Исследовательская статья

Валидность и надёжность инерциальных измерительных единиц для оценки ориентации таза: систематический обзор

DOI:

10.3791/71343

⸱

12 мая 2026 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

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

В этом систематическом обзоре была оценена достоверность и надёжность инерциальных измерительных единиц (IMU) для оценки ориентации таза. ИМУ показали наибольшую валидность в контролируемых заданиях, особенно при размещении крестца, но эффективность была более варьирующей для наклона и вращения таза, при высокоскоростных движениях и в клинических популяциях.

Аннотация

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

Оценка ориентации таза является фундаментальной для биомеханики походки, осанки и спорта; однако использование лабораторных систем захвата движений дорого и ограничено контролируемыми условиями. Инерциальные измерительные устройства (IMU) представляют собой портативную альтернативу традиционным лабораториям, но отличаются по размещению, калибровке и настройкам/протоколам синтеза датчиков, что может усложнять интерпретацию в клинической практике. Поэтому этот систематический обзор исследовал валидность и надёжность ориентации таза на основе ИМУС во время функциональных и спортивно-специфических задач. В PubMed, Web of Science и IEEE Xplore были найдены соответствующие исследования, оценивающие ориентацию таза (например, наклон, наклон или вращение) с помощью IMU, и результаты были представлены с использованием рекомендаций PRISMA. Допустимые исследования включали те, которые сообщали данные от людей и сообщали либо о достоверности, либо надёжности IMU с оптическими системами захвата движения. Двенадцать исследований соответствовали критериям включения и были проверены с помощью 12-пунктного методологического инструмента качества. Наши результаты валидности IMU различались в разных включённых исследованиях; Наклон таза показал наивысшую точность, при этом значения среднего квадрата (RMSE) обычно варьируются от 0,2° до 4,9°, а средние различия минимальны в последних исследованиях. Наклон и вращение показали большую вариабельность, при этом значения RMSE достигали 6°–11° при беге на высокой скорости. Наши данные по надёжности IMU показали хорошую или отличную повторяемость даже при непрерывной функциональной активности (коэффициент корреляции внутриклассов (ICC) 0,87–1,00). Напротив, надёжность наклона таза у лиц после тотальной артропластики бедра была низкой (ICC = 0,08). IMU, по-видимому, обеспечивают полезные измерения ориентации таза, особенно в контролируемых задачах и при использовании положения крестца. Однако валидность более варьируется для наклона и вращения таза, при высокоскоростных или сложных движениях, а также в клинических популяциях. Требуются дальнейшие исследования для стандартизации протоколов, улучшения отчетности и уточнения производительности в различных приложениях.

Введение

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

Точная оценка ориентации таза необходима для понимания человеческих движений, чтобы принимать точные клинические решения и выявлять тонкие состояния, которые могут затронуть здоровых и спортивных людей с нарушениями опорно-двигательногоаппарата. 1. Ориентация таза обычно описывается тремя компонентами: наклон, вращение и наклон2. Аномальная ориентация таза влияет на нагрузку на суставы, мышечную и подвижную эффективность и связана с нарушениями опорно-двигательного аппарата, такими как боль в пояснице и остеоартрит бедра 3,4,5,6,7. В спортивных популяциях это также связано с ограничениями по производительности и повышенным риском травм8. Следовательно, клинически доступные методы измерения ориентации таза необходимы для оценки, мониторинга реабилитации и исследований спортивныхрезультатов 2,6.

Оптические системы захвата движения широко используются как лабораторные эталонные методы для количественной оценки ориентации таза; Однако их использование часто ограничено контролируемыми условиями и может быть менее практичным в рутинных клинических или спортивныхусловиях 9,10. Инерциальные измерительные единицы (IMU), которые обычно включают трёхосные акселерометры, гироскопы и магнитометры, всё чаще используются как портативные методы для оценки ориентации таза внелабораторий 11,12,13,14,15,16. Алгоритмы синтеза датчиков IMU (например, фильтры Madgwick, Mahony и Kalman) используются для оценки трёхмерной ориентации таза, хотя различия в методах обработки могут влиять на производительность измерения в17,18.

Однако использование ИМУ для оценки ориентации таза зависит от множества методологических факторов, описанных в предыдущих исследованиях, включая расположение сенсоров (например, крестцов и поясничные позвонки), процедуру калибровки, частоту отбора проб и алгоритм слияния19. Эти различия между исследованиями могут способствовать несогласованным результатам точности и повторяемости оценки ориентации таза на основеИМУС 14,20,21. Хотя IMU были подтверждены по кинематике нижней части конечностей и движениям поясничного отделапозвоночника 14,21,22, доказательства, сосредоточенные именно на наклоне, вращении или наклоне таза, остаются ограниченными и методологически противоречивыми.

Поэтому этот систематический обзор был направлен на оценку имеющихся данных по оценке ориентации таза на основе ИМУ. Основной целью было изучить достоверность и надёжность IMU для измерения ориентации таза. Второстепенной целью было обобщить методологические характеристики, описанные в исследованиях, включая размещение датчиков, процедуры калибровки и методы синтеза датчиков, а также выявить пробелы в доказательствах, ограничивающие прямое сравнение между исследованиями.

