר])
רשת המדע	("יחידת מדידה אינרציאלית*" או IMU* או אקסלרומט* או ג'ירוסקופ* או לבישה*) ו-(אגן או אגן או "הטיית אגן" או "סיבוב אגן" או "נטיית אגן" או "נטיית אגן" או "הטיה קדמית של האגן" או "הטיה אחורית של האגן") ו-(תקפה* או מדויקת* או הסכמה או "בלנלד-אלטמן" או רליאב* או חזרה* או שכפול* או ICC או SEM או MDC)
IEEE Xplore	(("יחידת מדידה אינרציאלית" או "יחידות מדידה אינרציאלית" או IMU או IMU או מד תאוצה או ג'ירוסקופ או ג'ירוסקופים או לבישה) ו-("אגן" או "אגן" או "הטיית אגן" או "סיבוב אגן" או "נטיית אגן" או "נטיית אגן" או "הטיית אגן קדמית" או "הטיית אגן אחורית") ו-(תוקף או אימות או דיוק או הסכמה או "בלנדל-אלטמן" או אמינות או חזרתיות או שחזוריות או ICC או SEM או MDC))

טבלה 1: מחרוזות חיפוש ששימשו לכל מסד נתונים. מחרוזות חיפוש ששימשו ב-PubMed, Web of Science ו-IEEE Xplore לזיהוי מחקרים שמעריכים את תקפות ו/או אמינות יחידות מדידה אינרציאליות (IMUs) להערכת כיוון האגן. אנא לחצו כאן להורדת הטבלה הזו.

קריטריוני זכאות

מחקרים היו זכאים אם כללו משתתפים אנושיים; השתמשו ב-IMU למדידת הטיית האגן, סיבוב או אלכסון; ודיווח נתונים על תקפות או אמינות של IMU בהשוואה ללכידת תנועה אופטית. המחקרים שנכללו היו מחקרים ניסיוניים מקוריים שדיווחו על תוקף כמותי (למשל, RMSE, הטיה, קורלציה, בלנד–אלטמן) ומדדי אמינות (ICC, שגיאת מדידה תקנית [SEM], ושינוי מינימלי שניתן לזיהוי [MDC]). מחקרים הוצאו מהמחקרים אם כללו בעלי חיים, סימולציות, או התמקדו בהערכת מקטעים שאינם אגניים, או אם לא כלל מדד משווה (דיווח רק על תוצאות תיאוריות) או שהיו מחקרים לא מקוריים כגון סקירות, פרוטוקולים, תקצירים או דוחות מקרה.

סינון ובחירה במחקר

המחבר, בסיוע שני מעריכים מוכרים שאינם מחברים, בדק כותרות ותקצירים לרלוונטיות, ערך סקירות טקסט מלא לקביעת הכללה סופית, וסיכם את המאמרים בדיאגרמת זרימה PRISMA 2020. כל הרשומות שנאספו נבדקו לאיתור כפילות, ורשומות כפולות הוסרו.

חילוץ נתונים

הנתונים שנלקחו כללו פרטים ביבליוגרפיים (מחבר, שנה), מאפייני משתתפים, IMUs (מיקום, מותג, מודל, מספר חיישנים, קצב דגימה, אלגוריתם מיזוג חיישנים/אוריינטציה), משימות בדיקה (עמידה, הליכה, סקוואט, ריצה) ותוצאות מדווחות (RMSE, הטיה, קורלציה, ICC, SEM, MDC). הנתונים שהופקו נבדקו פעמיים באמצעות גיליון אקסל סטנדרטי.

סיכון להטיה והערכת איכות

האיכות המתודולוגית של המחקרים שנכללו הוערכה באמצעות הערכה ביקורתית של עיצוב המחקר למאמרים פסיכומטריים²⁴, אשר שימשה בעבר למחקרים שבחנו את תכונות הפסיכומטריות של חיישנים לבישים¹⁴. הערכת האיכות כללה 12 פריטים עם ציון כולל מקסימלי אפשרי של 24, שהומר לאחוז. כל פריט קיבל ציון של 2 (מספק), 1 (חלקית מספק) או 0 (לא מספק) בחמש קטגוריות: שאלת מחקר, עיצוב המחקר, מדידות, ניתוחים והמלצות. לשיפור העקביות, הערכת איכות זו בוצעה על ידי שני מעריכים שאינם מחברים שהוזכרו בכתב היד, וכל הבדלים נפתרו באמצעות דיון. המחקרים סווגו לפי ציון האיכות הכולל שלהם: איכות גבוהה, 85–100%; איכות בינונית, 70–84%; איכות נמוכה, 50–69%; או באיכות נמוכה מאוד, <50%. הכלי המלא בן 12 הפריטים וקריטריוני הניקוד מוצגים בטבלה המשלמה S1.

סינתזת נתונים

הממצאים סונתזו באופן נרטיבי על ידי קיבוץ מחקרים לפי תוקף ותוצאות אמינות, מישור תנועת האגן, סוג המשימה ומאפיינים מתודולוגיים מרכזיים. האיכות המתודולוגית נלקחה בחשבון במהלך פירוש הממצאים; לא נכלל מחקרים על בסיס ציון איכות בלבד, אך מחקרים באיכות נמוכה פורשו בזהירות רבה יותר.

