Ważność i wiarygodność jednostek pomiarowych inercjalnych do oceny orientacji miednicy: przegląd systematyczny

Podsumowanie

Ten przegląd systematyczny oceniał wiarygodność i wiarygodność jednostek pomiarowych inercjalnych (IMU) do oceny orientacji miednicy. IMU wykazały największą wiarygodność w zadaniach kontrolowanych, szczególnie przy umieszczeniu krzyżowym, ale wyniki były bardziej zmienne w przypadku skośności i rotacji miednicy, podczas dużych ruchów oraz w populacjach klinicznych.

Streszczenie

Ocena orientacji miednicy jest podstawowa dla biomechaniki chodu, postawy i sportu; Jednak korzystanie z laboratoryjnych systemów przechwytywania ruchu jest kosztowne i ograniczone do środowisk kontrolowanych. Jednostki pomiarowe inercyjne (IMU) stanowią przenośną alternatywę dla tradycyjnych laboratoriów, ale różnią się w rozmieszczeniu, kalibracji oraz ustawieniach/protokołach fuzji sensorów, co może utrudniać interpretację w praktyce klinicznej. Dlatego ten przegląd systematyczny analizował ważność i wiarygodność orientacji miednicy opartej na IMU podczas zadań funkcjonalnych i specyficznych dla sportu. PubMed, Web of Science i IEEE Xplore zostały przeszukane pod kątem odpowiednich badań oceniających orientację miednicy (np. przechylenie, pochylenie lub rotację) za pomocą IMU, a wyniki przedstawiono według wytycznych PRISMA. Kwalifikujące się badania obejmowały te raportujące dane od ludzkich uczestników oraz potwierdzające ważność lub wiarygodność IMU w porównaniu z optycznymi systemami przechwytywania ruchu. Dwanaście badań spełniało kryteria włączenia i zostało sprawdzonych za pomocą 12-punktowego narzędzia metodologicznego jakości. Nasze wyniki wiarygodności IMU różniły się w zależności od uwzględnionych badań; Przechylenie miednicy wykazało najwyższą dokładność, z wartościami rdzeniowo-średniokwadratowymi (RMSE) zazwyczaj między 0,2° a 4,9° oraz minimalnymi różnicami średnimi w najnowszych badaniach. Pochylenie i obrót wykazywały większą zmienność, a wartości RMSE sięgały 6°–11° podczas jazdy z dużą prędkością. Nasze wyniki niezawodności IMU wskazywały na powtarzalność od dobrego do doskonałego nawet podczas ciągłej aktywności funkcjonalnej (współczynnik korelacji wewnątrzklasowej (ICC) 0,87–1,00). Z kolei niezawodność była słaba dla pochylenia miednicy u osób po całkowitej artroplastyce biodra (ICC = 0,08). IMU wydają się dostarczać użyteczne pomiary orientacji miednicy, szczególnie w zadaniach kontrolowanych oraz gdy stosuje się układanie w kości krzyżowej. Jednak ważność jest bardziej zmienna dla pochylenia i rotacji miednicy, podczas dużych prędkości lub złożonych ruchów oraz w populacjach klinicznych. Potrzebne są dalsze badania, aby ustandaryzować protokoły, poprawić raportowanie i wyjaśnić wydajność w różnych zastosowaniach.

Wprowadzenie

Dokładna ocena orientacji miednicy jest niezbędna do zrozumienia ludzkich wzorców ruchowych, podejmowania trafnych decyzji klinicznych i identyfikowania subtelnych schorzeń, które mogą dotyczyć zdrowych i wysportowanych osób z zaburzeniami układu mięśniowo-szkieletowego¹. Orientacja miednicy jest zwykle opisywana za pomocą trzech składników: pochylenia, rotacji i skośności². Nieprawidłowa orientacja miednicy wpływa na obciążenie stawów oraz wydajność mięśni i ruchu, a także jest powiązana z zaburzeniami układu mięśniowo-szkieletowego, takimi jak ból dolnej części pleców oraz choroba zwyrodnieniowa stawów biodra 3,4,5,6,7. W populacjach sportowych powiązano to również z ograniczeniami wydajności i zwiększonym ryzykiem kontuzji⁸. W związku z tym klinicznie dostępne metody pomiaru orientacji miednicy są niezbędne do oceny, monitorowania rehabilitacji oraz badań nad wydajnością sportową ^2,6.

Optyczne systemy przechwytywania ruchu są szeroko stosowane jako laboratoryjne metody referencyjne do ilościowego określania orientacji miednicy; jednak ich stosowanie jest często ograniczone do kontrolowanych środowisk i może być mniej praktyczne w rutynowych warunkach klinicznych lub sportowych ^9,10. Jednostki pomiarowe inercyjne (IMU), które zazwyczaj obejmują akcelerometry trójosiowe, żyroskopy i magnetometry, są coraz częściej wykorzystywane jako przenośne metody oceny orientacji miednicy poza laboratorium 11,12,13,14,15,16 . Do szacowania trójwymiarowej orientacji miednicy stosuje się algorytmy IMU (np. filtry Madgwicka, Mahony'ego i Kalmana), choć różnice w metodach przetwarzania mogą wpływać na wydajność pomiaru na^17,18.

Jednak stosowanie IMU do oceny orientacji miednicy zależy od wielu czynników metodologicznych opisanych w poprzednich badaniach, w tym rozmieszczenia czujników (np. kość krzyżowa i kręg lędźwiowy), procedury kalibracji, częstotliwości pobierania próbek oraz algorytmu zespolenia¹⁹. Te różnice w poszczególnych badaniach mogą przyczyniać się do niespójnych wyników dotyczących dokładności i powtarzalności oceny orientacji miednicy opartej na IMU ^14,20,21. Chociaż IMU zostały zweryfikowane dla kinematyki kończyn dolnych i ruchu kręgosłupa lędźwiowego 14,21,22, dowody skupiające się szczególnie na nachyleniu, rotacji lub skośności miednicy pozostają ograniczone i metodologicznie niespójne.