Протокол

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

Этот систематический обзор был проведён в соответствии с руководящими принципами Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses (PRISMA 2020) 23. Протокол систематического обзора был зарегистрирован в Международном проспективном реестре систематических обзоров (PROSPERO) под регистрационным номером CRD420251179585. Полная информация о протоколе доступна по адресу:

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

Стратегия поиска

В PubMed, Web of Science и IEEE Xplore были поиск 1 ноября 2025 года для выявления оригинальных научных статей, оценивающих ориентацию таза с помощью ИМУ у людей. Включенные статьи ограничивались англоязычными публикациями, а поиск был ограничен датами 2005–2025 годов. Ограничение на дату поиска было вызвано быстрым развитием технологий IMU в последние годы и обеспечило включение только современных методов измерения. Дополнительных методов поиска, таких как проверка списков ссылок, отслеживание цитирований или ручной поиск, не проводилось. В таблице 1 представлены детали поиска и поисковые строки, используемые для каждой базы данных.

База данных
PubMed(инерциальная единица измерения*[Заголовок/Аннотация] ИЛИ ИМУ*[Заголовок/Аннотация] ИЛИ акселеромет*[Заголовок/Аннотация] ИЛИ гироскоп*[Заголовок/Аннотация] ИЛИ носимый*[Заголовок/Аннотация]) И (таз[Название/Абстрактное] ИЛИ таз[Название/Аннотация] ИЛИ «наклон таза»[Название/Абснотация] ИЛИ «вращение таза»[Заголовок/Абстракт] ИЛИ «наклон таза»[Название/Абстрактное] ИЛИ «передний наклон таза»[Название/Аннотация] ИЛИ «задний наклон таза»[Название/Абстрактно]) И(действительное*[Заголовок/Аннотация] ИЛИ точность*[Название/Аннотация] ИЛИ «Блэнд-Альтман»[Название/Аннотация] ИЛИ reliab*[Название/Аннотация] ИЛИ повторение*[Название/Аннотация] ИЛИ воспроизведение*[Заголовок/ Аннотация] ИЛИ ICC[Заголовок/Аннотация] ИЛИ SEM[Заголовок/Аннотация] ИЛИ MDC[Заголовок/Аннотация])
Паутина науки("инерциальная измерительная единица*" ИЛИ ИМУ* ИЛИ акселеромет* ИЛИ гироскоп* ИЛИ носимый*) И (таз ИЛИ тазовый наклон ИЛИ «наклон таза» ИЛИ «вращение таза» ИЛИ «тазовая ориентация» ИЛИ «передний наклон таза» ИЛИ «задний наклон таза») И (действительно* ИЛИ точность* ИЛИ согласование ИЛИ «Блэнд-Альтман» ИЛИ релиаб* ИЛИ повторение* ИЛИ воспроизведение* ИЛИ ICC, SEM ИЛИ MDC)
IEEE Xplore((инерциальный измерительный блок" ИЛИ "инерциальные измерительные единицы" ИЛИ IMU ИЛИ IMU ИЛИ АКСЕЛЕРОМЕТРЫ ИЛИ АКСЕЛЕРОМЕТРЫ ИЛИ ГИРОСКОПЫ ИЛИ ГИРОСКОПЫ ИЛИ НОСИМЫЕ УСТРОЙСТВА) И ("ТАЗ" ИЛИ "ТАЗ" ИЛИ "НАКЛОН ТАЗА" ИЛИ "ВРАЩЕНИЕ ТАЗА" ИЛИ "НАКЛОН ТАЗА" ИЛИ "ТАЗОВАЯ ОРИЕНТАЦИЯ" ИЛИ "ПЕРЕДНИЙ НАКЛОН ТАЗА" ИЛИ "ЗАДНИЙ НАКЛОН ТАЗА") И (ВАЛИДНОСТЬ ИЛИ ВАЛИДАЦИЯ ИЛИ ТОЧНОСТЬ ИЛИ СОГЛАСИЕ ИЛИ "Блэнд-Альтман" ИЛИ надёжность ИЛИ повторяемость ИЛИ воспроизводимость ИЛИ ICC, SEM ИЛИ MDC))

Таблица 1: Поисковые строки, используемые для каждой базы данных. Поисковые строки, используемые в PubMed, Web of Science и IEEE Xplore, для выявления исследований, оценивающих достоверность и/или надёжность инерциальных измерительных единиц (IMU) для оценки ориентации таза. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

Критерии допуска

Исследования были допустимы, если в них участвовали люди; использовал ИМУ для измерения наклона таза, вращения или наклона; а также представлены данные о достоверности или надёжности IMU по сравнению с оптическим захватом движения. Включённые исследования включали оригинальные экспериментальные исследования, отчитывающие количественную валидность (например, RMSE, смещение, корреляцию, Бланда–Альтмана) и метрики надёжности (ICC, стандартная ошибка измерения [SEM] и минимальное обнаруживаемое изменение [MDC]). Исследования исключались, если в них участвовали животные, симуляции или были сосредоточены на оценке не-тазовых сегментов, либо если у них не было компаративной меры (с указанием только описательных результатов) или если они были неоригинальными исследованиями, такими как обзоры, протоколы, аннотации или кейс-отчёты.