תוצאות

בחירת המחקר

החיפוש הראשוני במסד הנתונים זיהה 714 מחקרים פוטנציאליים (PubMed = 190, Web of Science = 482, ו-IEEE Xplore = 42). לאחר הסרת כפילויות וסינון תקציר-כותרת, הוערכו 63 מאמרים מלאים לזכאות, ו-12 מחקרים עמדו בקריטריוני הכללה והחרגה ונכללו בסקירה שיטתית זו (איור 1).

איור 1: דיאגרמת זרימת PRISMA 2020 של בחירת המחקר. דיאגרמת זרימה המציגה את תהליך זיהוי המחקר, הסינון, הערכת הזכאות וההכללה הסופית בסקירה שיטתית זו, בהתאם ל-PRISMA 2020. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

איכות המחקרים שנכללו

כל המחקרים שנכללו היו מאמרים ניסיוניים שעברו ביקורת עמיתים שפורסמו בין השנים 2014 ל-2025. בהתבסס על הערכת האיכות המתודולוגית, שלושה מחקרים דורגו כאיכותיים (85–100%)22,25,26, 7 כאיכות בינונית (70%–84%) ו-2 כאיכות נמוכה (50%–69%). המחקרים האיכותיים הראו חוזקות מתודולוגיות, כולל שימוש במערכות ייחוס (כגון Vicon, Optotrak, Qualisys) לאימות, דיווח ברור של תוצאות וניתוחים סטטיסטיים מתאימים (למשל, RMSE, ICC, Bland–Altman). מגבלות טיפוסיות במחקרים שנכללו היו גודל מדגם קטן ותיאורים לא שלמים של כיול IMU–segment (טבלה 2).

מחבר	שאלה 1	שאלה 2	שאלה 3	שאלה 4	שאלה 5	שאלה 6	שאלה 7	שאלה 8	שאלה 9	שאלה 10	שאלה 11	שאלה 12	סך הכל	%	איכות
בוגנה ואח' 30	2	0	1	2	0	לא זמין	1	2	2	2	2	1	15	68%	LQ
בולינק ואח' 22	2	2	1	2	1	לא זמין	2	2	2	2	1	2	19	86%	המטה
אקדהל ואח' 31	2	1	1	2	0	לא זמין	2	2	2	0	1	1	14	64%	LQ
Perpiñá-Martínez ואחרים. 32	2	2	1	2	1	לא זמין	1	2	2	1	1	1	16	73%	MQ
לבלו ואח' 35	2	1	1	2	0	לא זמין	1	2	2	2	2	1	16	73%	MQ
לין ואח' 25	2	2	2	2	1	לא זמין	2	2	2	2	2	1	20	90%	המטה
ברייס ואח' 29	2	0	1	2	2	לא זמין	2	2	2	2	2	1	18	82%	MQ
אסגרי & הלר 27	2	1	1	2	0	לא זמין	2	2	2	2	2	1	17	77%	MQ
בסונה ואח' 28	2	1	2	2	0	לא זמין	2	2	2	2	1	1	17	77%	MQ
קים ואח' 26	2	1	2	2	2	לא זמין	2	2	2	2	1	1	19	86%	המטה
רואיז-מלגון ואח' 33	2	2	1	2	0	לא זמין	1	2	2	2	2	1	17	77%	MQ
Zügner ואחרים.34	2	2	2	2	0	לא זמין	1	2	2	2	2	1	18	82%	MQ

טבלה 2: הערכת איכות מתודולוגית של 12 המחקרים שנכללו. ציוני איכות מתודולוגיים של המחקרים שנכללו בהתבסס על הערכת 12 הפריטים המותאמת של עיצוב המחקר למאמרים פסיכומטריים ששימשו בסקירה זו. כל פריט קיבל ציון 2 = מספק, 1 = מספק חלקית, או 0 = לא מספק. Q1–Q12 מתאימים לפריטי איכות מתודולוגיים מותאמים המפורטים בטבלה המשליפה S1. קיצורים: HQ = איכות גבוהה; MQ = איכות בינונית; LQ = איכות נמוכה; N/A = לא רלוונטי. אנא לחצו כאן להורדת הטבלה הזו.

מאפייני המחקרים שנכללו

משתתפים

ב-12 המחקרים שנכללו היו בסך הכל 232 משתתפים בגילאי 18–80. רוב המחקרים הללו העריכו רצים וגולפאים בריאים, פנאי או תחרותיים, בעוד שרק שני מחקרים כללו אוכלוסיות קליניות, במיוחד אנשים שעוקבים אחרי ארתרופלסטיה כוללת של הירך (THA) ואנשים עם אוסטיאוארתריטיס בברך או בירך.