Dlatego ten przegląd systematyczny miał na celu ocenę dostępnych dowodów dotyczących oceny orientacji miednicy opartej na IMU. Głównym celem było zbadanie wiarygodności i wiarygodności IMU do pomiaru orientacji miednicy. Drugim celem było podsumowanie cech metodologicznych zgłaszanych w różnych badaniach, w tym rozmieszczenia czujników, procedur kalibracji oraz podejść sensor-fuzja, a także identyfikacja luk dowodowych ograniczających bezpośrednie porównania między badaniami.

Protokół

Ten przegląd systematyczny został przeprowadzony zgodnie z wytycznymi Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses (PRISMA 2020) nr²³. Protokół przeglądu systematycznego został zarejestrowany w Międzynarodowym Rejestrze Przeglądów Systematycznych (PROSPERO) pod numerem rejestracyjnym CRD420251179585. Pełne szczegóły protokołu dostępne są na:

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

Strategia wyszukiwania

PubMed, Web of Science oraz IEEE Xplore zostały przeszukane 1 listopada 2025 roku, aby zidentyfikować oryginalne artykuły badawcze oceniające orientację miednicy za pomocą IMU u ludzi. Zawarte artykuły były ograniczone do publikacji anglojęzycznych, a wyszukiwania były ograniczone do lat 2005–2025. Ograniczenie daty wyszukiwania wynikało z szybkiego rozwoju technologii IMU w ostatnich latach i zapewniło, że uwzględniono wyłącznie nowoczesne metody pomiarowe. Nie stosowano dodatkowych metod wyszukiwania, takich jak przesiewanie list referencyjnych, śledzenie cytowań czy ręczne wyszukiwanie. Tabela 1 przedstawia szczegóły wyszukiwania oraz łańcuchy wyszukiwania używane dla każdej bazy danych.

Baza danych
PubMed	(jednostka pomiarowa inercyjna*[Tytuł/Streszczenie] LUB IMU*[Tytuł/Streszczenie] LUB akceleromet*[Tytuł/Streszczenie] LUB żyroskop*[Tytuł/Streszczenie] LUB urządzenie noszone*[Tytuł/Streszczenie]) AND (miednica[Tytuł/Streszczenie] LUB miednica[Tytuł/Streszczenie] LUB "przechylenie miednicy"[Tytuł/Streszczenie] LUB "rotacja miednicy"[Tytuł/Streszczenie] LUB "pochylenie miednicy"[Tytuł/Streszczenie] LUB "orientacja miednicy"[Tytuł/Streszczenie] LUB "przednie nachylenie miednicy"[Tytuł/Streszczenie] LUB "tylne nachylenie miednicy"[Tytuł/Streszczenie]) ORAZ ( ważne*[Tytuł/Streszczenie] LUB akuracja*[Tytuł/Streszczenie] LUB zgoda[Tytuł/Streszczenie] LUB "Bland-Altman"[Tytuł/Streszczenie] LUB odpowiedź*[Tytuł/ Streszczenie] LUB powtarzanie*[Tytuł/Streszczenie] LUB reprodukowanie*[Tytuł/Streszczenie] LUB ICC[Tytuł/Streszczenie] LUB SEM[Tytuł/Streszczenie] LUB MDC[Tytuł/Streszczenie])
Web of Science	("jednostka pomiarowa inercyjna*" LUB IMU* LUB akceleromet* LUB żyroskop* LUB urządzenie noszone*) ORAZ (miednica LUB miednica LUB "przechylenie miednicy" LUB "rotacja miednicy" LUB "skośność miednicy" LUB "orientacja miednicy" LUB "przednie nachylenie" LUB "tylne nachylenie miednicy") oraz (ważne* LUB accurac* LUB zgoda, albo "Bland-Altman" LUB reliab* LUB powtarzalność* LUB reprodukcja* ALBO ICC LUB SEM ALBO MDC)
IEEE Xplore	("jednostka pomiarowa inercjalna" LUB "jednostki pomiaru inercjalnego" IMU LUB IMU LUB akcelerometr LUB akcelerometr LUB żyroskop lub żyroskop LUB urządzenia noszone) oraz ("miednica" LUB "miednica" LUB "przechylenie miednicy" LUB "rotacja miednicy" LUB "pochylenie miednicy" LUB "orientacja miednicy" LUB "przednie nachylenie" LUB "tylne nachylenie miednicy") oraz (ważność LUB walidacja LUB dokładność LUB zgoda LUB "Bland-Altman" LUB niezawodność LUB powtarzalność ALBO ICC ALBO SEM ALBO MDC))

Tabela 1: Wyszukiwanie używane dla każdej bazy danych. Ciągi wyszukiwania używane w PubMed, Web of Science oraz IEEE Xplore do identyfikacji badań oceniających ważność i/lub wiarygodność jednostek pomiarowych inercyjnych (IMU) do oceny orientacji miednicy. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać tę tabelę.

Kryteria kwalifikacyjne

Badania kwalifikowały się, jeśli obejmowały uczestników ludzkich; używał IMU do pomiaru nachylenia, rotacji lub skośności miednicy; oraz raportowane dane dotyczące ważności lub niezawodności IMU w porównaniu z optycznym rejestrowaniem ruchu. Uwzględnione badania dotyczyły oryginalnych badań eksperymentalnych raportujących trafność ilościową (np. RMSE, błęd, korelacja, Bland–Altman) oraz wskaźniki wiarygodności (ICC, standardowy błąd pomiaru [SEM] oraz minimalna wykrywalna zmiana [MDC]). Badania były wyłączane, jeśli dotyczyły zwierząt, symulacji, skupiały się na ocenie segmentów niezwiązanych z miednicą, nie posiadały miary porównawcze (raportującej tylko opisowe wyniki) lub były nieoryginalnymi badaniami, takimi jak przeglądy, protokoły, streszczenia czy opisy przypadków.