Отбор и отбор исследований

Автор при содействии двух признанных не авторских оценщиков отбирал заголовки и аннотации на предмет релевантности, провёл полнотекстовые обзоры для определения окончательного включения и резюмировал статьи в схеме блока PRISMA 2020. Все полученные записи проверялись на дублирование, и дублирующиеся записи удалялись.

Извлечение данных

Извлеченные данные включали библиографические данные (автор, год), характеристики участников, IMU (размещение, бренд, модель, количество датчиков, частота отбора, алгоритм слияния/ориентации сенсоров), тестовые задачи (стояние, ходьба, приседания, бег) и отчетные результаты (RMSE, смещение, корреляция, ICC, SEM, MDC). Извлеченные данные проверялись дважды с помощью стандартизированной таблицы Excel.

Риск предвзятости и оценка качества

Методологическое качество включённых исследований оценивалось с помощью критической оценки дизайна исследований для психометрическихстатей 24, которая ранее использовалась для исследований психометрических свойств носимыхсенсоров 14. Эта оценка качества включала 12 пунктов с возможным максимальным общим баллом 24, который был преобразован в процент. Каждый пункт оценивался как 2 (удовлетворительно), 1 (частично удовлетворительно) или 0 (неудовлетворительно) по пяти категориям: вопрос исследования, дизайн исследования, измерения, анализ и рекомендации. Для повышения согласованности эта оценка качества проводилась двумя не авторами, признанными в рукописи, и любые различия устранялись путем обсуждения. Исследования классифицировались по общему показателю качества следующим образом: высокое качество — 85–100%; умеренное качество — 70–84%; низкое качество — 50–69%; Или очень низкое качество — <50%. Полный инструмент из 12 пунктов и критерии оценки приведены в дополнительной таблице S1.

Синтез данных

Результаты были синтезированы повествовательно путём группирования исследований по результатам валидности и надёжности, плоскости движения таза, типу задачи и ключевым методологическим характеристикам. При интерпретации результатов учитывалось методологическое качество; Ни одно исследование не было исключено только на основе результатов качества, но менее качественные исследования интерпретировались с большей осторожностью.

Результаты

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

Отбор исследований

Первоначальный поиск в базе данных выявил 714 потенциальных исследований (PubMed = 190, Web of Science = 482 и IEEE Xplore = 42). После удаления дубликатов и отбора заголовков и аннотации было оценено 63 полнотекстовых статьи на соответствие, и 12 исследований соответствовали критериям включения и исключения и были включены в этот систематический обзор (см. рисунок 1).

figure-results-1
Рисунок 1: Блок-схема PRISMA 2020 отбора исследований. Блок-схема, показывающая процесс идентификации исследований, скрининга, оценки соответствия и окончательного включения в этот систематический обзор в соответствии с PRISMA 2020. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Качество включённых исследований

Все включённые исследования были рецензируемыми экспериментальными статьями, опубликованными в период с 2014 по 2025 год. На основе методологической оценки качества три исследования были оценены как высокое качество (85–100%)22,25,26, 7 — среднее качество (70%–84%) и 2 — низкое качество (50%–69%). Высококачественные исследования продемонстрировали методологические преимущества, включая использование эталонных систем (например, Vicon, Optotrak, Qualisys) для валидации, чёткое отчётство о результатах и соответствующие статистические анализы (например, RMSE, ICC, Bland–Altman). Типичными ограничениями включённых исследований были малые размеры выборки и неполные описания калибровки сегментов IMU (Таблица 2).

АвторQ1Q2Вопрос 3Q4Q5Вопрос 6Q7Q8Вопрос 9Вопрос 10Вопрос 11Q12Total%Качество
Buganè и др . 3020120Н/Д1222211568%LQ
Болинк и др . 2222121Н/Д2222121986%Штаб
Экдал и др . 3121120Н/Д2220111464%LQ
Perpiñá-Martínez et al. 3222121Н/Д1221111673%MQ
Леблё и др. 3521120Н/Д1222211673%MQ
Lin и др . 2522221Н/Д2222212090%Штаб
Брайс и др . 2920122Н/Д2222211882%MQ
Асгари и Хеллер 2721120Н/Д2222211777%MQ
Бессон и др. 2821220Н/Д2222111777%MQ
Ким и др . 2621222Н/Д2222111986%Штаб
Ruiz-Malagón и др.3322120Н/Д1222211777%MQ
Zügner и др.3422220Н/Д1222211882%MQ

Таблица 2: Методологическая оценка качества 12 включённых исследований. Методологические показатели качества включённых исследований основаны на модифицированной 12-пунктной критической оценке дизайна исследований для психометрических статей, использованной в данном обзоре. Каждый пункт оценивался как 2 = удовлетворительно, 1 = частично удовлетворительно или 0 = неудовлетворительно. Q1–Q12 соответствуют модифицированным методологическим характеристикам качества, перечисленным в Дополнительной таблице S1. Сокращения: HQ = высокое качество; MQ = среднее качество; LQ = низкое качество; N/A = не применимо. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

Характеристики включённых исследований

Участники

В 12 включённых исследованиях приняли участие 232 человека в возрасте от 18 до 80 лет. Большинство этих исследований оценивали здоровых, рекреационных или соревновательных бегунов и гольфистов, тогда как только два исследования включали клинические группы, в частности людей, прошедших тотальную артропластику тазобедренного сустава (ТГП), и людей с остеоартритом колена или бедра.