מערכות IMU, מיקום ואלגוריתמים למיזוג חיישנים

רוב המחקרים שנכללו אספו נתוני אגן באמצעות IMU שהוצבו מעל הסקרום, מה שהפך את מיקום הסקרום לגישה המדווחת ביותר במחקרים 25,27,28,29,30,31,32,33,34. מערכות מסחריות כללו Xsens, Delsys, MicroStrain, BTS G-Sensor, IMeasureU, APDM-Opal, aktos-t, RunScribe ו-TuringSense. Table 3 מספק סיכום מלא של מיקום IMU, מערכת ומספר עבור כל מחקר.

לימוד	מספר המשתתפים	משימה	מערכת IMU	מיקום חיישנים	לא. של יחידות IMU	קצב דגימה	שיטות סינון	אלגוריתם מיזוג חיישנים / אוריינטציה
בוגאנה ואח' 30	16 בריאים	הליכה	F4A IMU	הסקרום	1	100 הרץ	מסנן Butterworth מדרגה רביעית עם תדר חיתוך של 8 הרץ	באמצעות הפונקציה 'detrend' ב-Matlab
בולינק ואח'	17 מטופלים עם OA בירך או ברך	הליכה, ישיבה כדי לעמוד וחסימת צעד	קישור אינרציה של MicroStrain	גב תחתון (בין PSIS)	1	100 הרץ	לא ניתן לשמוע	אלגוריתמים ב-MATLAB
לבלו ואח' 35	7 בריאים	הליכה	x-IMU x-io Technologies	האגן (מותן 5), ירכיים, שוקיים, רגליים	7	128 הרץ	לא ניתן לשמוע	אלגוריתם AHRS של מהוני
Perpiñá-Martínez ואח' 32	29 רצים	ריצה	BTS G-Sensor	S1 (סקרום)	1	100 הרץ	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע
אקדהל ואח' 31	11 בריאים	הליכה ופעילויות ספורט	Delsys Trigno Avanti	הסקרום, הירכיים, השוקים, הרגליים	7	240 הרץ	פילטר באטרוורת' מדרגה רביעית במעבר נמוך (5 הרץ)	לא ניתן לשמוע
ברייס ואח' 29	8 חותרות עילית	חתירה	IMeasureU IMU גרסה 2.0	T1, T7, L2, S2 סקרלי שני	4	500 הרץ	לא ניתן לשמוע	מסנן קלמן
לין ואח' 25	20 רצים	ריצה	Xsens MVN אוינדה	הסקרום, הירכיים, השוקים, הרגליים	7	100 הרץ	פילטר באטרוורת' מסדר רביעי, אפס עיכוב, עם תדר חיתוך של 8 הרץ	אלגוריתם מובנה מסופק על ידי Xsens MVN Analyze
אסגרי & הלר. 27	6 רצים	ריצה	APDM אופל	הסקרום	1	128 הרץ	מסנני מעבר גבוה ומעבר נמוך	מסנן קלמן לעומת מיזוג משלים
בסונה ואח' 28	14 בריאים	הליכה	מערכת aktos-t IMU	אגן, רגליים, שוקיים, ירכיים, חוליה C7, חזה, אמות, זרועות עליונות, ידיים וראש	16	143 הרץ	פילטר מסנן מעבר נמוך (10 הרץ, מסנן באטרוורת' מדרגה שנייה	מיזוג מותאם אישית (האלגוריתם של iSen 3.08)
קים ואח' 26	36 שחקני גולף	נדנדה בגולף	ציר טיורינגסנס	L4 ו-T1 (אגן מ-L4)	2	100 הרץ	פילטר באטרוורת' עם תדר חיתוך של 12 הרץ	מסנן מדג'וויק
רואיז-מלגון ואח' 33	16 בריאים	הליכה וריצה	מעבדת ההליכה הסקרלית של RunScribe	סקרום וכפות רגליים	3	500 הרץ	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע
Zügner ואחרים.34	49 מטופלים עם THA	הליכה	GaitSmart™	2 בפלוויס (מתחת לסמל האיליאק), הירכיים והשוק	6	102.4 הרץ	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע

טבלה 3: מאפייני מערכות IMU, מיקום חיישנים, קצב דגימה, שיטות סינון וגישות מיזוג חיישנים במחקרים שנכללו. סיכום המאפיינים המרכזיים של המחקר, כולל אוכלוסיית המשתתפים, משימת התנועה, מערכת IMU, מיקום החיישנים, מספר החיישנים, קצב הדגימה ומערכת ההתייחסות כאשר דווח. קיצורים: IMU= יחידת מדידה אינרציאלית; OA = אוסטאוארתריטיס; PSIS = קוצים איליאקיים עליונים אחוריים; THA = ארתרופלסטיה כוללת של הירך; N/R = לא דווח. אנא לחצו כאן להורדת הטבלה הזו.