Selekcja i selekcja badania

Autor, przy wsparciu dwóch uznanych nieautorów, sprawdził tytuły i streszczenia pod kątem istotności, przeprowadził przeglądy pełnych tekstów w celu ustalenia ostatecznego uwzględnienia oraz podsumował artykuły w schemacie przepływu PRISMA 2020. Wszystkie odzyskane rekordy zostały sprawdzone pod kątem duplikacji, a duplikaty zostały usunięte.

Ekstrakcja danych

Wyodrębnione dane obejmowały dane bibliograficzne (autor, rok), cechy uczestników, IMU (umiejscowienie, marka, model, liczba czujników, częstotliwość próbkowania, algorytm fuzji/orientacji czujników), zadania testowe (stojące, chodzenie, przysiadanie, bieganie) oraz raportowane wyniki (RMSE, uprzedzenie, korelacja, ICC, SEM, MDC). Wyodrębnione dane były dwukrotnie weryfikowane za pomocą standaryzowanego arkusza Excel.

Ryzyko błędu i ocena jakości

Jakość metodologiczna uwzględnionych badań została oceniona za pomocą Krytycznej Oceny Projektu Badań dla Artykułów^{Psychometrycznych 24}, która wcześniej była wykorzystywana do badań nad właściwościami psychometrycznymi czujników noszonych¹⁴. Ocena jakości obejmowała 12 zadań z możliwym maksymalnym łącznym wynikiem 24, który został przeliczony na procent. Każda pozycja została oceniona jako 2 (zadowalająca), 1 (częściowo zadowalająca) lub 0 (niezadowalająca) w pięciu kategoriach: pytanie do badania, projekt badania, pomiary, analizy i zalecenia. Aby poprawić spójność, tę ocenę jakości przeprowadzili dwaj niebędący autorami oceniającymi w manukrypcie, a wszelkie różnice zostały rozwiązane poprzez dyskusję. Badania klasyfikowano według ich całkowitej oceny jakości następująco: wysoka jakość, 85–100%; umiarkowana jakość, 70–84%; niskiej jakości, 50–69%; Albo bardzo niskiej jakości, <50%. Pełne narzędzie 12 pozycji oraz kryteria punktacji są przedstawione w Tabeli Uzupełniającej S1.

Synteza danych

Wyniki zostały zsyntetyzowane narracyjnie poprzez grupowanie badań według wyników trafności i wiarygodności, płaszczyzny ruchu miednicy, typu zadania oraz kluczowych cech metodologicznych. Podczas interpretacji wyników brano pod uwagę jakość metodologiczną; Żadne badania nie zostały wykluczone wyłącznie na podstawie wyniku jakości, natomiast badania niższej jakości interpretowano z większą ostrożnością.

Wyniki

Wybór badania

Wstępne wyszukiwanie w bazie danych zidentyfikowało 714 potencjalnych badań (PubMed = 190, Web of Science = 482, a IEEE Xplore = 42). Po usunięciu duplikatów i przesiewaniu tytuł–streszczenie oceniono 63 pełnotekstowe artykuły pod kątem kwalifikacji, a 12 badań spełniło kryteria włączenia i wykluczenia i zostało włączonych do tego przeglądu systematycznego (Rysunek 1).

Rysunek 1: Diagram przepływu PRISMA 2020 dotyczący wyboru badania. Diagram przepływu przedstawiający proces identyfikacji badania, przesiewu, oceny kwalifikacji oraz ostatecznego włączenia do tego przeglądu systematycznego, zgodnie z PRISMA 2020. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.

Jakość uwzględnionych badań

Wszystkie uwzględnione badania były recenzowanymi artykułami naukowymi opublikowanymi w latach 2014–2025. Na podstawie oceny jakości metodologicznej trzy badania oceniono jako wysokiej jakości (85–100%)22,25,26, 7 jako umiarkowanej jakości (70%–84%) oraz 2 jako niskiej jakości (50%–69%). Wysokiej jakości badania wykazały mocne strony metodologiczne, w tym wykorzystanie systemów referencyjnych (np. Vicon, Optotrak, Qualisys) do walidacji, jasne raportowanie wyników oraz odpowiednie analizy statystyczne (np. RMSE, ICC, Bland–Altman). Typowymi ograniczeniami w uwzględnionych badaniach były małe rozmiary prób oraz niepełne opisy kalibracji segmentu IMU (Tabela 2).

Autor	P1	P2	P3	P4	P5	P6	P7	P8	P9	P10	P11	P12	Razem	%	Jakość
Buganè i in. 30	2	0	1	2	0	Nie ma	1	2	2	2	2	1	15	68%	LQ
Bolink i in. 22	2	2	1	2	1	Nie ma	2	2	2	2	1	2	19	86%	Siedziba
Ekdahl i in. 31	2	1	1	2	0	Nie ma	2	2	2	0	1	1	14	64%	LQ
Perpiñá-Martínez i in. 32	2	2	1	2	1	Nie ma	1	2	2	1	1	1	16	73%	MQ
Lebleu i in. 35	2	1	1	2	0	Nie ma	1	2	2	2	2	1	16	73%	MQ
Lin i in. 25	2	2	2	2	1	Nie ma	2	2	2	2	2	1	20	90%	Siedziba
Brice i in. 29	2	0	1	2	2	Nie ma	2	2	2	2	2	1	18	82%	MQ
Asgari & Heller 27	2	1	1	2	0	Nie ma	2	2	2	2	2	1	17	77%	MQ
Bessone i in. 28	2	1	2	2	0	Nie ma	2	2	2	2	1	1	17	77%	MQ
Kim i in. 26	2	1	2	2	2	Nie ma	2	2	2	2	1	1	19	86%	Siedziba
Ruiz-Malagón i in.33	2	2	1	2	0	Nie ma	1	2	2	2	2	1	17	77%	MQ
Zügner i in.34	2	2	2	2	0	Nie ma	1	2	2	2	2	1	18	82%	MQ

Tabela 2: Ocena jakości metodologiczna 12 włączonych badań. Metodologiczne oceny jakości uwzględnionych badań oparte na zmodyfikowanej 12-pozycyjnej ocenie Krytycznej Oceny Projektu Badań dla artykułów psychometrycznych użytej w tym przeglądzie. Każdy element był oceniany jako 2 = satysfakcjonujący, 1 = częściowo satysfakcjonujący lub 0 = niezadowalający. Q1–Q12 odpowiadają zmodyfikowanym metodologicznym elementom jakości wymienionym w Tabeli Uzupełniającej S1. Skróty: HQ = wysoka jakość; MQ = umiarkowana jakość; LQ = niska jakość; N/A = nie ma zastosowania. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać tę tabelę.