Алгоритмы системы IMU, размещения и синтеза датчиков

Большинство исследований собирали данные о тазе с использованием ИМП, размещённых поверх крестца, что делает размещение крестца наиболее часто описываемым методом висследованиях 25, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34. Коммерческие системы включали Xsens, Delsys, MicroStrain, BTS G-Sensor, IMeasureU, APDM-Opal, aktos-t, RunScribe и TuringSense. Table 3 содержит полное резюме распределения, системы и количества в IMU, для каждого исследования.

ИзучениеНЕТ участниковЗадачаСистема IMUРазмещение датчиковНет. IMUЧастота дискретизацииМетоды фильтрацииАлгоритм слияния сенсоров / ориентации
Buganè и др.3016 здоровыхХодьбаF4A IMUСакрум1100 Гцнизкочастотный фильтр Баттерворта четвёртого порядка с частотой среза 8 Гциспользование функции 'detrend' в Matlab
Болинк и др.2217 пациентов с ОА тазобедренных или коленных суставовХодьба, посадка-стоя и блокировкаMicroStrain Inertia-LinkПоясница (между PSIS)1100 ГцN/Rалгоритмы в MATLAB
Леблё и др.357 здоровыхХодьбаx-IMU x-io TechnologiesТаз (поясничная область 5), бёдра, голочки, стопы7128 ГцN/RАлгоритм AHRS Махони
Perpiñá-Martínez et al.3229 бегуновБегBTS G-SensorS1 (крестец)1100 ГцN/RN/R
Экдал и др.3111 здоровыхПешие прогулки и спортивные занятияDelsys Trigno AvantiКрестец, бёдра, голени, ноги7240 ГцНизкочастотный фильтр четвёртого порядка Баттерворта (5 Гц)N/R
Брайс и др.298 элитных гребцовГреблеIMU версии IMU версии 2.0T1, T7, L2, вторая крестцовая S24500 ГцN/RФильтр Калмана
Лин и др.2520 бегуновБегXsens MVN AwindaКрестец, бёдра, голени, ноги7100 Гцфильтр Баттерворта четвёртого порядка, с нулевой задержкой, низкочастотный фильтр Баттерворта с частотой среза 8 Гцвстроенный алгоритм, предоставленный Xsens MVN Analyze
Асгари и Хеллер. 276 бегуновБегAPDM ОпалСакрум1128 ГцВысокочастотные и низкочастотные фильтрыФильтр Калмана против комплементарного синтеза
Бессоне и др.2814 здоровыхХодьбасистема aktos-t IMUТаз, стопы, голёнки, бёдра, позвонки C7, грудь, предплечья, верхние руки, кисти и голова16143 ГцНизкочастотный фильтр (10 Гц, фильтр Баттерворта второго порядкаПользовательское слияние (алгоритм iSen 3.08)
Ким и др.2636 гольфистовГольф-свингTuringSense PivotL4 и T1 (таз от L4)2100 ГцФильтр Баттерворта с частотой среза 12 ГцФильтр Мэджвика
Ruiz-Malagón и др.3316 здоровыхХодьба и бегЛаборатория сакральной походки RunScribeСакрум и стопы3500 ГцN/RN/R
Zügner и др.3449 пациентов с ТЗГХодьбаGaitSmart™2 у таза (под подвздошным гребнем), бёдра и гомили6102,4 ГцN/RN/R

Таблица 3: Характеристики систем IMU, расположение датчиков, частота отбора проб, методы фильтрации и подходы к синтезу датчиков в включённых исследованиях. Краткое описание основных характеристик исследования, включая популяцию участников, задачу по перемещению, систему IMU, расположение датчиков, количество датчиков, частоту отбора проб и референсную систему, где указано. Сокращения: IMU= инерциальная единица измерения; OA = остеоартрит; PSIS = задние верхние подвздошные шипы; THA = общая артропластика тазобедренного сустава; N/R = не сообщается. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

Анализ эффективности фильтрации и синтеза датчиков в включённых исследованиях был ограничен методологическими вариациями и неполной отчетностью. Только четыре исследования ясно описали свои методы термоядерного синтеза; два использовали алгоритмКалмана 27,29, один — алгоритмМэджвика 26, а один — алгоритм AHRSМахони 35. Из-за недостатка методологической детализации прямое сравнение алгоритмов слияния или их независимого вклада в точность было невозможно. Эта вариабельность усложняла определение того, связаны ли различия в точности ориентации таза с требованиями к задаче, расположением сенсоров или базовой стратегией слияния.