הניתוח של סינון וביצועי מיזוג חיישנים בין המחקרים שנכללו הוגבל בשל שונות מתודולוגית ודיווח לא שלם. רק ארבעה מחקרים תיארו בבירור את שיטות המיזוג שלהם; שניים השתמשו ב-Kalman^27,29, אחד השתמש באלגוריתם Madgwick²⁶, ואחד השתמש באלגוריתם AHRS³⁵ של Mahony. עקב פירוט מתודולוגי לא מספק, לא הייתה אפשרות להשוות ישירות בין אלגוריתמי ההיתוך או לתרומותיהם העצמאיות לדיוק. שונות זו הקשתה על הקביעה האם ההבדלים בדיוק בכיוון האגן נבעו מדרישות המשימה, מיקום החיישנים או אסטרטגיית המיזוג הבסיסית.

תוקף ה-IMU להערכת אוריינטציה אגנית

במחקרים שנכללו שהעריכו IMU להטיית האגן, נטיות וסיבוב 22,25,26,27,28,29,30,31,33,34,35, התוקף נראה ספציפי למישור ולמשימה ולא אחיד בכל התנאים בהשוואה למערכות לכידת תנועה אופטיות (טבלה (טבלה 4). המחקרים שנכללו בחנו מגוון משימות תנועה, כולל הליכה 22,28,30,31,33,34,35, ריצה 25,27,32,33^, ופעולות ספציפיות לספורט 26,29,31, מספק סקירה רחבה של ביצועי IMU בהקשרים פונקציונליים.

ערכי RMSE המדווחים נעו בין 0.69° ל-4.90° בהטיית האגן 22,25,27,28,30,33,35 ומ-0.77° עד 4.75° עבור נטיית האגן 22,25,27,28,33,35. סיבוב האגן הראה את השונות הגבוהה ביותר, עם ערכי RMSE שנעו בין 1.22° ל-7.77° במהלך ריצה במהירות גבוהה ותנועות תובעניות אחרות 25,27,28,30,33,35.

ערכי הטיה לכיוון האגן דווחו בשמונה מחקרים כהפרש שיטתי ממוצע בין ערכי IMU ללכידת תנועה אופטית (OMC)25,26,27,28,29,30,33,34. בוגאנה ואח' ³⁰ דיווחו על ערכי הטיה שליליים יחסית גבוהים של הטיית האגן (−9.9° עד −5.7°), הטיות אלכסוניות קטנות יותר (−1.2° עד −1.4°), והערכה מוגזמת קלה של סיבוב האגן (+0.7° עד +1.5°). ברייס ואח^{' דיווחו} על הטיות אגן סגיטליות קטנות ברמת S2 שנעות בין −2.7 ל-−0.09° במהלך חתירה. אסגרי והלר²⁷ הבחינו בהטיות מינימליות בכל מישורי האגן (−0.50° עד −0.10°), ובסון ואח^{' דיווחו} על הטיות נמוכות דומות (−0.7° עד −1.7°). לין ואח' דיווחו ^{גם על} הטיות קטנות בהטיות האגן (−0.18° עד +1.5°) והטיות סיבוב (−1.1° עד +0.99°) במהירויות ריצה, אם כי באותו מחקר IMU העריכו פחות מדי את הנטיות האגן ביחס למערכת OMC (−3.3° עד −4.1°).

לעומת זאת, רואיז-מלאגון ואח^' דיווחו על ערכי הטיה גבוהים יותר במהלך הליכה וריצה במהירות גבוהה, עם הטיות הטיית אגן של עד +4.6° והטיות סיבוב האגן שהגיעו ל-−11.2°. אצל מטופלים, Zügner ואח^{' מצאו} כי הטיית האגן הראתה שגיאה ממוצעת קטנה של −0.5° בהשוואה ל-OMC. מקדמי הקורלציה המדווחים לכיוון האגן השתנו במידה ניכרת בין מחקרים, החל מערכים נמוכים או שליליים במשימות מסוימות ועד הסכמה חזקה באחרות, בהתאם למישור התנועה ולדרישות המשימה 22,26,27,30.

מקדמי קורלציה נמוכים ומשתנים יותר דווחו ^{על ידי} Lin ואח' במהלך ריצה במהירות גבוהה (0.44–0.89), בעוד ש-Ruiz-Malagón ^{ואחרים דיווחו} על מתאמים חלשים יותר באופן כללי, כולל ערכים שליליים (−0.48 עד 0.76). בסך הכל, התוקף נראה חזק יותר במשימות מבוקרות, בעוד שתנועות מהירות גבוהות היו קשורות לשגיאה גבוהה יותר ולהסכמה חלשה יותר. למרות שלעיתים דווחו ערכי RMSE נמוכים יותר בהטיית האגן, ההסכמה בין משתני האגן לא הייתה אחידה בין המחקרים, והביצועים החלשים היו בולטים במיוחד בתנאי ריצה תובעניים יותר. ביצועים טובים יותר דווחו לרוב במחקרים שהשתמשו במיקום IMU מבוסס סקרום ונהלי כיול סטנדרטיים, אם כי דיווח מתודולוגי לא שלם הגביל השוואה ישירה בין מחקרים.