Charakterystyka uwzględnionych badań

Uczestnicy

W 12 uwzględnionych badaniach wzięło udział łącznie 232 uczestników w wieku 18–80 lat. Większość tych badań oceniała zdrowych, rekreacyjnych lub rywalizujących biegaczy i golfistów, podczas gdy tylko dwa badania obejmowały populacje kliniczne, konkretnie osoby po całkowitej artroplastyce biodra (THA) oraz osoby z chorobą zwyrodnieniową stawów kolan lub bioder.

System, rozmieszczenie i algorytmy sensor-fusion IMU

Większość objętych badań zbierała dane dotyczące miednicy za pomocą IMU umieszczonych nad kością krzyżową, co czyni umieszczenie w kości krzyżowej najczęściej zgłaszanym podejściem w badaniach ^{25,27,28,29,30,31,32,33,34}. Systemy komercyjne obejmowały Xsens, Delsys, MicroStrain, BTS G-Sensor, IMeasureU, APDM-Opal, aktos-t, RunScribe oraz TuringSense. Table 3 dostarcza pełnego podsumowania przydziału IMU, systemu i liczby dla każdego badania.

Studia	BRAK uczestników	Zadanie	System IMU	Rozmieszczenie czujników	Nie. IMU	Częstotliwość próbkowania	Metody filtrowania	Algorytm fuzji sensorów / orientacji
Buganè i in.30	16 zdrowych	Spacer	F4A IMU	Krzyż	1	100 Hz	Filtr dolnoprzepustowy czwartego rzędu Butterwortha o częstotliwości odcięcia 8 Hz	używając funkcji 'detrend' w Matlabie
Bolink i in.22	17 pacjentów z OA biodra lub kolana	Chodzenie, siedząc, stojąc i krok blokowy	Mikroodkształcenie bezwładnościowe	Dolna część pleców (między PSIS)	1	100 Hz	N/R	algorytmy w MATLAB-ie
Lebleu i in.35	7 zdrowych	Spacer	x-IMU x-io Technologies	Miednica (lędźwiowa 5), uda, trzonki, stopy	7	128 Hz	N/R	Algorytm AHRS firmy Mahony
Perpiñá-Martínez i in.32	29 biegaczy	Bieganie	BTS G-Sensor	S1 (krzyżowa)	1	100 Hz	N/R	N/R
Ekdahl i in.31	11 zdrowych	Spacery i aktywności sportowe	Delsys Trigno Avanti	Kości krzyżowe, uda, nogi, stopy	7	240 Hz	Dolnoprzepustowy filtr Butterwortha czwartego rzędu (5 Hz)	N/R
Brice i in.29	8 elitarnych wioślarek	Wioślarstwo	IMUs IMU im10	T1, T7, L2, druga krzyżowa S2	4	500 Hz	N/R	Filtr Kalmana
Lin i in.25	20 biegaczy	Bieganie	Xsens MVN Awinda	Kości krzyżowe, uda, nogi, stopy	7	100 Hz	czwartorzędowy, zero-opóźniony, dolnoprzepustowy filtr Butterwortha o częstotliwości odcięcia 8 Hz	wbudowany algorytm udostępniony przez Xsens MVN Analyze
Asgari & Heller. 27	6 biegaczy	Bieganie	APDM Opal	Krzyż	1	128 Hz	Filtry górnoprzepustowe i dolnoprzepustowe	Filtr Kalmana vs komplementarna fuzja
Bessone i in.28	14 zdrowych	Spacer	System IMU aktos-t	Miednica, stopy, nogi, uda, kręg C7, klatka piersiowa, przedramiona, górne ramiona, dłonie i głowa	16	143 Hz	Filtr dolnoprzepustowy (10 Hz, filtr Butterwortha drugiego rzędu	Niestandardowa fuzja (algorytm iSen 3.08)
Kim i in.26	36 golfistów	Zamach golfowy	TuringSense Pivot	L4 i T1 (miednica od L4)	2	100 Hz	Filtr Butterwortha o częstotliwości odcięcia 12 Hz	Filtr Madgwicka
Ruiz-Malagón i in.33	16 zdrowych	Chodzenie i bieganie	Laboratorium Chodu Krzyżowego RunScribe	Kości krzyżowe i stopy	3	500 Hz	N/R	N/R
Zügner i in.34	49 pacjentów z THA	Spacer	GaitSmart™	2 w okolicach miednicy (pod grzebieniem biodrowym), udach i nogach	6	102,4 Hz	N/R	N/R

Tabela 3: Charakterystyka systemów IMU, rozmieszczenie czujników, częstotliwość próbkowania, metody filtrowania oraz podejścia sensor-fusion w uwzględnionych badaniach. Podsumowanie głównych cech badania, w tym populacji uczestników, zadania ruchu, systemu IMU, rozmieszczenia czujników, liczby czujników, częstotliwości próbkowania oraz systemu odniesienia, jeśli został przedstawiony. Skróty: IMU= jednostka pomiarowa inercjalna; OA = choroba zwyrodnieniowa stawów; PSIS = tylne kolce biodrowe górne; THA = całkowita artroplastyka biodra; N/R = nie zgłoszono. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać tę tabelę.