Валидность ИМО для оценки ориентации таза

В включённых исследованиях, оценивающих IMU по наклону таза, наклону и вращению(22, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 33, 34, 35 — валидность, по-видимому, была специфичной для плоскости и задачи, а не однородной во всех условиях по сравнению с оптическими системами захвата движения (Таблица 4). В включённых исследованиях рассматривались различные движения, включаяходьбу 22, 28, 30, 31, 33, 34, 35, бег25, 27, 32, 33 и спортивныеупражнения 26, 29, 31, предоставляя широкий обзор эффективности IMU в различных функциональных контекстах.

Зарегистрированные значения RMSE варьировались от 0,69° до 4,90° для наклонатаза 22, 25, 27, 28, 30, 33, 35 и от 0,77° до 4,75° для наклонатаза 22, 25, 27, 28, 33, 35. Вращение таза показало наибольшую вариативность: значения RMSE варьировались от 1,22° до 7,77° при быстром беге и других сложныхдвижениях 25, 27, 28, 30, 33, 35.

Значения смещения ориентации таза были представлены в восьми исследованиях как средняя систематическая разница между значениями, измеряемыми IMU, и оптическим захватом движения (OMC)25,26,27,28,29,30,33,34. Буганэ и др.30 сообщили о относительно больших отрицательных значениях смещения наклона таза (от 9,9° до −5,7°), меньших косвенных смещений (−1,2° до −1,4°) и небольшом завышении вращения таза (+0,7° до +1,5°). Брайс и др.29 сообщили о небольших сагиттальных тазовых смещениях S2 в диапазоне от −2,7 до −0,09° во время гребли. Асгари иХеллер 27 наблюдали минимальные смещения по всем плоскостям таза (от 0,50° до −0,10°), а Бессон и др.28 сообщили о аналогично низких смещениях (от 0,7° до −1,7°). Лин и др.25 также сообщили о небольших смещениях наклона таза (от −0,18° до +1,5°) и смещениях вращения (от 1,1° до +0,99°) на скоростях бега, хотя в том же исследовании IMU недооценили наклон таза относительно системы OMC (от 3,3° до −4,1°).

В отличие от этого, Руис-Малагон и др.33 сообщили о более высоких значениях смещения при ходьбе и беге на высокой скорости, с смещением наклона таза до +4,6°, а смещение таза — −11,2°. У пациентов Цюгнер и др.34 обнаружили, что наклон таза показывает небольшую среднюю ошибку −0,5° по сравнению с OMC. Зарегистрированные коэффициенты корреляции ориентации таза существенно различались в разных исследованиях: от плохих или отрицательных значений в одних задачах до сильного согласия в других, в зависимости от плоскости движения и требований кзадаче 22,26,27,30.

Низкие и более переменные коэффициенты корреляции были описаны Лин и др.25 при беге на высокой скорости (0,44–0,89), тогда как Руис-Малагон и др.33 в целом отметили более слабые корреляции, включая отрицательные значения (−0,48–0,76). В целом, валидность была сильнее в контролируемых заданиях, тогда как быстрые движения сопровождались большей ошибкой и слабым согласием. Хотя при наклоне таза часто отмечались более низкие значения RMSE, согласованность между переменными таза не была однородной в исследованиях, и более слабые показатели особенно заметны при более сложных условиях бега. Лучшие результаты чаще отмечались в исследованиях с использованием процедур размещения IMU на основе крестца и стандартизированных калибровочных процедур, хотя неполная методологическая отчетность ограничивала прямое сравнение между исследованиями.

Надёжность IMU для оценки ориентации таза

Надёжность оценивалась в четырёх исследованиях (Таблица 4). Большинство исследований сообщали о положительных и отличных значениях ИКС для ориентации таза, при этом значения варьировались от 0,81 до 0,99 в здоровых и спортивных группах 26, 32 и 35. Однако надёжность не была стабильно высокой во всех популяциях, так как у лиц после ТНС (ICC = 0,08)34 отмечалась слабая надёжность наклона таза. Леблё и др.35 обнаружили высокую межсессионную надёжность для диапазона движений таза (ROM) во время ходьбы, хотя надёжность варьировалась в зависимости от плоскости движения и метода калибровки. Perpiñá-Martínez и др.32 также сообщили значения ICC > 0,80 для наклона таза, наклона и вращения при беге на разных скоростях. Эти результаты свидетельствуют о согласованных измерениях во время непрерывной функциональной активности. Ким и др.26 сообщили значения ICC от 0,91 до 0,99 для вращения таза и наклона во время гольфовых замахов, что указывает на высокую повторяемость в этой специфической задаче.