אמינות ה-IMU להערכת אוריינטציה אגנית

האמינות הוערכה בארבעה מחקרים (טבלה 4). רוב המחקרים דיווחו על ערכי ICC טובים עד מצוינים לכיוון האגן, עם ערכים שנעים בין 0.81 ל-0.99 באוכלוסיות בריאות ואתלטיות ^ב-26,32,35. עם זאת, רמת האמינות לא הייתה גבוהה באופן עקבי בכל האוכלוסיות, שכן דווח על אמינות ירודה בהטיית האגן בקרב אנשים שלאחר THA (ICC = 0.08)³⁴. לבלו ואח^' מצאו אמינות גבוהה בין המפגשים לטווח תנועה של האגן (ROM) במהלך הליכה, אם כי האמינות משתנה לפי מישור התנועה ושיטת הכיול. פרפיניה-מרטינז ואח' ³² דיווחו גם על ערכי ICC > 0.80 עבור הטיית האגן, נטייה וסיבוב במהלך ריצה במהירויות שונות. ממצאים אלו מצביעים על מדידות עקביות במהלך פעילות פונקציונלית רציפה. קים ואח^{' דיווחו} על ערכי ICC של 0.91 עד 0.99 לסיבוב האגן ונטייה במהלך חבטות גולף, מה שמעיד על חזרתיות גבוהה במשימה ספציפית לספורט זה.

לימוד	משתני אגן	RMSE (°)	הטיה / הפרש ממוצע (°)	r	ICC	SEM (°)	MDC (°)
בוגנה ואח' 30	הטיה, נטייה, סיבוב	הטיה = 0.73; נטייה = 1.22; סיבוב = 2.66	הטיה: הטיה −9.9 עד −5.7; נטייה −1.24 עד −1.41; סיבוב +0.71 עד +1.5	0.88–0.95	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע
בולינק ואח' 22	הטיה, נטייה	הטיה = 2.7; נטייה = 2.68	לא ניתן לשמוע	0.86–0.94	0.94 -1.00	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע
לבלו ואח' 35	הטיה, נטייה, סיבוב	הטיה = 0.9 עד 1.0; נטייה = 1.1 עד 1.2; סיבוב = 1.5	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע	0.81–0.93	0.5–2.2	לא ניתן לשמוע
Perpiñá-Martínez ואחרים. 32	הטיה, נטייה, סיבוב	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע	הטיה 0.868; נטיות 0.963; סיבוב 0.922	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע
אקדהל ואח' 31	טווח תנועה אגני, סגיטל, קורונלי ורוחבי	לא ניתן לשמוע	הפרש ממוצע: נטייה סגיטלית: 0.67° עד 2.13°; אלכסון קורונלי: −0.46° עד 0.61°; סיבוב רוחבי: −0.72° עד −0.87°	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע
ברייס ואח' 29	הטיית קשת ב-S2 (חתירה)	הטיה = 2.43 עד 4.90	הטיה: הטיה −2.70 עד −0.09	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע
לין ואח' 25	הטיה, נטייה, סיבוב (ריצה)	הטיה = 4.31 עד 4.59; נטייה = 4.29 עד 4.75; סיבוב = 6.47 עד 7.77	הטיה: הטיה −0.18 עד +1.5; נטיות −3.3 עד −4.1; סיבוב −1.1 עד +0.99	0.44–0.89	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע
אסגרי & הלר 27	הטיה, נטייה, סיבוב	הטיה = 0.69; נטייה = 0.77; סיבוב ≈ 1.22.	הטיה: הטיה −0.10; נטיות −0.50; סיבוב −0.49	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע
בסונה ואח' 28	הטיה, נטייה, סיבוב	הטיה = 2.5; נטייה = 2.4; סיבוב = 2.9	הטיה: הטיה −0.7; נטיות −1.7; סיבוב −1.3	הטיה = -0.011; נטייה = 0.82; סיבוב = 0.83	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע
קים ואח' 26	נטייה, סיבוב	לא ניתן לשמוע	הבדל ממוצע: נטיות 1.65	נטייה = 0.92	0.91–0.99	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע
			סיבוב 0.76	סיבוב = 0.99
רואיז-מלגון ואח' 33	ROM: הטיה, נטייה, סיבוב (הליכה/ריצה)	לא ניתן לשמוע	הטיה: הטיה מ-+0.2 עד +4.6; נטייה −1.1 עד −6.1; סיבוב +0.7 עד −11.2	−0.48 עד 0.76	−1.62 עד 0.83	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע
Zügner ואח' 34	טילט (מטופלי THA)	לא ניתן לשמוע	הבדל ממוצע: הטיה −0.5	לא ניתן לשמוע	0.08	לא ניתן לשמוע	לא ניתן לשמוע

טבלה 4: סיכום תוקף ותוצאות אמינות להערכת אוריינטציה אגנית מבוססת IMU. סיכום תוצאות מדווחות עבור הטיית האגן, נטייה וסיבוב, כולל מדדי תוקף כגון RMSE, הטיה או הפרש ממוצע, ומקדמי קורלציה, וכן מדדי אמינות כגון ICC, SEM ו-MDC כאשר זמינים. קיצורים: RMSE = שגיאת שורש-ממוצע-ריבועי; r = מקדם קורלציה של פירסון; ICC = מקדם קורלציה בתוך מחלקה; SEM = שגיאת מדידה סטנדרטית; MDC = שינוי מינימלי שניתן לזיהוי; ROM = טווח תנועה; THA = ארתרופלסטיה כוללת של הירך; N/R = לא דווח. אנא לחצו כאן להורדת הטבלה הזו.