Analiza wydajności filtrowania i fuzji sensorów w uwzględnionych badaniach była ograniczona przez zmienność metodologiczną i niepełne raportowanie. Tylko cztery badania jasno opisały ich metody fuzji; dwóch używało Kalman ^27,29, jeden algorytmu Madgwicka²⁶, a jeden algorytm AHRS³⁵ Mahony'ego. Z powodu braku szczegółów metodologicznych bezpośrednie porównanie algorytmów fuzji lub ich niezależnego wkładu w dokładność nie było możliwe. Ta zmienność komplikowała ustalenie, czy różnice w dokładności orientacji miednicy wynikały z wymagań zadaniowych, rozmieszczenia czujników lub z podstawowej strategii fuzji.

Ważność IMU do oceny orientacji miednicy

W ramach uwzględnionych badań oceniających IMU dla nachylenia, uchylenia miednicy oraz rotacji 22,25,26,27,28,29,30,31,33,34,35, poprawność wydawała się być specyficzna dla płaszczyzny i zadania, a nie jednolita we wszystkich warunkach w porównaniu z optycznymi systemami przechwytywania ruchu (Tabela 4). Uwzględnione badania obejmowały różne zadania ruchowe, w tym chodzenie 22,28,30,31,33,34,35, bieganie 25,27,32,33 oraz działania specyficzne dla sportu^26,29,31, oferując szeroki przegląd wydajności IMU w różnych kontekstach funkcjonalnych.

Zgłoszone wartości RMSE mieściły się od 0,69° do 4,90° dla nachylenia miednicy 22,25,27,28,30,33,35 oraz od 0,77° do 4,75° dla skośności miednicy 22,25,27,28,33.³⁵. Największą zmienność wykazywała rotacja miednicy, z wartościami RMSE od 1,22° do 7,77° podczas szybkiego biegu i innych wymagających ruchów: 25,27,28,30,33,35.

Wartości błędu orientacji miednicy zostały przedstawione w ośmiu badaniach jako średnia systematyczna różnica między wartościami mierzonymi przez IMU a optycznym rejestrowaniem ruchu (OMC)25,26,27,28,29,30,33,34. Buganè i ^in.30 odnotowali stosunkowo duże ujemne wartości nachylenia miednicy (−9,9° do −5,7°), mniejsze uchylenie skośności (−1,2° do −1,4°) oraz niewielkie zawyżenie rotacji miednicy (+0,7° do +1,5°). Brice i ^in.29 zgłosili niewielkie błędy strzałkowe miednicy S2 w zakresie od −2,7 do −0,09° podczas wiosłowania. Asgari i Heller²⁷ zaobserwowali minimalne przesunięcia we wszystkich płaszczyznach miednicy (−0,50° do −0,10°), a Bessone i ^in.28 zgłosili podobnie niskie przesunięcia (−0,7° do −1,7°). Lin i ^in.25 również zgłaszali niewielkie przechylenia miednicy (−0,18° do +1,5°) oraz polaryzacje rotacji (−1,1° do +0,99°) przy różnych prędkościach biegu, choć w tym samym badaniu IMU zaniżyły skośność miednicy względem układu OMC (−3,3° do −4,1°).

Dla porównania, Ruiz-Malagón i ^in.33 zgłosili wyższe wartości bias podczas chodzenia i biegu z dużą prędkością, z biasami przechylenia miednicy do +4,6° oraz biasami rotacji miednicy sięgającą −11,2°. U pacjentów Zügner i ^in.34 stwierdzili, że przechylenie miednicy wykazywało niewielki średni błąd −0,5° w porównaniu z OMC. Zgłaszane współczynniki korelacji dla orientacji miednicy znacznie się różniły w poszczególnych badaniach, od słabych lub ujemnych w niektórych zadaniach po silną zgodność w innych, w zależności od płaszczyzny ruchu ^{i wymagań} zadania^.

Niższe i bardziej zmienne współczynniki korelacji zgłaszali Lin i ^in.25 podczas biegów z dużą prędkością (0,44–0,89), podczas gdy Ruiz-Malagón i ^in.33 zgłosili ogólnie słabsze korelacje, w tym wartości ujemne (−0,48–0,76). Ogólnie rzecz biorąc, poprawność wydawała się silniejsza w zadaniach kontrolowanych, podczas gdy szybkie ruchy wiązały się z większym błędem i słabszą zgodnością. Chociaż niższe wartości RMSE często zgłaszano dla pochylenia miednicy, zgodność między zmiennymi miedniczymi nie była jednolita we wszystkich badaniach, a słabsza wydajność była szczególnie widoczna w bardziej wymagających warunkach biegowych. Lepsze wyniki częściej zgłaszano w badaniach z wykorzystaniem IMU opartego na kości krzyżowej oraz ustandaryzowanych procedur kalibracji, choć niepełne raportowanie metodologiczne ograniczało bezpośrednie porównania między badaniami.

Niezawodność IMU do oceny orientacji miednicy

Rzetelność oceniano w czterech badaniach (Tabela 4). Większość badań wykazała wartości ICC od dobrego do doskona, z wartościami od 0,81 do 0,99 w zdrowych i wysportowanych populacjach ^{26, 32, 35}. Jednak niezawodność nie była konsekwentnie wysoka we wszystkich populacjach, ponieważ u osób po THA zgłaszano słabą niezawodność przechylenia miednicy (ICC = 0,08)³⁴. Lebleu i ^in.35 stwierdzili wysoką niezawodność zakresu ruchu miednicy (ROM) podczas chodzenia, choć niezawodność różniła się w zależności od płaszczyzny ruchu i metody kalibracji. Perpiñá-Martínez i ^in.32 również zgłosili wartości ICC > 0,80 dla nachylenia, pochylenia i rotacji miednicy podczas biegu z różnymi prędkościami. Te wyniki sugerują spójne pomiary podczas ciągłej aktywności funkcjonalnej. Kim i ^in.26 zgłosili wartości ICC od 0,91 do 0,99 dla rotacji miednicy i skośności podczas zamachów golfowych, co wskazuje na wysoką powtarzalność w tym specyficznym dla sportu zadaniu.

