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使用IMU测量盆骨倾角助力换髋术后康复

髋关节脱位是全髋关节置换手术后最普遍的并发症之一。目前,最好的解决方案是测量骨盆倾斜范围,以此确定髋臼杯的放置位置,降低手术后并发症的风险。但如何精准测量骨盆倾斜角度仍然是一个挑战。

近年来,人们对使用IMU(惯性测量单元)进行医疗评估越来越感兴趣,与传统的临床评估手段相比,IMU可以提供一系列的重复测量,成本相对较低且便于穿戴。来自英国的Sushanth Vayalapra科研团队使用IMU设备对接受了全髋关节置换手术的患者进行了骨盆倾斜角度测量,测试其在三种姿态(站立、屈膝坐姿和上步)测量的可重复性,从而评估使用IMU设备筛查骨盆活动的可靠性。

图1  装置系统

如图1所示,用于跟踪骨盆运动的装置由三个部件组成:IMU、骶骨夹和支撑带。用夹子将IMU固定在骶骨附件,因为这个区域在盆骨和装置之间的皮肤与脂肪最少,因此可以进行更精确的骨盆追踪。

图2  (a)患者在实验过程中采取的三种姿势:站立、屈膝坐姿和上步走姿; (b、c)在SU和FS两种姿势下重复测量的实验流程

实验中收集了25名患者的数据。患者被要求采取三种姿势:站立、屈膝坐姿和上步走姿。这些体位在日常活动中很常见,并能产生最高的髋关节屈曲角度,可以测量骨盆的倾斜。实验分为两步:

第一步:参与者完成一系列体位,同时由IMU和X光片记录骨盆倾斜;

第二步:在屈膝坐姿和上步走姿两种姿势下进行了重复测量,每次测量之间都要回到站立姿势,同时患者被要求保持每个姿势至少5秒,在此期间采集IMU数据和X光片图像。

在所有的数据分析中,都使用站立姿态作为实验的参考倾斜值。

图3  不同姿态下IMU测量可靠性分析

实验结果表明,横跨骶骨的IMU设备在屈膝坐姿和上步走姿姿态的骨盆倾斜重复测量中显示出良好的可靠性和重复性,ICC值都大于0.94,MDC介于1到5之间。

实验结果是鼓舞人心的,但是医疗评估需要更高的测量精度和可靠性,所以IMU设备离正式投入临床使用还有一段漫长艰难的路途,还需要更多的科研团队收集更大更多样化的数据样本进行进一步的评估研究。

【Vayalapra S, Wang X, Qureshi A, et al. Repeatability of Inertial Measurement Units for Measuring Pelvic Mobility in Patients Undergoing Total Hip Arthroplasty[J]. Sensors, 2022, 23(1): 377.】