זמינות נתונים

כל הנתונים שנכללו בסקירה שיטתית זו סופקו כקבצים משלימים.

טבלה משלימה S1: הערכה ביקורתית של עיצוב המחקר למאמרים פסיכומטריים. אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.

טבלה משלימה S2: נתונים גולמיים שהופקו עבור 12 המחקרים שנכללו.אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.

טבלה משלימה S3: הערכת איכות מתודולוגית של מחקרים שנכללו.אנא לחצו כאן להורדת הקובץ הזה.

דיון

סקירה שיטתית זו בחנה את התקפות והאמינות של IMU למדידת כיוון האגן (הטיה, נטייה וסיבוב) במשימות פונקציונליות שונות, מערכות חיישנים, ואוכלוסיות בריאות וקליניות. הממצאים מצביעים על כך ש-IMU הוא גישה ישימה ומדויקת יחסית להערכת כיוון האגן, במיוחד במהלך הליכה ומשימות מבוקרות אחרות. במחקרים שנכללו, רוב מערכות ה-IMU הראו התאמה טובה עד מצוינת עם לכידת תנועה אופטית במהלך הליכה ופעילויות במהירות בינונית. ערכי RMSE המדווחים עבור הטיית אגן היו בדרך כלל נמוכים, ונעו בין 0.69° ל-4.90°. נטיות וסיבוב האגן הראו שונות גדולה יותר והציוו אתגרים גדולים יותר בהערכת כיוון האגן בחזית ובמישור הרוחבי מ-IMUs. ערכי RMSE המדווחים נעו בין 0.77° ל-4.75° עבור נטיית האגן ובין 1.22° ל-7.77° לסיבוב האגן, כאשר השגיאות הגדולות ביותר נצפו במשימות תובעניות יותר כמו ריצה^{במהירות גבוהה 25}.

הסבר אפשרי לתוצאות הטובות יותר בהטיית האגן לעומת סיבוב האגן הוא שתנועת מישור הסגיטל עשויה להיות פחות רגישה לסטייה מצטברת, ארטיפקטים ברקמות רכות ושגיאות הקשורות ליישור מאשר הערכה במישור רוחבי. לעומת זאת, סיבוב האגן ובמידה פחותה גם הנטייה עשויים להיות מושפעים יותר משינויים מהירים בתנועה, יישור חיישנים והבדלים מתודולוגיים בין מחקרים. מורכבות המשימה נראית גם היא רלוונטית, שכן שגיאה נמוכה דווחה לעיתים קרובות יותר במהלך הליכה ומשימות מבוקרות אחרות, בעוד שריצה במהירות גבוהה יותר יצרה שונות גדולה יותר. בנוסף, מיקום מבוסס סקרום היה הגישה הנפוצה ביותר במחקרים ויכול להציע קירוב יציב יותר לתנועת האגן, אם כי לא ניתן היה להשוות ישירות את השפעת המיקום בין כל המחקרים בשל דיווח מתודולוגי לא שלם. לבסוף, התוצאות המוגבלות יותר באוכלוסיות קליניות או לאחר ניתוח מצביעות על כך ששינויים בדפוסי תנועה ותנאי מדידה עשויים להשפיע על הביצועים, אם כי הדבר עדיין לא נחקר מספיק.

תוצאות ההטיה גם תומכות בדיוק ה-IMU בין המחקרים שנכללו. עם זאת, מחקר מוקדם של Buganè ואח' ³⁰ הראה הטיה שיטתית גדולה והעריך פחות את נטיות האגן (−9.9° עד −5.7°), בעוד שמחקרים עדכניים יותר עם שיפור בהליכי מיזוג חיישנים וכיול דיווחו בעקביות על הטיה נמוכה (<2°) בכל המישורים 27,28,29. לין ואח' דיווחו ^באופן דומה על הטיית נטייה וסיבוב מינימלית, אך זיהו הערכה שיטתית נמוכה בנטיות האגן. פרשנות אפשרית אחת היא שדיוק המישור הקדמי עשוי להיות רגיש יותר לגורמים כמו סטיית מגנטומטר או יישור מסגרת קואורדינטות, אף על פי שזה לא הוערך ישירות במחקרים שנכללו.