Studia	Zmienne miednicy	RMSE (°)	Uprzedzenie / Średnia różnica (°)	r	ICC	SEM (°)	MDC (°)
Buganè i in. 30	Przechylenie, skośność, rotacja	Tilt = 0,73; Skośność = 1,22; Rotacja = 2,66	Stronniczość: Nachylenie −9,9 do −5,7; Skośność −1,24 do −1,41; Rotacja +0,71 do +1,5	0.88–0.95	N/R	N/R	N/R
Bolink i in. 22	Przechylenie, skośność	Tilt = 2,7; Skośność = 2,68	N/R	0.86–0.94	0.94 -1.00	N/R	N/R
Lebleu i in. 35	Przechylenie, skośność, rotacja	Tilt = 0,9 do 1,0; Skośność = 1,1 do 1,2; Rotacja = 1,5	N/R	N/R	0.81–0.93	0.5–2.2	N/R
Perpiñá-Martínez i in. 32	Przechylenie, skośność, rotacja	N/R	N/R	N/R	nachylenie 0,868; skośność 0,963; rotacja 0,922	N/R	N/R
Ekdahl i in. 31	Ruch strzałkowy, koronalny i poprzeczny	N/R	Średnia różnica: kąt strzałkowy: 0,67° do 2,13°; Skośność koronna: −0,46° do 0,61°; obrót poprzeczny: −0,72° do −0,87°	N/R	N/R	N/R	N/R
Brice i in. 29	Strzał w S2 (wioślarstwo)	Tilt = 2,43 do 4,90	Stronniczość: Tilt −2,70 do −0,09	N/R	N/R	N/R	N/R
Lin i in. 25	Przechylenie, pochylenie, rotacja (bieg)	Tilt = 4,31 do 4,59; Skośność = 4,29 do 4,75; Rotacja = 6,47 do 7,77	Stronniczość: Tilt −0,18 do +1,5; Skośność −3,3 do −4,1; Rotacja −1,1 do +0,99	0.44–0.89	N/R	N/R	N/R
Asgari & Heller 27	Przechylenie, skośność, rotacja	Tilt = 0,69; Skośność = 0,77; Rotacja ≈ 1,22.	Stronniczość: Tilt −0,10; Skośność −0,50; Obrót −0,49	N/R	N/R	N/R	N/R
Bessone i in. 28	Przechylenie, skośność, rotacja	Tilt = 2,5; Skośność = 2,4; Rotacja = 2,9	Stronniczość: Tilt −0,7; Skośność −1,7; Obrót −1,3	Tilt = -0,011; Skośność = 0,82; Rotacja = 0,83	N/R	N/R	N/R
Kim i in. 26	Skośność, rotacja	N/R	Średnia różnica: Skośność 1,65	Skośność = 0,92	0.91–0.99	N/R	N/R
			Rotacja 0,76	Rotacja = 0,99
Ruiz-Malagón i in. 33	ROM: Tilt, Obliquity, Rotation (spacer/bieg)	N/R	Stronniczość: Przechylenie +0,2 do +4,6; Skośność −1,1 do −6,1; Obrót od +0,7 do −11,2	−0,48 do 0,76	−1,62 do 0,83	N/R	N/R
Zügner i in. 34	Tilt (pacjenci z THA)	N/R	Średnia różnica: Tilt −0,5	N/R	0.08	N/R	N/R

Tabela 4: Podsumowanie wyników trafności i wiarygodności oceny orientacji miednicy opartej na IMU. Podsumowanie raportowanych wyników dotyczących nachylenia, pochylenia i rotacji miednicy, w tym metryki ważności takie jak RMSE, błędność lub różnica średnia oraz współczynniki korelacji, a także wskaźniki wiarygodności, takie jak ICC, SEM i MDC, jeśli są dostępne. Skróty: RMSE = błąd pierwiastkowo-średnio-kwadratowy; r = współczynnik korelacji Pearsona; ICC = współczynnik korelacji wewnątrzklasowej; SEM = standardowy błąd pomiaru; MDC = minimalna wykrywalna zmiana; ROM = zakres ruchu; THA = całkowita artroplastyka biodra; N/R = nie zgłoszono. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać tę tabelę.

Dostępność danych

Wszystkie dane zawarte w tym przeglądzie systematycznym zostały udostępnione jako pliki uzupełniające.

Tabela uzupełniająca S1: Krytyczna ocena projektu badania dla artykułów psychometrycznych. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca S2: Surowe dane wyodrębnione dla 12 włączonych badań.Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Tabela uzupełniająca S3: Metodologiczna ocena jakości włączonych badań.Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.

Dyskusja

Ten systematyczny przegląd analizował wiarygodność i wiarygodność IMU do pomiaru orientacji miednicy (pochylenie, uchylenie i rotacja) w różnych zadaniach funkcjonalnych, systemach sensorów oraz populacjach zdrowych i klinicznych. Wyniki sugerują, że IMU są wykonalnym i stosunkowo dokładnym podejściem do oceny orientacji miednicy, szczególnie podczas chodzenia i innych kontrolowanych czynności. W obejmowanych badaniach większość systemów IMU wykazała dobrą do doskonałą zgodność z optycznym przechwytywaniem ruchu podczas chodzenia i aktywności o umiarkowanej prędkości. Zgłaszane wartości RMSE dla nachylenia miednicy były zazwyczaj niskie, wahały się od 0,69° do 4,90°. Pochylenie i rotacja miednicy wykazały większą zmienność i stanowiły większe wyzwania przy szacowaniu orientacji miednicy czołowej i poprzecznej na podstawie IMU. Zgłoszone wartości RMSE wahały się od 0,77° do 4,75° dla skośności miednicy oraz od 1,22° do 7,77° dla rotacji miednicy, z największymi błędami obserwowanymi podczas bardziej wymagających zadań, takich jak szybkie bieganie²⁵.

