摘要
研究背景：惯性测量单元（Inertial Measurement Units, IMUs）作为一种便携式运动学测量工具被广泛应用于运动科学领域，其能够在多种运动环境中进行运动评估及监测。在跑步运动中，IMUs的运动学测量结果不仅能实时地反馈跑步过程中的运动表现且有利于监测跑者的跑步生物力学，以预防与跑步相关运动损伤的发生。然而，目前仍然缺乏对跑步过程中由IMUs测得的下肢三维运动学测量结果的效度和信度的循证分析。此外，足落地模式作为影响跑步步态的重要潜在风险因素之一，探究足落地模式是否会对跑步时基于IMUs的下肢三维运动学测量结果的效度和信度产生影响是十分必要的，这将有利于为IMUs在不同足落地模式跑者中的应用提供证据和实践支持。基于此，本研究的研究1将通过循证研究以总结和量化由 IMUs 测得的跑步时的步态时空参数和下肢关节运动学测量结果的信效度水平；进而，通过研究2来讨论足落地模式对下肢关节三维运动学测量结果的影响。 研究1：跑步过程中基于IMUs的步态时空参数和下肢关节运动学测量结果的效度和信度的系统性评价和Meta分析 研究目的：通过系统性评价和Meta分析，研究在跑步过程中健康成年人基于IMUs的步态时空参数和下肢关节运动学参数的信效度水平的研究进展，为后续研究提供理论及循证证据支持。 研究方法：检索PubMed、CINAHL、Embase、Scopus和Web of Science电子数据库，时间截止到2021年9月。文献纳入标准如下：1）评估IMUs的测量结果的效度和/或信度；2）测量具体的步态时空参数或下肢关节运动学参数；3）将IMUs与参考系统的测量结果进行比较；4）采集跑步过程中的数据；5）测量对象为人类；6）以英文发表。使用改良版的质量评估表进行文献的质量审查。 研究结果：有 25 篇文章被纳入系统性评价，12 篇文章的数据被整合进行Meta分析。文献的方法学质量为低质量到中等质量。步幅长[组内相关系数（ICC） （95%置信区间（CI）=0.937（0.859，0.972），plt;0.001]、步频[ICC（95% CI）=0.926（0.896，0.948），Pearson相关系数（r）（95%CI）=0.989 （0.957，0.997）， plt;0.001]和矢状面上的踝关节角度（r（95%CI）=0.939（0.544，0.993），p=0.002）表现出极好的效度；支撑期时间（ICC（95%CI）=0.664（0.354，0.845），r（95%CI）=0.811（0.701，0.881），plt;0.001）表现出中等至极好的效度；跑步速度（ICC （95%CI）=0.848（0.523，0.958），plt;0.001）表现出良好的效度。腾空期时间的Fisher’s Z值没有统计学意义（p=0.13）。支撑期时间显示出极好的重测信度（ICC（95%CI）=0.954（0.903，0.978），plt;0.001），步频显示出良好的重测信度（ICC（95%CI）=0.896（0.837，0.933），plt;0.001）。 研究结论：（1）Meta分析结果支持将IMUs用于监测健康成年人在跑步过程中的步态时空参数，但基于IMUs的跑步时的下肢关节运动学的测量结果的信效度水平缺乏充足的证据支持。（2）跑步速度、IMUs的安装位置和跑步路面会影响IMUs测量结果的信效度水平。（3）目前缺乏基于IMUs研究跑步步态运动学的高质量文献。 研究2：使用IMUs对不同足落地模式跑者跑步下肢关节三维运动学的效度和信度研究 研究目的：为了确定足落地模式对IMUs测量结果的信效度的影响，评估由IMUs测得的后足落地模式（Rearfoot strike pattern, RFS）和非后足落地模式（Non-Rearfoot strike pattern, NRFS）跑者跑步时的下肢关节三维运动学测量结果的效度和信度。 研究方法：15名习惯性男性RFS跑者和15名习惯性男性NRFS跑者参与了这项研究。使用IMUs和光学运动捕捉系统同时采集参与者以12 km/h的速度进行跑步时的下肢关节三维运动学数据。跑步过程中的10个连续的步态被用于收集髋、膝和踝关节的运动学数据，并用于进一步的比较分析。复相关系数（CMC）、系统性误差（SE）、Spearman相关系数（r）和均方根误差（RMSE）被用于效度评估；CMC、SE、ICC及95%CI和RMSE被用于信度评估。 研究结果：在矢状面上，偏倚被校正后，两测量系统的关节角度波形间具有较高的相关性（NRFS：CMC=0.924–0.968，SE=4.6°–13.7°；RFS：CMC=0.930–0.965，SE=3.1°–7.7°），但是在额状面和水平面上表现出高的变异性。在矢状面上，由IMUs测得的NRFS和RFS跑者的髋、膝和踝关节的关节角度波形的信度均表现为非常好到极好（测试者间：NRFS：CMC=0.967–0.975，SE=1.9°–2.9°；RFS：CMC=0.922–0.989，SE=1.0°–2.5°；测试者内：NRFS：CMC=0.950–0.978， SE=1.6°–2.7°；RFS：CMC=0.920–0.989，SE=1.7°–2.2°），而在额状面和水平面上的信度表现为弱到非常好（测试者间：NRFS：CMC=0.480–0.947，SE=1.1°–2.7°；RFS：CMC=0.646–0.873，SE=0.7°–2.4°；测试者内：NRFS：CMC=0.666–0.867， SE=0.7°–2.8°；RFS：CMC=0.321–0.805，SE=0.9°–5.0°）。 研究结论：（1）足落地模式会影响由 IMUs 系统测得的跑步下肢运动学测量结果的准确性。（2）IMUs系统是一种有效且可靠的测量跑步过程中矢状面上的下肢关节运动学的工具，特别是对于RFS跑者。（3）由IMUs系统测得的额状面和水平面上的下肢跑步运动学测量结果信效度较低，因此需要谨慎使用。
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