עוצמת המשימה נראתה כמשפיעה על התוקף, שכן דווחו שגיאות והטיה גבוהים יותר במהלך ריצה במהירות גבוהה, במיוחד בסיבוב האגן³³. עם זאת, לא ניתן היה לקבוע את התרומה הספציפית של שיטות סינון ומיזוג חיישנים משום שפרטים אלו דווחו באופן חלקי. בנוסף, חיבור IMU סקרלי דרך חגורת המותן עשוי לתרום להפרעת אות במהלך משימות תאוצה גבוהה, אם כי יש לראות זאת כהסבר פרשני ולא כסיבה מוכחת ישירות. בסך הכל, ממצאים אלו מצביעים על כך שביצועי IMU עשויים להשתנות בהתאם לדרישות המשימה ולתנאי המדידה, כאשר שגיאות נמוכות יותר מדווחות לעיתים קרובות במהלך הליכה במצב יציב, תנועות אתלטיות מבוקרות ומשימות פחות תובעניות אחרות.

באופן כללי, דווח על חזרתיות גבוהה של מדדים אגניים מבוססי IMU במחקרים שנכללו. Bolink ואח' ו-Perpiñá-Martínez ואחרים ^דיווחו על ערכי ICC העולים על 0.90 במישורי האגן במהלך הליכה וריצה על הליכון, מה שמעיד על חזרתיות מצוינת לטווח קצר ועקביות גבוהה גם במהלך פעילות פונקציונלית רציפה. Lebleu ואחרים ³⁵ הבחינו באמינות גבוהה בין מושבים עם ערכי ICC של ≥0.98, כאשר ערכי SEM בדרך כלל מתחת ל-2.2°, מה שתומך בהתאמת IMU למעקב לאורך זמן. קים ואח' ²⁶ מצאו גם ערכי ICC של 0.91-0.99 במהלך ניתוח סווינג גולף, מה שמרמז על חזרתיות חזקה, אפילו בתנאי תנועה מורכבים ספציפיים לספורט. נצפתה אמינות נמוכה מאוד עבור הטיות אגן במטופלים לאחר THA. במחקר זה, שני IMU שימשו באגן, והערך הממוצע שלהם היה³⁴. מבנה זה עשוי לתרום לאתגרים בהשגת מיקום חיישנים עקבי במטופלים לאחר ניתוח; עם זאת, הדבר נותר פרשני משום שהשפעת הגישה הזו לא הוערכה ישירות.

השלכות ליישומים קליניים וספורטיביים

הראיות שנבדקו מצביעות על כך שניתן להשתמש ב-IMU להערכת כיוון האגן במהלך משימות פונקציונליות וספציפיות לספורט, במיוחד בסביבות מבוקרות. עם זאת, מאחר שרוב המחקרים כללו משתתפים בריאים או ספורטיביים, יש לפרש בזהירות את היישום של ממצאים אלה להערכת הליכה קלינית, ניטור שיקום ואוכלוסיות לאחר ניתוח. הניידות שלהן עשויה להפוך אותן לאופציה מעשית להערכה חוזרת של האגן ולניטור תנועה ממוקד למשימה מחוץ למעבדה. עם זאת, יש להיזהר גם כאשר מיישמים IMU במשימות מהירות כמו ריצה או אצל מטופלים עם שינוי במכניקת האגן, שם הדיוק והאמינות עלולים להיפגע. סטנדרטיזציה של מיקום, כיול ונהלי עיבוד IMU נותרת קריטית לשיפור השחזוריות בין משימות וסביבות שונות.

לפרשנות מעשית, ערכי RMSE והטיה נמוכים יותר מעידים על התאמה קרובה יותר בין מדידות נגזרות IMU למדידות ייחוס, בעוד שערכי ICC גבוהים יותר מעידים על חזרתיות גבוהה יותר. עם זאת, המשמעות המעשית של מדדים אלו תלויה ביישום המיועד. לדוגמה, ייתכן שיידרשו טעויות קטנות יותר לקבלת החלטות קליניות או ניטור אורך מאשר בדיקות תנועה רחבות יותר במשימות ספורט או הליכה מבוקרות. מכיוון שהספים הסטנדרטיים לשגיאת כיוון האגן המקובלת לא הוגדרו באופן עקבי בין המחקרים שנכללו, ממצאי סקירה זו מפורשים בצורה השוואתית בצורה הטובה ביותר, עם תוצאות טובות יותר שנצפו בדרך כלל במשימות מבוקריות וביצועים פחות עקביים בהקשרים קליניים או מהירים יותר.

כיווני מחקר עתידיים

מחקר עתידי על התמצאות אגן מבוססת IMU אמור לשאוף להתמודד עם מספר פערים מתודולוגיים וקליניים. למרות ש-IMU הוכיחו תוקף ואמינות טובים לכיוון האגן במהלך משימות מבוקרות וספציפיות לספורט, קיימת שונות במחקרים במיקום IMU, אסטרטגיות כיול, אלגוריתמים למיזוג והליכי סינון. לכן, פיתוח הנחיות בינלאומיות סטנדרטיות להערכת אגן מבוססת IMU ישפר משמעותית את המחקר ויהאיץ את התרגום הקליני. עדיפות לעבודה עתידית היא הרחבת מחקרי אימות ואמינות לאוכלוסיות קליניות. רוב המחקרים שנכללו נערכו באוכלוסיות בריאות או ספורטיביות, מה שהגביל את ההכללה למטופלים עם כאבי גב תחתון, פתולוגיה של הירך, הפרעות נוירולוגיות או ליקויים בתנועה לאחר ניתוח. דפוסי תנועה פתולוגיים עלולים לגרום לארטיפקטים נוספים ברקמות רכות, שינוי בקואורדינציה באגן, ואתגרים ביישור חיישנים שאינם מתוארים בסקירה הנוכחית. נדרש אימות נוסף באוכלוסיות אלו לפני שניתן להמליץ על יישום קליני רחב יותר.