Jednym z możliwych wyjaśnień lepszych wyników dla przechylenia miednicy w porównaniu z rotacją miednicy jest to, że ruch w płaszczyźnie strzałkowej może być mniej wrażliwy na skumulowany dryf, artefakty tkanek miękkich oraz błędy związane z ustawieniem niż szacowanie w płaszczyźnie poprzecznej. Natomiast rotacja miednicy, a w mniejszym stopniu pochylenie mięśni, mogą być bardziej zależne od szybkich zmian ruchu, ustawienia sensorów oraz różnic metodologicznych w różnych badaniach. Złożoność zadania również wydaje się istotna, ponieważ niższe błędy były częściej zgłaszane podczas chodzenia i innych kontrolowanych zadań, podczas gdy bieganie z większą prędkością wprowadzało większą zmienność. Ponadto najczęściej stosowaną metodą było umieszczenie w kości krzyżowej i może oferować bardziej stabilne przybliżenie ruchu miednicy, choć wpływ umieszczenia nie mógł być bezpośrednio porównywany we wszystkich badaniach ze względu na niepełne raportowanie metodologiczne. Wreszcie, bardziej ograniczone wyniki w populacjach klinicznych lub pooperacyjnych sugerują, że zmienione wzorce ruchu i warunki pomiaru mogą wpływać na wydajność, choć jest to wciąż niewystarczająco zbadane.

Wyniki błędu również potwierdzają dokładność IMU w uwzględnionych badaniach. Jednak wczesne badanie Buganè i in. ^wykazało duże systematyczne uprzedzenie i niedoszacowane przechylenia miednicy (−9,9° do −5,7°), podczas gdy nowsze badania z ulepszonymi procedurami fuzji sensorów i kalibracji konsekwentnie wykazały niskie polaryzowanie (<2°) we wszystkich płaszczyznach 27,28,29. Lin i ^in.25 podobnie zgłaszali minimalny błąd nachylenia i rotacji, ale zidentyfikowali systematyczne niedoszacowanie skośności miednicy. Jedną z możliwych interpretacji jest to, że dokładność płaszczyzny czołowej może być bardziej wrażliwa na czynniki takie jak drift magnetometru czy ustawienie układu współrzędnych, choć nie zostało to bezpośrednio ocenione w uwzględnionych badaniach.

Intensywność zadania wydawała się wpływać na trafność, ponieważ podczas biegów z dużą prędkością zgłaszano wyższy błąd i błędy, szczególnie dla rotacji miednicy³³. Jednak konkretny wkład filtracji i metod syntezy sensor-fusion nie został określony, ponieważ szczegóły te były niekompletne. Ponadto przyczepienie krzyżowego IMU przez pas w pasie mogło przyczyniać się do zakłóceń sygnału podczas zadań o dużym przyspieszeniu, choć należy to traktować jako wyjaśnienie interpretacyjne, a nie bezpośrednio wykazaną przyczynę. Ogólnie wyniki te sugerują, że wydajność IMU może się różnić w zależności od wymagań zadaniowych i warunków pomiarowych, przy czym niższe błędy częściej zgłaszane są podczas chodu w stanie ustalonym, kontrolowanych ruchów sportowych i innych mniej wymagających zadań.

Ogólnie rzecz biorąc, w uwzględnionych badaniach odnotowano wysoką powtarzalność pomiarów miednicy opartych na IMU. Bolink i ^in.22 oraz Perpiñá-Martínez i ^in.32 zgłosili wartości ICC przekraczające 0,90 w położyznach miednicy podczas chodzenia i biegania na bieżni, co wskazuje na doskonałą krótkotrwałą powtarzalność i wysoką spójność nawet podczas ciągłej aktywności funkcjonalnej. Lebleu i ^in.35 zaobserwowali wysoką niezawodność między sesjami przy wartościach ICC ≥0,98, przy wartościach SEM zazwyczaj poniżej 2,2°, co wspiera przydatność IMU do monitorowania podłużnego. Kim i ^in.26 znaleźli również wartości ICC 0,91-0,99 podczas analizy zamachu golfowego, co sugeruje dużą powtarzalność, nawet w złożonych, specyficznych dla sportu warunkach ruchowych. U pacjentów po THA zaobserwowano bardzo niską wiarygodność przechyleń miednicy. W tym badaniu zastosowano dwa IMU na miednicy, a ich średnia wartość została^{przyjęta jako 34}. Takie rozwiązanie mogło przyczynić się do trudności w osiąganiu spójnego rozmieszczenia sensorów u pacjentów pooperacyjnych; jednak pozostaje to interpretacyjne, ponieważ efekt tego podejścia nie został bezpośrednio oceniony.

Implikacje dla zastosowań klinicznych i sportowych

Przeanalizowane dowody sugerują, że IMU mogą być wykorzystywane do oceny orientacji miednicy podczas czynności funkcjonalnych i specyficznych dla sportu, szczególnie w kontrolowanych warunkach. Jednak ponieważ większość objętych badań obejmowała zdrowych lub wysportowanych uczestników, zastosowanie tych wyników do oceny chodu klinicznego, monitorowania rehabilitacji oraz populacji pooperacyjnej należy interpretować ostrożnie. Ich przenośność może uczynić je praktyczną opcją do wielokrotnej oceny miednicy oraz monitorowania ruchu specyficznego dla zadań poza warunkami laboratoryjnymi. Jednak ostrożność jest również wskazana przy stosowaniu IMU do czynności o dużej prędkości, takich jak bieganie lub u pacjentów z zmienioną mechaniką miednicy, gdzie dokładność i niezawodność mogą być obniżone. Standaryzacja procedur umieszczania, kalibracji i przetwarzania IMU pozostaje kluczowa dla poprawy powtarzalności w różnych zadaniach i środowiskach.

Dla praktycznej interpretacji niższe wartości RMSE i polaryzacji wskazują na bliższą zgodność między pomiarami pochodzącymi z IMU a odniesieniami, podczas gdy wyższe wartości ICC wskazują na większą powtarzalność. Jednak praktyczne znaczenie tych wskaźników zależy od zamierzonego zastosowania. Na przykład mniejsze błędy mogą być wymagane przy podejmowaniu decyzji klinicznych lub monitorowaniu podłużnym niż przy szerszym przesiewaniu ruchu w kontrolowanych zadaniach sportowych lub chodu. Ponieważ standaryzowane progi akceptowalnego błędu orientacji miednicy nie zostały konsekwentnie określone w uwzględnionych badaniach, wyniki tego przeglądu najlepiej interpretować porównawczo, z lepszymi wynikami zazwyczaj obserwowanymi w zadaniach kontrolowanych, a mniej spójnymi wynikami w kontekstach szybkich lub klinicznych.