ИзучениеТазовые переменныеRMSE (°)Смещение / Средний дифференциал (°)rICCSEM (°)MDC (°)
Buganè и др . 30Наклон, наклон, вращениеНаклон = 0,73; Наклон = 1,22; Вращение = 2,66Предвзятость: Наклон −9,9 до −5,7; Наклон −1,24 до −1,41; Вращение от +0,71 до +1,50.88–0.95N/RN/RN/R
Болинк и др . 22Наклон, наклонНаклон = 2,7; Наклон = 2,68N/R0.86–0.940.94 -1.00N/RN/R
Леблё и др. 35Наклон, наклон, вращениеTilt = 0,9–1,0; Наклон = от 1,1 до 1,2; Вращение = 1,5N/RN/R0.81–0.930.5–2.2N/R
Perpiñá-Martínez et al. 32Наклон, наклон, вращениеN/RN/RN/Rнаклон 0,868; наклон 0,963; Вращение 0,922N/RN/R
Экдал и др . 31Тазовая сагиттальная, корональная и поперечная ROMN/RСредний дифференциал: сагиттальный наклон: 0,67° до 2,13°; корональный наклон: −0,46° до 0,61°; Поперечное вращение: −0,72° до −0,87°N/RN/RN/RN/R
Брайс и др . 29Сагиттальный наклон на S2 (гребля)Наклон = от 2,43 до 4,90Предвзятость: Наклон −2,70 до −0,09N/RN/RN/RN/R
Lin и др . 25Наклон, наклон, вращение (бег)Tilt = 4.31–4.59; Наклон = 4,29–4,75; Вращение = 6,47–7,77Предвзятость: Наклон −0,18 до +1,5; Наклонность −3,3 до −4,1; Вращение −1,1 до +0,990.44–0.89N/RN/RN/R
Асгари и Хеллер 27Наклон, наклон, вращениеНаклон = 0,69; Наклонность = 0,77; Ротация ≈ 1.22.Предвзятость: Наклон −0,10; Наклон −0,50; Вращение −0,49N/RN/RN/RN/R
Бессон и др. 28Наклон, наклон, вращениеНаклон = 2,5; Наклон = 2,4; Вращение = 2,9Предвзятость: Наклон −0,7; Наклон −1,7; Вращение −1,3Наклон = -0,011; Наклонность = 0,82; Вращение = 0,83N/RN/RN/R
Ким и др . 26Наклон, вращениеN/RСредняя разница: Наклон 1,65Наклонность = 0,920.91–0.99N/RN/R
Вращение 0,76Вращение = 0,99
Ruiz-Malagón и др. 33ROM: Наклон, Наклон, Вращение (ходьба/бег)N/RПредвзятость: Наклон +0,2 до +4,6; Наклонность −1,1 до −6,1; Вращение +0,7 до −11,2−0,48–0,76−1,62–0,83N/RN/R
Zügner и др. 34Наклон (пациенты с ТГП)N/RСредняя разница: Наклон −0,5N/R0.08N/RN/R

Таблица 4: Сводка результатов валидности и надёжности для оценки ориентации таза на основе ИМУ. Сводка отчетных результатов по наклону таза, наклону и вращению, включая показатели валидности, такие как RMSE, смещение или разница среднего, коэффициенты корреляции, а также метрики надёжности, такие как ICC, SEM и MDC, где они доступны. Сокращения: RMSE = ошибка среднего квадрата корня; r = коэффициент корреляции Пирсона; ICC = коэффициент корреляции внутриклассов; SEM = стандартная ошибка измерения; MDC = минимальное обнаруживаемое изменение; ROM = диапазон движений; THA = общая артропластика тазобедренного сустава; N/R = не сообщается. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

Доступность данных

Все данные, включённые в этот систематический обзор, были предоставлены в виде дополнительных файлов.

Дополнительная таблица S1: Критическая оценка дизайна исследований для психометрических статей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица S2: Исходные извлеченные данные для 12 включённых исследований.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительная таблица S3: Методологическая оценка качества включённых исследований.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Обсуждение

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

В этом систематическом обзоре была изучена валидность и надёжность ИМУ для измерения ориентации таза (наклон, наклон и вращение) в различных функциональных задачах, сенсорных системах, а также в здоровых и клинических группах населения. Результаты свидетельствуют о том, что IMU являются приемлемым и достаточно точным подходом для оценки ориентации таза, особенно во время ходьбы и других контролируемых задач. В всех включённых исследованиях большинство систем IMU показали хорошее или отличное согласование с оптическим захватом движений во время ходьбы и на средней скорости. Сообщаемые значения RMSE для наклона таза обычно были низкими — от 0,69° до 4,90°. Наклон и вращение таза показали большую изменчивость и создавали дополнительные трудности при оценке ориентации таза в лобной и поперечной плоскости таза по ИМУ. Сообщаемые значения RMSE варьировались от 0,77° до 4,75° для наклона таза и от 1,22° до 7,77° для вращения таза, при этом наибольшие ошибки наблюдались при более сложных задачах, таких как бег на высокойскорости 25°.