לבסוף, מחקרים עתידיים צריכים לשאוף לחזק את תקני הדיווח והניתוח הסטטיסטי על ידי הצגת טווחי ביטחון, גדלי השפעה, מדדי תוקף ותיאורים מפורטים של פרוצדורות מיזוג וכיול בין חיישנים. ניסויים עם פרוטוקולים סטנדרטיים יהיו חיוניים לקביעת נקודות ציון נורמטיביות ולהגדרת ספי פרקטיקה מיטבית לדיוק IMU אגני מקובל בין משימות תנועה ואוכלוסיות שונות.

מגבלות פוטנציאליות

יש לקחת בחשבון מספר מגבלות של סקירה שיטתית זו בעת פרשנות ממצאיה. ראשית, מספר המחקרים הזכאים היה קטן יחסית, כאשר רק 12 מחקרים עמדו בקריטריונים של הכללה/הוצאה. למרות שמחקרים אלו הציגו איכות מתודולוגית בינונית עד גבוהה, בסיס הראיות המוגבל מגביל את המסקנות ועלול להעריך פחות מדי את השונות בביצועי IMU בהקשרי תנועה שונים. שנית, רוב המחקרים שנכללו נערכו בקרב צעירים בריאים או אוכלוסיות ספורטיביות. שלישית, שונות מתודולוגית גבוהה ניכרה בין מחקרים, כולל תדירות דגימה, אלגוריתמים של מיזוג חיישנים, הליכי כיול והגדרות מערכות קואורדינטות. אי-העקביות הללו מגבילים את ההשוואה בין מחקרים חוצה מחקרים. בנוסף, דיווח לא שלם ולא עקבי על מאפיינים מתודולוגיים אלו הגביל את יכולתנו להשוות מחקרים ישירות והגביל את עוצמת המסקנות לגבי גורמים שעלולים להשפיע על ביצועי IMU. לבסוף, הראיות לאמינות נשארות מוגבלות. חלק מהמחקרים דיווחו על אמינות בדיקות ובדיקות חוזרות, ורק מחקר אחד דיווח על ערכי SEM. אף מחקר לא דיווח על MDC, מה שהגביל את יכולתנו לפרש האם שינויים אורכיים שנצפו עולים על רעש מדידה ויש להם משמעות קלינית, במיוחד בהקשרים של שיקום וחזרה לספורט.

סקירה שיטתית זו מראה כי יחידות IMU יכולות לספק מדידות שימושיות לכיוון האגן, עם ראיות חזקות למשימות מבוקרות ומחקרים המשתמשים במיקום מבוסס סקרום. התוקף נראה עקבי יותר בהטיית האגן, בעוד שנצפו שונות ואי-ודאות רבה יותר בנטייה וסיבוב האגן, במיוחד במהלך משימות מהירות גבוהה. הראיות הזמינות לאמינות היו בדרך כלל חיוביות במשימות פונקציונליות וספציפיות לספורט, אך נשארו מוגבלות באוכלוסיות קליניות. בסך הכל, דיווח מתודולוגי לא שלם והטרוגניות בין מחקרים מגבילים השוואות ישירות ומסקנות רחבות יותר. נדרש מחקר נוסף עם פרוטוקולים סטנדרטיים והערכה חזקה יותר באוכלוסיות קליניות כדי לחזק את בסיס הראיות.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה

שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
הערכה ביקורתית של עיצוב מחקר למאמרים פסיכומטריים	Slack Inc.	לא זמין	כלי הערכת איכות מתודולוגי המשמש להערכת המחקרים שנכללו.
IEEE Xplore	IEEE	לא זמין	מאגר נתונים אלקטרוני נבדק ב-1 בנובמבר 2025 אחר מחקרים זכאים.
מיקרוסופט אקסל	מיקרוסופט קורפוריישן	לא זמין	גיליון אלקטרוני סטנדרטי המשמש לחילוץ נתונים ובדיקה צולבת.
פרוספרו	המרכז לביקורות והפצה, אוניברסיטת יורק	CRD420251179585	רישום פרוספקטיבי בינלאומי המשמש לרישום פרוטוקול.
PubMed	המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי (NCBI)	לא זמין	מאגר נתונים אלקטרוני נבדק ב-1 בנובמבר 2025 אחר מחקרים זכאים.
רשת המדע	קלריווייט	לא זמין	מאגר נתונים אלקטרוני נבדק ב-1 בנובמבר 2025 אחר מחקרים זכאים.