Przyszłe kierunki badań

Przyszłe badania nad orientacją miednicy opartą na IMU powinny mieć na celu wypełnienie kilku luk metodologicznych i klinicznych. Chociaż IMU wykazały dobrą wiarygodność i niezawodność w zakresie orientacji miednicy podczas zadań kontrolowanych i specyficznych dla sportu, zmienność występuje w badaniach dotyczących rozmieszczenia IMU, strategii kalibracji, algorytmów fuzji i procedur filtracji. Dlatego opracowanie ustandaryzowanych międzynarodowych wytycznych dotyczących oceny miednicy opartej na IMU znacząco poprawiłoby badania naukowe i przyspieszyło translację kliniczną. Priorytetem przyszłych badań jest rozszerzenie badań walidacyjnych i wiarygodności na populacje kliniczne. Większość uwzględnionych badań przeprowadzono na zdrowych lub wysportowanych populacjach, co ogranicza uogólnienia do pacjentów z bólem dolnej części pleców, patologią biodra, zaburzeniami neurologicznymi lub zaburzeniami ruchu pooperacyjnego. Patologiczne wzorce ruchowe mogą wprowadzać dodatkowe artefakty tkanek miękkich, zmienioną koordynację miednicy oraz wyzwania w ustawieniu sensorów, które nie zostały uwzględnione w obecnym przeglądzie. Potrzebna jest dalsza walidacja w tych populacjach, zanim będzie można zalecić szersze zastosowanie kliniczne.

Wreszcie, przyszłe badania powinny dążyć do wzmocnienia standardów raportowania i analizy statystycznej poprzez rutynowe przedstawianie przedziałów ufności, wielkości efektów, metryk ważności oraz szczegółowych opisów procedur fuzji sensorów i kalibracji. Badania ze standaryzowanymi protokołami będą niezbędne do ustalenia normatywnych punktów odniesienia i określenia progów najlepszych praktyk dla akceptowalnej dokładności IMU miednicy w różnych zadaniach ruchowych i populacjach.

Potencjalne ograniczenia

Przy interpretacji jej wyników należy wziąć pod uwagę kilka ograniczeń tego przeglądu systematycznego. Po pierwsze, łączna liczba kwalifikujących się badań była stosunkowo niewielka – tylko 12 badań spełniało kryteria włączenia/wykluczenia. Chociaż badania te cechowały się umiarkowaną do wysokiej jakości metodologicznej, ograniczona baza dowodowa ogranicza wnioski i może zaniżać zmienność wyników IMU w różnych kontekstach ruchowych. Po drugie, większość uwzględnionych badań przeprowadzono na zdrowych młodych dorosłych lub w populacjach sportowych. Po trzecie, widoczna była wysoka zmienność metodologiczna w różnych badaniach, w tym częstotliwość próbkowań, algorytmy sensor-fuzja, procedury kalibracji oraz definicje układów współrzędnych. Te niespójności ograniczają porównywalność badań krzyżowych. Ponadto niepełne i niespójne raportowanie tych cech metodologicznych ograniczało naszą zdolność do bezpośredniego porównywania badań oraz ograniczało siłę jakichkolwiek wniosków dotyczących czynników mogących wpływać na wyniki IMU. Wreszcie, dowody na wiarygodność pozostają ograniczone. Niektóre badania zgłaszały wiarygodność testów i ponownych testów, a tylko jedno badanie podawało wartości SEM. Żadne badanie nie wykazało MDC, co ograniczało naszą zdolność do interpretacji, czy obserwowane zmiany podłużne przekraczają szum pomiarowy i mają znaczenie kliniczne, szczególnie w kontekście rehabilitacji i powrotu do sportu.

Ten systematyczny przegląd pokazuje, że IMU mogą dostarczać użytecznych pomiarów orientacji miednicy, z mocnymi dowodami na zadania kontrolowane oraz badania z wykorzystaniem układu krzyżowego. Poprawność wydawała się bardziej spójna dla pochylenia miednicy, podczas gdy większa zmienność i niepewność obserwowano dla skośności i rotacji miednicy, szczególnie podczas zadań z dużą prędkością. Dostępne dowody na wiarygodność były generalnie korzystne w zadaniach funkcjonalnych i specyficznych dla sportu, ale w populacjach klinicznych pozostawały ograniczone. Ogólnie rzecz biorąc, niepełne raportowanie metodologiczne i heterogeniczność w różnych badaniach ograniczają bezpośrednie porównania i szersze wnioski. Potrzebne są dalsze badania z ustandaryzowanymi protokołami oraz bardziej solidną oceną w populacjach klinicznych, aby wzmocnić bazę dowodową.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Krytyczna ocena projektu badań dla artykułów psychometrycznych	Slack Inc.	Nie ma	Narzędzie metodologicznej oceny jakości używane do oceny uwzględnionych badań.
IEEE Xplore	IEEE	Nie ma	Elektroniczna baza danych przeszukana 1 listopada 2025 roku pod kątem kwalifikujących się badań.
Microsoft Excel	Microsoft Corporation	Nie ma	Standaryzowany arkusz kalkulacyjny używany do ekstrakcji danych i weryfikacji krzyżowej.
PROSPERO	Centrum Przeglądów i Rozpowszechniania, Uniwersytet w Yorku	CRD420251179585	Międzynarodowy rejestr prospektywny używany do rejestracji protokołu.
PubMed	Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej (NCBI)	Nie ma	Elektroniczna baza danych przeszukana 1 listopada 2025 roku pod kątem kwalifikujących się badań.
Web of Science	Clarivate	Nie ma	Elektroniczna baza danych przeszukana 1 listopada 2025 roku pod kątem kwalifikujących się badań.