Одно из возможных объяснений лучших результатов при наклоне таза по сравнению с вращением таза заключается в том, что движение сагиттальной плоскости может быть менее чувствительным к накопленному дрейфу, артефактам мягких тканей и ошибкам, связанным с выравниванием, чем оценка поперечной плоскости. В отличие от этого, вращение таза и, в меньшей степени, наклон могут сильнее зависеть от быстрых изменений в движениях, выравнивании сенсоров и методологических различиях между исследованиями. Сложность задачи также имеет значение, поскольку при ходьбе и других контролируемых задачах чаще сообщалось о меньшей ошибке, тогда как бег с большей скоростью добавлял большую вариативность. Кроме того, расположение на основе крестца было наиболее распространённым методом в исследованиях и может давать более стабильное приближение движения таза, хотя влияние расположения нельзя было сравнивать напрямую во всех исследованиях из-за неполной методологической отчетности. Наконец, более ограниченные результаты в клинических или послеоперационных популяциях свидетельствуют о том, что изменённые движения и условия измерения могут влиять на производительность, хотя это остаётся недостаточно изученным.

Результаты смещения также подтверждают точность IMU среди включённых исследований. Однако раннее исследование Буганэ и др.30 показало значительное систематическое смещение и недооценённые наклоны таза (от 9,9° до −5,7°), тогда как более поздние исследования с улучшенными процедурами синтеза и калибровки сенсоров стабильно фиксировали низкое смещение (<2°) на всехплоскостях 27,28,29. Лин и др.25 аналогично сообщили о минимальном смещении наклона и вращения, но выявили систематическое недооценивание наклона таза. Одна из возможных интерпретаций заключается в том, что точность фронтальной плоскости может быть более чувствительна к таким факторам, как дрейф магнитометра или выравнивание координат и кадров, хотя это напрямую не оценивалось в включённых исследованиях.

Интенсивность задачи, по-видимому, влияла на валидность, так как при беге на высокой скорости фиксировались более высокие ошибки и смещение, особенно при вращениитаза 33. Однако конкретный вклад методов фильтрации и сенсорного синтеза определить не удалось, поскольку эти детали были представлены неполно. Кроме того, прикрепление крестцового IMU через пояс могло способствовать нарушению сигнала во время заданий с высоким ускорением, хотя это следует рассматривать как интерпретативное объяснение, а не как напрямую доказанную причину. В целом, эти данные свидетельствуют о том, что результаты IMU могут варьироваться в зависимости от требований задачи и условий измерения, при этом меньшие ошибки чаще фиксируются при устойчивой походке, контролируемых спортивных движениях и других менее сложных задачах.

В целом, в включённых исследованиях была зафиксирована высокая повторяемость измерений таза на основе ИМУ. Bolink и др.22 и Perpiñá-Martínez и др.32 сообщили о значениях ICC, превышающих 0,90 по плоскостям таза во время ходьбы и бега на беговой дорожке, что свидетельствует о отличной краткосрочной повторяемости и высокой стабильности даже при непрерывной функциональной активности. Леблё и др.35 отметили высокую межсессионную надёжность с значениями ICC ≥0,98, при этом значения SEM обычно ниже 2,2°, что подтверждает пригодность IMU для продольного мониторинга. Ким и др.26 также обнаружили значения ICC в диапазоне 0,91-0,99 во время анализа гольф-свинга, что указывает на высокую повторяемость даже при сложных спортивных условиях движения. Очень низкая надёжность наклона таза наблюдалась у пациентов после ТГП. В этом исследовании на тазу использовали два ИМУ, и их среднее значение было34. Такая схема могла способствовать проблемам с достижением последовательного размещения сенсоров у пациентов после операции; однако это остаётся интерпретативным, поскольку эффект такого подхода не оценивался напрямую.

Последствия для клинических и спортивных приложений

Рассмотренные данные свидетельствуют о том, что IMU можно использовать для оценки ориентации таза во время функциональных и спортивных задач, особенно в контролируемых условиях. Однако, поскольку большинство исследований включали здоровых или спортивных участников, применимость этих результатов к клинической оценке походки, мониторингу реабилитации и послеоперационным популяциям следует интерпретировать с осторожностью. Их портативность может сделать их практичным вариантом для повторной оценки таза и индивидуального мониторинга движений вне лабораторных условий. Однако осторожность также стоит соблюдать при применении ИМУ при высокоскоростных задачах, таких как бег, или у пациентов с изменённой механической механикой таза, где точность и надёжность могут снижаться. Стандартизация процедур размещения, калибровки и обработки IMU остаётся критически важной для повышения воспроизводимости в различных задачах и условиях.

Для практической интерпретации более низкие значения RMSE и смещения указывают на более точное согласование между измерениями, полученными из IMU, и эталонными, тогда как более высокие значения ICC указывают на большую повторяемость. Однако практическая значимость этих метрик зависит от предполагаемого применения. Например, для клинического принятия решений или продольного мониторинга могут потребоваться меньшие ошибки, чем для более широкого скрининга движений в контролируемых спортивных или походочных задачах. Поскольку стандартизированные пороги допустимой ошибки ориентации таза не были единовременно определены в включённых исследованиях, результаты этого обзора лучше интерпретировать сравнительно: лучшие результаты обычно наблюдаются в контролируемых задачах и менее стабильные результаты в высокоскоростных или клинических условиях.

Будущие направления исследований

Будущие исследования ориентации таза на основе IMU должны быть направлены на устранение ряда методологических и клинических пробелов. Хотя IMU показали хорошую валидность и надёжность для ориентации таза во время контролируемых и специфических для спорта заданий, существует вариабельность в исследованиях по размещению IMU, стратегиям калибровки, алгоритмам слияния и процедурам фильтрации. Таким образом, разработка стандартизированных международных рекомендаций по оценке тазового таза на основе IMU значительно улучшит исследования и ускорит клиническую трансляцию. Приоритетом будущих исследований станет расширение исследований валидации и надёжности на клинические популяции. Большинство включённых исследований проводились в здоровых или спортивных группах, что ограничивало обобщаемость пациентами с болью в пояснице, патологией бедра, неврологическими расстройствами или нарушениями движения после операции. Патологические движения могут привести к появлению дополнительных артефактов мягких тканей, нарушениями координации таза и проблемами с выравниванием сенсоров, которые не отражены в текущем обзоре. Для того как можно будет рекомендовать более широкое клиническое применение в этих популяциях, необходима дальнейшая валидация.

Наконец, будущие исследования должны быть направлены на укрепление стандартов отчетности и статистического анализа путём регулярного представления доверительных интервалов, размеров эффектов, показателей валидности и подробных описаний процедур слияния и калибровки датчиков. Испытания со стандартизированными протоколами будут необходимы для установления нормативных ориентиров и определения порогов лучших практик для приемлемой точности тазового IMU в различных движущих задачах и популяциях.

Возможные ограничения

При интерпретации его результатов следует учитывать несколько ограничений этого систематического обзора. Во-первых, общее количество допустимых исследований было относительно небольшим — только 12 исследований соответствовали критериям включения/исключения. Хотя эти исследования имели умеренное и высокое методологическое качество, ограниченная база доказательств ограничивает выводы и может недооценивать вариабельность эффективности IMU в разных условиях движения. Во-вторых, большинство включённых исследований проводились среди здоровых молодых взрослых или спортивных групп. В-третьих, высокая методологическая вариабельность была заметна в разных исследованиях, включая частоту отбора проб, алгоритмы синтеза датчиков, процедуры калибровки и определение координатных систем. Эти несоответствия ограничивают сопоставимость межмежклассных исследований. Кроме того, неполное и непоследовательное представление этих методологических характеристик ограничивало нашу возможность прямого сравнения исследований и ограничивало силу любых выводов о факторах, которые могут влиять на результаты IMU. Наконец, доказательства надёжности остаются ограниченными. Некоторые исследования сообщали о надёжности теста и повторного тестирования, и только одно исследование сообщало значения SEM. Ни одно исследование не сообщало о МДК, который ограничивал нашу способность интерпретировать, превышают ли наблюдаемые продольные изменения шум измерения и имеют ли клиническое значение, особенно в контексте реабилитации и возвращения к спорту.

Этот систематический обзор показывает, что IMU могут предоставлять полезные измерения ориентации таза, имея убедительные доказательства для контролируемых задач и исследований с использованием размещения крестца. Валидность была более устойчивой для наклона таза, тогда как наблюдалась большая вариабельность и неопределённость для наклона и вращения таза, особенно при выполнении на высокой скорости. Доступные данные надёжности были в целом благоприятными в функциональных и спортивных задачах, но оставались ограниченными в клинических группах. В целом, неполная методологическая отчетность и гетерогенность исследований ограничивают прямые сравнения и более широкие выводы. Для укрепления доказательной базы необходимы дальнейшие исследования с использованием стандартизированных протоколов и более надёжной оценки в клинических популяциях.

Раскрытие информации

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

У автора нет конфликта интересов, которые нужно заявлять.

Благодарности

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

Автор выражает благодарность декану послевузов и научных исследований Университета Маджмаа за финансирование этой исследовательской работы через номер проекта (R-2026-168). Автор выражает благодарность доктору Абдулазизу Алкатири и доктору Наифу Альрашди за их помощь в разделе метода.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Критическая оценка дизайна исследований для психометрических статейSlack Inc.Н/ДМетодологический инструмент оценки качества, используемый для оценки включённых исследований.
IEEE XploreIEEEН/ДЭлектронная база данных была поискана 1 ноября 2025 года в поисках подходящих исследований.
Microsoft ExcelMicrosoft CorporationН/ДСтандартизированная таблица, используемая для извлечения данных и перекрёстной проверки.
ПРОСПЕРОЦентр обзоров и распространения, Университет ЙоркаCRD420251179585Международный проспективный реестр используется для регистрации протокола.
PubMedНациональный центр биотехнологической информации (NCBI)Н/ДЭлектронная база данных была поискана 1 ноября 2025 года в поисках подходящих исследований.
Паутина наукиClarivateН/ДЭлектронная база данных была поискана 1 ноября 2025 года в поисках подходящих исследований.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи